Строительная отрасль является одной из крупнейших и наиболее активных в Европе. На его долю приходится 28% и 7% занятости, соответственно, в промышленности и всей европейской экономике. К сожалению, эта отрасль также является причиной истощения больших объемов невозобновляемых ресурсов и 30% выбросов углекислого газа.
Это особенно серьезно в нынешнем контексте изменения климата, вызванного выбросами двуокиси углерода во всем мире, что приводит к повышению уровня моря и является причиной спада мировой экономики.
Для достижения более устойчивого развития строительной отрасли Европейский Союз недавно установил, что в среднесрочной перспективе потребление сырья должно быть сокращено на 30%, а количество отходов производства в этом секторе должно быть сокращено на 40%. Использование возобновляемых источников энергии строительной промышленностью будет способствовать достижению более устойчивой структуры потребления строительных материалов.
Бетон является самым используемым материалом на Земле и известен своей высокой прочностью на сжатие и низкой прочностью на растяжение. Для преодоления этого недостатка необходимо комбинированное использование обычного бетона и стальных арматурных стержней, позволяющих получить материал с хорошей прочностью на сжатие и растяжение, а также с длительной послетрещинной деформацией (размягчение деформации).
Железобетон
К сожалению, железобетон обладает высокой проницаемостью, пропускающей воду и другие агрессивные элементы, что приводит к карбонизации и воздействию ионов хлоридов, вызывающих проблемы коррозии. Коррозия стальных арматурных стержней является основной причиной износа инфраструктуры.
Было упомянуто исследование норвежских мостов, показавшее, что 25% мостов, построенных после 1970 года, представляют проблемы с коррозией.
Другой автор отметил, что 40% из 600 000 мостов в США были подвержены коррозии и оценили затраты на ремонт в 50 миллиардов долларов США.
Прочность бетона зависит от условий окружающей среды. Если бы нам удалось увеличить срок службы бетона с 50 до 500 лет, то его воздействие на окружающую среду уменьшилось бы в 10 раз . Поскольку на каждый кубометр бетонной конструкции в среднем приходится 200 кг стальной арматуры, очевидно, что замена арматуры растительными волокнами является важным шагом на пути к более устойчивой конструкции.
С другой стороны, арматура является очень дорогим материалом, потребляет большое количество энергии и поступает из невозобновляемых источников.
Природные волокна являются возобновляемым ресурсом и доступны почти во всем мире. Кроме того, в связи с риском онкологических заболеваний запрещают производство цементных продуктов на основе силикатов волокон (асбеста). В настоящее время на смену минеральным волокнам приходят синтетические волокна, такие как поливинил спирт (ПВА) и полипропилен, для производства волокнисто-цементных продуктов по технологии .
Однако для производства ПВА и полипропилена необходимы фенольные соединения в качестве антиоксидантов, амины в качестве ультрафиолетовых стабилизаторов и другие вещества, которые не являются пламегасителем, что не является путем к более устойчивым материалам.
Это еще одна большая возможность в области материалов на основе растительного волокна на основе цемента, так как они прочнее синтетических волокон, экономичны и, прежде всего, экологичны. Поэтому содействие использованию цементирующих строительных материалов, армированных растительными волокнами, могло бы стать одним из способов достижения более устойчивого строительства.
Характеристики и свойства волокна
Овощные волокна - это натуральные композиционные материалы с ячеистой структурой. Различные пропорции целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина составляют различные слои.
Целлюлоза - это полимер, содержащий глюкозные блоки.
Гемицеллюлоза - это полимер, изготовленный из различных полисахаридов. Что касается такого материала как лигнин, данный материал представляет собой аморфную и неоднородную смесь ароматических полимеров и фенилпропан-мономеров. Различные волокна имеют различный состав, поэтому ожидается, что их поведение внутри цементной матрицы может отличаться. Природные волокна обладают высокой прочностью на растяжение и низким модулем упругости.
Тем не менее, их прочность на растяжение может быть выше, чем у синтетических. Одним из недостатков использования натуральных волокон является высокая изменчивость их свойств, что может привести к непредсказуемым свойствам бетона. Установлено, что предварительная обработка натуральных волокон повышает эффективность бетона.
Пульпирование является одной из методов обработки волокна, улучшающих адгезию волокна к цементной матрице, а также устойчивость к щелочному воздействию. Целлюлоза может быть получена химическим (крафт) или механическим способом.
Некоторые химические обработки приводят к более высоким механическим характеристикам, чем другие. Процесс варки целлюлозы в механических условиях обходится дешевле (примерно в два раза) по сравнению с использованием химических условий и не требует очистки сточных вод .
Некоторые авторы предлагают использовать органофункциональные силановые связующие вещества для снижения гидрофильного поведения растительных волокон.
Но недавно ученые сравнили характеристики цементирующих композитов, усиленных волокнами крафт-бумаги и сизаля, модифицированными органосолвовым процессом. Они выяснили, что наилучшие механические характеристики композитов достигаются за счет использования волокон крафт-целлюлозы.
Один из группы лаборантов предположил, что использование процесса пиролиза может увеличить прочность волокна в три раза.
Другие из этой же группы ученых отметили, что кислотные соединения, выделяемые из природных волокон, сокращают время схватывания цементной массы. Компоненты сахара-волокна, гемицеллюлозы и лигнина могут способствовать предотвращению гидратации цемента . Предположилось что , включение волокон может уменьшить задержку затвердевания на 45 мин.
Объяснение заключается в том, что пектин (компонент волокна) может фиксировать кальций, предотвращая образование структур.
Межфазная переходная зона между бетоном и природными волокнами пористая, трещиноватая и богатая кристаллами гидроксида кальция . Ученые сообщали о толщине 200 в течение 180 дней. Другие , напротив, сообщали, что использование вакуумного обезвоживания и высокого давления после формовки привело к образованию плотности, также сообщающей о волокнах без продуктов гидратации.