碳纖維增強混凝土是一種複合產品,由碳纖維(可提供強度和剛度)和聚合物(可將纖維保持在一種基質中)組成。微纖維或大纖維可以是合成的或天然的。工業界的共識是,這種增強可以顯著增加使用複合材料的結構的壽命。
部署用於建築的碳纖維由石油基聚丙烯腈或PAN製成。它也可以由木質素製成,木質素是造紙過程中從廢料中衍生的有機聚合物。慕尼黑工業大學一直在探索用藻油生產碳纖維的方法。
德勒斯登工業大學混凝土建築研究所所長曼弗雷德·庫巴赫(Manfred Curbach)教授,在過去的二十多年中,他一直在倡導更多地使用輕質和稀薄的增強材料,複合材料組件更耐用,對環境更有利、可節省多達70%的溫室氣體排放。但是,到目前為止,建築業對這些材料用於混凝土構件的反應一直很慢,尤其是在基礎設施和建築物的新建築中。
然後是行業慣性。「在過去的40年中,該行業一直在使用相同的加固方法,」亞利桑那州立大學可持續工程與建築環境學院教授Barzin Mobasher說道,自此以來,他一直在研究和研究不同的結構加固方法。
因此,例如,典型建築組件中的混凝土至少有一半用於保護鋼筋免受腐蝕。Mobasher補充說,混凝土結構中多達60%的重量是設計中未考慮的自重。
Mobasher闡述說,由於鋼和混凝土「串聯工作,而不是一起工作」,因此,最終形成的組件仍然容易出現開裂和腐蝕,以至於建築物和基礎設施的使用壽命不會達到應有的程度。「它們是為提高強度而設計的,而不是為了耐用性,在使用10年後,沒有人負責。」
另一方面,具有相同抗拉強度的碳增強材料的重量約為鋼的四分之一。複合材料組件更耐用,當勞動力,設備,製造和運輸中有一個因素時,成本不是障礙。(碳纖維混凝土的生產成本為每公斤13-15$,與鋼鐵大致相同。)
庫巴赫指出,用於扭曲屋頂的複合材料可以彎曲和模製成各種形狀,從而為設計師和工程師提供了更大的靈活性。