Genom att armera betong med textil i stället för stål är det möjligt att använda mindre material och skapa slanka, lätta konstruktioner med betydligt lägre miljöpåverkan.
Tekniken med kolfibertextil finns redan, men det har bland annat varit krävande att ta fram underlag för tillförlitliga beräkningar för komplexa och välvda konstruktioner. Nu presenterar forskare från Chalmers en metod som gör det enklare att skala upp tekniken och därmed underlätta för byggandet av mer miljövänliga broar, tunnlar och byggnader.
Mindre betongmängder
− Väldigt mycket av den betong vi använder idag har funktionen av ett skyddande lager för att förhindra att stålarmeringen rostar. Om vi i stället kan använda textilarmering kan vi minska cementåtgången och dessutom använda mindre betongmängder − och därmed minska klimatpåverkan, säger Karin Lundgren, som är professor i betongbyggnad vid institutionen för arkitektur och samhällsbyggnadsteknik på Chalmers.
Cement är bindemedel i betong och dess tillverkning från kalksten orsakar stor klimatpåverkan. Ett av problemen är att det vid tillverkningen frigörs stora mängder koldioxid som varit bunden i kalkstenen. Varje år tillverkas cirka 4,5 miljarder ton cement i världen och cementindustrin står för cirka 8 procent av de globala koldioxidutsläppen. Det pågår därför ett intensivt arbete för att hitta alternativa metoder och material för betongkonstruktioner.
Minskat klimatavtryck med tunnare konstruktioner och alternativa bindemedel
Genom att använda alternativa bindemedel i stället för cement, som till exempel lera eller vulkanisk aska, går det att minska koldioxidutsläppen ytterligare. Men än så länge är det oklart hur pass väl sådana nya bindemedel kan skydda stålarmering på sikt.
− Det skulle man komma ifrån med kolfiberarmerad betong, eftersom den inte behöver skyddas på samma sätt. Man kan dessutom vinna än mer genom att optimera tunna skalkonstruktioner med lägre klimatpåverkan, säger Karin Lundgren.
I en nyligen publicerad studie i tidskriften Construction and Building Materials beskriver Karin Lundgren och kollegorna en ny modelleringsteknik som har visat sig vara tillförlitlig för att räkna på hur textilarmering samverkar med betongen.
− Det vi har gjort är att ta fram en metod som underlättar beräkningsarbetet vid komplexa konstruktioner och minskar behovet av provning av bärförmågan, säger Karin Lundgren.
Ett område där tekniken med textilarmering skulle kunna minska miljöpåverkan påtagligt är vid konstruktion av välvda bjälklag. Eftersom huvuddelen av byggnaders klimatpåverkan vid produktion kommer från bjälklagen, är det ett effektivt sätt att bygga mer hållbart. En tidigare forskningsstudie från Cambridge visar att textilarmering kan minska koldioxidutsläppen med upp till 65 procent jämfört med traditionella massiva bjälklag.
Metod som underlättar beräkningarna
Ett textilarmeringsnät består av trådar, där varje tråd består av tusentals tunna filament (långa kontinuerliga fibrer). Armeringsnätet gjuts in i betong, och när den textilarmerade betongen belastas glider filamenten såväl mot betongen som mot varandra inne i tråden. En textiltråd i betong uppför sig alltså inte som en enhet vilket har betydelse när man vill förstå det sammansatta materialets förmåga att bära laster. Modelleringstekniken som Chalmersforskarna utvecklat beskriver dessa effekter.
– Man kan beskriva det som att tråden består av en inre och en yttre kärna, som påverkas i olika grad när betongen belastas. Vi tog fram en provnings- och beräkningsmetod som beskriver detta samspel. I försök kunde vi visa att vårt sätt att räkna blir tillförlitligt nog även för komplexa konstruktioner, säger Karin Lundgren.
Arbetet tillsammans med kollegorna fortsätter nu med att ta fram optimeringsmetoder för större konstruktioner.
− Med tanke på att FN:s miljöprogram, Unep, räknar med att den totala golvytan i världen ska fördubblas under de kommande 40 åren på grund av ökat välstånd och befolkningsökning, så måste vi göra allt vi kan för att bygga så resurseffektivt som möjligt för att klara klimatutmaningen, säger Karin Lundgren.
Mer om den vetenskapliga artikeln
Artikeln Textile reinforced concrete members subjected to tension, bending, and in-plane loads: Experimental study and numerical analyses är publicerad i tidskriften Construction and Building Materials. Den är skriven av Adam Sciegaj, Sebastian Almfeldt, Fredrik Larsson och Karin Lundgren. Vid studien var författarna verksamma vid Chalmers tekniska högskola och Gdansk tekniska universitet i Polen. I doktorandprojektet som fortsätter studien på Chalmers arbetar även Gabriel Edefors.
Forskningsprojekten som ligger till grund för artikeln är finansierade av Vetenskapsrådet.
