碳纤维混凝土在德国加速发展

德国德累斯顿工业大学宣布其 C³ 技术示范屋 CUBE 开始建设，当地称为 Carbonhaus。 TU Dresden 声称这座 220 平方米的两层建筑将成为世界上第一座完全由碳纤维混凝土制成的建筑。

由德国联邦教育和研究部资助，这个 500 万欧元的项目于 2017 年启动，将于 2021 年春季在由教室、实验室和演示空间组成的大学建筑中达到高潮。尽管地基已于 2020 年 3 月浇筑，但由于冠状病毒导致的延误，直到现在才恢复进一步建设。

该设计由总部位于慕尼黑的建筑公司 HENN 改进，通过其“扭曲”元素展示了碳纤维增强混凝土的轻质和可成型性，正如约翰考菲尔德在建筑设计+施工中所报道的那样 ，24米长的无缝混凝土墙。

“扭曲”由用作墙壁和屋顶的两个壳状元素形成。另一个主要元素是一个分层的预制盒子。碳纤维增强混凝土用于这两个部分。建成后，建筑长约40米，宽约7.2米，最高高度约6.9米。

C³ - 碳纤维混凝土复合材料项目是目前德国建筑行业最大的研究项目。在 150 多个合作伙伴和 300 多个独立项目的帮助下，复合材料碳混凝土已得到研究、开发，并在实践中得到越来越多的应用（自 2006 年以来）。

继水之后世界上使用最广泛的材料——混凝土——一直导致原材料的高消耗。仅水泥生产就占二氧化碳总排放量的 6.5%，约为全球航空二氧化碳排放量的三倍。

致力于探索使用碳纤维增强的新建筑策略
具体而言，4 年内 1200 万欧元将资助 26 名研究人员。他们不仅将寻求取代以前的钢筋混凝土，还将根据碳纤维混凝土的特性制定新的设计策略。

该项目由德累斯顿工业大学的长期碳纤维和织物增强混凝土研究员 Manfred Curbach 博士领导，标题为“面向未来的建筑：CRC/TR 280 使用最少材料的碳混凝土结构设计策略” – 新构建方式的基础。”

合作伙伴包括亚琛工业大学（德国亚琛）和莱布尼茨聚合物研究所（IPF，德累斯顿）。项目概要的摘录解释说：

“新型材料允许新的设计和新的构造方法。这听起来很简单，但往往还有很长的路要走。在建筑工程中，由于对安全性和耐用性的高要求以及复杂的标准化和审批程序，创新过程需要特别长的时间。对于纺织增强混凝土和碳混凝土等高性能建筑材料组合而言更是如此，如果不是混凝土建筑的革命，这将带来范式转变，混凝土是世界上体积最大的建筑材料。

“使用碳混凝土可以显着减少建筑行业的大量资源消耗和二氧化碳排放量，同时提供附加功能。然而，第一批建设项目表明，尽管有新的可能性，……传统材料只是被取代。未来，只有与智能设计策略相结合，才能充分发挥创新碳混凝土复合材料的潜力。

“深入的基础研究和整体方法是寻找合适的方法进行设计、建模和使用新型建筑材料进行投影的先决条件。对于碳混凝土复合材料，这意味着适合该材料的轻质结构原则。 … 新结构的开发与可制造性问题密切相关，同时考虑到与产品相关的可持续性评估和复合材料本身的充分改进。

“证明有效的构造策略将允许完全不同的形状。由于以前未知的轻质结构原理，新的设计策略和材料组合将减少资源和能源消耗，同时提供高度的使用适用性、结构安全性和耐用性。此外，这些新的策略和组合反映在雄心勃勃的美学中，它们可能会发展成为一种新的‘建筑艺术’。”

用于大体积混凝土加固的碳纤维

Breton 于 2020 年 1 月和 BFT International 于 3 月稍后发布了新闻报道“大量碳纤维制成的钢筋” ，混凝土和预制混凝土产品制造商公认的贸易期刊。 Hitexbau（德国奥格斯堡）开发了一条高度自动化的碳纤维增强材料生产线，可实现大尺寸和大批量生产。格子网格有卷状或片状两种形式，据报道可以使用大颗粒直径达 16 毫米的混凝土。

结合纺织增强结构的特殊涂层和不同的混凝土配方，Hitexbau 声称这些增强材料使混凝土的峰值抗压强度达到每平方米 3,300 牛顿。

自 2015 年以来，Hitexbau 与德累斯顿工业大学和亚琛工业大学密切合作，为建筑业开发碳纤维纺织增强材料。除了提供增强材料外，它还提供产品开发和实验室测试。

编者注： Altus Group（美国南卡罗来纳州格林维尔）是一个由预制混凝土制造商组成的联盟，为建筑市场带来创新技术。截至 2017 年，其成员已使用 CFRP 增强的 CarbonCast 技术完成了 1,400 多个项目，总计 4000 万英尺 ² （370 万米 ² ）。请阅读 2017 年文章“使用 CFRP 提高预制混凝土的性能”，了解与 Chomarat North America（美国南卡罗来纳州威廉斯顿）使用其 C-GRID 产品开发的 CarbonCast 技术。