Giriş: Sürdürülebilir İnşaata Yönelik Push
Küresel inşaat endüstrisi, çevresel ayak izlerini azaltmak için büyüyen baskı altında. Çelik ve beton hesabı gibi önemli bir parça için beton emisyon ve kaynak kesintisi. Cevap olarak, araştırmacılar ve uygulayıcılar biyo tabanlı kompozitlere dönüşüyorlar, özellikle de İLDİ:0) Doğal olarak fiber takviyeli matriksler ).
NFRM'ler yeni olmasa da -hemp-lime karışımları yüzyıllardır kullanılmış - Modern işleme teknikleri ve matris formülasyonları performanslarını dramatik bir şekilde geliştirdiler.Geceli, düşük karbonlu yapılar, akademi ve endüstride yenilenen ilgi uyandırdı. Ancak, yaygın olarak kabul hala birkaç teknik ve ekonomik engelin üstesinden gelmek için bağlı.
Doğal Fiber Donmuş Matrices
NFRM'lerin benimsenmesi, sürdürülebilir bina hedefleri ile uyumlu olan çoklu çevresel, ekonomik ve fonksiyonel faydalar sunar.
Çevre Sürdürülebilirliği Çevre
Doğal fiberler yenilenebilir, biyodegrad edilebilir ve büyüme sırasında sentetik fiberlerden daha az enerji ile büyüdü, örneğin, 1 kg flax fiber yaylar, doğal fiberler ile birlikte, yerel tarım için 7-8 kg'lık taşıma emisyonlarını azaltır.
[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0) [FONTD:0)D[FONT=0)
Maliyet-Effectiveness ve Abundance
Doğal fiberler genellikle sentetik alternatiflerden daha ucuzdur, özellikle de yerel olarak kaynaklandığında, örneğin, fiber işleme için iş maliyetinin 1,50 $ - kg başına $ NFRM'ye kadar düşük maliyet NFRM'yi özellikle de büyük ölçekli uygulamalar için cazip hale getirirken, özellikle de fiber işleme için iş maliyetinin maliyetinin maliyetinin 1,50 $ 'lık bir faktör olarak kalır.
Hafif Özellikler
Doğal fiber kompozitler 1.2-1.5 g/cm3 aralığında eşitsizlikleri, cam elyaf kompozitler ve 7.8 g/cm3 için çelik için 2.5 g /cm3'e kıyasla, bu ağırlık azaltımı basitleştirme, taşıma ve yükleme - mevcut yapıların daha kolay geri yüklemesi.
Termal ve Akustik Yalıtım
Doğal fiberlerin hücresel yapısı hava, mükemmel ısı yalıtımı sağlar. Hemp-lime duvarları 0.07-0.10 W /m·K, geleneksel yalıtım ile rekabet. Acoustically, elementlerin göz ardı edilebilir doğası - ofislerde ve stüdyolarda gürültü azaltma için giderek daha fazla kullanılır.
Sağlık ve Kapalı Hava Kalitesi
Bazı sentetik yalıtım malzemelerinin aksine, doğal fiberler, borular olmayan organik bileşikleri (VOCs) yükleme sırasında cilt tahrişine neden olma olasılığı daha az. Bazı doğal fiberler, hemp gibi, doğal antimik özelliklere sahip, küf büyüme riskini azaltır -muhtemelen nem yönetimi doğru şekilde ele alınır.
Doğal Fiber Dondurucu Matrices Kullanımının Meydanları
Açık avantajlarına rağmen, birçok engel NFRM'lerin ana kabul edilmesini engeller. Bu zorluklar malzeme bilimi, mühendislik ve endüstri standartları ile sistematik olarak ele alınmalıdır.
Moisture Abhidrasyon ve Hidrophilicity
Doğal fiberler hücreli yapılarında hidroxyl grupları içerir, onları yüksek nemde ağırlıkla 8-25 arasında sürebilir ve alkali nemlendirmek için nano-küresel birleştirici, hidroksitle bağlayabilir ve mikro-küresel güç kaybına yol açabilir.
[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0)[Dönetici:0))[Döneticileri ve doğal fiber kompozitler üzerindeki nemlendirici etkileri hakkında yorum (Döneticiler)).
Fiber Quality'de Variability
Kontrol edilen koşullar altında üretilen sentetik fiberlerin aksine, doğal fiberler alanlarda büyür ve iklim, toprak kalitesi, hasat zamanı ve işleme yöntemine tabidir. skroki fiberlerin çekme gücü 800-1500 MPa arasında değişebilir ve Young'ın modulusu 50-100 GPa arasında. Bu farklilik, yapısal uygulamalarda tutarlı performans garanti etmeyi zorlaştırabilir.
Biyodegradasyon ve Durability Endişeler
Doğal fiberler, doğanın bazı alkali korumasını sağlamak için tasarlanmıştır, ancak pH değişiklikleri on yıllar boyunca bozulabilir. Hidrofobik polimer matrisler yardımcı olur, ancak fiberler hala kenarlarda veya yüzey imkanlarında hassastır. Çimentolar inşaatta dayanıklılık standartları sağlar (örneğin, 0.06817).
Fiber-Matrix Uyumluluk
Doğal fiberlerin doğal kutupları genellikle homojen olmayan matrislerle yanlış uyuşturuyor (örneğin, fiberler, polyester), onları zamanla zayıf bir şekilde birleştirir. Çözümlerin kimyasal yüzey değişiklikleri, sertleştirici bir şekilde kullanılmasını sağlar (örneğin, manik anhyde gresyon), ve fiziksel tedaviler koroner deşarj gibi.
Yangın Direnişi ve Flammability
Doğal fiberler doğal olarak silebilir, oksijen indeksi (LOI) yaklaşık 18-20 (örneğin, alevli sentetiklar için% 25'e kadar) sahiptir. - Son araştırmalarda, biyo bazlı alev gecikmeleri ve ısıları hızla kaybolabilir ve yapısal kapasiteyi kaybedebilir.
İnşaat Matrices'te Kullanılan Doğal Fiberlerin Türleri
Fiber seçimi bölgesel kullanılabilirliğe, maliyete ve gerekli mekanik özelliklere bağlıdır. Aşağıdaki tablo anahtar fiberleri ve tipik özelliklerini özetlemektedir:
- [FONT:0]Hemp: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜŞÜN: [FONT: [FONT:0) Yüksek Gerilim gücü (690-1500 MPa), mükemmel ısı yalıtımı, düşük yoğunluk.
- [FONT:0)Flax: [DFLT:1] Üstün çekme gücü (800-1500 MPa) ve betonarmeler için polimer kompozitlerde ortak.
- [FONT:0)Jute:[Dönetici:[Dönetici: 4/800 MPa), düşük maliyet, yüksek nem absorpsiyonları ve yük taşıma panellerinde kullanılır.
- [FONT:0)Sisal: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: 600-700 MPa), alkali koşullarda iyi dayanıklılık. çatı çarşafları için uygun.
- [FONT:0)Bamboo: [Dönetici: [Dön yüksek güç (1400-2800 MPa fiber formda), ancak fiber işleme, takviyeli çimento kompozitlerinde kullanılan iş yoğundur.
- [FONT:0]Coconut koir: [Döntgen: [Dönetici: Düşük Güç (150-350 MPa), yüksek elongasyon, mükemmel nem direnci.
Doğal Fiber için Matrix Malzemeler
matrix fiberleri, transferleri yüklerini bağlar ve onları çevreden korur. Çeşitli matrix sistemleri geliştirilmektedir:
Polimer Matrikes (Thermoplastiks and Thermosets)
Polizdi, polindi ve polyester yaygın termoplastiktir. Onlar işlem sıcaklıklarında erir ve polikonik asit (PLA) gibi polihidrojenler (PHA) ve soya bazlı reçineler (örneğin, epoxy ve doygunsuz) gibi termosetler daha yüksek sertlik ve kimyasal direnç sunar.
[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0)[Dönetici:0)Dönetici bağlantı:[Dönetici:0)[Dönemli polimer matriksleri doğal fiber kompozitler için biyo-derived polimer matrisler).
Çimentolı Matrices
Hempcrete (hemp hurds + lime binder) en tanınmış örnektir. İyi yalıtım ve ne yazık ki buffering sağlar, ancak sınırlı yapısal güç. Çimento, daha düşük karbon ayak izinleri sunan yazılabilir, ancak alkalin çevrede çimento veya alkaliye dayanıklı olmayan fiberler.
Bio-Resins ve Mycelium Kompozits
Gelişen matrix malzemeleri, dikte yağlarından sentezlenen reçineyi içerir (örneğin, linseed, dökümor), ve mycelium (fungal kökleri) doğrudan doğal fiber substratlar üzerinde yetiştirilen. Mycelium tabanlı tahtalar tamamen biyodegrad edilebilir ve yüksek ligin içeriği nedeniyle mükemmel yangın direncine sahiptir, ancak mekanik güç düşük kalır. Bio-resins, petrol bazlı polimerlerin performansıyla formüle edilebilir.
İnşaat Uygulamaları
Doğal fiber takviye matrisleri hem yapısal hem de yapısal olmayan rollerde kullanılır:
- [FONT:0]Insulation Panel and block: Hemp-lime blokları ve flax-polipropylene panelleri yük taşımayan duvarlar ve çatı yalıtımları olarak hizmet vermektedir.
- [FONT:0]Kladding ve cephe elemanları: Jute ve sisal fiber-reinforced polimer paneller yağmur ekranları için kullanılır, estetik ve hava direnci sunar.
- [FONT:0)Doçing çarşafları ve karolar: Sisal-cement çarşaflar gelişmekte olan ülkelerde düşük maliyetli, dayanıklı çatılar olarak yaygındır.
- [FONT:0]Structural kirişler ve sütunlar: Metal kontraksiyon ile flax-epoxy kullanarak yapılan araştırmalar hala çalışma altında olan güçlü güçlü güçlü yönleri elde etti.
- [FONT:0]Formwork and geçici yapılar:[Dönetici: Low-cost, biyodegrad edilebilir form çalışma panellerinden jute ve bio-resinden yapılan biyo-resin, kullanımdan sonra kompostlanabilir.
- [FONT:0) Önde:[Dönde:[Dönde:[Dönde:[DüzDÜT:1) Akustik paneller, dekoratif duvar tahtaları ve doğal fiber kompozitlerden yapılmış döşeme ticari pazarlara giriyor.
Overcome Challenges'a Tedaviler ve Modifications
NFRM'leri uygulanabilir hale getirmek için, birkaç değişiklik stratejisi geliştirildi:
- [FONT:0)Alkali tedavisi (mercerization): ) sodyum Hidroxide çözümü ligin ve hemicellulose, daha iyi mekanik konlokasyon için fiber yüzeyi kabar ve% 30'a kadar nem azaltır.
- [FONT:0)Silane darbe ajanları:[Dönetici:[Dönetici: 1) Organosilanes formu hem fiber hem de matrix ile uyumlu bağlar oluşturur, arayüz gücünü ve su direncini geliştirir.
- [FONT:0) Aleylament:[Dönetici: 0) Yüzeyi tedavi etmek ve boyutsal stabiliteyi artırmak için, yüzey ve boyutsal stabiliteyi artırmak.
- [FONT:0)Enzyme tedavileri:[[Dönetici:[Dönetici:0) Biyolojik yöntemler (örneğin, pectinase) seçici olarak, lif bütünlüğü korumak olmadan fettişleri ortadan kaldırır.
- [FONT:0)Plasma tedavisi: [DÜDÜT:1] Soğuk plazma, matris ile ıslak geçirgenlik ve adhesion geliştirmek için yüzey enerjisini birleştirir.
- [FONT:0)Nanocellulose takviye:) Ek hücreli nanofiberler veya nanokristaller daha bariyer özelliklerini ve mekanik performansı geliştirir.
Karşılaştırmalı Performans: NFRM vs. S Sentetik Kompozitler
Doğrudan bir karşılaştırma, NFRM'lerin nerede başarılı olduğunu ve kısa düşeceğini belirtir:
- [FONT:0]Strength/stiffness: Cam fiber kompozitler, flax/epoxy'dan 1.5 kat daha yüksek, ancak flax kompozitler daha iyi vibasyon ve yorgunluk direnci sunar.
- [FONT:0]Density:[[DFLT:1] NFRMs ağırlık kritik olduğunda% 30–50 daha hafiftir (örneğin çatı panelleri, modüler konut).
- [FONT:0)Environmental etkisi: NFRMs, cradle-to-gate analizinde cam kompozitlerin% 40-60'ı azaltmaktadır, ancak son derece biyo-yaşam biyodegradability sadece biyo-bazlı matrislerle mümkün değildir.
- [FONT:0] Birim gücü başına gelene kadar, [Dönetici olmayan uygulamalar için, NFRM'ler genellikle daha ucuzdur; yüksek performanslı yapısal kullanımlar için, gerekli tedavi ve kalite kontrolü nedeniyle daha pahalıdırlar.
- [FONT:0]Fire direnişi: [Döneticileri doğal olarak güvenilmez; NFRMs bina kodlarıyla tanışmak için katkı gerektirir.
Future Perspectives ve Research Yolları
Devam eden yenilikler, kalan engelleri ele almayı amaçlamaktadır:
- [FONT:0]Nanocellulose ve cellulose nanokristaller[[Döneticiler) yüksek performanslı, tam biyo bazlı kompozitler gelişmiş nem direnci ile birlikte oluşturmak için matrix formülasyonlarına dahil edilir.
- [FONT=0]Hybrid kompozitler [Döneticileri] doğal fiberleri küçük miktarda sentetik fiberlerle birleştirir (örneğin, cam) performans ve sürdürülebilirliği dengeleyebilir. Örneğin, bir flax-cam hibrit, karbon ayak izi %50 azaltılabilir.
- [FONT=0]3D NFRM'nin baskısını [DDD][D][D][D][/FONT=0)) hemp- veya jute-reinforced biopolimers kullanılarak, karmaşık şekilleri ve kalıplar olmadan yerinde üretime olanak sağlar.
- [FONT:0) Dijital tasarım araçları ve performans modelleri[[Döneticiability için hesap uzun vadeli davranışları tahmin etmek ve yapısal kullanım için güven sağlamak için geliştirilmektedir.
- [FONT:0]Standartlar ve sertifikalar [Döneticiler” yavaş yavaş yavaş kurulmaktadır – örneğin, Avrupa standart EN 16970 for natural fiber kompozits in building.
- [FONT:0)Circular İnşaat[Dönetici:0) NFRM'lerin birbirine benzemek ve kompostlama için tasarlandığı modeller (matrix ve fiber her iki biyodegradable) birkaç AB araştırma projelerinde pilot çalışmalardır.
[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:2)) [FONTD][FONT=0)
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Doğal fiber takviye matrisleri, inşaat sektörünün çevresel etkisini azaltmak için önemli bir potansiyele sahiptir - ve bazı saygılarda iyileştirilmesi - performans. sürdürülebilirlik, maliyet, ağırlık ve yalıtım fırsatları, malumiyet, biyodegrad, uyumluluk ve yangın direnci göz ardı edilemez. Hedeflenen fiber tedaviler, optimize edilmiş matrisler ve biyo temelli sistemlerde araştırmalar, NFRM'ler ticari viability ile sürekli olarak hareket eder.