stäng
hampa

Hampa kan användas för att göra armeringsjärn lika stark som stål

hampa fiber

Detta nya armeringsjärn kan tillåta att byggnader håller längre och förorenar mindre

När en 12-vånings bostadsrätt plötsligt kollapsade i juni förra året i Surfside, Florida, var en av anledningarna gömd djupt inne i strukturen. Inom betongfundamenten var väggar och golv ett väsentligt men riskabelt byggmaterial: armeringsjärn. Efter kollapsen fann utredarna att detta material uppvisade betydande korrosion, tillräckligt för att få den massiva byggnaden att kollapsa.

Stålarmeringsjärn, eller dragstänger, är en nyckelkomponent i konstruktionen av byggnader som detta lägenhetstorn, och är avgörande för deras strukturella integritet. Men armeringsjärn är också känsligt för fukt som kan arbeta sig in i betongen, vilket orsakar i stort sett osynlig korrosion som kan få strukturer att kollapsa nästan utan förvarning.

hampa 1 armeringsjärn
[Bild: Alex Tsamis/artighet Rensselaer Polytechnic Institute]

Ett team av forskare från Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) erbjuder ett alternativ. Istället för att använda stål för att armera betong, de har utvecklat ett kompositförstärkningsmaterial gjord av förvånansvärt starka hampafibrer. Deras hampabaserade armeringsjärn använder de starka fibrerna i hampstam i kombination med ett harts eller bioplast för att bilda stänger som säkert kan ersätta stålarmeringsjärn i betongkonstruktioner.

Omfattningen av potentialen för detta material är betydande. Stålarmeringsjärn finns överallt, från trottoarer till skyskrapor. "De är allestädes närvarande i alla betongkonstruktioner. De är bara fulla av armeringsjärn, säger Dan Walczyk, professor i maskinteknik vid RPI. "Och det är byggnadsmaterial till ett värde av miljoner, om inte miljarder dollar varje år."

Att eliminera stål i betongkonstruktioner kan eliminera risken för korrosion som fick lägenheten i Florida att kollapsa. Med mindre korrosion skulle betong i byggnader och broar kunna hålla årtionden längre. "Genom att ersätta materialet som används i ett föremål med en fiberkomposit istället för stål, kan du avsevärt minska byggnadsindustrins koldioxidavtryck eftersom du förlänger livslängden på strukturer," Mr. Tsamis.

hampa armeringsjärn
[Bild: Alex Tsamis/artighet Rensselaer Polytechnic Institute]

Hampa armeringsjärn och maskinerna för att göra det utvecklas av Tsamis och Walczyk, tillsammans med arkitektstudenten Daniel Cohen och maskiningenjörsstudenten Sharmad Joshi. Tsamis liknar denna teknik med 3D-utskrift, som kräver både en filament och en maskin för att bilda den. Hampa armeringsfilament är en kombination av hampafibrer som har extraherats och lindats in i en termoplast som sedan lindas till en repliknande spole. Maskinen, som teamet bygger som ett proof of concept, är en enhet i bilstorlek som suger in rullat material, värmer det och konsoliderar det till härdade stänger. Mr. Tsamis förklarar att maskinen är designad för att fungera på plats under byggprojekt, vilket gör det möjligt att tillverka hampa armeringsjärn efter behov. En specialanpassad form kan forma armeringsjärnet för att passa byggprojektets behov, och till och med böja det till komplexa former som annars skulle tillverkas på plats av byggnadsarbetare.

Det kan låta sofistikerat, men materialet är inte särskilt komplicerat att tillverka, enligt Tsamis, som säger att projektet startade under pandemin, när universitetets laboratorier stängdes. "De första experimenten vi gjorde med konsolidering ägde rum i köksugnar", säger Tsamis. "Och de första repen, vi gjorde dem för hand. Jag fick min son att dra på andra sidan av repet jag gjorde vid mitt skrivbord. Min elevs katt tuggade på repet medan han gjorde sin egen version. Så början var ganska blygsam när det gäller den tillgängliga tekniken."

Vissa utmaningar kvarstår dock. Enligt Walczyk ligger USA efter andra länder när det gäller tillverkning av industrihampa, som legaliserades först 2018. Bioplaster är också relativt nya. "Det finns mycket osäkerhet om var dessa material kommer ifrån", säger Walczyk. "Om vi ​​skulle utveckla den här tekniken inom de närmaste veckorna har vi inte nödvändigtvis materialförsörjningskedjan för det."

Men när materialet väl är tillgängligt säger Tsamis att det inte skulle vara så mycket krångel för byggindustrin att byta ut sitt armeringsjärn mot den hampabaserade varianten. ”Folk vet redan hur man arbetar med det här materialet. Alla konstruktionsmetoder och all know-how finns där”, förklarar Mr. Tsamis.

forskare bekräfta Hampa armeringsjärn kommer förmodligen inte in i en byggnad på några år, men de är redan i samtal med flera stora byggföretag om hur materialet skulle kunna införlivas i nya projekt. Statlig eller federal finansiering skulle hjälpa till att påskynda teknikutvecklingen, säger Walczyk, och Tsamis säger att partnerskap med industrin, såsom reptillverkare, kan hjälpa till att flytta produktionen.

Med klimatförändringarna som pressar byggindustrin att ta itu med sitt höga koldioxidavtryck, kommer det att bli allt viktigare att minska användningen av mycket förorenande material som stål. Tsamis säger att den breda användbarheten av hampa armeringsjärn gör det till den typ av naturmaterial som industrin kan använda för att minska dess enorma påverkan. "Det kommer att kräva en hög produktionsvolym, och vi tror att det kommer att tvinga vissa delar av leveranskedjan att falla på plats", förklarar han.

Tags: Applikationer och innovationer
Ogräs-mästare

Författaren Ogräs-mästare

Ogräsmediesändare och kommunikationsansvarig som specialiserat sig på laglig cannabis. Vet du vad de säger? kunskap är makt. Förstå vetenskapen bakom cannabismedicin, samtidigt som du håller dig uppdaterad med den senaste hälsorelaterade forskningen, behandlingarna och produkterna. Håll dig uppdaterad med de senaste nyheterna och idéerna om legalisering, lagar, politiska rörelser. Upptäck tips, knep och instruktionsguider från de mest erfarna odlarna på planeten samt den senaste forskningen och resultaten från det vetenskapliga samfundet om cannabis medicinska egenskaper.