Гусевский Андрей Анатольевич
Инновационные технологии: светопроницаемый бетон
Обычный и каркасно-армированный бетон, за последние сто лет был и остаётся основным строительным материалом во всём мире. Объём его производства вдвое превышает количество всех остальных изготавливаемых материалов, включая такие суперпопулярные, как пластик, кирпич и керамическая плитка.
Бетон доминирует по той простой причине, что зачастую других альтернатив ему просто нет. Поэтому, любые инновационные идеи, касающиеся этого материала, не остаются без внимания учёных и строителей.
Новый заполнитель для лёгкого бетона
В основном, инновационная деятельность по отношению к бетону, касается разработки его новых видов, арматуры для него, добавок. Кроме того, специалисты работают и над созданием новых конструкций и технологий, которые позволят максимально защитить или восстановить бетон.
Из бетона можно построить всё
Итак:
- Сегодня нашим НИИЖБ уже разработан бетон с такой морозостойкостью и водонепроницаемостью, что вопрос снижения эксплуатационных качеств конструкций и покрытий, можно сказать, снимается с повестки дня.
- Особое внимание уделено созданию бетонов на основе саморасширяющихся цементов. Они обеспечивают бетонным конструкциям трещиностойкость, да и ту же водонепроницаемость, которая так важна для конструкций с большой протяжённостью, или подвергающихся воздействию агрессивных сред.
- И такие бетоны сегодня уже начали использовать в строительстве промышленных объектов. А вот в гражданском строительстве, наибольший интерес прикован к созданию сверхлёгких бетонных смесей с высокими прочностными характеристиками.
- В упомянутом выше институте, уже получают лёгкие теплоэффективные бетоны с маркой М600, что позволит применять их в любой климатической зоне страны. В качестве наполнителя в таком бетоне используется стекловидный заполнитель, изготавливаемый из кремнезёмистых пород.
В масштабном строительстве он должен прийти на смену заполнителям из легко вспучиваемых глин (керамзита, аглопорита). А чем же это они нам не угодили?
Аргументы исследователей
Во-первых, для изготовления керамзита в нужном объёме, в нашей стране недостаточно ресурсов, так как запасы легко вспучиваемых глин, которых и так не слишком много, стремительно истощаются.
А залежи кремнезёмистых пород вряд ли можно исчерпать в ближайшие сто лет. Но не это, конечно, самое главное. Ведь если бы новый наполнитель не имел преимуществ перед старым, то и говорить было бы не о чем.
Причина кроется в другом.
В России, из керамзитобетона начали строить 50 лет назад, и в принципе, можно ещё продолжать, так как у нас работает около двухсот заводов, выпускающих этот заполнитель в количестве 16млн.
кубометров в год. Разработок в этой области достаточно много, однако производственные реалии от них далеки.
Керамзита с плотностью 400 кг/м3, или бетона на его основе плотностью 800кг/м3, выпускается не слишком много.
Кремнезёмистые породы Вспученная глина: керамзит Вспученный перлит
Итак:
- Наиболее перспективным заполнителем лёгких бетонов всегда считался вспученный перлит. Но опять же: сырьевые запасы, производственная база, и некоторые технологические трудности, не дают повода считать данный материал перспективным. Поэтому вопрос поиска альтернативных вариантов заполнителей для бетона, остаётся актуальным.
- Исследователи всегда акцентируют внимание на возможностях расширения сырьевой базы – особенно, что касается конструктивных бетонов. Больше всего их интересуют гравиеподобные наполнители с закрытыми порами, твёрдая фаза которых почти на сто процентов находится в аморфном (стекловидном) состоянии.
- Причиной тому уверенность, что стекловидные заполнители с повышенными прочностными характеристиками, позволят получить эффективные с точки зрения механики и теплотехники бетоны – и не только теплоизоляционные, но и конструкционные. Это даст возможность претворять в жизнь наиболее рациональные проектные решения по ограждающим конструкциям для разных климатических условий.
Да и вообще, создание лёгкого бетона с повышенными прочностными качествами, позволит снова вернуться от трёхслойных стеновых конструкций, к однослойным. При этом, толщины в 40-50 см будет достаточно, чтобы обеспечить максимальное сопротивление стен теплопередаче.
Бетон с самоочищающейся поверхностью
Ещё одной инновацией стало создание бетона, обладающего более высокими эстетическими качествами – то есть, поверхность которого не требует финишной отделки. Это, так называемый, самоочищающийся бетон.
Всего одна добавка решает многое
Добиться этого получилось путём добавления в бетон двуокиси титана – вещества с отбеливающим эффектом, которое до этого являлось только пищевой добавкой. В продукты питания оно добавляется с той же целью – для достижения отбеливающего эффекта.
- Теперь, чтобы получить белый бетон, не надо использовать дорогостоящий белый цемент.
- Диоксид титана с успехом отбеливает и обычный серый цемент, в результате чего, декоративный бетон можно получить с незначительным удорожанием. И дело не только в эстетике материала.
- Двуокись титана выступает так же в качестве катализатора, который под воздействием ультрафиолета запускает реакцию разложения многих вредных веществ и бактерий, которые накапливаются на наружных поверхностях любых конструкций.
- По этой причине, такой бетон ещё называют фотокаталитическим.
Проекты будущего Бетон имеет огромное значение в современной архитектуре Фасад здания из самоочищающегося бетона, всегда будет иметь первозданный вид
- Способность конструкций зданий к самоочищению, играет огромную роль в экологии. Да и вообще, позволит экономить не только на отделке зданий, но и избавит от необходимости периодической очистки фасадов.
- Тем более, что большинство крупных зданий с интересной современной архитектурой, строятся сегодня именно из бетона. В Швеции, например, запущен проект по разработке не только разных сортов самоочищающихся бетонов, но и созданию других стройматериалов, которые могут быть покрыты каталитическими составами.
- Такие возможности появились, благодаря развитию нанотехнологий. Какое отношение они имеют к двуокиси титана? Всё просто – в качестве катализатора используется не просто его порошок, а наночастицы. И чем они мельче – тем активнее проявляются его свойства.
Кстати! В Японии уже давно подобную технологию используют в производстве керамической плитки и фасадных панелей.
Шведы считают необходимым значительно продвинуть исследования в области использования фотокатализаторов, и планируют наладить серийный выпуск подобных материалов. Ведь содержащийся в них или на них катализатор, будет очищать не только саму поверхность конструкции, но и воздух вокруг неё.
Особенно в этом нуждаются бетонные туннели, через которые постоянно движется поток автомобилей. На эти исследования Евросоюз выделил кругленькую сумму – более 2 млрд. долларов. Так что, в Европе тоже возлагают большие надежды на эти технологии.
Светопроницаемый бетон
К инновационным разработкам в области строительства, так же относятся технологии создания светопрозрачных материалов. Не обошли вниманием и бетон, который, оказывается, тоже может пропускать свет.
Чем обусловлен оптический эффект
Способствует этому явлению отсутствие крупного наполнителя (есть только гранитная или мраморная крошка), и присутствие стекловолокна:
- Его добавляется не более 5% от общего объёма бетона, что позволяет сохранять все его базовые качества: от прочности, до водонепроницаемости.
- Фактически, стекловолокно здесь выступает в качестве армирующей фибры, и удерживает изделия от деформации.
- Для чего вообще нужны подобные метаморфозы, да ещё и такие дорогостоящие? А дело в том, что у этого материала огромный потенциал в сфере дизайна.
- Блоки не полностью прозрачны, а только пропускают светотени, а при изменении освещения меняют рисунок.
Да что там говорить – лучше один раз увидеть!
Светопрозрачные бетонные перегородки в офисном интерьере Полупрозрачные ограждающие конструкции в жилом интерьере Витрина из светопрозрачного бетона
Обратите внимание! Степень прозрачности бетона зависит не от его толщины, а от количества в нём оптических волокон. По внешнему виду, изделие из такого бетона можно сравнить с ценными породами натурального полированного камня, что и позволило использовать его в интерьерном дизайне.
Сегодня светопроницаемый бетон производят и в России. Существует несколько вариантов его исполнения.
Это четыре базовых цвета:
- тёмно-серый,
- светло-серый,
- белый (под мрамор)
- жёлто-коричневый (под песчаник).
Но при выполнении бетона под заказ, его могут заколеровать в любой цвет. Рисунок и структура материала тоже могут меняться в зависимости от пожеланий заказчика.
Из светопроницаемого бетона сегодня делают не только межкомнатные перегородки и фасадные плиты, но и столешницы, барные и ресепшн-стойки, малые архитектурные формы (скамьи, заборы) – и даже светильники.
Заключение
Разработчики сегодня уделяют внимание и такому направлению, как рециклирование бетона – то есть, его вторичная переработка. Сначала речь шла о том, чтобы в результате глубокой переработки можно было получать вяжущее, которое могло бы сгодиться хотя бы для производства низкомарочного бетона.
Дробление железобетона перед отправкой на переработку
Но сегодня, тот же НИИЖБ уже работает над тем, как из такого вяжущего получить бетон высокой прочности. Кстати, его руководством в Минстрой внесено предложение о принятии программы развития бетонных технологий. Ведь бетон является материалом века – и вряд ли в ближайшем будущем что-то изменится.
Статья по оп "материаловедение" на тему:"бетонные инновации"
Инновации в производстве бетона – материал из старых шин
Ученые умы пришли к выводу о целесообразности использования старых шин для производства бетона. Такой материал по заверению экспертом является экологически безопасным.
Инновация была придумана в Европейском исследовательском проекте в Салерно – итальянском городе. Здесь научились изготавливать бетон с помощью новой технологии. Теперь к цементу и воде добавляют не совсем традиционный наполнитель – массу, полученную с помощью измельченных шин.
Мотивацией для применения данного материала стало ежегодное повышение спроса на бетон, в результате чего используется огромный объем промышленных волокон. Целью было создать материал, который отвечал бы экологическим нормам. И, конечно же, при этом продукт должен быть выносливым, качественным и надежным.
Сейчас партия нового изделия проходит целый ряд механических тестов. Бетон проверяется на ломкость, выносливость, поведение во время резких перепадов температуры.
Основная сложность заключается в том, что утилизированные материалы имеют особую структуру, из-за которой они распределяются в смеси неравномерно. Однако экспериментатором удалось добиться того, чтобы конечный продукт получился надежным, однородным и устойчивым.
Инновационный бетон
Недавно в университете Каталонии создали новый вид строительного бетона. Это легкая и самоуплотняющаяся смесь, которая подойдет для любых видов строительных и ремонтных работ.
Разработка была представлена еще весной этого года на Всемирной строительной выставке в Барселоне. В качестве оценочной работы был представлен музей Гауди. Он стал своего рода экспериментальной площадкой, на которой строители и применили новый вид бетона.
Как заверяются разработчики, материал можно использовать как для обычного ремонта (заделка трещин, швов), так и для капитального (восстановление бетонных полов и т.д.). Благодаря своей наливной легкости и тягучести, он идеально подходит для напольных конструкций и создания других ровных поверхностей.
Инновационный бетон получил название HALF и имеет несколько ярких достоинств:
- Он в несколько раз легче других видов бетона.Достигается это за счет его низкой плотности, которая составляет всего 2000 кг/м3;
- Длительный эксплуатационный срок без дополнительного ремонта;
- Экономичный и дешевый в производстве;
- Позволяет вести строительные и ремонтные работы в труднодоступных местах. Это стало возможным за счет заливки бетона с помощью специального шланга;
- Высокая скорость работБыстро распределяется по всей поверхности и заполняет пустоты;
- Высокое качество. Увеличивает общую жесткость и прочность конструкции.
Инженеры, которые разработали новый вид бетона, утверждают, что он способен высохнуть уже через двое суток после заливки. Таким образом, это позволит сократить срок сдачи здания в эксплуатацию.
Наличие в структуре бетона полимерных материалов дает возможность не использовать обычные арматурные сетки при строительстве.
Эти полимеры отлично удерживают всю бетонную массу, не позволяя ей рассыхаться или деформироваться в дальнейшем.
Эволюция бетона
Прозрачный бетон и самоочищающиеся стены — это уже не научная фантастика — это реальное воплощение мечты многих строителей и заказчиков.
Прозрачный бетон и самоочищающиеся стены — это уже не научная фантастика — это реальное воплощение мечты многих строителей и заказчиков. Многие проектные организации и фирмы ведут разработки по созданию материалов будущего. Многое из последних научных достижений опробовано в массовом производстве, другие инновации ищут свое применение в строительном секторе в ближайшее время.
Применение
Большие, практически неограниченные дизайнерские возможности открывает прозрачный бетон. Материал уже используется в области внешнего оформления строительных конструкций, но сегодня его производство стоит очень дорого. В технологии получения прозрачного бетона применяется стекловолокно. Далее отливаются крупные блоки, которые нарезаются и подвергаются полировке.
Прозрачность бетона достигается так: естественное или искусственное освещение проходит сквозь стекловолокно в бетонной плите, далее происходит рассеивание и отражение от внутренних и внешних поверхностей. На прочностные характеристики бетона это никак не отражается. Прозрачный бетон в Германии уже выпускается некоторыми фирмами и компаниями.
Так, например компания под названием Luccon выпускает данный материал.
Будущее технологии
В настоящее время в мире проводятся разработки и вкладываются значительные средства в инновации в части самоочищающихся стен из современного бетона.
Наверняка многие люди хотели бы использовать в строительстве бетон, который обладает грязеотталкивающим эффектом. Это стало доступно после введения специальных добавок в бетон.
Под воздействием солнечного света приводятся в действия специальные свойства материала, которые, не дают образовываться на поверхности бетона мхам, лишайникам, плесени, микроорганизмам.
Полипропилен и фибра. Что ждет бетон в будущем
Снижение себестоимости, сроков изготовления с одновременным улучшением качественных показателей бетона — вот цель к которой стремятся все производители данного широко востребованного материала.
Полипропиленовые добавки
Морозостойкость, малая степень усадки, повышенная ударостойкость, отсутствие трещин, стойкость к истиранию, повышенные прочностные характеристики и влагостойкость, увеличение сроков межремонтной эксплуатации – основные показатели качества бетона. Добиться этих целей стало возможным за счет добавок полипропиленовых волокон.
Наличие металлической арматуры эти добавки, конечно, не исключают, но механические свойства бетона от их применения существенно улучшаются, качество возрастает. Бетон с добавками становится более пластичным. Причем объем добавок на один кубометр бетона лежит в диапазоне всего-то 1-2 кг.
Длина полипропиленовых волокон составляет 8-12 мм в зависимости от желаемых характеристик.
Строительство транспортных дорог и освоение новых месторождений нефти, газа, в том числе на морских шельфах в условиях воздействия вечной мерзлоты, соляных туманов, морской воды, больших ветровых нагрузок, строительство подземных «мини-городов» и мостовых конструкций, — вот неполный, но весьма характерный перечень областей, где используются новые бетоны со и специальными добавками. Необходимо упомянуть, что бетоны с полипропиленовыми волокнами применяется в военных целях и для строительства бетонных конструкций в местах повышенной сейсмической активности.
Как это работает?
Каков же механизм достижения желаемых результатов? Полипропиленовые волокна работают как микро арматура в бетонных и растворных смесях. Толщина единичного волокна сравнима с толщиной человеческого волоса и волокна видны в бетонной смеси на стадии замешивания, после замеса на поверхности их не видно.
Волокна улучшают свойства смеси, исключаются возможности образования трещин, усадки. Сила внутренних связей сильно возрастает. Трещины в бетоне без добавок, как правило, образуются в течение первых суток после того как бетон был уложен и их трудно обнаружить.
Трещины образуются по причине того, что возникающие внутренние напряжения превышают прочность бетона.
Волокна, благодаря их большой суммарной поверхности сцепления поглощают силы растяжения во время становления бетона (сила распределяется на миллионное количество волокон), что в итоге равносильно дополнительному армированию по всему объему бетонной массы. Волокно удерживает микрочастички воды внутри бетонных конструкций, уменьшая риск образования трещин при оседании материала.
Для реализации специально заданных параметров (аналогично бетону с добавками полипропиленового волокна) в качестве добавок в бетон используют фибру.
Улучшение огнестойкости
Этот материал используется для промышленных складов, в нефтехимической промышленности, в дорожном строительстве. Огнестойкость бетона за счет добавления фибры повышается. Возможно применение такого бетона в нефтехимии, повышается устойчивость бетона к проникновению воды.
Выше перечисленные добавки из фибры и полипропиленовых волокон способствуют более качественному и равномерному перемешиванию песка, воды, цемента, других наполнителей, тем самым рождается более прочная, долговечная поверхность. Данные добавки позволяют использовать и актуальные и повышающие производительность по укладываемым объемам бетононасосы.
мериканские ученые посягнули на святое — они ищут замену бетону
Команда исследователей из американской компании Gramazio Kohler создала процесс 3D печати на основе камней и нитей, который они называют шагом к альтернативе бетону. В их процессе используется умный дизайн модели, которая затем печатается на 3D принтере.
Методика называется Rock Print и она аналогична печати на основе порошка, но в качестве связующего вещества используют особые нити, а в качестве материала — камень. Фирма утверждает, что процесс может прийти на замену обычному строительству из бетона.
Бетон, сам по себе, отличный строительный материал. Только вот производство бетона, точнее — цемента, наносит планете большой урон.
Массачусетский технологический институт тестировал полученные материалы вместе с лабораторией Gramazio Kohler. И те и другие говорят, что это только начало развития этой технологии строительства и у нее есть огромный потенциал, и ученые серьезно намерены заменить этой методикой бетонное строительство.
Это не заразно! Разработана технология выращивания кирпичей на основе бактерий
Промышленный дизайнер Ginger Krieg Dosier представила новую инновационную технологию изготовления стандартных кирпичных блоков — с помощью выращивания их из песка и бактерий.
По данным Управления по охране окружающей среды США, около 8% мировых выбросов углерода приходится на производство кирпича. Американский стартап BioMason (Северная Калифорния) разработал экологически чистую кирпич, процесс создания которой скорее напоминает «выращивания» и не требует традиционного обжига.
Руководство молодой компании утверждает, что при производстве их кирпича не выделяется никаких вредных веществ.
Процесс заключается в следующем. В качестве основы для создания кирпича BioMason использует песок — самый распространенный и дешевый материал.
Песок засыпается в прямоугольную форму и заливается жидким цементирующим раствором, в котором содержатся специальные бактерии. В растворе для бактерий есть все необходимые питательные вещества.
Во время своей жизнедеятельности бактерии словно кристаллизуют вещество. BioMason сравнивает этот процесс с образованием кораллов.
Через четыре дня вещество с бактериями и песком становится твердой — кирпич готова.
- Тестирования показали, что полученные блоки по своей прочности не уступают традиционным аналогам, и безопасные для сооружения зданий.
- Но самое главное, что BioMason удалось разработать процесс создания кирпича, который не требует ее обжига в печах в течение нескольких дней (именно во время этого этапа производства выделяется большое количество углерода).
- Кроме того, кирпич BioMason создается исключительно из экологически безопасных природных материалов, без использования каких-либо вредных химических примесей.
Основательница стартапа начала первые испытания еще в 2012 году. Тогда было трудно найти инвесторов. Однако в 2013 году BioMason удалось привлечь $ 2800000 начальных инвестиций. В том же году они выиграли грант от Международного конкурса Postcode Lottery Green 2013 году на сумму в $ 500 тыс.
САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ БЕТОН Удивительный материал, который назвали самовосстанавливающимся бетоном, создали голландские ученые ХенкДжонкерс (Henk Jonkers) и Эрик Шленген (Eric Schlangen). Этот бетон способен заживлять в самом себе трещины и другие изъяны, образующиеся в течение эксплуатации.
По сообщению из Делфтского технического университета (DelftTechnical University) экспериментальный материал готов к проведению практических испытаний. Самовосстанавливающийся бетон, который называют технологией будущего, содержит в себе бактерии, которые вырабатывают известняк при воздействии дождевой воды. Вследствие этого трещины заполняются известняком, что существенно продлевает срок службы бетона. Как рассказал в интервью Хенк Джонкерс, для обеспечения долговечности бетона очень важно своевременно заделывать образующиеся микротрещины, чтобы они не разрастались дальше и не приводили к разрушению бетонных конструкций. Особенности технология производства самовосстанавливающегося бетона заключаются в том, что споры бактерий и питательные вещества для них подмешиваются в бетон в виде гранул, при этом бактерии находятся в «спящем» состоянии до выпадения атмосферных осадков, когда вода попадает в трещины и активизирует бактерии. Тогда и начинается процесс выработки бактериями известняка, который автоматически заделывает трещины.
(Источник:
ocheninteresno.com/samovosstanavlivayushhijsya-beton/ © Очень интересно)
Бетонные инновации
Стройка будущего. Новые виды бетона умеют пить воду и пропускают свет
Специалисты из Канады разработали инновационную технологию изготовления бетона с помощью связывания диоксида углерода.
Новая технология позволяет добиться тройного эффекта: бетон будет дешевле, прочнее и безопаснее для экологии.
Сейчас технологию используют для строительства офисного центра в Атланте: в итоге здание площадью более 100 000 кв. м сможет абсорбировать столько же углекислого газа, сколько усвоят за год 800 гектаров леса.
Впрочем, другие ученые предлагают высаживать растения прямо на бетоне. Для этого понадобится специальный, «зеленый», вид материала. В его составе привычный портландцемент заменили на фосфат магния.
В результате бетон стал пригоден для жизни микроорганизмов. Конечно, огород в такой «почве» не вырастить, а вот мох — вполне.
Такой бетон можно использовать для облицовки домов и других архитектурных сооружений.
Бетон считается самым надежным строительным материалом. Его начали использовать в 6-м тысячелетии до н. э. Пол одной из хижин поселения каменного века был залит бетоном толщиной 25 см. Заполнителем был речной гравий, в качестве вяжущего материала использовалась красная глина. Тот факт, что археологи нашли эту конструкцию в целости, говорит о прочности бетона.
С развитием технологий бетон стал еще более неубиваемым: ему не страшен ни снег, ни дождь. В состав можно добавить воздухововлекающие добавки, которые придают бетону высокую морозостойкость.
Для строительства пешеходных дорог и парковок был создан новый бетон с пористой структурой. Материал, получивший название «пьющий бетон», способен всего за минуту впитать порядка 4000 литров жидкости.
Попадая на такую «губку», вода очень быстро оказывается под дорожным покрытием. Дальше, в зависимости от типа основания, вода сливается напрямую в грунт или по специальным трубам уходит в канализацию.
Для мостов и инженерных конструкций, которым приходится выдерживать многотонные нагрузки, разработана технология преднапряженного бетона. Его особенность — умение выдерживать растягивающее напряжение.
При изготовлении данного бетона прокладывают натянутые стальные канаты, которые сжимают бетон и придают ему высокую прочность при растяжении. Арматура натягивается при помощи специального устройства, затем укладывают смесь.
После того как смесь наберет начальную прочность, сила натяжения арматурного каркаса передается бетону, который оказывается сжатым. Данные манипуляции позволяют уменьшить или вовсе устранить напряжение от изгибающей нагрузки на конструкцию.
Еще один необычный вид бетона — литракон. Это прозрачный бетон, впрочем, правильнее его называть светопропускающим. Сквозь стену из литракона можно рассмотреть только контуры предметов.
Блок из такого бетона пронизан множеством фиброоптических волокон, при этом оптоволокно составляет лишь 4% всего объема бетонной смеси.
Это позволяет в полной мере сохранить классические свойства бетона, но при этом придать ему такой необычный вид.
Минус литракона — высокая стоимость. Но инженеров из Китая это не остановило. Сейчас там идет строительство дорог со встроенными солнечными панелями. Стройка развернулась на участке в 1,9 км скоростной автомагистрали Цзинаня. При возведении использовался прозрачный бетон, под которым расположен слой солнечных панелей. С их помощью можно будет подзаряжать электрокары.
Как видите, область применения бетона и его возможности широки и разнообразны. Но все-таки одной из самых перспективных сфер применения остаются дороги.
Срок эксплуатации цементобетонного дорожного покрытия составляет от 30 до 50 лет. Износостойкость гарантирует не только состав материала, но и продуманная технология укладки. В основание дороги кладётся щебень, скрепленный цементом.
На него укладывается геотекстильное полотно: оно позволяет равномерно распределить приходящуюся нагрузку, исключая деформации и разрушения. На это место укладывается слой из бетонной смеси толщиной примерно 30 см.
По итогам жизненного цикла, бетонная дорога обойдется на 30–40% дешевле асфальтовой за счет снижения эксплуатационных расходов и почти 6-кратного увеличения срока безремонтного использования.
Считается, что, с точки зрения устойчивости и сцепления, цементобетон — более стабильный материал, поскольку сцепление с колесами не снижается со временем. Именно поэтому бетон выбирают для изготовления взлетно-посадочных полос. Тормозной путь на бетонных дорогах короче, а освещенность за счет светоотражающего эффекта выше почти на треть.
В нашей стране дороги преимущественно сделаны из асфальта. Часто на поверхности можно встретить трещины и повреждения. Их тоже можно починить с помощью бетона — для этого используется технология холодного ресайклинга.
Асфальтовое дорожное покрытие измельчают, а полученный материал скрепляют при помощи специальной цементной смеси с добавлением гидравлических вяжущих. Применение такой смеси позволяет сделать хорошее бетонное основание, на которое укладывается асфальтобетон или цементобетон.
В результате дорога гарантированно прослужит еще 25 лет.
Сейчас перед дорожными компаниями и чиновниками стоит непростая задача: для начала строительства дорог из бетона нужна нормативно-техническая база, а также проведение необходимых лабораторных испытаний с учетом климатических особенностей каждого региона страны. Но этого пока что в России нет.
6 інновацій і модернізацій бетону
Бетон відноситься до спеціально створеним (штучним) кам’яних будматеріалів. Він складається з води, в’яжучої речовини (найчастіше – цементу) і наповнювачів різного розміру. Бетон є одним з найбільш широко використовуваних будівельних матеріалів у світі.
Це матеріал вибору для більшості нових доріг великого, будівель, мостів і багатьох інших споруд з-за його довговічності і відносної простоти застосування.
Технології не стоять на місці, наукові колективи проводять нові дослідження з поданим матеріалом, в результаті їх праці з’являються нові розробки.
Бетон з дерева: реальність чи міф?
Раніше дерево було одним з найпоширеніших будматеріалів, однак сьогодні його змінили бетонні суміші. Активний розвиток технологій дозволило поєднати 2 види матеріалів, створивши комбіновану суміш дерева і бетону.
Швейцарська національна програма «Ресурсна деревина» (NRP 66) зосереджена на створенні унікальної суміші. Швейцарським дослідникам вдалося розробити радикальний підхід до комбінування дерева та бетону: вони виготовляють стійкий бетон, на 50 відсотків складається із дерева. Високий вміст деревини в бетонній суміші посприяло хорошій теплоізоляції матеріалу без шкоди вогнестійкості.
Головна відмінність описаної суміші від класичного бетону полягає в заміні гравію і піску дрібнозернистою деревиною.
Створення плаваючого бетону
«Вони важать не більше половини того, що важить звичайний бетон — найлегші з них навіть плавають!» каже організатор досліджень. Крім цього, після демонтажу матеріали можна використовувати повторно, у якості палива для отримання тепла та електрики. Незважаючи на відповідність вимогам пожежної безпеки будматеріал можна спалювати разом з іншими відходами.
Результати стрес-тестів підтвердили, що новий деревне бетон підходить для виготовлення плит і стінових панелей і може стати матеріалом для несучих конструкцій в будівництві.
В ході майбутніх досліджень потрібно з’ясувати, в яких сферах краще застосовувати певний вид деревно-бетонного композиту та ефективні способи його виробництва.
Зі слів Дайя Цвікі (організатор), рівень знань, необхідний для широкого застосування, все ще надто обмежений.
Революційний бетон з графена
Графен є модифікацією вуглецю, яка останнім часом активно набирає популярність.
Експертами з Університету Ексетера була розроблена новаторська техніка з використанням нано-інженерії для впровадження графена в класичне виробництво бетонних сумішей.
Унікальна технологія дозволила створити довговічний, екологічно чистий і міцний бетон. Крім цього в рази збільшилася водостійкість. Тестування виробленого матеріалу довело повну відповідність британським і європейським стандартам будівництва.
Цікаве: Латексна і силіконова фарба для стін і стель: відгуки
Важливо відзначити, що новий концентрат, армований графеном, значно скоротив вуглецевий слід традиційних методів виробництва бетону, зробивши його більш стійким і екологічно чистим.
При цьому викиди вуглецю значно скоротилися (на 446кг/т), а кількість матеріалів, необхідних для створення бетону скоротилося на 50 відсотків.
Більшість вчених упевнена, що нова методика дозволить вводити в бетон нові нано-матеріали, модернізуючи, таким чином, всесвітню галузь будівництва.
Пошук екологічно чистих способів будівництва є кроком до скорочення викидів вуглецю в усьому світі і спосіб захистити навколишнє середовище. Це важливе вкладення в створення прогресивної будівельної сфери майбутнього.
Вугільна зола в бетоні
Отримати точний зміст вологи усередині бетону складно, тому що порошок і заповнювачі утворюють щільну цементуючу матрицю, що створює труднощі для руху вологи після початку висихання. Крім цього, для висихання необхідні особливі атмосферні умови. Якщо зовнішня поверхня бетону висихає до того, як внутрішня частина затвердіє, це може призвести до більш слабкою структурою виробу.
Лабораторія Фарнама хотіла розробити агрегатний продукт, який мав би оптимальні характеристики для змішування, міцності і пористості, і знайти спосіб виготовити його з великої кількості відходів.
Вугільна зола – побічний продукт вугільних електростанцій, який отримують внаслідок спалювання вугілля. Щорічно сотні тонн попелу відправляються на смітник. Дослідники з Університету Дрексел вважають, що знайшли застосування порошкоподібного залишку. Вони впевнені, що зола зможе зробити бетон більш довговічним і без тріщин.
Розробка компанії Фарнам
«Рішення, яке ми придумали, полягала в переробці відходів вугільної золи, пористий, легкий заповнювач з чудовими експлуатаційними характеристиками, який можна проводити при більш низьких витратах, ніж існуючі природні і синтетичні варіанти», — сказав Фарнам (засновник цієї ідеї).
Науково доведено, що представлена добавка значно збільшить термін служби бетону, зробить його в рази міцніше. Концепція внутрішнього затвердіння була розроблена в останнє десятиліття, для полегшення процесу затвердіння використовується легкий пористий заповнювач. Добавка може підтримувати постійний рівень вологості усередині бетону, щоб допомогти йому рівномірно тверднути зсередини.
Силікат кальцію в бетоні
Мікро-сфери з силікату кальцію були розроблені вченими з Університету Райса.
Доведено, що винахід допоможе отримати більш міцний і екологічно чистий бетон, з поліпшеними механічними властивостями (міцність, твердість, пружність і довговічність), ніж портландцемент, найбільш поширена речовина, що використовується в бетоні. Розмір сфер — від 100 до 500 нанометрів в діаметрі.
Їхнє використання обіцяє знизити енергоємність виробництва виробництва цементу (одного з найпоширеніших в’яжучих у бетоні). Шахсаварди стверджує, що сфери підходять для інженерії кісткової тканини, ізоляції, керамічних і композитних додатків, а також цементу.
За словами Шахсаварди збільшення міцності цементу сприятиме:
- Зменшення ваги бетону.
- Меншій витраті матеріалу.
- Зниження споживання енергії під час виробництва бетонної суміші.
- Зменшення викидів вуглецю під час процесу виробництва.
Учений сказав, що розмір і форма частинок в цілому чинять істотний вплив на механічні властивості і довговічність сипучих матеріалів, таких як бетон.
Бетон з перероблених шин
Інженери UBC розробили більш пружний тип бетону з використанням перероблених шин. Речовина може бути використано для бетонних конструкцій, таких як будівлі, дороги, дамби і мости. Одночасно з цим значно скоротиться обсяг відходів на звалищах.
Дослідники проводили експерименти з різними пропорціями перероблених шинних волокон та інших матеріалів, які використовуються в бетоні — цементу, піску і води, — перш ніж знайшли ідеальну суміш.
До її складу входить 0,35% шинних волокон. У США, Німеччині, Іспанії, Бразилії та Китаї вже існують асфальтові дороги з гумовими крихтами з подрібнених шин.
Доведено, що наявність даних частинок посприяло поліпшенню пружності бетону та продовження терміну його служби.
Цікаве: Каркас для гіпсокартону на стелю: розмітка, обрешітка, монтаж
Результати дослідження бетону з шин
Лабораторні випробування підтвердили, що фібробетону знижує утворення тріщин більш ніж на 90 відсотків у порівнянні з класичною сумішшю. Це відбувається за рахунок полімерних волокон, які перекривають тріщини у міру їх утворення, допомагаючи захистити конструкцію і продовжити її термін служби.
«Більшість зношених шин призначене для поховання. Додавання волокна в бетон може зменшити вуглецевий слід шинної промисловості, а також скоротити викиди в будівельній галузі, оскільки виробництво цементу є значущим джерелом викидів парникових газів», — сказав Бантия, який є науковим директором UBC.
Новий бетон був використаний для облицювання сходів перед будівлею Макміллана в кампусі UBC. Команда Banthia відстежує його стан за допомогою датчиків, вбудованих в бетон, спостерігаючи за розвитком напруги, тріщин та інших факторів. У даний момент результати спостереження підтверджують результати лабораторних випробувань вказують на значне зменшення утворення тріщин.
Як уникнути руйнування бетону від сірчаної кислоти?
Атмосферний і хімічний вплив на бетонне покриття згубно позначається на його стані. Руйнування бетону від сірчаної кислоти можна уникнути, знайшовши способи запобігання адсорбції його прекурсора газу у бетон.
У ході своїх досліджень Метью Ласич виявив, що для захисту бетонної інфраструктури від корозійних впливів потрібно попередня обробка, націлена на ділянки адсорбції в гидрате цементу, де приєднується більшість молекул сірководню.
Однак такий підхід може виявитися складним із-за їх широкого розповсюдження.
Пориста структура робить бетон вразливим для адсорбції природного газу. У своєму дослідженні автори проводять нанорозмірний аналіз на основі моделювання за методом Монте-Карло, щоб імітувати міграцію молекул газу в структуру гідрату цементу. Їх моделювання передбачає, що для хорошого поглинання гідрату цементу потрібна певна комбінація розміру молекули та площі поверхні.