Нижний Новгород Весовое оборудование

 

Тел. +7(968)000-10-11 E-mail: scales-nn@bk.ru

Скейлс
Всё об измерениях, единицах и системах измерения

Закажите обратный звонок

ООО Скалес - Промышленные весы, автомобильные весы

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЕСЫ И СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ

ТЕХНИЧЕСКИЕ

НОВИНКИ

Самовосстанавливающийся бетон как один из трендов строительства в 2020 г.

Многие эксперты отрасли считают, что в ближайшее время мы увидим, как самовосстанавливающийся бетон используется на дорогах, зданиях и домах. Поскольку бетон является наиболее широко производимым и потребляемым материалом в строительной отрасли, эксперты считают, что к 2030 году только в США будет использоваться около 5 миллиардов тонн в год.

Отчасти это связано с городским бумом, который наблюдается в Китае и Индии. По квотам на выбросы Соединенные Штаты составляют лишь 8% от общего объема в этой области.

В 2005 г. были обнаружены бактерии, производящие минералы, которые могут помочь устранить микротрещины в бетоне. Доктор Хенк Джонкерс, микробиолог из Дельфтского университета (Голландия), стал основоположником научных разработок в области производства биоконструкций, которые могут принести пользу для проектов гражданского строительства.

Дмитрий Сорокин берет пробы из российских содовых озер. Бактерии, используемые для разработки самовосстанавливающегося бетона, пришли из высокощелочного природного источника

Дмитрий Сорокин берет пробы из российских содовых озер. Бактерии, используемые для разработки самовосстанавливающегося бетона, пришли из высокощелочного природного источника

Самовосстанавливающийся бетон мог бы решить проблему разрушения бетонных конструкций задолго до окончания срока их службы. Бетон по-прежнему является одним из основных материалов, используемых в строительной отрасли, от фундамента зданий до конструкции мостов и подземных парковок. Традиционный бетон имеет недостаток, он имеет тенденцию трескаться при воздействии напряжения. Целебный агент, который работает, когда бактерии, внедренные в бетон, превращают питательные вещества в известняк, разрабатывается на факультете гражданского строительства и геологии в Дельфте с 2006 года. Этот проект является частью более широкой программы по изучению потенциала самовосстановления пластмасс, полимеров, композитов, асфальта и металлов, а также бетона. Доктор Хенк Джонкерс, микробиолог, специализирующийся на поведении бактерий в окружающей среде, разработал самозаживляющийся бетон в лаборатории и начал полномасштабные испытания на открытом воздухе в 2011 году. Первые самовосстанавливающиеся бетонные изделия стали появляться на рынке в 2013 г. Ожидается, что они увеличат срок службы многих строительных конструкций.

Зачем это нужно?

Крошечные трещины на поверхности бетона делают всю конструкцию уязвимой, потому что вода просачивается внутрь, разрушая бетон и разъедая стальную арматуру, что значительно сокращает срок службы конструкции. Бетон очень хорошо выдерживает сжимающие силы,но не растягивающие. При растяжении он начинает трескаться, поэтому его укрепляют сталью, чтобы выдерживать растягивающие усилия. Сооружения, построенные в условиях высокого уровня воды, такие как подземные подвалы и морские сооружения, особенно уязвимы к коррозии стальной арматуры. Автомобильные мосты также уязвимы, поскольку соли, используемые для удаления льда с дорог, проникают в трещины в конструкциях и могут ускорить коррозию стальной арматуры. Во многих строительных конструкциях растягивающие силы могут привести к образованию трещин, и это может произойти относительно скоро после того, как конструкция будет построена. Ремонт обычных бетонных конструкций обычно включает нанесение бетонного раствора, который приклеивается к поврежденной поверхности. Иногда ступку нужно вставить в существующую конструкцию с помощью металлических штырей, чтобы она не отвалилась. Ремонт может быть особенно трудоемким и дорогостоящим, поскольку зачастую очень трудно получить доступ к сооружению для проведения ремонта, особенно если они находятся под землей или на большой высоте.

Пример сильно поврежденной бетонной опорной балки автомобильного моста. Этот столб подвергся коррозии арматуры из-за попадания антиобледенительных солей через микротрещины, образовавшиеся в бетоне Установите приложение на смартфон и работайте офлайн Переводите в Яндекс.Браузере

Пример сильно поврежденной бетонной опорной балки автомобильного моста. Этот столб подвергся коррозии арматуры из-за попадания антиобледенительных солей через микротрещины, образовавшиеся в бетоне

Как работает биобетон

Специально подобранные виды бактерий рода Bacillus, наряду с кальциевым питательным веществом, известным как лактат кальция, а также азотом и фосфором, добавляются к ингредиентам бетона при его смешивании. Эти самовосстанавливающиеся агенты могут дремать в бетоне до 200 лет.Однако, когда бетонная конструкция повреждена и вода начинает просачиваться через трещины, которые появляются в бетоне, споры бактерий прорастают при контакте с водой и питательными веществами. Активировавшись, бактерии начинают питаться лактатом кальция. По мере того как бактерии питаются кислородом, он расходуется, а растворимый лактат кальция превращается в нерастворимый известняк. Известняк затвердевает на потрескавшейся поверхности, тем самым уплотняя ее. Он имитирует процесс, с помощью которого переломы костей в человеческом теле естественным образом исцеляются клетками остеобластов, которые минерализуются, чтобы переформировать кость. Потребление кислорода при бактериальном превращении лактата кальция в известняк имеет дополнительное преимущество. Кислород является важным элементом в процессе коррозии стали, и когда бактериальная активность израсходовала его полностью, это увеличивает долговечность стальных железобетонных конструкций. Две части самовосстанавливающегося агента (бактериальные споры и питательные вещества на основе лактата кальция) вводятся в бетон в виде отдельных гранул керамзита шириной 2-4 мм, которые гарантируют, что агенты не будут активированы в процессе смешивания цемента. Только когда трещины открывают гранулы и входящая вода приводит лактат кальция в контакт с бактериями, они активируются. Испытания показали, что когда вода просачивается в бетон, бактерии быстро прорастают и размножаются. Они превращают питательные вещества в известняк в течение семи дней в лаборатории. На улице, при более низких температурах, процесс занимает несколько недель. Начальная точка исследования заключалась в том, чтобы найти бактерии, способные выживать в экстремальной щелочной среде. Цемент и вода имеют значение рН до 13, когда смешиваются вместе, обычно это враждебная среда для жизни: большинство организмов погибает в среде со значением рН 10 или выше. Поиск сосредоточился на микробах, которые процветают в щелочных средах, которые можно найти в естественных условиях, таких как щелочные озера в России, богатые карбонатами почвы в пустынных районах Испании и содовые озера в Египте.bОбразцы эндолитических бактерий (бактерий, которые могут жить внутри камней) были собраны вместе с бактериями, обнаруженными в отложениях озер. Было обнаружено, что штаммы бактерий рода Bacillus процветают в этой высокощелочной среде. Еще в Дельфтском университете бактерии из образцов выращивали в колбе с водой, которая затем использовалась в качестве части водной смеси для бетона. В небольшой бетонный блок были встроены различные виды бактерий. Каждый бетонный блок будет оставлен на два месяца, чтобы его крепко установить. Затем блок измельчали в порошок, а остатки проверяли, выжили ли бактерии. Было обнаружено, что единственной группой бактерий, которые смогли выжить, были те, которые производили споры, сравнимые с семенами растений. Такие споры имеют чрезвычайно толстые клеточные стенки,которые позволяют им оставаться неповрежденными до 200 лет, ожидая лучшей среды для прорастания. Они активизируются, когда бетон начинает трескаться, пища становится доступной, а вода просачивается в структуру. Этот процесс понижает рН высокощелочного бетона до значений в диапазоне (рН от 10 до 11,5), при которых происходит активация бактериальных спор. Поиск подходящего источника пищи для бактерий, которые могли бы выжить в бетоне, занял много времени, и было испробовано много различных питательных веществ, пока не было обнаружено, что лактат кальция является источником углерода, который обеспечивает биомассу. Если он начинает растворяться в процессе смешивания, лактат кальция не влияет на время схватывания бетона.

До и после. Фотографии поверхности плиты из самовосстанавливающегося бетона. Трещина видна на левом изображении, а справа белый известняк заполнил щель

До и после. Фотографии поверхности плиты из самовосстанавливающегося бетона. Трещина видна на левом изображении, а справа белый известняк заполнил щель

Первые полномостабные испытания

Полномасштабное тестирование самовосстанавливающихся бетонных конструкций было начато в Европе в 2011 г. Небольшая структура или часть структуры была создана из самовосстанавливающегося материала и наблюдается в течение нескольких лет. Также определенные конструкции оснащены некоторыми панелями из самовосстанавливающегося бетона, а другие обычным бетоном, чтобы можно было сравнить поведение этих двух элементов. Можно ли использовать вышеназванные бактерии для ремонта существующих конструкций? Чтобы ответить на этот вопрос, Делфтский университет получил финансирование в размере 420 000 евро от правительства Нидерландов. Два ученых-постдокторанта потратят два года на разработку системы самоисцеления, которая будет применяться к существующим структурам. В ходе исследования тестируются две системы. В первом методе бактерии и питательные вещества нанесены на структуру в виде самовосстанавливающегося раствора, который может быть использован для восстановления крупномасштабных повреждений. Во втором методе бактерии и пищевые питательные вещества растворяются в жидкости, которая распыляется на поверхность бетона, откуда она может просачиваться в трещины. Голландское правительство выделило 450 000 евро на финансирование еще одного исследовательского проекта, который будет проводиться на бетонных подвальных стенах и предварительно отлитых бетонных полах, которые уязвимы для грунтовых вод. Между тем продолжается работа по устранению озабоченности промышленности относительно того, могут ли бактерии выжить в спящем состоянии в течение всего срока службы бетонной конструкции. Данные из образцов почвы, взятых из пустынных районов и хранящихся в музеях, показывают, что почва все еще содержит живые споры бактерий после 200 лет хранения. To для решения других проблем проводятся лабораторные испытания, направленные на ускорение процесса старения самовосстанавливающегося бетона. Испытания будут подвергать бетон экстремальным условиям для имитации смены сезонов и циклов экстремальных температур, более влажных периодов и периодов сушки.

Недостатки

Есть два ключевых препятствия, которые необходимо преодолеть, если самовосстанавливающийся бетон должен трансформировать бетонное строительство в следующем десятилетии. Первая проблема заключается в том, что глиняные гранулы, содержащие самовосстанавливающийся агент, составляют 20% от объема бетона. Эти 20% обычно состоят из более твердого заполнителя, такого как гравий. Глина намного слабее обычного заполнителя, и это ослабляет бетон на 25% и значительно снижает его прочность на сжатие. Во многих конструкциях это не было бы проблемой, но в специализированных приложениях, где требуется более высокая прочность на сжатие, например в высотных зданиях, она не будет жизнеспособной.

Второй недостаток заключается в том, что стоимость самовосстанавливающегося бетона примерно вдвое превышает стоимость обычного бетона, которая в настоящее время составляет около 80 евро за кубометр. По словам инженеров, при цене около 160 евро за кубический метр самовосстанавливающийся бетон будет жизнеспособным продуктом только для некоторых строительных конструкций, где стоимость бетона намного выше из-за его гораздо более высокого качества, например, для прокладки туннелей и морских сооружений, где безопасность является большим фактором, или в конструкциях, где имеется ограниченный доступ для ремонта и технического обслуживания. В этих случаях увеличение стоимости за счет введения самовосстановляющих средств не должно быть слишком обременительным. Вдобавок к этому, если производить в промышленных масштабах, то считается, что самовосстанавливающийся бетон может значительно снизиться в цене. Если срок службы конструкции можно продлить на 30%, то удвоение стоимости самого бетона все равно сэкономит много денег в долгосрочной перспективе.

Вы можете оставить комментарий

Обязательные для заполнения поля помечены *.



Если код не читается, нажмите сюда, чтобы сгенерировать новый
 

Сергей
Комментарий
Комментарий №1 Дата: Пт. Январь 03, 2020, 16:22:43
Интересно, применяют ли такой биобетон в России

Обновлено 02.01.2020 23:02

Следующая статья: Проектирование промышленных предприятий. Тенденции 2020 https://scales-nn.ru/proektirovanie-promyishlennykx-predpriyatij-2020.html

Предыдущая статья: Бетон. Решение проблемы загрязнения углеводородами https://scales-nn.ru/beton-reshenie-problemy-ugleroda.html