Ученые разработали самовосстанавливающийся бетон

Исследователи из университета Мичигана создали бетон, который в случае раскола самостоятельно фиксирует и ремонтирует трещины. И никакого вмешательства человека: все, что ему нужно, это вода и углекислый газ.

Нескольких умеренно дождливых дней будет достаточно, чтобы восстановить поврежденный мост. самовосстановление становится возможным потому, что новый материал дает узкие трещины толщиной с волосок, а не зияющие рваные расколы, как это бывает с привычным бетоном.

«Это похоже на то, как ведет себя организм, когда вы оцарапаете руку: ранка затягивается без вашей помощи. Однако если рана будет большой, то вам понадобится помощь медиков, возможно даже придется накладывать швы. Но новый материал при частичном разрушении производит столь тонкие трещины, что сам в состоянии о них позаботиться. Даже при сохранении нагрузки трещины увеличиваться не будут», утверждает профессор Виктор Ли из колледжа Бенджамина Уайли.

В лабораторных условиях новое вещество в целом оправилось после разрыва даже при условии, что ученые применяли к нему 3%-ное усилие растяжения. Это означает, что исследователи проверяли прочноcть бетона на растяжение, растягивая образцы на 3% от их начального размера. Это все равно что 100-футовый мост растянуть еще на 3 фута. Обычно такого растяжения достаточно для разрыва металла или окончательного разлома бетона.

«Мы с удивлением обнаружили, что после восстановления вещество сохраняет прежние свойства, выдерживая первичное напряжение», сообщил Ли. «Самовосстановление позволяет вернуть былую жесткость. И даже после повреждения новый материал так же может выдерживать нагрузки».

Инженеры обнаружили, что ширина трещины должна быть меньше 150 мкм, а в идеале меньше 50 мкм, для полного восстановления. Чтобы достичь этого, Ли с коллегами улучшили композитные свойства бетона, которые разрабатывались учеными на протяжении последних 15 лет.

Более гибкий чем традиционный бетон, новый материал по ряду признаков скорее похож на металл, чем на стекло. Традиционный бетон обычно сравнивают с керамикой. Ломкий и твердый, он может разрушиться в результате как землетрясения, так и просто перенапряжения. Новое же вещество сгибается, но не ломается. Оно покрывается особым волокном, которое укрепляет материал. Он не ломается даже при растяжении, равном 5%. Обычный же бетон не выдерживает никакой нагрузки при деформации в 0,1 процент.

Средняя ширина трещины, при которой новый материал ломается, равна 60 мкм. Это приблизительно половина диаметра человеческого волоса. Рецепт нового бетона определяет, что тот будет взаимодействовать с водой и углекислым газом в процессе самовосстановления. Швы будут заполняться карбонатом кальция, который является достаточно мощным материалом, найденным в естественной среде в морских раковинах. В лабораторных условиях ученые выяснили, что карбонату кальция потребуется до 5 циклов смачивания и высыхания, чтобы полностью застыть.

Чтобы протестировать полученный бетон, ученые применили резонансно-частотный анализ и определил жесткость и силу до и после образования трещин. Суть их в том, что сквозь вещество посылаются звуковые волны с тем, чтобы обнаружить разломы в его структуре.

Сегодня строители укрепляют железобетонные конструкции арматурными стержнями, чтобы образующиеся трещины были как можно меньше. Но они все же не настолько малы, чтобы затянуться со временем, а потому вода и соль, попадающие в разломы, разъедают арматуру, и коррозия еще более ослабляет структуру. Однако в самовосстанавливающемся материале нет необходимости ни в какой арматуре, а значит, нет и коррозии.

Приобретая долговечность, новый бетон снизит как стоимость объектов, так и уровень экологического загрязнения. И время до капитального ремонта значительно возрастет. Строительство мостов, да хоть и строительство бассейнов с новым стойматериалом увеличит срок службы объектов.

«Мы надеемся, что новый материал позволит возводить и ремонтировать дороги и мосты, отодвигая срок следующего профилактического ремонта лет на 10», сообщил Ли. «Кроме того, применение самовосстанавливающегося бетона позволит нам достичь более гармоничных отношений с окружающей средой, так как промышленность будет тратить значительно меньше энергии при производстве стройматериалов подобного свойства».

23.04.2009