На разработку бетона нового класса исследователю понадобилось около 3-х лет, однако, время было потрачено не напрасно. В результате появился материал, способный самостоятельно ликвидировать микротрещины.

Полезные бактерии

Вряд ли у кого-то возникнет мысль, что бетон является подходящей средой для жизни микроорганизмов. В нем слишком мало питательных веществ и не очень комфортные условия (конечно, до тех пор, пока не появляются трещины). Потребовалось немало времени, чтобы найти организмы, способные жить и размножаться в условиях бетона.

Наибольший потенциал был замечен у специфического типа бактерий. В процессе жизнедеятельности они выделяют известняк, что и планировали использовать ученые.

Для начала необходимо было подумать о питании микроорганизмов. Попытки ввести в состав бетонного раствора сахар ни к чему не привели. Точнее привели: параметры бетона значительно ухудшились.

Альтернатива сахару в качестве источника питания была найдена в виде лактата кальция. Бактерии его с энтузиазмом употребляли, а на свойствах бетона он никак не сказывался или сказывался минимально.

Далее, необходимо было продумать систему регуляции численности в колонии бактерий. При бесконтрольном размножении микроорганизмов проблемы бетонной конструкции будут только расти. Кроме того, крупная колония требует относительно больших объемов воды, добавлять которые нецелесообразно.

Решение подсказала способность бактерий впадать в аналог спячки при неблагоприятных условиях, что позволяет им пережидать даже экстремальные ситуации. Итоговая технология стала выглядеть так:

• Бактерии упаковываются в растворимые капсулы с лактатом кальция.
• Капсулы добавляются в бетонный раствор, не причиняя вреда ни микроорганизмам, ни раствору.
• В сухом бетоне, бактерии находятся в «спячке», никак себя не проявляя.
• Когда в материале появляются микротрещины, сквозь которые просачивается вода, бактерии активизируются.
• Потребляя пищевой ресурс, микроорганизмы вырабатывают известняк.
• Слой известняка постепенно накапливается, заполняя трещину.

Во время тестовых испытаний технология сработала так, как и было задумано: микротрещины бетона действительно затягивались без всякого участия со стороны человека. Бетон снова становился надежной преградой на пути воды и восстанавливал свою прочность.

Будущее материала

Микрокапсулы спроектированы таким образом, что они не требуют особого отношения во время введения в раствор. Их просто добавляют так же, как и любой другой компонент смеси.

Бактерии могут находиться в «спящем» состоянии годами, не будучи при этом чувствительными к особенностям среды, включая температуру воздуха. В отличие от пропиток, для человека они совершенно безвредны. В активную фазу организмы переходят только тогда, когда созданы соответствующие условия, то есть если нарушена внутренняя структура бетона.

Технология пока не получила широкого распространения в строительстве, однако, она еще слишком молода. Возможно, уже в ближайшем будущем мы увидим активное строительство на базе нового вида биологического бетонного раствора.

instroymatrem.ru

Самовосстанавливающийся бетон – Экологический дайджест FacePla.net

Хенк Джонкерс (Henk Jonkers) из нидерландского Делфтского технического университета создал биобетон – продукт, который может восстановить свои трещины и разломы. Джонкерс говорит, что изначально начал работу над биобетоном, когда он работал с технологом, который искал возможность улучшить безопасность бетона с помощью биологического решения. Этот производственный момент оказался правильно и в нужное время заданным вопросом. Бетон с возрастом твердеет, но в нем также появляются трещины.

По словам Джонкерса, микробиолога, трещины, которые образуются в бетоне, не просто неприглядны, они могут в конечном итоге привести к повреждению конструкции.

«Причина такой проблемы, как трещины в бетоне, это протечки», говорит Джонкерс. «Если в бетоне есть трещины, вода попадает в них и оказывается в вашем подвале или в гараже. Во-вторых, если эта вода просочится к стальной арматуре – в бетонной конструкции всегда есть стальные арматурные стержни – и если они подвержены коррозии, структура разрушается».

Джонкерсу и его команде потребовалось три года, чтобы произвести этот самовосстанавливающийся прототип, который должен преодолеть наиболее очевидное препятствие: поиск бактерий, которые могут выжить в суровых условиях бетона.

«Этот материал очень сухой, как камень или скала», говорит микробиолог. Для решения проблемы с сухостью, команда использовала палочковидную бактерию по причине ее выносливости и долголетия. Бактерии и их источник питания – лактат кальция – упакованы в крошечные капсулы, которые растворяются, когда вода попадает в трещины бетона. После освобождения, бактерии потребляют лактат кальция, в результате чего происходит химическая реакция, которая создает известняк, который затем заполняет пробелы.

Спасательная станция на озере в Нидерландах был использована в качестве места для первого применения биобетона. Тест на прототипе оказался положительным.

«Это объединение природы со строительным материалом», сказал Джонкерс. «Природа, предоставляет нам много функциональных возможностей в свободном доступе, в этом случае – известняк, производящий бактерии. Если мы можем использовать его в материалах, мы действительно можем извлечь из этого пользу, так что я думаю, что это хороший пример соединения природы и строительного материала вместе в одной новой концепции».

Биобетон готовится и смешивается как обычный бетон, но с дополнительным ингредиентом – «исцеляющим агентом». Он остается неизменным во время смешивания, но растворяется и становятся активными, если вода попадает в трещины в бетоне.

Бетон является средой с высокой щелочностью и «исцеляющие» бактерии должны ждать в покое в течение многих лет, прежде чем активируются водой. Джонкерс выбрал палочковидные бактерии, потому что они процветают в щелочной среде и производят споры, которые могут выжить в течение многих десятилетий без еды и кислорода. «Следующей задачей было не только получить активные бактерии в бетоне, но и заставить их производить ремонтный материал для бетона – это известняк» объясняет Джнкерс.

Для того, чтобы производить известняк, бактериям нужен источник питания. Сначала рассматривали такой вариант как сахар, но с добавлением сахара в смесь получается мягкий, слабый, бетон. В конце концов, Джонкерс выбрал лактат кальция, поместив бактерии и лактат кальция в капсулы, изготовленные из биоразлагаемого пластика, и добавив капсулы во влажную бетонную смесь.

Когда трещины, в конечном итоге, начинают образовываться в бетоне, в них попадает вода и открывает капсулы. Затем бактерии прорастают, множатся и питаются лактататом кальция, и при этом они соединяют вместе кальций с карбонат-ионами, образовывая кальцит или известняк, который закрывает трещины.

Ученый надеется, что его биобетон может быть началом новой эры биологических зданий. Если это так, влияние на архитектурные и инженерные методики может быть очень значительным.

Facepla.net по материалам: edition.cnn.com

Самовосстанавливающийся бетон – стройматериал будущего

Бетон стабильно удерживает статус самого распространённого строительного материала. По различным оценкам, ежегодно в мире производится около 10 миллиардов тонн бетонной смеси. Однако популярный строительный материал, будучи в застывшем виде, имеет свойство деформироваться (трескаться) по истечении определённого времени. Поэтому очевидной видится тема: самовосстанавливающийся бетон, связанная с исследованиями, направленными на получение новых видов традиционного стройматериала.

Содержимое публикации

Самовосстанавливающийся бетон – это реально

Учёные многих стран уже продолжительное время рассматривают методы производства самовосстанавливающегося бетона. И вот совсем недавно появились первые обнадёживающие результаты.

Согласно этим результатам научных  исследований, эксплуатационные свойства популярного стройматериала обещают подняться на совершенно иной уровень.

Подробнее о бетонных инновациях

На базе Бингемтонского университета штата Нью-Йорк, при содействии учёных университета Рутгерса, разработана новая смесь — самовосстанавливающийся бетон.

Новый стройматериал, так называемый грибковый бетон, может навсегда освободить общество (и строительную индустрию в частности) от проблем восстановления трещин, неизбежно образующихся на старых строительных конструкциях.

Группа исследователей, занимающихся изучением новых свойств бетона, выявили интересный момент. Учёные взяли гриб Trichoderma reesei и подмешали в классическую цементную смесь.

Затем произвели из раствора строительную конструкцию и спустя некоторое время, искусственным путём создали на теле конструкции трещины.

Их удивлению не было предела, когда обнаружилось, что с появлением первой трещины, спящий до этого момента грибок Trichoderma reesei неожиданно активизировался.

По мере проникновения воды и кислорода внутрь трещин, споры грибов начинают прорастать. В процессе роста образуется карбонат кальция, который непроизвольно заполняет и накрепко мурует трещины.

Правда, исследования самовосстанавливающегося бетона пока что находятся на ранней стадии. Остаются нераскрытыми множество вопросов и в частности на тот счёт, выживет ли грибок Trichoderma reesei в суровых условиях эксплуатации бетонных строений.

Дальнейшие погружения в раствор

Тем временем другая группа — ученые Университета Кардиффа, основанного в Уэльсе, протестировали три технологии целевого исцеления:

1. Полимерную память формы.
2. Закачку органических и неорганических материалов в структуру бетона.
3. Использование целебных агентов и бактерий через микрокапсулы.

Ученые факультета гражданского строительства университета «Виктории», что в Британской Колумбии (Канада), объявили о запуске экспериментов с различными волокнами, такими как зольная пыль и древесная целлюлоза.

По мнению учёных мужей, зольная пыль и древесная целлюлоза могут способствовать созданию уникальной формулы самовосстановления бетона.

Развитие свойств самовосстановления бетона — это не единственное направление исследований по строительному материалу.

Там же в Канаде, на базе того же университета «Виктории», разработали экологически чистый пластично-цементный композит.

Этот стройматериал армирован волокнами на основе полимера. Опытная симуляция экстремальных ситуаций показала, что пластично-цементный композит способен выдерживать землетрясения мощностью до 9,1 балла по шкале Рихтера.

От современных исследований к древнему Риму

Исследователи Массачусетского технологического института уже несколько лет к ряду изучают строение атомов бетона и пытаются экспериментировать.

Их не покидает надежда создать стройматериал повышенной долговечности с минимальным вредным воздействием на окружающую среду.

Разработана уникальная компьютерная модель, при помощи которой будет определяться долговечность бетонной структуры.

Инновация профессора Ричарда Римана

Между тем профессор Ричард Риман из университета «Рутгерса», уделяющий высокое внимание инженерным и материаловедческим исследованиям, в 2017 году создал экологически чистый легкий бетон.

Материал обладает свойствами гидротермального жидкофазного уплотнения. По словам профессора, тем самым снижается углеродный след цемента и бетона до 70%, а в конечном итоге, не исключается поглощение углекислого газа.

Секреты древнеримских технологий

Отмечено: всё больше учёных обращаются к технологиям Древнего Рима. Секретов в этом направлении масса. Древние римляне строили бетонные сооружения настолько сильные и мощные, что их строения остаются стоять до сего дня.

Некоторые исследования древнего материала указывают на тот факт, что с возрастом структура древнеримского бетона становится только сильнее.

Сила древнего бетона исходит от небольших кристаллов структуры стройматериала, которые образуются, если вулканический пепел смешивается с морской водой. Есть повод задуматься.

О технологичных стройматериалах Древнего Рима 

zetsila.ru

Самовосстанавливающийся бетон – решаем проблему с трещинами

Бетон – это практически идеальный строительный материал. В жидком состоянии он демонстрирует текучесть воды, а после отвердения – обладает жесткостью камня. Но даже в самом твердом камне могут образоваться трещины. А бетонные конструкции подвержены этой напасти в еще большей мере.

Причем «растрескавшийся» бетон теряет часть эксплуатационных характеристик. В первую очередь страдает морозостойкость и влагостойкость, да и с прочностью будут некоторые проблемы. Словом, трещины в бетоне – это очень плохо. Но их появление – это дело времени. И такого дефекта, к сожалению, не может избежать ни одно железобетонное изделие.

Самовосстанавливающийся бетон

Поэтому в строительном деле есть десятки технологий, ориентированных как на  профилактику появления трещин, так и на устранение подобных дефектов. И самый радикальный способ борьбы предлагают слушатели Технологического университета города Делфта (Голландия), которые попытались соединить прочность бетона с регенерационными способностями бактерий.

В чем суть методики?

Секрет ноу-хау голландских студентов прост как все великое – в бетонную отливку вводят культуру бактерий, вырабатывающих в процессе своей жизнедеятельности кальций (по сути – тот же цементный камень). Затаившись на дне микротрещин, такие  бактерии заполняют микрополоски отходами своей жизнедеятельности (кальцием), ликвидируя, таким образом, эти предтечи глубоких разломов в структуре бетона.

Причем активность биологических культур в кислой среде бетонной конструкции уже подтверждена практическими опытами. Собственно всю технологию обнаружили практически случайно, проверяя жизнедеятельность очередной колонии микроорганизмов, «засеянных» в бетон.

бактерии которые восстанавливают бетон

Преимущества методики перед традиционными способами противодействия процессам образования трещин

Новый способ «лечения» бетона от трещин сулит немалые выгоды, как изготовителям ЖБИ, так и владельцам уже потрескавшихся конструкций.  Ведь до этого с процессом образования трещин боролись либо с помощью дополнительного армирования (что дорого), либо с помощью защитной пленки (что очень трудоемко, ввиду необходимости постоянного восстановления протектора). Ну а методика устранения трещин в бетоне была всего одна – расширение и заполнение свежей «заплаткой»

Новая методика позволяет защитить уже поврежденные конструкции, просто засеяв культуры на поверхность ЖБИ. Причем поверхности могут располагаться даже в «труднодоступных местах». Кроме того бактерии можно добавить в пока еще жидкий бетон. И после отвердения среды они будут «жить-поживать» в микроскопических полостях, ожидая своего часа (появления трещины).

То есть, с помощью такой технологии можно получить практически вечный, самовосстанавливающийся строительный материал, регенерирующий, как человеческая кожа.

Перспективы промышленного применения методики бактериальной защиты

К сожалению, применению биологически активного бетона мешают две проблемы: во-первых, плохая выживаемость «засеянных» в бетон культур, во-вторых, отсутствие питательной среды в толще строительного материала.

Но обычная плесень выживает даже после сознательного уничтожения колонии и может уловить питательные вещества даже в самых неподходящих для этих целей условиях.

Поэтому перспективы промышленного применения био-бетона зависят от «способностей» новых биологических культур, изучаемых в Делфте. И если аспирантам и студентам этого института посчастливится передать таким культурам хотя бы часть «жизненных сил» обычной плесени, то мы увидим совершенно новый строительный материал, эксплуатационные характеристики которого затмят все существующее в наше время аналоги.

Delft University of Technology: Self-healing of Concrete by Bacterial Mineral Precipitation

skladovoy.ru

Регенерация бетона: новый виток эволюции строительства

Природная сила и красота

С тех пор, как почти 2000 лет назад был построен римлянами Колизей, бетон стал использоваться повсюду. На некоторое время он ушел в забвение, но сейчас более 70% построек во всем мире возведено именно из этого материала.

Только в прошлом году Китай использовал при строительстве больше объема железобетона, чем США за прошедшее столетие. Такая неумолимая жажда строительства из бетона открывает новые горизонты в его исследовании, давая ученым возможности создавать более совершенный материал.

Содержание статьи

Какой бетон нужен сегодня

Бетон, нуждающийся в ремонте

Не смотря на свою запредельную прочность, бетон подвержен появлению трещин. Через них влага беспрепятственно попадает внутрь несокрушимого бетонного тела, вызывая коррозию арматуры, потихоньку съедая и саму прочность бетона. Со временем, он превращается в хрупкий материал, который просто выкрашивается из общей конструкции.

На начальном этапе разрушения железобетонных конструкций, этот процесс можно остановить, произведя его «грамотный» ремонт, на что уходят большие трудовые и денежные ресурсы. К тому же не всегда можно вовремя заметить такие микро−разрушения. Зачастую становится поздно производить какие−либо работы.

Разве с этим можно что−то сделать? Задавшись этим вопросом, голландский ученый Хенк Джонкерс нашел на него ответ, даря вечную жизнь бетону. Проведя три года в упорных трудах, он использовал природную силу регенерации и просто «вживил» ее в бетон, придавая ему функции самовосстановления.

Изменение «генетики» — или в чем суть самовосстанавливающегося бетона

Хенк Джонкерс с образцом «чудо−бетона»

Как рассказывает Хенк Джонкерс, его вдохновением стала удивительная способность организма сращивать кости с помощью кальция. Именно эта идея дала основу новым исследованиям в подобной области.

Он разработал инкапсулированные биологические объекты, которые вводятся в обычный бетон с особым «коктейлем» из азота, фосфора и минеральных веществ. Именно благодаря ему, они могут храниться в состоянии покоя в надежном бетонном теле около 200 лет.

Bacillus alsudofirmus и B. Cohnii – именно эти бактерии способны выжить в щелочной среде, такой как бетон, без дополнительных питательных веществ. Они как бы «засыпают» в своих капсулах ровно до момента контакта с водой. Влага активизирует эти бактерии, которые в свою очередь, вырабатывают известковое вещество, которое и играет роль «латки» на бетонном теле.

Чем замечательна эта идея: подобные капсулы с бактериями не нуждаются в контроле человека и уже тем более в том, чтобы он дал «толчок» их жизнедеятельности. Через образовавшиеся трещины в бетоне просачивается влага в большом объеме, она-то и является «ключом зажигания» для регенерации бетона.

Лактат кальция помещаются в капсулы из биоразлагаемого пластика, размером от 2 до 4 мм. Они дозируются в любую марку бетона, которая может содержать всевозможные химически активные вещества.

Они никак не воздействуют на деятельность и сохранность биокапсул. При этом если бактерии были введены сначала в цемент, а после затворены водой, это никак на них не сказывается, чего нельзя сказать о прямом контакте с водой в уже затвердевшем бетонном теле.

Капсулы с бактериями под микроскопом

Что самое важное – подобные бактерии не несут вреда и опасности для человека и животных. Даже если они попадут в организм, то не причинят никакого вреда.

Будущее самовосстанавливающегося бетона

Образцы самовосстанавливающегося бетона и сами биологические капсулы

Разработка Хенка Джонкерса потрясла весь мир. В настоящее время подобная технология тестируется в лабораториях всех институтов по разработке бетона. Слова главного инженера Кардиффского университета, профессора Боба Ларка, обнадежили всех строителей без исключения: «Сейчас мы дорабатываем эту технологию, подобно тому, как ювелиры огранят алмаз, превращая его в бриллиант.

Мы доводим до совершенства функции самовосстановления бетона без участия человека, что без сомнения, значительно снизит затраты на ремонт в будущем, и продлит срок эксплуатации бетона в несколько раз».

Технология, представленная Хенком Джонкерсом и его командой, разрабатывается в трех направлениях:

• самовосстанавливающийся бетон;
• регенерирующие ремонтные растворы;
• целебная функция воды в бетоне.

Вне сомнения, первая технология является приоритетом для разработок, так как современное строительство нуждается в самовосстанавливающемся бетоне, который не нужно ремонтировать и обновлять.

Трещины в бетоне, восстановленные инкапсулированными бактериями

1. Первый метод, или как его еще называют «Бактерии Джонкерса», вводят в бетон на этапе производства, смешивая с цементом.
2. По второй технологии, ремонтный раствор с подобными активными веществами наносят на пораженную поверхность. Такая смесь при нагревании и воздействии маломощного тока активизируется и «залечивает» малые трещины полностью, а большие уменьшает в размерах.
3. Когда же по третьей технологии, минеральные вещества растворяют в воде, и вводят их в тело бетона по его миро−канальцам. «Живая» вода растекается по всему телу бетона, борясь как с внешними, так и с внутренними трещинами.

Восстановленные внутренние микротрещины под микроскопом

В настоящее время на испытательном полигоне выстроено 6 стен с применением вышеперечисленных технологий. Ученые будут испытывать такой бетон не только на прочность в лаборатории, но и следить за его регенерирующими свойствами под открытым небом, делая выводы и дорабатывая несовершенства.

Цена вопроса

На сколько будет высока цена самовосстанавливающегося бетона

На сегодняшний день разработки Джонкерса стоят 4−6 миллиардов евро в год. Такие огромные средства тратятся с дальним прицелом, чтобы в будущем тратить меньше средств на ремонт бетона, или вообще забыть об этом.

Сегодня куб обычного бетона стоит в среднем 80 евро, когда инкапсулированная смесь имеет стоимость в три раза выше. Да и налаживание такого производства требует немалых вложений от производителей.

Фото команды разработчиков с образцами самовосстанавливающегося бетона

Поэтому Джонкерс работает не только над регенерирующими свойствами своих бактерий, но и над удешевлением их производства. Ведутся исследования в области альтернативных технологий. Если верить словам новатора, то он удешевит самовосстанавливающийся бетон в два раза.

Да, его стоимость будет немногим выше цены на обычный бетон, но эта разница полностью окупается за продолжительный эксплуатационный период бетонных сооружений без дополнительного ремонта.

Сегодня, самовосстанавливающийся бетон доказал свою эффективность и актуальность в современном строительстве. Весь мир, затаив дыхание ждет новых разработок в этой области и, конечно же, первого сооружения из такого бетона. Будем надеяться, что оно скоро увидит свет и поразит всех своими регенерирующими свойствами.

beton-house.com

Самовосстанавливающийся бетон — Очень Интересно