Содержание статьи
Бетон относится к специально созданным (искусственным) каменным стройматериалам. Он состоит из воды, вяжущего вещества (чаще всего – цемента) и наполнителей разного размера. Бетон является одним из наиболее широко используемых строительных материалов в мире. Это материал выбора для большинства новых дорог большого, зданий, мостов и многих других сооружений из-за его долговечности и относительной простоты применения. Технологии не стоят на месте, научные коллективы проводят новые исследования с представленным материалом, в результате их труда появляются новые разработки.
Бетон из дерева: реальность или миф?
Ранее дерево было одним из самых распространенных стройматериалов, однако сегодня его сменили бетонные смеси. Активное развитие технологий позволило совместить 2 вида материалов, создав комбинированную смесь дерева и бетона.
Швейцарская национальная программа «Ресурсная древесина» (NRP 66) сосредоточена на создании уникальной смеси. Швейцарским исследователям удалось разработать радикальный подход к комбинированию дерева и бетона: они изготавливают стойкий бетон, на 50 процентов состоящий из дерева. Высокое содержание древесины в бетонной смеси поспособствовало хорошей теплоизоляции материала без ущерба огнестойкости.
Главное отличие описанной смеси от классического бетона заключается в замене гравия и песка мелкозернистой древесиной.
Создание плавающего бетона
«Они весят не более половины того, что весит обычный бетон — самые легкие из них даже плавают!» говорит организатор исследований. Кроме этого, после демонтажа материалы можно использовать повторно, в качестве топлива для получения тепла и электричества. Несмотря на соответствие требованиям пожарной безопасности стройматериал можно сжигать совместно с другими отходами.
Результаты стресс-тестов подтвердили, что новый древесный бетон подходит для изготовления плит и стеновых панелей и может стать материалом для несущих конструкций в строительстве. В ходе предстоящих исследований требуется выяснить, в каких областях лучше применять определенный вид древесно-бетонного композита и эффективные способы его производства. Со слов Дайя Цвики (организатор), уровень знаний, необходимый для широкого применения, все еще слишком ограничен.
Революционный бетон из графена
Графен является модификацией углерода, которая в последнее время активно набирает популярность. Экспертами из Университета Эксетера была разработана новаторская техника с использованием нано-инженерии для внедрения графена в классическое производство бетонных смесей. Уникальная технология позволила создать долговечный, экологически чистый, и прочный бетон. Кроме этого в разы увеличилась водостойкость. Тестирование произведенного материала доказало полное соответствие британским и европейским стандартам строительства.
Важно отметить, что новый концентрат, армированный графеном, значительно сократил углеродный след традиционных методов производства бетона, сделав его более устойчивым и экологически чистым. При этом выбросы углерода значительно сократились (на 446кг/т), а количество материалов, необходимых для создания бетона сократилось на 50 процентов. Большинство ученых уверено, что новая методика позволит вводить в бетон новые нано-материалы, модернизируя, таким образом, всемирную отрасль строительства.
Поиск экологически чистых способов строительства является шагом к сокращению выбросов углерода во всем мире и способ защитить окружающую среду. Это важное вложение в создание прогрессивной строительной сферы будущего.
Угольная зола в бетоне
Получить точное содержание влаги внутри бетона сложно, потому что порошок и заполнители образуют плотную цементирующую матрицу, что создаёт трудности для движения влаги после начала высыхания. Кроме этого, для высыхания необходимы особенные атмосферные условия. Если внешняя поверхность бетона высыхает до того, как внутренняя часть затвердеет, это может привести к более слабой структуре изделия.
Лаборатория Фарнама хотела разработать агрегатный продукт, который имел бы оптимальные характеристики для смешивания, прочности и пористости, и найти способ изготовить его из большого количества отходов.
Угольная зола – побочный продукт угольных электростанций, который получают вследствие сжигания угля. Ежегодно сотни тонн пепла отправляются на свалку. Исследователи из Университета Дрексел считают, что нашли применение порошкообразного остатка. Они уверенны, что зола сможет сделать бетон более долговечным и без трещин.
Разработка компании Фарнам
«Решение, которое мы придумали, заключалось в переработке отходов угольной золы, в пористый, легкий заполнитель с превосходными эксплуатационными характеристиками, который можно производить при более низких затратах, чем существующие природные и синтетические варианты», — сказал Фарнам (основатель данной идеи).
Научно доказано, что представленная добавка значительно увеличит срок службы бетона, сделает его в разы прочнее. Концепция внутреннего затвердения была разработана в последнее десятилетие, для облегчения процесса отверждения используется пористый легкий заполнитель. Добавка может поддерживать постоянный уровень влажности внутри бетона, чтобы помочь ему равномерно затвердевать изнутри.
Силикат кальция в бетоне
Микро-сферы из силиката кальция были разработаны учеными из Университета Райса. Доказано, что изобретение поможет получить более прочный и экологически чистый бетон, с улучшенными механическими свойствами (прочность, твердость, упругость и долговечность), чем портландцемент, наиболее распространенное связующее вещество, используемое в бетоне. Размер сфер — от 100 до 500 нанометров в диаметре. Их использование обещает снизить энергоёмкость производства производства цемента (одного из самых распространенных вяжущих в бетоне). Шахсаварди утверждает, что сферы подходят для инженерии костной ткани, изоляции, керамики и композитных приложений, а также цемента.
По словам Шахсаварди увеличение прочности цемента поспособствует:
- Уменьшению веса бетона.
- Меньшему расходу материала.
- Снижение потребления энергии во время производства бетонной смеси.
- Уменьшение выбросов углерода во время процесса производства.
Ученый сказал, что размер и форма частиц в целом оказывают существенное влияние на механические свойства и долговечность сыпучих материалов, таких как бетон.
Бетон из переработанных шин
Инженеры UBC разработали более упругий тип бетона с использованием переработанных шин. Вещество может быть использовано для бетонных конструкций, таких как здания, дороги, плотины и мосты. Одновременно с этим значительно сократится объем отходов на свалках.
Исследователи проводили эксперименты с различными пропорциями переработанных шинных волокон и других материалов, используемых в бетоне — цемента, песка и воды, — прежде чем нашли идеальную смесь. В ее состав входит 0,35% шинных волокон. В США, Германии, Испании, Бразилии и Китае уже существуют асфальтовые дороги с резиновыми крошками из измельченных шин. Доказано, что наличие данных частиц поспособствовало улучшению упругости бетона и продлению срока его службы.
Результаты исследования бетона из шин
Лабораторные испытания подтвердили, что фибробетон снижает образование трещин более чем на 90 процентов по сравнению с классической смесью. Это происходит за счет полимерных волокон, которые перекрывают трещины по мере их образования, помогая защитить конструкцию и продлить ее срок службы.
«Большинство изношенных шин предназначено для захоронения. Добавление волокна в бетон может уменьшить углеродный след шинной промышленности, а также сократить выбросы в строительной отрасли, поскольку производство цемента является значимым источником выбросов парниковых газов», — сказал Бантия, являющийся научным директором UBC.
Новый бетон был использован для облицовки ступеней перед зданием Макмиллана в кампусе UBC. Команда Banthia отслеживает его состояние с помощью датчиков, встроенных в бетон, наблюдая за развитием напряжения, трещин и других факторов. В данный момент результаты наблюдения подтверждают результаты лабораторных испытаний и указывают на значительное уменьшение образования трещин.
Как избежать разрушения бетона от серной кислоты?
Атмосферное и химическое воздействие на бетонное покрытие пагубно сказывается на его состоянии. Разрушения бетона от серной кислоты можно избежать, найдя способы предотвращения адсорбции его прекурсора газа в бетон. В ходе своих исследований Мэтью Ласич обнаружил, что для защиты бетонной инфраструктуры от коррозийных воздействий потребуется предварительная обработка, нацеленная на участки адсорбции в гидрате цемента, где присоединяется большинство молекул сероводорода. Однако такой подход может оказаться сложным из-за их широкого распространения.
Пористая структура делает бетон уязвимым для адсорбции природного газа. В своем исследовании авторы проводят наноразмерный анализ на основе моделирования по методу Монте-Карло, чтобы имитировать миграцию молекул газа в структуру гидрата цемента. Их моделирование предполагает, что для хорошего поглощения гидрата цемента требуется определенная комбинация размера молекулы и площади поверхности.
