Это инновационный строительный материал, способный к регенерации и обладающий повышенной устойчивостью к трещинообразованию. Он представляет собой новую ступень в развитии строительных материалов, предназначенную для решения проблем, связанных с разрушением бетонных конструкций под воздействием воды и ветра.
История создания
Идея самовосстанавливающегося бетона (биобетона) имеет давнюю историю, вклад в развитие которой внесли многие ученые и инженеры на протяжении 20-го века. Одним из первых, кто серьезно исследовал и предложил концепцию самовосстанавливающегося бетона, был инженер-химик Джон Йонг из США. В 1988 году он опубликовал статью в журнале "Cement and Concrete Research".
Современную формулу подобного беона разработали в Нидерландах, трещины в котором зарастают благодаря специальным бактериям. Специалисты из Голландии разработали технологию, позволяющую бетону восстанавливаться без участия человека. В состав такого бетона вводят молочнокислый кальций и заселяют его живыми бактериями, которые, питаясь этой добавкой, перерабатывают её в известняк, тем самым заделывая трещины.
Изобретатель Хенк Джонкерс из Делфтского технического университета в 2015 году продемонстрировал инновационный метод восстановления трещин в бетоне с помощью бактерий. В бетон добавляли капсулы с особыми бактериями и питательными веществами, которые активировались при попадании воды. Треснувший бетон с влагой отстраивался, заполняясь известняком, который производили бактерии.
Технология получения
В большинстве способов получения самовосстанавливающегося бетона в его состав добавляют грибки и споры бактерий, способные выжить в щелочной среде и придать строительному материалу новые свойства. Эти микроорганизмы могут оставаться в состоянии покоя на протяжении десятилетий. Когда в конструкции образуются трещины и в них проникает вода, микроорганизмы активизируются и начинают вырабатывать карбонат кальция (известняк), заполняя им трещины в бетоне.
В частности, ученые из Технологического института в Нидерландах разработали самовосстанавливающийся бетон, в котором восстановление бетонной поверхности осуществляется бактериями. В бетонную массу добавляются гранулы со специальными микробами, которые при контакте с дождевой водой начинают вырабатывать известняк, заделывающий трещины в бетоне. Микробы способны заделывать трещины до 0,5 мм. Споры бактерий находятся в состоянии покоя, а при попадании воды в трещину оболочка гранул растворяется, и бактерии начинают работать, используя кальций в капсуле в качестве питательной смеси.
Свойства и преимущества
Самовосстанавливающийся бетон обладает следующими свойствами:
- Способность к регенерации.
- Повышенная устойчивость к трещинообразованию.
- Равномерное распределение и заполнение формы или опалубки.
- Повышение прочностных характеристик бетонной конструкции.
- Предотвращение коррозии армирующих элементов.
Применение самовосстанавливающегося бетона обеспечивает сохранение несущей способности бетонных и железобетонных конструкций, что значительно увеличивает срок эксплуатации без повреждений и снижает затраты на обслуживание объекта. Использование биобетона с бактериями Bacillus subtilis позволяет снизить уровень экологического загрязнения благодаря минимальным выбросам углеводорода при изготовлении смеси.
Самовосстанавливающийся бетон необходим в местах, где производство мелких ремонтных работ и регулярный осмотр состояния сооружений затруднено:
- Подземное строительство.
- Подводное строительство.
- Высотные здания.
- Транспортные сооружения мостового типа.
Основные компоненты
- Бактерии и микроорганизмы: В состав бетона добавляются специальные бактерии, такие как Bacillus cohnii и Trichoderma reesei. Эти микроорганизмы способны выживать в щелочной среде и активируются при попадании влаги, что приводит к выработке карбоната кальция, который заполняет трещины в бетоне.
- Лактат кальция: Это вещество служит источником питания для бактерий. Он легко растворяется в воде и способствует активации микроорганизмов при образовании трещин.
- Капсулы: Бактерии и лактат кальция помещаются в биоразлагаемые капсулы, которые защищают их до момента активации. Эти капсулы внедряются в бетонную смесь и сохраняют целостность до появления микротрещин.
- Химически активные добавки: Они помогают интегрировать капсулы с бактериями в бетонную массу, обеспечивая их равномерное распределение и защиту от внешних воздействий до активации.
Эти компоненты работают совместно, обеспечивая способность бетона к самовосстановлению, что значительно увеличивает его долговечность и снижает необходимость в ремонте.
Стоимость
Включение передовых целебных агентов, таких как инкапсулированные бактерии или полимеры с памятью формы, увеличивает общие затраты на производство. По сравнению с обычным бетоном, стоимость самовосстанавливающегося бетона может быть увеличена на 1-2 процента.
В то же время, суммарные расходы при самостоятельном приготовлении бетона составляют примерно 5500 – 5900 руб. / м3. Приблизительно такую же сумму придется отдать за покупку и доставку смеси, приготовленной на заводе.
Несмотря на это, самовосстанавливающийся бетон рассматривается как перспективное решение для обеспечения долговечности и устойчивости конструкций. Ожидается, что рынок самовосстанавливающегося бетона будет расти на 31,5% в год с 2023 по 2032 год.
Примеры применения
- Объекты государственного назначения: Самовосстанавливающийся бетон используется при строительстве военных объектов, подводных и высотных конструкций, бункеров, гидро-, электро- и метеостанций, а также спортивных сооружений.
- Дорожные работы: ConFlexPave, гибкий бетон, применяется при дорожных работах, так как способен выдерживать деформации.
- Пилотные проекты: Различные университеты и компании активно разрабатывают и реализуют пилотные проекты с использованием этой технологии.
- Церковь Дио Падре Мизерикордиозо в Италии: При строительстве этой церкви был использован фотокаталитический бетон, способный самоочищаться и поглощать загрязняющие вещества из воздуха.
Самовосстанавливающийся бетон особенно эффективен в подземных, подводных и труднодоступных для ремонта конструкциях. Эта технология позволяет значительно увеличить срок службы сооружений и снизить затраты на их обслуживание.