Бетон — основа современной архитектуры и инфраструктуры. На его долю приходится более 70% всех строительных материалов в мире. Ежегодное производство бетона превышает 10 миллиардов тонн.
Этот материал формирует облик городов, определяет прочность небоскрёбов, мостов, дорог и дамб. Его популярность объясняется высокой надёжностью, доступностью сырья и универсальностью. Однако традиционные технологии имеют и слабые места.
Тренды в строительной сфере
Современное строительство сталкивается с тремя основополагающими вызовами.
Первый — экология.
На производство цемента, основного компонента бетона, приходится около 8% глобальных выбросов CO₂.
Второй — долговечность.
Несмотря на прочность, конструкции из бетона подвержены разрушению под воздействием химической коррозии и механических нагрузок.
Третий — адаптивность.
Традиционные стройматериалы обладают статичными свойствами, что ограничивает их применение в новых инженерных решениях.
Передовые технологии меняют фундаментальные характеристики бетона. В разработке находятся составы с функцией самовосстановления, композиты с повышенной прочностью при меньшем весе и «умные» смеси с встроенными сенсорами. Производители также экспериментируют с альтернативными компонентами, снижая углеродный след и расширяя возможности 3D-печати.
Эти инновации определяют, каким станет бетон ближайших десятилетий. Рассмотрим пять самых перспективных направлений.
Самовосстанавливающийся бетон
Самовосстанавливающийся бетон способен самостоятельно заделывать повреждения. Один из наиболее перспективных подходов основан на использовании бактерий, таких как Bacillus subtilis и Sporosarcina pasteurii.
Эти микроорганизмы внедряются в бетонную смесь в виде спор, заключённых в микрокапсулы. При появлении трещин и проникновении влаги, споры активируются. Они начинают метаболизировать содержащиеся в бетоне питательные вещества и выделять карбонат кальция. Этот минерал заполняет трещины, восстанавливая целостность стройматериала.
В одном из экспериментов, использование бактерий Bacillus subtilis позволило повысить прочность бетона на сжатие на 25–40% по сравнению с традиционными смесями.
Применение самовосстанавливающегося бетона снижает затраты на ремонт и обслуживание конструкций, увеличивая срок их службы. Использование таких материалов нивелирует негативное воздействие на окружающую среду.
Исследования в области самовосстанавливающегося бетона ведутся в ряде российских учреждений. Например, специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали метод самовосстановления бетона с помощью биоминеральной добавки, включающей бактерии Bacillus subtilis.
«Умный» бетон с датчиками
Интеграция датчиков непосредственно в бетонные конструкции позволяет осуществлять непрерывный мониторинг различных параметров. Речь идет о физической нагрузке, температуре и влажности.
«Умный» бетон превращает статичные сооружения в динамические системы. Такие «живые» конструкции значительно повышают уровень безопасности. Например, датчики могут фиксировать появление микротрещин или изменение влажности, сигнализируя о необходимости проведения ремонтных работ.
В Москве, на выставке Construction Innovation Expo, были представлены технологии, оснащенные ультрачувствительными датчиками для мониторинга состояния бетона. Эти системы контролируют уровень влажности в конструкциях, что позволяет ускорить строительство на 20–30%.
Аэробетон: ультралёгкий и сверхпрочный
Аэробетон представляет собой материал с ячеистой структурой, обеспечивающей уникальные эксплуатационные характеристики. Его качество улучшается при добавлении наноматериалов, в частности графена. Внедрение графеновых суспензий в рассматриваемую смесь может увеличить теплоёмкость материала на 90% и снизить его водопроницаемость в 4 раза.
В 2021 году в Великобритании начали применять бетон с графеном под названием «Concretene». Добавление небольшого количества графена к воде и цементу, улучшает сцепление веществ на микроуровне. Это делает бетон прочнее обычного примерно на 30%.
Экологичный бетон на отходах производства
Включение переработанного пластика и золы-уноса в бетонные смеси, способствует снижению потребности в первичных ресурсах и уменьшению экологического следа. Например, замена части цемента золой-уносом может снизить выбросы CO₂ на 30%.
Компания «ЦЕМЕНТУМ», совместно с учеными РХТУ имени Д.И. Менделеева, разработала инновационную «зеленую» технологию переработки бетонных отходов. Метод заключается в обработке углекислым газом бетонного боя. Это повышает прочность смеси и позволяет эффективно использовать ресурсы.
3D-бетон
3D-печать бетоном представляет собой аддитивный процесс, при котором материал наносится слоями согласно цифровой модели. Эта технология обеспечивает точность и гибкость в создании сложных геометрических форм.
Использование 3D-печати позволяет значительно ускорить строительство. Например, в Чили команда ученых, с помощью 3D-принтера, создала стены компактного дома размером около 30 кв. м. На все работы ушло примерно 29 часов.
Получить бесплатный доступ к продуктам Техэксперт для подбора материалов в строительстве и проектировании.