САМОЗАЛЕЧИВАЮЩИЙСЯ ЭЛАСТИЧНЫЙ БЕТОН

Аннотация. Цель данной статьи - рассмотреть новый тип бетона: состав, область применения, преимущества, недостатки.

Ключевые слова: бетон, восстановление бактериями, трещины в бетоне.

Бетон – это искусственный каменный строительный материал, состоящий из вяжущего вещества, крупных и мелких заполнителей, воды. Известно, что бетон использовался более 4000 лет назад. В средние века рецепт цемента был утерян, но в начале 19 века начали проводиться опыты по получению «нового» вяжущего материала для производства бетона. Первым, кому удалось заново открыть рецепт цемента, стал британец Джозеф Аспдин. В 1824 году при температуре около 1500С он получил мелко размолотый материал, который используется в качестве связующего в бетонах и растворах, назвали «портландцемент».

Через некоторое время люди столкнулись с проблемой слабости бетона к растяжению и изгибу. К началу 20-го века произошёл мощный толчок в строительстве. Путём экспериментов получили железобетон, где нагрузки на растяжение воспринимала на себя арматура из стали. Небоскрёбы, дамбы, гидроэлектростанции и другие сложные конструкции – всё это стало доступно.

Бетон считается очень прочным материалом и с течением времени становится только более твёрдым, но он не застрахован от появления трещин и микротрещин. В свою очередь, из-за трещин в материал попадает влага, которая приводит к нежелательным последствиям, таким как:

1. Снижение прочности из-за водной эрозии.

2. Повреждение армирующих элементов за счёт коррозии.

3. Распространение зловредных микроорганизмов.

4. Нарушение герметичности конструкций.

5. Лавинообразное падение характеристик бетонной конструкции.

Если заметить данные разрушения на начальном этапе, то процесс можно остановить, но для этого требуются большие трудовые и денежные затраты. Предугадать такие изменения крайне сложно, иногда, даже невозможно.

Но голландский учёный Хенк Джонкерс нашёл решение данной проблемы и подарил бетону «вечную жизнь», благодаря функции самовосстановления.

Всё самое логичное и упорядоченное человек всегда искал в природе. Так и поступил Хенк Джонкерс. Он взял за основу чудесное свойство регенерации костей человека, в котором большую роль играет кальций, также помимо перечисленного свойства, придающий прочность и пластичность скелету человека. В состав самовосстанавливающегося бетона, как раз и входят бактерии Bacillus pseudofirmus и Sporosarcina pasteurii, которые способны выжить в щелочной среде, такой как бетон, без дополнительных питательных веществ, а при взаимодействии с водой вступают в реакцию, тем самым способствуя образованию карбоната кальция, содержащего 40 % кальция. При действии влаги на данные бактерии, они выделяют известковое вещество, играющее роль некоторого «пластыря» для бетона (рисунок 1).

Рисунок 1. 

Появилась замечательная идея, но был ряд вопросов, таких как: питание микроорганизмов и контроль их численности, которые и пришлось решить учёным.

Сначала первую проблему хотели решить при помощи ввода в состав бетона сахарного раствора, но это только ухудшило параметры бетона. В итоге была найдена альтернатива, и в качестве источника питания выступил лактат кальция, который на свойства бетона не влиял, либо это влияние было минимально.

Вторую проблему решили при помощи ввода бактерий в спящее состояние, в котором они могут пребывать до 200 лет при соответствующих условиях.

В итоге в общем виде идея приобрела реальные очертания: лактат кальция помещают в капсулы из биоразлагаемого пластика, размером от 2 до 4 мм, капсулы помещают в бетонный раствор с добавлением любых химически активных веществ, и при образовании трещин и соответствующем проникновении воды, они активизируются и потребляя пищевой ресурс выделяют известняк, тем самым залечивая «рану» в теле бетона (Рисунок 2).

Рисунок 2. 

Что интересно, данные бактерии не несут вред и опасность для человека, даже если они попадут в организм, то будут совершенно безвредны.

Ещё одним значительным свойством данного бетона является большая устойчивость при изгибе, по сравнению с обычным бетоном. После снятия нагрузки на его поверхность, бетон сразу начинает процесс самовосстановления (Рисунок 3)

Рисунок 3. 

Данная технология самовосстанавливающегося бетона находится в тестовом режиме. Учёные пытаются довести разработку до совершенства и снизить цену на материал будущего, так как сейчас 1 м³ обычного бетона стоит в 3 раза дешевле инкапсулированного бактериями бетона. И это пока что единственный минус данного бетона, который Хенк Джонкерс и его команда пытается свести к минимуму и сделать свою разработку в два раза дешевле. Естественно цена самозалечивающегося бетона будет выше цены обычного, но эта разница окупится за долговечный эксплуатационный период бетонных сооружений без дополнительного вмешательства человека.

В будущем этот бетон планируется использовать при строительстве сложных, ответственных конструкций, например, мостов.

Список литературы:

1. ФУНДАМЕНТАЛЬНО. РФ: Самозалечивающийся эластичный бетон. – Режим доступа: http://xn--80aakf5adeeck4bfm6j.xn-- p1ai/news/jelastichnyj-beton.html.
2. Википедия. Свободная энциклопедия: Бетон. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BD
3. Domisad.org Что такое бетон – определение, виды, каким должен быть правильный бетонный раствор. https://domisad.org/chtotakoyebeton/