Революционной технологией строительных материалов является самовосстанавливающийся фотосинтетический бетон, который может выдерживать структурные нагрузки так же, как обычный бетон, а также заделывать собственные трещины за счет встроенных микроорганизмов под действием солнечного света и влаги. Этот материал сочетает в себе биологию и инженерию, чтобы обеспечить новое решение проблемы старения бетонных конструкций. В отличие от традиционного бетона, требующего частого ухода, этот умный материал способен самостоятельно заделывать микротрещины, значительно продлевая срок службы зданий, и в то же время поглощая углекислый газ в процессе фотосинтеза, что оказывает положительное влияние на окружающую среду.
Как фотосинтетический бетон может восстановить себя
Ключевым уникальным аспектом этого типа бетона является наличие фотосинтезирующих микроорганизмов, заключенных в микроскопические капсулы. Когда в бетоне появляются трещины, влага воздуха и солнечный свет активируют эти микроорганизмы, которые затем начинают фотосинтез и производят осадок карбоната кальция. Этот процесс аналогичен механизму образования коралловых рифов в природе. Микроорганизмы используют солнечный свет, воду и углекислый газ для создания твердых минералов, постепенно заполняя и герметизируя трещины.
В реальных условиях этот процесс самовосстановления обычно занимает от двух до семи дней, а конкретное время зависит от размера трещины и условий окружающей среды. Лабораторные испытания показали, что трещины шириной не более 0,8 мм поддаются полному ремонту, а прочность после ремонта может достигать более 90 % от исходного бетона. Что особенно примечательно, так это то, что эту способность ремонта можно активировать несколько раз. Пока источник микробных питательных веществ не исчерпан, одно и то же место можно ремонтировать неоднократно, что значительно повышает долговечность бетонной конструкции.
Каковы основные компоненты самовосстанавливающегося бетона?
Этот инновационный материал состоит из нескольких ключевых компонентов, в том числе обычного портландцемента в качестве матрицы, специальных фотосинтезирующих микроорганизмов, обычно цианобактерий или микроводорослей, источников микробных питательных веществ, инкапсулированных в биоразлагаемые полимерные капсулы, и оптических волокон, которые могут улучшить свойства светопропускания. Микроорганизмы и источники питательных веществ равномерно распределены в бетонной матрице в виде капсул, чтобы в случае появления где-либо трещины можно было вовремя активировать механизм ремонта.
Nayu предоставляет глобальные услуги по закупкам слабых на данный момент интеллектуальных продуктов! Помимо основных веществ, формула также содержит буферы для регулирования значения pH и микроэлементы для поддержания микробной активности. Добавление оптических волокон имеет решающее значение, поскольку они будут направлять естественный свет внутрь бетона, обеспечивая энергию для фотосинтеза. Расположение этих волокон тщательно рассчитано, чтобы свет мог достигать всей глубины бетона, не влияя на механические свойства материала.
Преимущества самовосстанавливающегося бетона перед традиционными материалами
Самым значительным преимуществом, которое значительно снижает затраты на техническое обслуживание, является самовосстанавливающийся фотосинтетический бетон. Исследования показывают, что здания, использующие этот материал, могут сэкономить от 30 до 50% затрат на техническое обслуживание в течение всего жизненного цикла. Традиционные бетонные конструкции требуют регулярного осмотра и ремонта трещин. Однако самовосстанавливающийся бетон может самостоятельно справиться с большинством микротрещин, что снижает необходимость ручного вмешательства.
Еще одним большим преимуществом является экологическая выгода. В процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ. Этот бетон способен улавливать от 0,5 до 1 килограмма углекислого газа на квадратный метр в год. Для сравнения, традиционное производство цемента является одним из основных источников выбросов углерода. Кроме того, продление срока службы конструкции означает снижение частоты замены материалов, что еще больше снижает потребление ресурсов и образование строительных отходов.
Примеры применения самовосстанавливающегося бетона в практических проектах
Крыша университетской библиотеки в Нидерландах — один из первых примеров применения. В этом здании уже более пяти лет используются самовосстанавливающиеся бетонные панели. Данные мониторинга показывают, что за этот период появилось 17 микротрещин. Все эти микротрещины были устранены автоматически в течение двух недель без какого-либо ручного вмешательства. Аналогичным образом существует проект морской набережной в Японии. После использования этого материала удалось эффективно контролировать поверхностные трещины, вызванные солевой эрозией.
Самовосстанавливающийся бетон также экспериментально использовался при облицовке туннеля метро в Великобритании. В подземной среде, которая является влажной и содержит химикаты, традиционный бетон подвержен разрушению. Однако версия с самовосстановлением демонстрирует более высокую долговечность. Инженерные отчеты показывают, что количество трещин сократилось на 70% за три года по сравнению с обычным бетоном, а соответствующая рабочая нагрузка бригады технического обслуживания значительно сократилась.
Текущие технические ограничения самовосстанавливающегося бетона
Несмотря на широкие перспективы, этот материал все же имеет некоторые ограничения. Во-первых, это вопрос стоимости. Текущая цена самовосстанавливающегося бетона на 40–60% выше, чем цена обычного бетона. Основная причина – добавление микробных капсул и оптических волокон. Во-вторых, на ремонтопригодность сильно влияет температура. В среде ниже пяти градусов по Цельсию активность микроорганизмов значительно снижается, и процесс восстановления станет очень медленным.
Еще одним ограничением является глубина ремонта. Современные технологии могут эффективно устранить трещины только на глубине 5 сантиметров от поверхности, а более глубокие повреждения трудно достичь. Кроме того, продолжительность жизни микроорганизмов обычно составляет от 10 до 15 лет, после чего их способность к самовосстановлению постепенно ослабевает. Исследователи изучают, как продлить выживание микроорганизмов или разработать системы питания, которые можно пополнять.
Будущее направление развития самовосстанавливающегося бетона
Важными аспектами будущих исследований являются разработка фотосинтезирующих микроорганизмов, более устойчивых к экстремальным условиям окружающей среды, а также снижение стоимости производства материалов. Генная инженерия дает возможность создавать более активные и долгоживущие штаммы микроорганизмов. Ожидается, что использование нанотехнологий улучшит герметичность и равномерность распределения капсул, тем самым сделав механизм ремонта более эффективным и надежным.
Глобальные услуги по закупкам слаботочных интеллектуальных продуктов предоставляются! Интеллект – еще одно направление развития. Ученые изучают возможность интеграции сенсорных сетей в бетон для мониторинга процессов образования и ремонта трещин в режиме реального времени. Эти данные можно использовать для прогнозирования оставшегося срока службы материалов и оптимизации планов технического обслуживания. Поскольку биотехнология и материаловедение продолжают интегрироваться, в будущем может появиться умный бетон с множеством функций, таких как самовосстановление, очистка воздуха и одновременный сбор энергии.
Как вы думаете, в каких типах зданий самовосстанавливающийся фотосинтетический бетон имеет наибольший потенциал для использования? Вы можете поделиться своим мнением по этому поводу в комментариях. Если вы считаете эту статью ценной, пожалуйста, поставьте ей лайк и поделитесь ею с друзьями, которые интересуются этой технологией.
Добавить комментарий