Бетон нового века украсит собой тысячелетия
Один из них способен выстоять под нагрузкой столько, сколько существует цивилизация. Второй вольно пропускает через себя поток воды. Из третьего вырастает трава.
Эти необыкновенные разновидности самого распространённого стройматериала на Земле смогут оказать громадное действие на судьбу людей, на эстетику отечественной среды обитания, на экологию и экономику. Вы до сих пор полагаете, что бетон это «серая скука?»
Разнообразие сортов бетона сейчас таково, что их разработку, получение, совершенствование и изучение в самый раз величать независимой наукой. И не смотря на то, что бетон сам по себе известен людям шесть тысяч лет, а так называемый современный (на базе цемента) — с середины XIX века, до сих пор в данной науке остаётся большое количество белых пятен.
Скажем, имеется такое явление, как ползучесть бетона, — усиление деформации со временем при постоянной нагрузке. Она среди другого воздействует на долговечность конструкций. Строителям известно много способов улучшить данный показатель (другими словами — снизить ползучесть), но действуют они чаще способом испытаний и перебора составов готовых изделий.
Да и опробования эти приходится проводить в естественных условиях, соответственно — годами. Так как упомянутые процессы растянуты во времени.
«Всё на свете опасается времени, а время опасается пирамид» – лишь представьте, что сейчас мы можем создать цементные сооружения, талантливые посрамить Великие пирамиды в области долговечности. Существует, кстати, догадка, гласящая, что большая часть количества Великих пирамид сделана не из камня, а из бетона. У неё имеется последовательность приверженцев, но она не доказана (фото Patty Brdar).
А возможно раскрыть секрет ползучести, легко взглянуть на структуру бетона поглубже? Детальное изучение частиц бетона на наноуровне совершили Франц-Йозеф Ульм (Franz-Josef Ulm) из Массачусетского технологического университета и Матьё Вандамм (Matthieu Vandamme) из университета Парижа (Universite Paris-Est).
«Наконец мы можем растолковать, как происходит ползучесть», — заявил Ульм, израсходовавший на «бетонологию» 20 лет судьбе. Оказалось, что данный негативный процесс связан с перераспределением наноразмерных частиц гидросиликата кальция (C–S–H), каковые меняют собственную плотность упаковки — в одних местах на громадную, в других на меньшую. (Подробности возможно отыскать в статье в PNAS и пресс-релизе университета).
Франц-Йозеф Ульм на фоне наноиндентора. Это устройство разрешает проводить прецизионные измерения прочностных черт главного компонента бетона – гранул цементной пасты.
Разглядывая их изменение, авторы изучения смогли за 60 секунд получить информацию, каковые при классическом опробовании макрообразцов приходилось ожидать годами (фото L. Barry Hetherington).
Кроме этого авторы работы продемонстрировали, как узнаваемый метод улучшения бетона — добавка силикатного дыма либо микрокремнезёма (это побочный продукт металлургической индустрии) – отражается на структуре состава на всё том же микро- и наноуровне.
Эти микроскопические частицы встраиваются в пространство между гранулами C–S–H в тех местах, где в большинстве случаев находятся молекулы воды, тем самым мешая предстоящему смещению гранул по мере старения конструкции.
Ульм и Вандамм при математических ряда моделей и помощи опытов продемонстрировали, что замедление ползучести воздействует на долговечность изделия экспоненциально, и что при помощи наноразмерных добавок ползучесть готового бетона под нагрузкой, при тех же самых внешних условиях, возможно снизить ещё в 2,6 раза против лучших образцов. А это может иметь драматические последствия для отрасли и в целомчеловечества.
Отпечаток наноиндентора на поверхности цементной пасты. Громадная округлая «капля» в верхней части ямки – случайная пылинка (фото Chris Bobko).
Скажем, саркофаги для ядерных отходов, сделанные из простого бетона, смогут простоять без значительных повреждений лет 100, а из ультравысокоплотного, приготовленного с учётом новых знаний, — все 16 тысяч лет, утверждают учёные.
Какой нам прок от для того чтобы сверхдолговечного бетона? Из него возможно было бы делать плотины, каналы и мосты, не теряющие «товарный вид», другими словами не требующие ремонта либо полной переделки практически столетиями.
Уже лишь это имело возможность бы сократить действие индустрии на внешнюю среду, поскольку очень много сооружений, не требующих замены через 30, 40 либо 60 лет, как раньше, свидетельствует сокращение потребности в бетоне. А его на данный момент на Земле создают числом 20 миллиардов тысячь киллограм в год, и имеется 5-процентный ежегодный рост выпуска. Наряду с этим эта отрасль генерирует от 5% до 8% от общего выброса CO2 в воздух.
огромные водоводы и Мосты – важные сооружения, трудящиеся иногда в сложных условиях. Сейчас на самые лучшие из них строители вряд ли выдадут гарантию больше чем на 100 лет.
Увеличение срока работы ещё в сто раз думается фантастикой (фотографии с сайта inhabitat.com).
Помимо этого, «нанобетон» владеет большей прочностью, соответственно, изделия из него возможно делать уже. Наряду с этим узкие изделия в большинстве случаев более чувствительны к ползучести, чем массивные. А её мы сейчас можем победить.
Вот и ещё один путь сокращения выпуска бетона, соответственно — выбросов парниковых газов.
Потому, что работа Ульма и Вандамма велась на средства французской компании Lafarge Group, мирового фаворита в области строительных материалов, имеется шанс, что теоретические выкладки учёных не останутся без внимания практиков.
Как не осталось без внимания второе изобретение последнего времени — проницаемый бетон (Pervious concrete), производимый рядом поставщиков, например, в Соединенных Штатах.
Проницаемый бетон ещё и легче простого, при сопоставимой прочности (фото с сайта inhabitat.com).
Не необычно ли? В большинстве случаев бетон стараются сделать максимально непроницаемым — продолжительнее простоит. Но тут другой принцип.
Водопропускающие цементные плиты делают из относительно больших и стойких гранул бетона, каковые склеиваются между собой так, что между ними остаются каналы и многочисленные пустоты (они составляют 15-25% количества) — путь для воды.
В чём суть таковой выдумки? Дело в том, что в городах из-за бетона и вездесущего нашествия асфальта кардинально изменяется режим стока дождевых вод, в сравнении с дикой природой. В городе в землю попадает минимум воды, поверхностный сток велик, да и тот в итоге уходит по ливневой канализации в реки либо моря.
деревьям и Траве перепадает минимум жидкости, и это одна из обстоятельств чахлой растительности.
Сравнение режима стока дождевой воды в городе и на природе. Громадные стрелки в небе показывают испарение и осадки, пунктирные – поток и поверхностный сток воды в верхнем слое земли, целые стрелки – глубинные потоки воды.Видно, что кроме того в мелком городе поверхностный сток достигает 30%, а в лесу – меньше 1%.
Отличие с мегаполисом будет ещё значительнее. О проблеме стока, мы, кстати, уже говорили в материале о биомостовой (иллюстрации с сайта inhabitat.com).
В лесу, наоборот, поверхностного стока практически нет, вода накапливается в толще грунта, где её «выпивают» корни деревьев. Но не ходить же в городах по обнажённой почва?
Проницаемый бетон — один из вероятных ответов на данный вопрос (второй — это плиты из простого монолитного бетона, но с множеством больших вырезов, такие во многих местах возможно заметить в роли цементно-травяных автостоянок).
Новый бетон — привлекательный материал для подъездных путей и различных дорожек. Наряду с этим он ещё и экономит средства строителей за счёт отказа либо уменьшения числа сточных труб на участке — пускай вода впитывается грунтом так, как это происходит за городом.
Простые решётчатые плиты (вверху) уже смогут решить проблему воды, но их не везде положишь. Да и не всегда необходимо, дабы через дорожки пробивалась трава.
Водопропускающий бетон может оказаться более эргономичным ответом (на врезке – стоянка из для того чтобы бетона) (фотографии с сайтов inhabitat.com и perviouspavement.org).
Увидим, самый простой бетон также хорошо держит влагу (фактически, вода есть его частью), чем и воспользовалась лиссабонская e-studio, в то время, когда создавала собственный «Органический бетон» (Betao Organico).
Не новая работа. Пример для того чтобы бетона дизайнеры продемонстрировали публике в осеннюю пору 2005-го. Но мысль до сих пор актуальна.
Соединение живого и неестественного в одном флаконе достигнуто интеграцией семян в бетон с маленькими полостями, с добавкой толики грунта. Трава, дескать, сама выберет нужную влагу из толщи плиты, в случае если снаружи окажется через чур сухо.
Betao Organico. Самое увлекательное – как при таких условиях избежать растрескивания монолита по мере роста зелени? (фото с сайтов experimentadesign.pt и inhabitat.com)
Такие плиты имели возможность бы стать ещё одним элементом муниципального дизайна, приближающего цементные джунгли чуть-чуть к природе. Как при таком «сплаве» изменялись бы долговечность и прочность материала — авторы не сказали. Но для декора это не значительно.
Но каков эффект.
Вон Хизер и Дэну было нужно размазывать по громадному строению тонны земли, дабы перевоплотить его в зелёный куб. А, выясняется, модифицировать-то необходимо было сам бетон.
Полагаем, на этом фантазии «бетонологов» не исчерпаются. Причём данный многоликий материал уже неоднократно давал нам предлог для удивления.
Мы уже видели бетон: очищающий воздушное пространство, самозалечивающийся и эластичный, сверхстойкий к дорожным реагентам, прозрачный, надувной, дисплей, хамелеон и музыкальный. Какой заметим на следующий день?
