CC BY
0Б01 10.24412/с1-37280-2024-1 -16-20
Раков Михаил Андреевич, кандидат технологических наук, доцент ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно - строительный университет» (Сибстрин),
г. Новосибирск
Жукова Ксения Денисовна, студент ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет» (Сибстрин), г. Новосибирск
Биобетон - перспективный строительный материал будущего
Аннотация. В статье рассматривается несколько аспектов аутогенного и автономного биобетона, включая его характеристику, процессы и методы получения. Большое внимание уделяется автономному самовосстановлению бетона, включая лечебные агенты. Оценивается эффективность восстанавливающих агентов. Выявляются проблемы получения и использования биобетона. А также тенденции развития исследований в направлении применения данного типа бетона в качестве превосходного кандидата для разработки устойчивых и долговечных бетонных композитов.
Ключевые слова: биобетон, аутогенное заживление, автономное заживление, заживление трещин, лечебный агент
Бетон является наиболее широко используемым строительным материалом в мире благодаря высокой прочности на сжатие, доступности сырья, экономической эффективности и долговечности. Однако бетон чрезвычайно склонен к появлению трещин во время эксплуатации, а также к другим типам повреждений, что позволяет химическим веществам (кислотным дождям, солям и др.) проникать в конструкции. Неправильная геометрия опалубки и усадка бетона во время затвердения являются наиболее частыми причинами образования трещин
в вязкотекучем состоянии, тогда как химическая реакция, внешняя перегрузка и термическое напряжение являются наиболее вероятными причинами образования трещин в затвердевшем состоянии. Трещины в бетоне могут не оказывать моментального влияния на бетонные конструкции, но они могут иметь долгосрочные последствия. Ежегодно во всем мире выделяется значительная сумма денег на восстановление уже существующих бетонных конструкций. В ответ на растрескивание и увеличивающиеся структурные повреждения исследователи разработали метод, известный как самовосстановление, для предотвращения ухудшения структуры бетона. Обычный ремонт и техническое обслуживание являются важными средствами продления срока службы бетонных конструкций. Однако стоимость ручного обслуживания может быть непомерно высокой для крупных объектов. Также, может быть сложно или даже невозможно отремонтировать треснувшие конструкции, доступ к которым может быть ограничен. Именно в этих ситуациях самовосстанавливающийся, далее биобетон, вероятно, сыграет очень полезную роль, поскольку он может автоматически и своевременно ремонтировать трещины без какого-либо внешнего вмешательства.
В статье были исследованы текущие знания, имеющие отношение к разработке биобетона, в которых сообщалось о прогрессе и будущих перспективах различных путей восстановления. В настоящее время большинство исследований биобетона проводится в лабораторных условиях и в основном фокусируется на статической нагрузке.
Аутогенное самовосстановление. В обычном бетоне от 20 до 30 % цемента остаются непрогидратированными. Непрогидратированные частицы цемента реагируют с проникающей водой, если бетон начинает трескаться. Эта реакция заново запускает процесс гидратации и заставляет продукты гидратации заполнять трещины. Наиболее эффективными методами естественного заживления бетона являются образование карбоната кальция и гидроксида кальция. Это подтверждается тем фактом, что на внешней поверхности трещин бетона можно обнаружить некоторый белый остаток. Установлено, что этот белый остаток представляет собой карбонат кальция. Дальнейшая гидратация в основном обусловлена
Магистерские слушанья
естественными свойствами самовосстановления в бетоне. Однако этот процесс применим только к бетону в ранних сроках эксплуатации. Этот тип естественного самовосстановления может быть полезен для трещин шириной до 0,2 мм.
Автономное самовосстановление осуществляется посредством введения химических веществ или биологических агентов в цементную матрицу. Для доставки внешних агентов могут использоваться одно- или многоканальные трубчатые сети и сферические или цилиндрические капсулы. Автономное восстановление основано на том, что лечебные вещества высвобождаются из капсул при возникновении трещин и реагируют на определенные факторы, вызывая активацию процесса самовосстановления. Лечебный агент может реагировать, когда он подвергается воздействию воздуха, влаги или тепла. Для автономного заживления было доказано, что ширина трещины, которую можно склеить, может быть значительно больше, чем при аутогенном заживлении. Эффективное самовосстановление зависит от множества параметров, включая эффективность самого заживляющего агента, метода и механизма, при котором инициируется самовосстановление.
Механизм автономного самовосстановления основан на добавках, содержащих лечебные капсулы, заполненные спорами бактерий, которые считаются ответственными за отложение лечебных материалов. В этих системах механизм самовосстановления зависит от синтеза карбоната кальция. Однако в этом механизме процесс самовосстановления происходит только в присутствии органического субстрата, который обеспечивает бактерии питательными веществами и водой для стимуляции активности. Проникновение воды через трещины активирует бактериальные споры, которые созревают в активные органические клетки, способные преобразовывать минеральные прекурсоры в карбонат кальция. Карбонат кальция, осажденный в трещинах железобетона, может предотвратить просачивание воды через трещины и минимизировать восприимчивость к проникновению хлоридов и, таким образом, снизить вероятность коррозии стальной арматуры.
Магистерские слушанья
Процесс автономного самовосстановления основан на действии добавок, таких как микрокапсулы, заполненные лечебным агентом. Механизм заживления капсульным катализатором основан на внедрение самовосстанавливающегося агента внутрь хрупких капсул. Продолжающееся развитие методов перемешивания, которые поддерживали бы выживание восстанавливающих агентов во время процесса смешивания, расширило бы использование самовосстанавливающихся агентов для бетона, снизило бы его стоимость и повысило бы доверие заинтересованных сторон в строительном секторе к этой технологии.
Обычно для оценки эффективности заживления использовались различные методы испытаний, многие из которых входят в число стандартных методов испытаний бетона. Включение соединений на биологической основе снижает проницаемость и водопоглощение бетонных конструкций. Однако появились противоречивые данные о влиянии лечебных агентов на прочность бетона. Эти противоречия могли быть вызваны использованием различных питательных сред и питательных веществ, а также окружающими обстоятельствами.
В статье рассмотрены текущие знания, имеющие отношение к разработке биобетона. Аутогенное восстановление по-прежнему ограничено небольшими трещинами, и его надежность по-прежнему ниже, поскольку оно зависит от состава матрицы на момент развития трещины, который определяет возможные механизмы реакции. Однако эффективность самовосстановления не была продемонстрирована в реальных условиях окружающей среды, таких как неидеальные температуры, высокие концентрации соли, поздний возраст бетона, постоянные напряжения, повторяющиеся циклы растрескивания и заживления и т. д. Поэтому разработка соответствующих методов мониторинга для отслеживания эффективности самовосстановления бетона в течение его срока службы, а также воспроизводимых стандартных методов испытаний для оценки эффективности заживления необходимы для внедрения новой технологии в массовое использование.
За последние несколько десятилетий наблюдается всплеск интереса к самовосстанавливающимся материалам, в частности, к характеристикам самовос-
становления в цементных материалах, при этом десятки исследователей предлагают различные методы [1-6]. Также пока невозможно предсказать, какой подход превзойдет конкурентов в деталях. Разработка самовосстанавливающихся высокоэффективных бетонов является уникальной, передовой, доступной и экологически чистой технологией бетона для строительства прочных и устойчивых домов для будущих поколений. Биобетон позволит строителям создавать конструкции, не беспокоясь о повреждениях или дорогостоящем обслуживании и ремонте.
Библиографический список
1. Исследование применения самовосстанавливающегося бетона / Г.Г. Жукова, А.И. Сайфулина // Construction and Geotechnics. 2020. Т. 11. № 4. С. 58-68.
2. Тенденции современного строительства: самовосстанавливающийся бетон /
B.С. Бирюков, А.С. Смирнов, А.М. Тамбовцев, Т.Ф. Чередниченко // Инженерный вестник Дона. 2022. № 2 (86). С. 1-8.
3. Интеллектуальные композиты и их использование для получения самовосстанавливающихся бетонов / В.Т. Ерофеев, В.М. Круглов, Н.И. Ватин, Д.С.Д.С. Аль // Транспортные сооружения. 2019. Т. 6. №2 4. С. 11.
4. Бактерии для получения самовосстанавливающихся бетонов / В.Т. Ерофеев, Д.С.Д.С. Аль, В.Ф. Смирнов // Транспортные сооружения. 2018. Т. 5. №2 4. С. 7.
5. Самовосстанавливающийся бетон. Обзор зарубежных публикаций / Л.В. Ильина, Л.Н. Тацки, К.С. Дьякова // Вестник ВСГУТУ. 2023. № 2 (89).
C. 72-79.
6. Инновационные способы восстановления микроразрушений гидротехнических сооружений / М.В. Карпов, Л.А. Журавлева, А.А. Жиздюк, О.В. Наумова, Н.А. Харламова // Аграрный научный журнал. 2022. № 12. С. 77-81.
