Стійкий до морозу бетон

Стійкий до морозу бетон
Щоденні коливання температури можуть змусити воду циклічно замерзати і розширюватись, а тоді танути і зменшувати свій об’єм. Оскільки бетон пористий і абсорбує воду, внаслідок цих процесів, що повторюються безліч разів, він стає крихким і починає дробитись. Науковці вважають, що їхні нові рішення можуть запобігти такій деградації – пише Софі Бушвік у журналі Scientific American.

“Основний метод, який досі дозволяв нам уникати пошкоджень, спричинених циклічним замороженням і таненням, був розроблений в 30-х роках і полягав у впровадженні маленьких пухирців повітря до всього об’єму бетону”, – пояснює Віл Срубер, спеціаліст з інженерії матеріалів з Університету Колорадо, що в Боулдері. Пружні пухирці редукували напругу в структурі бетону, але водночас зменшували його витривалість, збільшували насиченість водою і ускладнювали процес виробництва.

Дослідники із групи Срубера вирішили пошукати розв’язання проблеми у природі, а точніше – використати білки, що протидіють замерзанню та дозволяють деяким рибам і бактеріям витримувати дуже низькі температури. У клітинах ці часточки причіпляються до поверхні кристаликів льоду, не даючи їм можливості набрати надто великих розмірів. Але вони не є дуже ефективними, коли стикаються з високо лужною емульсією цементу, що є основним складником бетону.

Тож дослідники вирішили випробувати їхній більш стійкий відповідник з подібними характеристиками: полімер під назвою PEG-PVA, який зараз широко використовується у фармацевтичній промисловості для виготовлення таблеток з повільним виділенням складників.

Для тестів приготували три проби бетону: першу – без жодних додатків, другу – насичену пухирцями повітря і третю – з додатком PEG-PVA.  Згодом вони пройшли триста циклів замороження і розмороження. Контрольна проба зазнала виразної деградації, тоді як дві інші зберегли свої властивості. Отримані результати було опубліковано в травні 2020 р. у часописі Cell Reports Physical Science.

Вікі Ендмондсон, інженер будівництва із Британського університету Нортумбрії, яка не брала участі в дослідженнях, підкреслює, що отримані результати є цікавими, але потребують перевірки поза лабораторією. “Наприклад, якщо взяти до уваги час експлуатації збудованого мосту, – говорить вона, – то чи новий метод дасть змогу стабільно забезпечити критичну інфраструктуру?”. Едмондсон ставить під питання також те, чи додатки виправдають себе в реальному середовищі, де бетон повинен бути витривалим до коливань і впливу різноманітних забруднень.

“Усе, від чого бетон стає витривалішим (…), є очевидним прогресом”, – каже Роланд Пелленк, науковий директор Французького національного центру наукових досліджень (CNRS), який теж не брав участі у цьому проєкті. Оскільки пошкодження, спричинені повторюваними циклами замерзання-розмерзання, становлять серйозну загрозу для інфраструктури, то й інші групи намагаються знайти ефективне розв’язання проблеми. Пелленк разом із своєю командою експериментував, наприклад, додаючи до бетону сажу, яка має гідрофобні властивості. 

Срубер подав тимчасову заяву на патент. Він сподівається, що базовану на PEG-PVA технологію вдасться вивести на ринок упродовж п’яти років. Тим часом він і надалі шукає часточки з характеристиками, подібними до білків, які протидіють замерзанню. “У моїй лабораторії всі вірять, що природа вже розв’язала наші проблеми,– говорить він. – Потрібно тільки знати, де шукати”. 

Пов'язані статті

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.


З ЦИМ МАТЕРІАЛОМ ЧИТАЮТЬ


Надто багато бруківки Підказана правда