Самовідновлювальний бетон можна охарактеризувати здатністю бетону ремонтувати свої тріщини автогенно або автономно. Такий бетон поєднує довговічність із екологічністю, компенсуючи високий рівень викидів вуглецю під час виробництва, а також пов'язані з цим витрати протягом життєвого циклу. Нещодавні досягнення в дослідженнях та технологіях бетону дають краще розуміння його відновлювальних властивостей. У цій статті розглядаються технології виготовлення самовідновлюваного бетону та їх застосування в будівельній галузі шляхом всебічного огляду літератури та доступних тематичних досліджень.
Прагнення до сталого розвитку в будівельній галузі призвело до інноваційних підходів, які не лише підвищують довговічність бетону, але й спрямовані на зменшення викидів вуглецю. Кілька технологій самовідновлюваного бетону спеціально спрямовані на ці аспекти самовідновлення та зменшення викидів вуглецю. Сучасним механізмом самовідновлення бетону є «мікробно-індуковане осадження карбонату кальцію» (МІОКК), що є одним із низькотоксичних методів ремонту тріщин. Біоопосередкований карбонат кальцію (CaCO3) утворюється внаслідок реакції між бактеріями, що продукують уреазу, з поживними речовинами та сечовиною. Уреолітичні бактерії поєднуються з сечовиною під час процесу реакції, перетворюючись на іони амонію та карбонату, а осадження CaCO3 пов'язане з додаванням солі кальцію [1]. Це інноваційний підхід до безперервного ремонту мікротріщин у бетоні, покращення його довговічності та, таким чином, зниження витрат на обслуговування.
Іншою сучасною технологією самовідновлення бетону є використання біогенного вапняку, що використовує фотосинтезуючі бактерії всередині бетонної матриці. Як і MIОКК, бактерії можуть захоплювати та перетворювати CO2 на карбонат кальцію, природним чином загоюючи тріщини та зміцнюючи бетон. Біологічно вирощений вапняк, культивований кокколітофорами, є чистою вуглецево-нейтральною альтернативою традиційному вапняку. Іншими словами, кількість вуглекислого газу, що виділяється під час виробництва, дорівнює кількості, що поглинається мікроводоростями під час фотосинтезу.
Полімери з пам'яттю форми – це інноваційні матеріали, які змінюються у відповідь на різні подразники, такі як тепло, електричні та магнітні поля, вода або світло, змінюючи свій розмір, форму, жорсткість або деформативність. Поліетилентерефталат (ПЕТ) у формі порожнистих трубок і волокон використовується для закриття тріщин у бетоні. Сухожилля, виготовлені з пучків волокон полімерів, вбудовуються в бетонні балки, і при активації вони допомагають зменшити ширину тріщин на 80% [2]. Інший клас пристроїв, які називаються вузлуватими волокнами, виготовляється з використанням тих самих волокон, і вони мають вузловані кінці, які діють як точки кріплення при безпосередньому вбудовуванні в бетон. Після активації ці пристрої повністю закривають тріщини.
Кевларові волокна також забезпечують суттєве армування після активації. Ці пристрої частково та повністю закривають тріщини, які були відкриті до 0,3 мм, і досягають постактиваційної міцності на вигин, порівнянної з міцністю традиційно армованих та попередньо напружених конструкційних елементів. Включення переробленого ПЕТ у пучки волокон та інші композити робить матеріал більш стійким, що супроводжується покращеними інженерними властивостями та економічними перевагами.
Бетон, просочений вуглецевими нановолокнами – це ще одна технологія, яка включає вуглецеві нановолокна в бетон для покращення механічних властивостей та електропровідності, що сприяє загоєнню тріщин або шляхом індукції тепла, що сприяє рухливості самовідновлювальних агентів, або безпосередньо через потенційну активацію інших механізмів самовідновлення.
В цілому, сучасні дослідження та інновації в галузі самовідновлювального бетону показують, що він збільшує термін служби та довговічність конструкцій. Досягнення в матеріалознавстві та інженерії вплинули на процес виробництва цементу та на те, яким чином переробляються побічні продукти промислового виробництва, використовуючи такі матеріали, як мідний шлак для заміни природного річкового піску та бактерії для розмноження карбонату кальцію з метою загоєння тріщин та підвищення міцності.
Інновації у застосуванні самовідновлювального бетону просунулися завдяки дослідженням біологічних агентів, таких як бактерії та грибки, методів мікрокапсуляції та нових матеріалів, таких як полімери з пам'яттю форми. Ці розробки не тільки підвищують структурну цілісність та довговічність бетонних конструкцій, але й сприяють зниженню витрат на обслуговування та впливу на навколишнє середовище, пов'язаних з традиційними методами ремонту бетону.
Оскільки будівельна галузь рухається в бік більш екологічних та стійких матеріалів, самовідновлювальний бетон має вирішальне значення для майбутнього розвитку. Такі технології виготовлення самовідновлюваного бетону, як мікробно-індуковане осадження карбонату кальцію, використання біогенного вапняку, полімерів з пам'яттю форми, методів інкапсуляції, гідратації та агентів набухання, можуть потенційно зменшити викиди вуглецю, одночасно підвищуючи стійкість та довговічність бетонних конструкцій.
Список літератури
1. Jongvivatsakul, P., Janprasit, K., Nuaklong, P. Investigation of the crack healing performance in mortar using microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) method. Constr. Build. Mater. 2019, 212, 737–744.
2. Kaushal, V., Saeed, E. Sustainable and Innovative Self-Healing Concrete Technologies to Mitigate Environmental Impacts in Construction. CivilEng 2024, 5, 549–558. https://doi.org/10.3390/civileng5030029
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter