Новые, диковенные виды бетона. Какие они ?
С давних пор главным строительным материалом считается бетон — каждый человек знает об этой порошкообразной смеси глины, гипса и известняка серого цвета.
Бетон продается практически каждым строительным магазином, а также на рынке. Но в условиях модернизации строительной отрасли и появление новых технологий градостроительства перед этим базовым стройматериалом ставятся все более строгие требования прочности и удобства при эксплуатации. Это привело к появлению нового поколения бетонов.
Новый вид бетона отличается от обычного цементного камня более высокой прочностью и влагостойкостью. Это позволило строительным организациям работать в любом климатическом поясе, как бы там не было влажно. Также бетон нового поколения обладает чрезвычайной морозостойкостью. При самой экстремальной минусовой температуре он выдерживает огромные нагрузки, при этом не теряются эксплуатационные свойства.
Но самой удивительной способностью современного бетона является деформация, которая может регулироваться. Это позволяет воплотить жизнь такие проекты, которые раньше выполнить было невозможно. К тому же не возникает проблем в приобретении такого бетона, так как его популярность стремительно растет.
Но не стоит думать, что после такого «рывка» перестали усовершенствовать этот строительный материал, которому, в общем-то, нет альтернативы. Прогресс не стоит на месте, не прекращается внедрение в производство новых технологий . Поэтому самые современные виды бетона, которые используются в самых различных видах строительства, от жилых домов до строительства атомных электростанций, могут в любой момент потерять свою актуальность. Поэтому не стоит исключать того, что очень скоро производство бетона перейдет на новый уровень технологичности.
Ученые не перестают экспериментировать уже с зарекомендовавшими себя материалами. Так, учеными из Соединенных Штатов был изобретен гибкий бетон, обладающий свойством самовосстановления. Такой вид бетона даже в застывшем состоянии под давлением может гнуться, при этом не крошится и не ломается. После того, как нагрузка убирается, происходит распрямление бетонного элемента, будь то колонна или плита, при этом ним принимается первоначальная форма. А для того, чтобы устранились последствия силового воздействия, представляющих собой микроскопические трещины, достаточно небольшого дождя.
Необычный, но перспективный вид бетона предложил один венгерский ученый. Стена, построенная из такого материала является практически прозрачной вследствие неоднородности состава, который состоит из обычных компонентов и множества оптических волокон, различных по величине. Сквозь бетонную стену может проникать свет, различимы силуэты предметов. Цена новых, диковинных видов бетонов пока-еще высока, приобрести бетон, обладающий подобными свойствами доступно далеко не каждой организации. Но очень возможно, что в будущем все они найдут свое применение, как нашел его бетон нового поколения.
Подписывайтесь на наш канал, ставьте лайк, если понравилась статья, и пишите комментарии! Делитесь с друзьями в соц.сетях! Пока-пока!
Вариации на тему бетона – ученые совершенствуют привычную ЦПС
У бетона хоть и не столь долгая история, как у кирпича и древесины, но без него сегодня не обходится ни одна стройка – фундамент, перекрытия, дорожки и многое другое. И если для большинства из нас бетон – это смесь цемента, песка, щебня и воды в определенных пропорциях, то для ученых – плацдарм для опытов. Что интересно, результаты многих опытов реально применять на практике, а не только в лабораториях. В нашей подборке собраны как раз такие, усовершенствованные бетоны с необычными характеристиками.
Гибкий бетон
В сингапурском научно-исследовательском центре при Наньянском технологическом университете группа ученых во главе с профессором Чу Цзянем разработала принципиально новый вид бетона – гибкий (ConFlexPave).
Обычный бетон отличается повышенной прочностью, особенно когда речь о ЖБИ, усиленных арматурой. Однако от хрупкости его не избавляет даже армирование, и изгиб вызывает растрескивание и постепенное разрушение. Кроме того, железобетон тяжелый, что создает определенные сложности в процессе укладки плит.
К стандартному песку, щебню и цементу добавлены полимерные микроволокна – эти тончайшие синтетические нити равномерно распределяют нагрузку и позволяют изготавливать тонкие и облегченные дорожные плиты. При этом по прочности полученный бетон можно сравнить с металлом. Будучи гибким, он практически не подвержен истиранию. Это особенно актуально на трассах или пешеходных дорожках в зонах повышенной проходимости. Гибкие плиты прошли испытания на стенде, в ходе которых была доказана повышенная гибкость материала и его устойчивость к прямому физическому воздействию.
Немаловажно, что использование гибкого бетона значительно упростит жизнь дорожным службам – сократится трудоемкость процесса укладки, частичная замена полотна не будет требовать остановки движения. Тест-драйв новинка проходит прямо на территории университетского комплекса – там громадная пешеходная нагрузка, да и дорожный трафик впечатляющий. В дальнейшем ученые планируют подбирать состав плит, исходя из конкретных условий эксплуатации, еще на этапе производства добиваясь оптимальных характеристик.
Бетон с подсветкой
А мексиканца доктора Хосе Карлоса Рубио, из университета Мичоакана, больше заинтересовали свойства цемента, как важнейшего компонента бетона. Он разработал принципиально новое вяжущее, со сроком службы около века, да еще со светоизлучающей способностью. За десятилетие исследований он сумел изменить микроструктуру цемента, введя в него флуоресцентные добавки. На таком цементе получается не только более однородный раствор, без характерных «хлопьев». Эти кристаллические структуры, образующиеся на поверхности, ухудшают характеристики бетона и способствуют ускоренному разрушению верхнего слоя. Чтобы предотвратить кристаллизацию, Рубио и ввел в цемент добавку, а заодно получил бонусную декоративную подсветку.
В отличие от пластика, из которого изготавливается большая часть флуоресцентных материалов, со сроком службы в несколько лет, бетонная подсветка устойчива к УФ лучам и прослужит век.
Новый цемент может применяться как самостоятельно, так и в смесях с другими материалами, для строительства различных объектов и дорожных покрытий. В плане экологичности светящийся цемент выигрывает у обычного – в его составе, в основном, мел и глина, а «отдача» при его производстве – в виде водяного пара. Цветовая гамма материала на данный момент представлена синим и зеленым цветом, а яркость подсветки можно регулировать, чтобы дорожки не слепили пешеходов и велосипедистов. В планах исследователя – попробовать соединить светящиеся частицы с другими строительными основами и получить новые стройматериалы, с эффектом подсветки.
Бетон из отходов
Утилизация осадков после очистки стоков давно превратилась в глобальную проблему для многих стран, которую усугубляют строгие экологические нормативы. Самый дешевый вариант – захоронение отходов – нелегален, так как в осадке большое количество химических веществ, способных ухудшить показатели почв. Очистным предприятиям Малайзии решить проблему помогли ученые, решившие, что пропадать такому количеству полезных веществ, в которых остро нуждаются другие отрасли, глупо.
Процесс получения заготовок простейший: осадок формуют в виде лепешек, которые просушивают и, для окончательного удаления жидкости, обжигают. Сухие заготовки тщательно измельчают и просеивают, получая однородный порошок, который в дальнейшем добавляют в бетонную смесь. Пропорции варьируются, исходя из желаемой марки бетона – максимальная доля порошка в цементе составляет 15 %, реально получить как бетон средней прочности, так и высоких классов. Ученые считают, что замена части цемента порошком из сточных осадков (DSWP – domestic waste sludge powder) повышает прочность бетона и снижает его проницаемость и засоленность. Разработка признана перспективной, так как с учетом потребностей строительной отрасли в цементе, даже незначительная доля стороннего вещества, да еще продукта переработки отходов, и экономически, и экологически выгодна.
Блоки из костробетона
Естественно, не осталась в стороне и Америка – на базе Массачусетского технологического института была организована краудсорсинговая платформа (ресурс для привлечения свежих идей и широкого круга исполнителей). Там и появился интересный с практической точки зрения проект Чада Нутсена. Частный дизайнер разработал строительные блоки из костробетона, производимые методом 3D-печати.
Основу блока составляет конопляная пенька (костра), в качестве минерального наполнителя – песок, вяжущее – портландцемент. Используя органику в качестве основного компонента, позволяющего значительно сократить долю вяжущего, реально уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа. Что касается технических характеристик, блоки получаются прочными, с высоким коэффициентом шумопоглощения и низким коэффициентом теплопроводности, да еще и с антисептическими свойствами (устойчивы к плесени и гнили).
Если бы речь шла только о сырьевой составляющей блока, ничего принципиально нового дизайнер не изобрел: и соломенный саман известен несколько веков, и от более современного арболита на древесной щепе костробетон недалеко ушел.
За счет этого блок получается легким, но максимально прочным, и в процессе печати реально заложить полости под все инженерные сети (электропроводка, коммуникации). Форма блоков также произвольная – они могут быть изготовлены как типовыми брусками, так и фигурными.
Применяемая Нутсеном ультразвуковая кавитация позволяет использовать в качестве основы не только конопляную костру, но и любой органический композит, так как сырье в процессе переработки максимально измельчается. Чтобы доказать, что костробетон действительно не уступает более привычным материалам в прочности, превосходя многие из них в плане экологичности, разработчик с единомышленниками планирует использовать их для строительства большого дома. Учитывая, что уже упомянутый арболит с успехом используется в частном домостроении, вряд ли блоки на базе костры потерпят фиаско. В любом случае, чем больше будет экологически чистых материалов, тем лучше для всех нас.
Инновации затрагивают все сферы нашей жизни – можно вырастить шезлонг, а вместо громоздкого дивана установить в маленькой квартире универсальный модуль. Вместо люстры и бра уже используют светящиеся обои, а в качестве дачи – картонный дом. И посмотрите видео о стеклянном доме, тоже не самом типовом, но от этого не менее привлекательном строении.
Новые технологии в бетоне
Бетон уже на протяжении полутора века занимает главную позицию среди строительных материалов. Это искусственный камень, получаемый при затвердевании композитной массы на основе цемента, песка заполнителя и воды. Сегодня новые технологии производства бетона сильно отличаются от времен его изобретения. Применяется новое оборудование, специальные добавки, а широкий выбор заполнителей позволяет получать материал различных марок и модификаций. Кроме того, ведутся разработки абсолютно новых бетонов способных к самовосстановлению. Учитывается также экология производства.
Требования и классификация
Конечно, главное требование – это прочность. При этом имеется ввиду прочность на сжатие, так как на растяжение он сопротивляется плохо. В железобетонных конструкциях этот недостаток устраняется армированием. Металлическая или стеклопластиковая арматура закладывается в зону, где при эксплуатации будет возникать растяжение, принимая эту нагрузку на себя.
Испытания на сжатие
На производстве образец каждой партии заливается в кубическую форму, а в Европе и США ‒ в цилиндрическую. После его затвердевания и набора прочности, в возрасте 21 суток, образец сжимают до разрушения. Сила давления при этом фиксируется и сравнивается с расчетной. Марка указывается в акте испытаний в виде буквы «М» и числа. Например, М-400 означает, что образец разрушился при давлении 400 кг сил/см 2 .
Вторым важным требованием является плотность. Чем выше плотность, тем меньше водопоглощение. Как известно, вода при замерзании расширяется и, если водопоглощение высокое, при замерзании в строительном материале будут образовываться микротрещины, разрушая его при каждом климатическом цикле. Плотность определяется экспериментальным путем и записывается в «кг/м 3 ». Бетоны с высокой плотностью относятся к тяжелым и применяются в производстве дорожных, а также аэродромных плит, фундаментных блоков и других изделий, подверженных воздействию влаги/воды.
Тяжелый бетон также испытывают на морозостойкость. Этот показатель обозначается буквой «F» и числом климатических циклов, после которых образец потерял не более 5% прочности.
Производство ЖБИ
Несмотря на большой спрос, конкуренция среди производителей железобетонных изделий остается высокой. Стремление повысить качество и снизить себестоимость стимулирует производителей не только применять современное оборудование, но и новые технологии в производстве бетона. Главная задача ‒ ускорить процесс без потери качества, достигается техническим оснащением и конвейерным способом производства.
Очередность процессов
Сначала производится приготовление бетонной смеси. Весь процесс происходит на БСУ (бетоносмесительной установке) с соблюдением последовательности и точной дозировки. В это же время подготавливается форма, которая устанавливается на вибростоле. Форма смазывается и в нее укладывается арматура. При необходимости арматура предварительно напрягается путем пропускания через нее электрического тока. При этом арматура нагревается, вследствие чего удлиняется. Концы арматуры закрепляются в специальных пазах формы и, после остывания, она натягивается подобно струне. Готовая бетонная смесь подается в специальном контейнере с помощью мостового или другого крана. При заполнении формы включают вибраторы, за счет чего смесь укладывается равномерно, из неё выходит воздух и обеспечивается отличное сцепление с арматурой. Чтобы изделие не высохло преждевременно, форму закрывают крышкой и помещают в пропарочную камеру. В зависимости от массы, изделие держат в камере при повышенной температуре и влажности. Этот процесс ускоряет затвердевание и сокращает срок набора прочности от 21 суток до 10-12.
Любые ЖБИ должны строго соответствовать нормам СНиП, поэтому испытания производятся в обязательном порядке.
Мобильные заводы
При строительстве в отдаленных районах доставка ЖБИ или сырого бетона для монолитных конструкций вызывает дополнительные затраты. С целью избежать этих затрат в России все чаще применяются мобильные заводы. Ярким примером применения таких установок стало строительства моста через Керченский пролив. Благодаря мобильности, завод оперативно перебазируется в нужное место, что экономит время и средства на доставку продукта.
Применение пластификаторов
Время, когда в бетонную смесь добавляли известковое молоко уже в прошлом. На сегодняшний день широкое применение нашли современные суперпластификаторы. Вещества на основе поликарбоксилатов и полиакрилатов показывают просто чудеса науки. При незначительных добавках этих веществ в бетонную смесь раствор становится особо подвижный при уменьшении в нем воды. В результате это положительно влияет на процесс заполнения формы или опалубки, повышает устойчивость материала к растрескиванию и колоссально повышает его прочность. Например, при добавке пластификатора на основе белого цемента М-400, который не отличается особым качеством, его прочность возросла в полтора раза, а водопоглощение снизилось на 3%.
Микрокремнезем
Это аморфный порошок микроскопической фракции. Его вводят в бетонный состав вместе с пластификатором. Цель его применения заключается в заполнении пространства между более крупными частицами. В результате снижается пористость, повышается плотность, а также водонепроницаемость. Технология применяется в производстве дорожных покрытий, делая их долговечней при эксплуатации в любой неблагоприятной среде.
Применение микрокремнезема без пластификаторов не имеет смысла.
Кубовидный щебень и песок
В РФ производство бетона с заполнителями кубовидной формы – новинка. Первыми технологию начали применять в Санкт-Петербурге. За счет своей кубической формы щебень образует плотное соединение, снижает расход цемента и увеличивает плотность. Первые образцы отлично зарекомендовали себя в строительстве дорог.
С кубовидным песком ситуация подобная, но первопроходцем стало предприятие в Приморском крае. На сегодня у них единственная установка по производству такого песка, которая была приобретена в Японии.
Поиск новых решений
Не только качество материла играет роль в покупательском спросе. Новые технологии изделий из бетона начинают приобретать инновационный формат. Здесь родоначальником опять выступил Санкт-Петербург. Колодезные кольца из железобетона почти сразу приобрели популярность на рынке. Секрет оказался в форме торцов, которые имели специальные замки. Соединять такие кольца намного быстрей и проще, а качество соединения превосходит традиционные методики. В настоящий момент в России производят множество ЖБ-конструкций с подобными новшествами.
Кевларобетон
Технология позволяет производить декоративные и одновременно сверхпрочные изделия с глянцевой поверхностью. Искусственный камень визуально напоминает мрамор, а с применением пигментов может представляться в любых цветовых тонах.
Этот бетон относится к армированным мелкими волокнами, в данном случае кевлара, но основная суть его получения заключается в процессе. Перемешивание производится в гравитационных смесителях с поочередным добавлением всех ингредиентов. Главный момент – добавление воды, количество которой строго дозируется. В результате в смесителе образуются шарики (скатыши) размером 2-5 см, которые исключают в своем составе воздух. Эти шарики и засыпают в форму, а в процессе вибрирования они равномерно ее заполняют, как бы растекаясь по всему объему.
В России новые технологии по производству бетона внедряются в основном на малых предприятиях, в то время как в Европе это считается перспективным направлением.
Бетон будущего
«Вечный» бетон решили создать голландские ученые и это им весьма удалось. В состав на основе белого цемента были введены бактерии, а в качестве их пропитания – молочнокислый кальций. Микроорганизмы охотно поедают его, вырабатывая известняк, чем и пломбируют микротрещины.
Вторым вариантом материала, обладающий способностью к самовосстановлению, стал эластичный бетон. Его эластичность достигается благодаря содержащейся в нем группе минералов, за счет чего он более устойчив к динамике. Восстановление достигается за счет его химической реакции с углекислым газом в атмосфере. Реакция активируется дождевой водой, а ее продуктом становится карбонат кальция, который и является «главным доктором бетона».
Интересный вариант предложили канадцы. Экобетон – такое название материал получил из-за способа производства, основным ингредиентом которого стала углекислота. Причем углекислоту они брали на предприятиях, где она получалась как побочный продукт. Другими словами, производство такого экобетона способствует снижению парникового эффекта.