Для того, чтобы сделать строительные материалы более устойчивыми, сохраняя при этом их доступность и универсальность, в отрасли идут двумя путями – внедряя новые технологии повышения прочности и долговечности бетона, а также обращаясь к биоцементу. Об этом пишет Horizon, официальный онлайн-журнал Комиссии Евросоюза по исследованиям и инновациям. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
После воды бетон является наиболее широко используемым веществом на Земле, применяясь в самых разных областях, от жилищного строительства и промышленности до объектов береговой обороны и инфраструктуры. К сожалению, строительная отрасль также оказывает серьезное негативное воздействие на окружающую среду. Только лишь производство цемента генерирует до 8% глобальных выбросов углерода – это больше, чем авиация (2,5%), хотя и меньше, чем сельскохозяйственный сектор (12%).
По словам профессора Либерато Феррара, профессора структурного анализа и проектирования Миланского политехнического университета в Италии, новые типы устойчивого бетона являются ключевыми для создания любой более экологичной инфраструктуры. Он руководил проектом ReSHEALience , целью которого было разработать бетон сверхвысокой прочности (UHDC).
Такой бетон способен выдерживать экстремальные условия и самовосстанавливаться при использовании в строительстве в суровых условиях, таких как морская среда и геотермальные электростанции. Этим бетонным смесям придают прочность и долговечность, включая такие компоненты, как кристаллические добавки, нановолокна оксида алюминия и нанокристаллы целлюлозы.
Бетон в процессе эксплуатации неизбежно трескается, но одной из особенностей кристаллических смесей является то, что они стимулируют самовосстановление. Вступая в реакцию с водой и компонентами бетона, они образуют игольчатые кристаллы, которые растут и заполняют трещины. Смешанные с ним нановолокна добавляют механическую прочность и помогают повысить его ударную вязкость, позволяя ему выдерживать экстремальные условия.
UHDC был испытан в качестве прочной замены традиционных деревянных плотов при выращивании мидий, а также для изготовления деталей плавучих платформ ветряных турбин в прибрежных районах. Он также был испытан в суровых условиях геотермальной электростанции, где его характеристики улучшились по сравнению с традиционными методами строительства.
Этот материал сокращает использование ресурсов как за счет уменьшения количества необходимого материала, так и за счет гораздо более длительного срока службы, при этом профессор Феррара прогнозирует, что он может прослужить до 50 лет, прежде чем потребуется значительное техническое обслуживание.
Его можно производить в самых разных местах для самых разных применений с использованием местных материалов. Более того, измельченный СВПБ перспективен в качестве переработанного компонента для производства нового бетона с такими же механическими характеристиками и долговечностью, как у исходного бетона.
Другие исследователи изучают совершенно иные способы инноваций в строительном секторе, используя естественные процессы живых организмов.
Так, оседание грунта в насыпях под железными дорогами с течением времени может создать серьезные проблемы и увеличить расходы на техническое обслуживание и задержки пассажиров. Механические методы уплотнения размолотых материалов или химические стабилизаторы обычно используются в виде растворов. Однако они могут быть разрушительными и дорогостоящими, иметь побочные эффекты для окружающей среды и генерировать выбросы углерода.
Идея проекта NOBILIS (под общим руководством Лондонского университета Саут-Бэнк – LSBU) состоит в том, что более прочная почва, созданная с помощью процесса, называемого «биоцементация», может уменьшить потребность в земляных работах и таких материалах, как традиционный бетон.
В процессе биоцементации стимулируют рост и метаболическую активность бактерий, снабжая их питательными веществами и так называемыми цементирующими агентами. В результате ферменты, вырабатываемые бактериями, катализируют реакции, которые в конечном итоге образуют такие вещества, как карбонат кальция, которые связывают частицы почвы вместе.
Было признано, что этот метод имеет потенциал для почв с более крупными частицами, таких как песчаные почвы, включая формирование пляжных скал для защиты от береговой эрозии и для других применений в гражданском или экологическом строительстве.
По оценкам ученых из LSBU, использование бактерий, уже присутствующих в почве, позволит избежать негативного воздействия на организмы, находящиеся в окружающей среде. Кроме того, исследователи пробуют распространить этот метод на другие геотехнические материалы, применяемые в фундаментах под зданиями и гражданскими постройками, отметил профессор Майкл Ганн, инженер-геотехник из LSBU.