Після води бетон є найпоширенішою речовиною на Землі. 

Бетон і цемент у буквальному сенсі є наріжним каменем життя: від житлового будівництва та промисловості до берегової оборони та інфраструктури. Інноваційне мислення потрібне, щоб зробити будівельні матеріали більш екологічними, зберігаючи їх доступними та універсальними

На жаль, будівельна галузь також має великий вплив на навколишнє середовище. 

Лише виробництво цементу генерує до 8% глобальних викидів вуглецю, більше, ніж авіація (2,5%), але менше, ніж сільськогосподарський сектор (12%)

Інноваційне мислення потрібне, щоб зробити будівельні матеріали більш стійкими, зберігаючи їх доступними та універсальними. Деякі працівники галузі використовують нові технології, щоб зробити бетон надміцним, тоді як інші звертаються до біології, щоб створити стійкий біоцемент.

Нові типи стійкого бетону є ключовими для створення основ для іншої сталої інфраструктури, наприклад, вітрових електростанцій, сказав професор Ліберато Феррара, професор структурного аналізу та дизайну в Політехнічному університеті Мілана в Італії.

Налаштування покарання

Він очолював проект під назвою ReSHEALience , який мав на меті розробку бетону надвисокої міцності (UHDC). Такий бетон здатний протистояти екстремальним умовам і самовідновлюватись, якщо його використовувати для будівництва в складних умовах, таких як морське середовище та геотермальні енергетичні установки.

«Ці середовища є одними з найагресивніших ситуацій, які можуть виникнути для бетонних конструкцій», — сказав професор Феррара.

Спеціальні рецепти – це те, що надає цим бетонним сумішам міцність і довговічність, включаючи такі компоненти, як кристалічні добавки, нановолокна оксиду алюмінію та нанокристали целюлози.

Бетон неминуче розтріскується протягом терміну служби, але однією з особливостей кристалічних сумішей є те, що вони стимулюють самовідновлення. Реагуючи з водою та компонентами бетону, вони утворюють голчасті кристали, які ростуть, заповнюючи тріщини. 

Нановолокна, змішані через нього, додають матеріалу механічної міцності та допомагають підвищити його міцність, що дозволяє йому витримувати екстремальні умови. 

UHDC був випробуваний як довговічна заміна традиційним дерев’яним плотам у розведенні мідій, а також для виготовлення частин плавучих платформ вітрових турбін у прибережних районах. Він також був випробуваний у суворих умовах геотермальної електростанції, де його продуктивність була покращена за традиційними методами будівництва.

Його використання під час реставрації старої водонапірної вежі на Мальті демонструє потенціал бетону для підтримки архітектурної спадщини.

Стійкий матеріал

«Пілоти відповідають очікуванням з усіх точок зору», — сказав професор Феррара. «Нам вдалося продемонструвати, що UHDC за своєю суттю є стійким матеріалом. Це дозволяє використовувати менше матеріалів для будівництва такої самої конструкції, тому в кінцевому підсумку екологічний слід та економічний баланс є кращими».

Цей матеріал скорочує використання ресурсів як за рахунок зменшення кількості необхідного матеріалу, так і за рахунок того, що він служить набагато довше, причому професор Феррара прогнозує, що він може прослужити до 50 років, перш ніж потребуватиме значного обслуговування. 

Його можна виробляти в різних місцях для різноманітних застосувань з використанням місцевих матеріалів. Крім того, подрібнений UHDC є багатообіцяючим як перероблений компонент для виробництва нового бетону з такими ж механічними характеристиками та довговічністю, як і вихідний бетон.

Професор Феррара додав, що зростаюча нагальність досягнення цілей сталого розвитку вимагає нових способів «цілісного» погляду на будівництво.

«Йдеться про поширення нового способу мислення для бетонних конструкцій», який враховує весь ланцюжок створення вартості та термін служби запланованих конструкцій, сказав він. 

Біоцемент

В іншому місці дослідники шукають зовсім інші шляхи інновацій у будівельному секторі, використовуючи природні процеси живих організмів.

Для залізничних компаній осідання ґрунту на насипах під залізницями з часом може створити серйозні проблеми та збільшити витрати на технічне обслуговування та затримки пасажирів. 

Як рішення зазвичай використовуються механічні методи зміцнення мелених матеріалів або хімічні стабілізатори. Однак це може бути руйнівним і дорогим, мати побічні ефекти для навколишнього середовища та генерувати викиди вуглецю.

Таким чином, проект NOBILIS залучає бактерії до роботи, розглядаючи землю як живий організм, а не непоказну масу, яку потрібно переміщувати бульдозерами.

Ідея полягає в тому, що більш міцний ґрунт, створений за допомогою процесу під назвою «біоцементація», може зменшити потребу в земляних роботах і таких матеріалах, як бетон.

Бактеріально побудований

У процесі біоцементації ріст і метаболічна активність бактерій стимулюються шляхом забезпечення їх поживними речовинами і так званими цементуючими агентами. Отримані ферменти, що виробляються бактеріями, каталізують реакції, які зрештою утворюють такі речовини, як карбонат кальцію, який зв’язує частинки ґрунту.

Було визнано, що ця техніка має потенціал для ґрунту з більшими частинками, наприклад, піщаного ґрунту, включно з формуванням пляжних скель для захисту від берегової ерозії та для інших застосувань у цивільному та екологічному будівництві.

Однак більша проблема виникає з більш дрібнозернистими ґрунтами, такими як глина та торф, через більш обмежений рух бактерій, води та інших речовин. Не злякавшись, NOBILIS прагне дослідити способи використання біоцементації на більш широкому діапазоні ґрунтів.

Нещодавня робота у Східній Англії, Великобританія, продемонструвала можливість біоцементування торф’яних ґрунтів. Проект NOBILIS буде спрямований на розширення масштабів цієї роботи за допомогою польових випробувань, сказала професор Марія Мавроуліду, геотехнічний дослідник і керівник проекту в Лондонському університеті Південного берега (LSBU).

Зсув парадигми

Професор Мавруліду сказав, що такий підхід, натхненний біологією, вимагає нових способів мислення та віри в незнайомі методи.

Використання бактерій, які вже присутні в ґрунті, дозволить уникнути негативного впливу на організми, які вже знаходяться в навколишньому середовищі, пояснив Мвандіра. 

Є надія, що такі методи біоцементації стануть більш широко застосовними для будівельних робіт загалом. 

Він вважає, що може знадобитися кілька років, щоб методи почали використовуватися в більш рутинний спосіб, але дуже важливо досліджувати такі інноваційні методи для вирішення довгострокових проблем у будівництві.

Джерело: https://ec.europa.eu/