Бетон відноситься до спеціально створеним (штучним) кам’яних будматеріалів. Він складається з води, в’яжучої речовини (найчастіше – цементу) і наповнювачів різного розміру. Бетон є одним з найбільш широко використовуваних будівельних матеріалів у світі. Це матеріал вибору для більшості нових доріг великого, будівель, мостів і багатьох інших споруд з-за його довговічності і відносної простоти застосування. Технології не стоять на місці, наукові колективи проводять нові дослідження з поданим матеріалом, в результаті їх праці з’являються нові розробки.

Бетон з дерева: реальність чи міф?

Раніше дерево було одним з найпоширеніших будматеріалів, однак сьогодні його змінили бетонні суміші. Активний розвиток технологій дозволило поєднати 2 види матеріалів, створивши комбіновану суміш дерева і бетону.

Швейцарська національна програма «Ресурсна деревина» (NRP 66) зосереджена на створенні унікальної суміші. Швейцарським дослідникам вдалося розробити радикальний підхід до комбінування дерева та бетону: вони виготовляють стійкий бетон, на 50 відсотків складається із дерева. Високий вміст деревини в бетонній суміші посприяло хорошій теплоізоляції матеріалу без шкоди вогнестійкості.

Головна відмінність описаної суміші від класичного бетону полягає в заміні гравію і піску дрібнозернистою деревиною.

Створення плаваючого бетону

«Вони важать не більше половини того, що важить звичайний бетон — найлегші з них навіть плавають!» каже організатор досліджень. Крім цього, після демонтажу матеріали можна використовувати повторно, у якості палива для отримання тепла та електрики. Незважаючи на відповідність вимогам пожежної безпеки будматеріал можна спалювати разом з іншими відходами.

Результати стрес-тестів підтвердили, що новий деревне бетон підходить для виготовлення плит і стінових панелей і може стати матеріалом для несучих конструкцій в будівництві. В ході майбутніх досліджень потрібно з’ясувати, в яких сферах краще застосовувати певний вид деревно-бетонного композиту та ефективні способи його виробництва. Зі слів Дайя Цвікі (організатор), рівень знань, необхідний для широкого застосування, все ще надто обмежений.

Революційний бетон з графена

Графен є модифікацією вуглецю, яка останнім часом активно набирає популярність. Експертами з Університету Ексетера була розроблена новаторська техніка з використанням нано-інженерії для впровадження графена в класичне виробництво бетонних сумішей. Унікальна технологія дозволила створити довговічний, екологічно чистий і міцний бетон. Крім цього в рази збільшилася водостійкість. Тестування виробленого матеріалу довело повну відповідність британським і європейським стандартам будівництва.

Важливо відзначити, що новий концентрат, армований графеном, значно скоротив вуглецевий слід традиційних методів виробництва бетону, зробивши його більш стійким і екологічно чистим. При цьому викиди вуглецю значно скоротилися (на 446кг/т), а кількість матеріалів, необхідних для створення бетону скоротилося на 50 відсотків. Більшість вчених упевнена, що нова методика дозволить вводити в бетон нові нано-матеріали, модернізуючи, таким чином, всесвітню галузь будівництва.

Пошук екологічно чистих способів будівництва є кроком до скорочення викидів вуглецю в усьому світі і спосіб захистити навколишнє середовище. Це важливе вкладення в створення прогресивної будівельної сфери майбутнього.

Вугільна зола в бетоні

Отримати точний зміст вологи усередині бетону складно, тому що порошок і заповнювачі утворюють щільну цементуючу матрицю, що створює труднощі для руху вологи після початку висихання. Крім цього, для висихання необхідні особливі атмосферні умови. Якщо зовнішня поверхня бетону висихає до того, як внутрішня частина затвердіє, це може призвести до більш слабкою структурою виробу.

Лабораторія Фарнама хотіла розробити агрегатний продукт, який мав би оптимальні характеристики для змішування, міцності і пористості, і знайти спосіб виготовити його з великої кількості відходів.

Вугільна зола – побічний продукт вугільних електростанцій, який отримують внаслідок спалювання вугілля. Щорічно сотні тонн попелу відправляються на смітник. Дослідники з Університету Дрексел вважають, що знайшли застосування порошкоподібного залишку. Вони впевнені, що зола зможе зробити бетон більш довговічним і без тріщин.

Розробка компанії Фарнам

«Рішення, яке ми придумали, полягала в переробці відходів вугільної золи, пористий, легкий заповнювач з чудовими експлуатаційними характеристиками, який можна проводити при більш низьких витратах, ніж існуючі природні і синтетичні варіанти», — сказав Фарнам (засновник цієї ідеї).

Науково доведено, що представлена добавка значно збільшить термін служби бетону, зробить його в рази міцніше. Концепція внутрішнього затвердіння була розроблена в останнє десятиліття, для полегшення процесу затвердіння використовується легкий пористий заповнювач. Добавка може підтримувати постійний рівень вологості усередині бетону, щоб допомогти йому рівномірно тверднути зсередини.

Силікат кальцію в бетоні

Мікро-сфери з силікату кальцію були розроблені вченими з Університету Райса. Доведено, що винахід допоможе отримати більш міцний і екологічно чистий бетон, з поліпшеними механічними властивостями (міцність, твердість, пружність і довговічність), ніж портландцемент, найбільш поширена речовина, що використовується в бетоні. Розмір сфер — від 100 до 500 нанометрів в діаметрі. Їхнє використання обіцяє знизити енергоємність виробництва виробництва цементу (одного з найпоширеніших в’яжучих у бетоні). Шахсаварди стверджує, що сфери підходять для інженерії кісткової тканини, ізоляції, керамічних і композитних додатків, а також цементу.

За словами Шахсаварди збільшення міцності цементу сприятиме:

• Зменшення ваги бетону.
• Меншій витраті матеріалу.
• Зниження споживання енергії під час виробництва бетонної суміші.
• Зменшення викидів вуглецю під час процесу виробництва.

Учений сказав, що розмір і форма частинок в цілому чинять істотний вплив на механічні властивості і довговічність сипучих матеріалів, таких як бетон.

Бетон з перероблених шин

Інженери UBC розробили більш пружний тип бетону з використанням перероблених шин. Речовина може бути використано для бетонних конструкцій, таких як будівлі, дороги, дамби і мости. Одночасно з цим значно скоротиться обсяг відходів на звалищах.

Дослідники проводили експерименти з різними пропорціями перероблених шинних волокон та інших матеріалів, які використовуються в бетоні — цементу, піску і води, — перш ніж знайшли ідеальну суміш. До її складу входить 0,35% шинних волокон. У США, Німеччині, Іспанії, Бразилії та Китаї вже існують асфальтові дороги з гумовими крихтами з подрібнених шин. Доведено, що наявність даних частинок посприяло поліпшенню пружності бетону та продовження терміну його служби.

Результати дослідження бетону з шин

Лабораторні випробування підтвердили, що фібробетону знижує утворення тріщин більш ніж на 90 відсотків у порівнянні з класичною сумішшю. Це відбувається за рахунок полімерних волокон, які перекривають тріщини у міру їх утворення, допомагаючи захистити конструкцію і продовжити її термін служби.

«Більшість зношених шин призначене для поховання. Додавання волокна в бетон може зменшити вуглецевий слід шинної промисловості, а також скоротити викиди в будівельній галузі, оскільки виробництво цементу є значущим джерелом викидів парникових газів», — сказав Бантия, який є науковим директором UBC.

Новий бетон був використаний для облицювання сходів перед будівлею Макміллана в кампусі UBC. Команда Banthia відстежує його стан за допомогою датчиків, вбудованих в бетон, спостерігаючи за розвитком напруги, тріщин та інших факторів. У даний момент результати спостереження підтверджують результати лабораторних випробувань вказують на значне зменшення утворення тріщин.

Як уникнути руйнування бетону від сірчаної кислоти?

Атмосферний і хімічний вплив на бетонне покриття згубно позначається на його стані. Руйнування бетону від сірчаної кислоти можна уникнути, знайшовши способи запобігання адсорбції його прекурсора газу у бетон. У ході своїх досліджень Метью Ласич виявив, що для захисту бетонної інфраструктури від корозійних впливів потрібно попередня обробка, націлена на ділянки адсорбції в гидрате цементу, де приєднується більшість молекул сірководню. Однак такий підхід може виявитися складним із-за їх широкого розповсюдження.

Пориста структура робить бетон вразливим для адсорбції природного газу. У своєму дослідженні автори проводять нанорозмірний аналіз на основі моделювання за методом Монте-Карло, щоб імітувати міграцію молекул газу в структуру гідрату цементу. Їх моделювання передбачає, що для хорошого поглинання гідрату цементу потрібна певна комбінація розміру молекули та площі поверхні.