В бетоне могут образоваться небольшие трещины из-за постоянной нагрузки или колебаний температуры. Как объясняет профессор Кристиан Гроссе из кафедры неразрушающего контроля (NDT) в TUM, трещины обычно не представляют прямой угрозы для устойчивости конструкций: «Однако вода и соли могут проникать в бетон и повредить затронутые компоненты. . "Три механизма исцеленияРемонт инфраструктуры стоит дорого и может привести к длительным пробкам.
В рамках исследовательского проекта ЕС HealCON международная группа исследователей работает над созданием бетона, который может самовосстанавливаться. Ученые исследуют три различных механизма самовосстановления.Бактерии как мини-строителиНекоторые бактерии производят карбонат кальция в качестве продукта метаболизма.
Ученые пропитывают глиняные шарики спорами этих бактерий и смешивают шарики с бетоном. Как только вода проникает в бетон, микроорганизмы становятся активными и выделяют карбонат кальция, один из основных компонентов бетона. «Бактерии могут закрывать трещины шириной до нескольких миллиметров за несколько дней», — говорит Гроссе.
Гидрогели как заполнители зазоровГидрогели — это полимеры, поглощающие влагу. Среди прочего, они используются в подгузниках. Материалы, содержащие гидрогели, могут расширяться в десять или даже в 100 раз по сравнению с первоначальным размером.
Трещины, которые образуются в бетоне, можно залечить с помощью гидрогеля, который расширяется при контакте с влагой, тем самым предотвращая проникновение воды без расширения трещин.Повышенная прочность благодаря эпоксидной смолеЭпоксидные смолы или полиуретан можно инкапсулировать и смешивать с бетоном.
Когда бетон треснет, капсулы открываются, и полимер высвобождается. Он образует твердую массу, запечатывающую трещину.
У этого также есть положительный побочный эффект: он увеличивает структурную стабильность.Заглядывая в бетонГросс и его коллеги специализируются на тестировании того, насколько хорошо эти лечебные агенты действуют в отдельных случаях.
Для этого они используют методы неразрушающего контроля, например технологию акустической эмиссии.На бетонный блок, содержащий одно из целебных средств, оказывается давление. Когда бетон трескается, генерируются акустические волны, которые измеряются датчиками. С помощью данных измерений ученые не только могут установить образование трещин, но и точно определить, где именно.
После процесса заживления исследователи снова проводят эксперимент. Если процесс заживления не увенчался успехом, появляется несколько новых акустических волн, так как трещины все еще есть. Если трещины были заполнены, возникают новые — но в других местах. «Локализация трещин ясно показывает, работает лекарство или нет», — объясняет Гроссе.
Проверка конструктивных элементов с помощью ультразвукаХотя анализ акустической эмиссии подходит для лабораторных приложений, для реальных испытаний крупных бетонных компонентов на месте необходимо использовать другую технологию. «В этом случае мы используем непрерывные ультразвуковые импульсы», — объясняет Гроссе.
Ученые измеряют время, необходимое для распространения ультразвуковых импульсов через бетон. Трещины препятствуют передаче сигнала, и в результате требуется больше времени для прохождения материала.
Если трещины заполнены, импульсы снова проходят через материал быстрее. Сила сигнала также заметно снижается в случае повреждения материала.
Обнадеживающие результаты уже получены в экспериментах, проведенных в лабораторных условиях. На следующем этапе самовосстанавливающийся материал будет использоваться в реальных строительных элементах (участках мостов или туннелей). После этого технологии должны быть адаптированы для использования в стандартных методах производства и строительства бетона.Проект HealCON финансируется в рамках 7-й Рамочной программы Европейского Союза по исследованиям и технологическому развитию (FP7 / 2007-2013) по грантовому соглашению № 309451.
Проект координируется Гентским университетом (Бельгия).