Самовосстанавливающийся бетон — продукт революционной технологии, которая меняет строительную отрасль, минимизируя необходимость в ремонте и снижая затраты на обслуживание строительных объектов. Благодаря добавлению специальных бактерий, такой бетон, словно живой организм, может самостоятельно «залечивать» трещины, возникающие в его структуре, продлевая срок службы сооружений.
И речь идет не о далеком будущем. Самовосстанавливающийся бетон — Basilisk Self-Healing Agent — совместная разработка корпорации Aizawa Concrete Corporation (Томакомай, Япония) и Делфтского технологического университета (Нидерланды). Летом 2022 года самовосстанавливающийся бетон Basilisk HA был зарегистрирован в Информационной системе новых технологий (New Technology Information System — NETIS), а в начале 2023 года этот инновационный материал получил премию Excellence Prize на 9-й церемонии вручения премии Monodzukuri Nippon Grand Awards, которую Министерство экономики Японии присуждает за выдающиеся достижения в сфере производства.
Как это работает?
В основе инновационной разработки — жизнедеятельность бактерий Bacillus subtilis, штамма, который уже используется в производстве ферментированных соевых бобов. Ученые придумали, как с их помощью добиться регенерации повреждений бетона — мгновенного ремонта без вмешательства человека.
Гранулированные капсулы, состоящие из щелочеустойчивых бактерий и полимолочной кислоты, служащей для них источником питания, добавляются в состав бетонной смеси в процессе его производства. При вступлении в контакт с кислородом и водой, которые неизбежно попадают в образовавшуюся в бетоне трещину, микроорганизмы активизируются и начинают быстро размножаться. Имеющиеся питательные вещества они преобразовывают в карбонат кальция (известняк), и он запечатывает повреждение. Когда щель в бетоне заполняется полностью, бактерии возвращаются в состояние покоя. Таким образом, повреждение самостоятельно ремонтируется, а долговечность бетонной конструкции увеличивается.
Колония микроорганизмов заполняет трещину в бетоне на самых ранних стадиях ее появления (шириной до 1 мм), задолго до того момента как это повреждение может быть обнаружено при техническом осмотре здания. Благодаря тому, что процесс восстановления запускается сразу, трещина не расширяется дальше. Учитывая, что бетон рассчитан на срок службы до 100 лет, а бактерии многократно размножаются делением и продолжительность их жизни может достигать 200 лет, бетонная конструкция становится практически «вечной».
Преимущества и перспективы для строительной отрасли
Самовосстанавливающийся бетон имеет большой потенциал для решения многих актуальных проблем в строительстве, таких как износ сооружений и внушительные затраты на их обслуживание. Внедрение таких бетонных смесей обещает сделать строительство более экономичным и рациональным, помогая достичь также целей по снижению углеродных выбросов.
- Значительное снижение затрат на обслуживание зданий и сооружений.
- По сравнению с традиционными бетонными конструкциями, которые требуют регулярного ремонта и контроля, биобетон, самостоятельно запечатывающий небольшие повреждения в своей структуре, максимально снижает риск появления больших трещин и разрушений. Это особенно важно для конструкций, подверженных значительным нагрузкам и неблагоприятным погодным условиям, таких как мосты, дороги, гидротехнические сооружения.
- А специальные ремонтные бетонные смеси с теми же свойствами самовосстановления позволяют ремонтировать традиционный бетон, максимально снижая необходимость повторного ремонта в будущем, что также ведет в итоге к уменьшению стоимости обслуживания зданий и сооружений.
- Повышение долговечности строительных объектов. Благодаря высокой устойчивости к внешним воздействиям, самовосстанавливающийся бетон может значительно продлить срок службы зданий, что несет, в том числе, и экономическую выгоду.
- Удешевление и упрощение строительных процессов. Герметизируя трещины, такой бетон устраняет необходимость в специальных покрытиях для повышения водоотталкивающих свойств конструкции. А также позволяет уже на этапе проектирования запланировать меньшее количество необходимой стальной арматуры. Использование самовосстанавливающегося бетона ведет к экономии стройматериалов и времени на возведение объекта, к оптимизации расходов на строительство, в целом.
- Экологический аспект. Поскольку самовосстанавливающийся бетон минимизирует потребность в ремонте и замене, тем самым, он помогает уменьшать объем выбросов углекислого газа, связанных с производством и транспортировкой новых бетонных смесей. В условиях стремления к снижению углеродного следа в строительной отрасли такие решения становятся все более актуальными.
Создание «живого» бетона
Применить инновацию на практике получилось не сразу. Изначально такой бетон оказался сложным для массового производства из-за трудоемкого процесса инкапсуляции бактерий. Компания Aizawa решила эту проблему, разработав в 2017 году метод сверхскоростного смешивания с декомпрессией, что позволило производить продукт в больших масштабах. В 2020 году компания начала выпускать 10 тонн биобетона в день, что соответствует 700 000 м² в год. Сегодня японцы уже используют такие бетонные смеси для создания фундаментов в регионах, подверженных природным катаклизмам, таким как цунами и землетрясения.
Технология самовосстанавливающегося бетона — это шаг вперед к более экологически чистым и долговечным строительным решениям. В условиях стремительного износа инфраструктуры и изменения климата, она становится важным инструментом в развитии современной строительной индустрии.
