Бетон из углекислого газа характеристики

Обновлено: 19.05.2024

Сразу две компании создали бетон, улавливающий СО2 из атмосферы

Организаторы конкурса по разработке технологий улавливания парниковых газов, объявили двух победителей. Оба они занимаются созданием бетона для улавливания CO2.

Читайте «Хайтек» в

Победители конкурса XPRIZE придумали технологию созданию бетона, который улавливает углекислый газ. Он удерживает его в себе, чтобы снизить концентрацию этого вещества в атмосфере. Стоит отметить, что на производство цемента — главного ингредиента бетона — приходится около 7% глобальных выбросов парниковых газов. Об этом заявил Марциус Экставур, вице-президента организации XPRIZE — инициатора конкурса по климату и энергетике.

Победителя конкурса на $20 миллионов объявили в начале недели, а уже в четверг планируется запуск другого конкурса организации. На этот раз инициативу поддержит бизнесмен Илон Маск. Предприниматель обещал $100 миллионов тем ученым, чьи проекты помогут улавливать CO 2 из атмосферы и хранить его в течение длительного времени.

Два главных победителя — компании CarbonBuilt и CarbonCure Technologies. Они разделят между собой $15 миллионов и потратят их на совершенствование и масштабирование своей технологии производства улавливающего углекислый газ бетона. Оставшиеся $5 миллионов разделили между собой 10 других финалистов.

Компания CarbonCure Technologies, придумала технологию, при которой углекислый газ добавляется в воду, используемую для промывки цементовозов и смесителей на цементном заводе. В итоге получается смесь, из которой получается более прочный бетон. Расположенная в Лос-Анджелесе CarbonBuilt использовала углекислый газ для отверждения бетона. Этот процесс помог выделять меньше парниковых газов по сравнению с традиционной методикой производства цемента.

Бетон из углекислого газа - ноухау в экологичном строительстве!

Глобальное потепление — серьезная проблема, и множество ученых бьются над способами остановки или, по крайней мере, замедления этого разрушительного процесса. Углекислый газ играет серьезную роль в этом процессе, и если бы была возможность использовать диоксид углерода во благо человеку, это было бы замечательным способом борьбы с парниковым эффектом. И ученые придумали. Бетон из углекислого газа!

Как это делается.

По традиционной системе производства бетон — это известняк, карбонат кальция, который запекают в специальных цементных печах. В результате этого высвобождается углекислый газ, а оставшаяся смесь и представляет собой бетон в относительно привычном для всех виде. Способ производства экологически-чистого бетона является обратной тому, что описано выше: углекислый газ остается в составе CaCO3. Кроме того, появляется превосходная возможность добавлять в такой бетон углекислый газ, выбрасываемый различными предприятиями, только улучшая свойства строительного материала.

Ведь нефтеперерабатывающие и производящие удобрения предприятия, а точнее выбросы с этих предприятий составляют львиную долю в общем числе выбрасываемого диоксида углерода.

Зачем это

Можно перечислить плюсы от изготовления и использования так называемого “зеленого бетона” в большом масштабе:
1. Крепкость
2. Выгодность
3. Экологичность
4. Твердость
5. Одобрение от организаций, занятых проблемой экологии

Каждый пункт стоит рассмотреть по отдельности для лучшего понимания.

Бетон, из которого не извлекли углекислый газ, действительно тверже и крепче бетона, сделанного по старому способу производства. И он действительно выгоднее, так как часть этого строительного материала — проще говоря, мусор, который в противном случае только отравлял бы окружающую среду. Из этого утверждения исходит и пункт об экологичности бетона из углекислого газа, что также абсолютная правда.

А одобрение различных компаний, имеющих большое влияние, не будет лишним ни одному предприятию, будет ли оно непосредственно производить бетон или позволять поставлять и использовать углекислый газ, производимый на их предприятии, на другое предприятие.

Польза в быту.

Как только страна придет к масштабному производству и использованию бетона из углекислого газа, многие аспекты жизни граждан меняются к лучшему.

Прежде всего, в больших городах из-за большого количества машин и предприятий и так повышенное содержание CO2 в воздухе, что очень плохо сказывается на здоровье человека. Экологичный бетон же поможет облегчить эту проблему. Кроме того, бетон станет доступнее из-за более низкой цены, а сооружения из него крепче и долговечнее из-за углекислого газа в его составе, придающего ему дополнительную твердость.

Следовательно, использовать экологичный бетон будет двукратно эффективнее: во-первых, из-за его более низкой себестоимости и во-вторых, из-за большей долговечности сооружаемых из его зданий.

Следует отказаться от использования обычного бетона вообще, как только производство “зеленого бетона” войдет в норму в том или ином государстве. Компаниям, производящим бетон стоит обратить особенное внимание на плюсы использования экологичного бетона и задуматься о возможном использовании этого изобретения.

Трудно найти минусы использования бетона из углекислого газа в большом масштабе. Проблема глобального потепления касается всех людей на планете Земля, следовательно, принятие или непринятие этого изобретения означает только, считают ли они проблему парникового эффекта серьезной, либо же нет.

Ученые создали самовосстанавливающийся бетон, который потребляет углекислый газ и «залечивает» трещины за 24 часа

Во время производства бетона выделяется огромное количество углекислого газа, именно поэтому различные группы ученых находятся в поиске технологий, которые позволят существенно сократить выбросы CO2 во время этого процесса.

Такие постоянные поиски натолкнули на мысль разработать так называемый самовосстанавливающийся бетон, способный самостоятельно восстанавливать трещины.

После долгих поисков ученым удалось разработать такой бетон, в котором был использован фермент, ранее найденный в крови человека. Вот про эту уникальную разработку я и хочу вам сегодня рассказать.

Профессор Рахбар (справа) и его команда разработали самовосстанавливающийся бетон, используя фермент, содержащийся в красных кровяных тельцах. Вустерский политехнический институт Профессор Рахбар (справа) и его команда разработали самовосстанавливающийся бетон, используя фермент, содержащийся в красных кровяных тельцах. Вустерский политехнический институт

Проблема разрушения бетона и ее решение

Микроскопические трещины, которые неизбежно образуются в бетоне, сами по себе не представляют серьезной опасности для прочности конструкции. Вот только если в эти трещины попадет вода и замерзнет, то расширяясь, она увеличит эти микротрещины и несколько таких циклов расширения в конечном итоге приведет к разрушению бетонной конструкции.

Главная идея самовосстанавливающегося бетона заключена в том, чтобы вклиниться в этот процесс пока образовавшиеся трещины совсем маленькие и запечатать их, чтобы в будущем избежать разрушения и последующего дорогого ремонта или вообще полной замены бетонной конструкции.

Что было предложено учеными

Идея самовосстанавливающегося бетона не нова и ранее ученые уже предлагали различные варианты «заживления» бетона из силиката натрия, применение бактерий, вырабатывающих специальный клей, применение грибка.

Образцы самовосстанавливающегося бетона. Вустерский политехнический институт Образцы самовосстанавливающегося бетона. Вустерский политехнический институт

Но научная группа из Вустерского института предложила, по их словам, гораздо более эффективный и при этом также более дешевый способ.

Учеными было предложено использовать специальный фермент, который содержится в красных кровяных тельцах человека, а именно карбоангидраз (КА), который способен максимально оперативно переносить CO2 из человеческих клеток в кровоток.

Так ученые добавили фермент в цемент перед производством бетона и провели серию экспериментов. После удалось выяснить, что после образования в бетоне трещины, добавленный фермент вступает в реакцию с атмосферным СО2 и в результате этого образуются кристаллы карбоната кальция, которые имитируют характеристики бетона и достаточно быстро заполняют образовавшуюся трещину.

И было установлено, что легированный таким образом бетон способен «залечить» собственную трещину миллиметрового размера в течение одних суток. Как заявили ученые, это гораздо быстрее, чем показывали эксперименты с предыдущими версиями. Ведь тогда время, необходимое для самовосстановления гораздо более меньших трещин, измерялось неделями.

Так ученые установили, что такая доработка бетона позволит увеличить его срок эксплуатации с 20 до 80 лет, что сильно снизит потребность в производстве бетона для ремонтных работ и, таким образом, сократит выбросы вредных газов в нашу атмосферу.

Результатами своего эксперимента ученые поделились на страницах журнала Applied Materials Today. А ниже представлено видео с самовосстанавливающимся бетоном.

Понравился материал? Тогда оцените его и не забудьте подписаться на канал.

Углебетон: инновационный материал для строительства

В мире строительных материалов происходит непрерывный прогресс не меньший, чем, например, в технике. Появляются современные и качественные, универсальные, устойчивые к повреждениям и надежные материалы, постепенно вытесняя с рынка традиционные дерево, кирпич и моноблоки. Один из передовых композитных стройматериалов — углебетон, который по праву называют строительным материалом будущего.

Технология производства

Известен факт, что в производстве отдельных деталей самолетов, автомобилей и катеров используется углеродное волокно толщиной 5-10 мкм, что в несколько раз тоньше человеческого волоса. Характеристики данного материала натолкнули немецких ученых на мысль заменить им металлическую арматуру в бетоне. Изначально остро стоял вопрос о главном риске — высокой стоимости материала, потому что углеродистое волокно удовольствие не из дешевых.

Само волокно получается в результате многократного нагрева полиакрилонитрильных или вискозных волокон в разных средах до стадии обугливания. Итогом этого процесса становится волокно, состоящее из чистого углерода.

Прочность материала превышает тот же показатель стали в 4 раза.

Сама углеткань, которая получается в результате многократных манипуляций с углеволокном, обладает уникальной решетчатой структурой. При создании стройматериала «решетка» покрывается специальным песчаным веществом, которое обеспечивает надежное скрепление с бетонной смесью, либо формируются выступающие ребра.

Так как материал относительно молодой, его производят двумя путями:

набором слоев;
применением опалубки.

Технология набора слоев представляет собой чередование слоев бетона и углеволокнистого текстиля до тех пор, пока конструкция не достигнет нужной толщины. Второй способ производства подразумевает использование опалубки, в которую помещают нужное количество углеволокна и заливают бетоном.

Обе технологии распространены примерно одинаково. Каждая из них позволяет создать строительный элемент любой формы и любого размера.

Плюсы и минусы

Углебетон — аналог железобетона, обладающий более оптимальными свойствами для применения в строительстве.

Так, достоинства материала:

легкость;
долговечность;
устойчивость к ржавчине и образованию трещин;
экономия бетонной смеси;
прочность.

Легкость очевидна: железная структура тяжелее углеродной. Это свойство облегчает транспортировку материала и процесс ввода постройки в эксплуатацию.

Второе и третье достоинства вытекают одно из другого. Со временем железо может пострадать от ржавчины. Каким бы качественным ни был материал, если в его составе есть железная арматура, в микротрещины в малом количестве будет попадать воздух и капельки воды. Углебетон не подвержен изменениям под воздействием этих факторов, на нем не образуются трещинки, следовательно, он прослужит дольше. По словам специалистов, если материал изготовлен с соблюдением технологии, постройка из него способна прослужить 55-60 лет.

Для производства текстильного углеродистого материала требуется соединить несколько тысяч, а то и сотен тысяч нитей. Благодаря этому достигается уникальная прочность. Для сравнения: чтобы разорвать углепластиковый стержень толщиной 5 миллиметров, понадобится 2500 кг. С таким же чугунным стержнем расправятся 150 кг.

Само углеродистое волокно обладает небольшой плотностью, а специализированное покрытие, которое требуется для схватывания с бетоном, в разы тоньше защитного слоя в железобетоне.

Чтобы достичь таких показателей, ученые трудились над созданием материала несколько десятилетий.

Пожалуй, единственный недостаток материала — высокая стоимость. Однако, если на одну чашу весов поместить цену углебетона, а на другую его качественные характеристики, то вторая однозначно перевесит. К примеру, сэкономив на материале, придется через некоторое время тратиться на ремонт и реконструкцию, тогда как постройки из бетона с углеволокном долгое время будут сохранять первоначальный вид. В итоге цена стройматериала полностью оправдывает качество.

Как вы считаете, стоит ли использовать углебетон для строительства дома?

Сферы применения

В настоящее время углебетон не применяется повсеместно только из-за дорогой цены. Но все же его используют в укреплении зданий под снос, а также в возведении новых построек. Особенно актуально его применение в «спасении» исторически значимых сооружений.

Ученые из Дрездена рассказали об удивительном строительном эксперименте. Благодаря их усилиям, было возведено необычное здание из углебетона. Высота постройки составила чуть больше 4 метров, а в качестве основы использовали блоки нестандартной, изогнутой формы толщиной 4 см. Эту конструкцию отличали короткие сроки строительства, легкость и простота.

Сейчас наибольшую распространенность материал обрел в Америке и Израиле. По словам изобретателей, недалеко то время, когда углебетон станет популярным во всех странах мира.

Ученые постоянно экспериментируют и открывают новые возможности стройматериала, чтобы изделия, которые из него получают, были неповторимыми. На смену классическим прямоугольным блокам и плитам приходят изогнутые, закругленные и уникальной формы строительные единицы. Этот процесс крайне трудоемкий и требует соблюдения производственных условий. Например, «лепка» изделий осуществляется только в специальной климатической камере, в которой постоянно поддерживается температура воздуха в 20 градусов и 60% влажность.

Профессора уверяют, что из многих уголков мира поступают запросы об укреплении тех или иных исторически важных сооружений. Пока углебетон преимущественно применяется именно в этой сфере. Но по прогнозам уже через 10 лет четверть железобетона в строительстве вытеснит новый строительный материал, основанный на углеродоволокнистом текстиле.

Тенденции к изобретению перспективных композитных материалов — главный показатель прогресса в строительной сфере. Чем больше проходит времени, тем больше ученым в сфере строительства получается удивить. Несмотря на простоту и очевидность конструкции, производство изделий из бетона с углеволокном очень энергозатратный и трудоемкий процесс. Он требует предельной концентрации создателя и точного соблюдения технологии и условий производства. Придет время, когда люди смогут убедиться в очевидном превосходстве углебетона и сделают выбор в его пользу, невзирая на высокую, но оправданную стоимость.

Карбонизация бетона: влияние на долговечность конструкции

Прочностные характеристики бетона позволяют использовать его при строительстве несущих конструкций, которые подвержены высоким нагрузкам. Он прочен, долговечен и устойчив к перепадам температур, но, несмотря на это, бетон имеет один важный недостаток — карбонизацию.

Что такое карбонизация бетона

Это одна из самых распространенных причин разрушения бетонных и железобетонных сооружений. Этот процесс приводит к деформации поверхности и создает условия для возникновения коррозии металлической арматуры, используемой при строительстве.

Карбонизация — это процесс нейтрализации бетона под воздействием углекислого газа и влаги, поглощенных из окружающей среды. В течение этого процесса происходит постепенное изменение изначальных свойств материала — понижение щелочного баланса и образование карбоната кальция.

Общие сведения

Бетон — пористый материал, из-за чего он с легкостью впитываетСО2, который при взаимодействии с цементным камнем и клинкерными добавками, снижает щелочность жидкой фазы материала, что приводит к негативным последствиям.

Конструкции, имеющие в основании металлическую арматуру,в ходе карбонизации начинают корродировать, в результате чего появляется ржавчина, которая в свою очередь, приводит к нарушению целостности сооружения и снижению несущей способности.

Химические процессы

Процесс карбонизации начинается с момента изготовления материала и длится в течение всей эксплуатации. Происходит он следующим образом — в бетоне при контакте с воздушной средой, а именно кислотообразующими газами (углекислый газ), происходит сложная химическая реакция по превращению гидроксида кальция в карбонат кальция.

Углекислый газ проникает в поры бетонного основания и при воздействии влаги нейтрализует щелочную среду. В процессе реакции показатели рН снижаются с 12-12,5 до 9, в результате чего защитные свойства материала ослабляются, и появляется комфортная среда для развития коррозии.

Основные этапы образования ржавчины:

Диффузия СO2 через поры бетона.
Реакция и растворение СO2 в щелочной поровой жидкости.
Нейтрализация Ca(OH)2 полученной кислотой.

Насколько активным будет процесс карбонизации зависит от качества бетона и характеристик окружающей среды. Особое значение имеют следующие показатели:

Влажность воздуха.
Концентрация углекислого газа.
Пористость и проницаемость бетона.
Давление.
Температура окружающего пространства.

В результате реакции остаются продукты гидратного образования с побочными веществами — глинозем, гидратированный кремнезем, оксид железа.

Даже малый процент углекислого газа в воздухе запускает реакцию нейтрализации бетона.

Интенсивность течения

Скорость течения процесса напрямую зависит от показателей влажности воздуха:

В пределах 25% и около 100% — минимальная скорость;
от 50% до 60% — максимальные значения.

Недостаток влаги или ее избыток практически нейтрализуют процесс карбонизации. При минимальных значениях влаги не достаточно для начала запуска реакции, а при максимальных — снижается способность диффузной проницаемости.

Глубина карбонизации бетона

При проведении оценки надежности бетонной конструкции проводится определение глубины карбонизации. Подданным определением понимается расстояние от поверхности конструкции до границы перехода рН с кислого на щелочной.

При нормальных условиях коррозия может продвигаться вглубь на4-5 мм ежегодно или оставаться в пассивном состоянии. При наличии разрушенных участков или оголенной арматуры процесс ускоряется и может достигать 20 — 30 мм в год.

Как определить степень карбонизации бетона

Степень и глубина может определяться разными методами, например:

Рентгенодифрактометрией.
Инфракрасной спектроскопией.
Микроскопией.
Дифференциально-термическим анализом.
Химическим анализом.
Электрохимическим методом.
Определение с помощью индикаторов.

Чаще всего применяют тесты индикаторного типа в сочетании с карбометрическими физико-химическими способами.

Для выявления поврежденного участка вычисляется степень перехода бетона в форму карбоната, а для определения глубины процесса проводятся обследования объекта, в ходе которых используют колориметрический метод — нанесение 0,1% спиртового раствора фенолфталеина.

Средства для оценки

Лабораторные исследования по измерению степени карбонизации проводят в несколько этапов:

Образцы бетона покрывают изолирующими материалами, например, эпоксидной или акриловой смолой, затем помещают в эксикаторы под раствор хлорида натрия.
Спустя два дня образцы вынимают и измеряют диаметр, результаты заносятся в специальный журнал, где отмечают площадь каждого образца.
Далее образцы раскалывают и проводят оценку глубины проникновения раствора, именно она показывает способность конкретного материала подвергаться карбонизации.

Применение фенолфталеина

Раствор фенолфталеина используется в качестве индикаторного теста для выявления поврежденных участков и глубины проникновения коррозии.

Поверхность смачивается бесцветным 0,1% раствором фенолфталеина и по изменению его оттенка измеряется степень проникновения. Пробы снимаются только на свежем сколе.

При наличии щелочной среды (рН>8,3) бесцветный раствор меняет цвет на малиновый,в кислотной среде (рН).

Сталкивались ли вы с проблемой карбонизации бетона?

Способы восстановления бетона

Есть два основных способа защиты и восстановления бетонной поверхности — это снижение способности бетона к окислению и влагопоглощению и укрепление конструкции путем физико-химической обработки.

Замедлить процесс можно при применении специальных защитных покрытий, которые имеют хорошие показатели водопроницаемости и отличаются высокими коэффициентами сопротивления к диффузии углекислого газа — полиуретановые, акриловые и эпоксидные смолы, силиконы, силоксаны и т.п.

Для замедления процесса используется подщелачивание бетона, выполняется оно двумя способами:

Электрохимическое воздействие при помощи проводников с катодами. Позволяет восстановить щелочной баланс материала и обеспечить пассивное состояние металлической арматуры.
Восстановление щелочности в процессе ионной диффузии. На бетонное основание наносится высокощелочной раствор, который стимулирует оптимальный химический баланс для поддержания прочности материала.

Эти методы замедления процесса карбонизации являются профилактическими. В качестве же капитальной меры производится полное удаление и замена дефектной части — поврежденные слои снимаются, тщательно зачищаются, затем поверхность обрабатывается изолирующим покрытием.

Прогнозирование карбонизации

Для предупреждения возникновения разрушения будущей постройки проводится комплексное обследование конструкции.

Первоначальное прогнозирование происходит на этапе проектирования.

Прогнозирование опирается на следующие данные:

Условия внешней среды — температура, влажность, давление, концентрация кислотных газов.
Изначальные свойства материала— показатели прочности, влагостойкости и паропроницаемости.
Степень гидратации цемента.
Динамика изменений свойств материала— измеряется в ходе эксплуатации.

На основе полученных данных проводится обследование конструкции и последующее прогнозирование, которое позволяет определить текущее состояние бетона и его антикоррозийные свойства.

Преимущества карбонизации

Процесс приводит к изменению изначальных свойств бетона, и несмотря на то, что он создает условия для коррозии арматурных конструкций, у него есть несколько преимуществ:

Повышение плотности бетона за счет образования карбоната кальция.
Увеличение водостойкости и газонепроницаемости за счет снижения объема пор.
Повышение прочности материала на 20 — 50%(в зависимости от марки бетона).

Карбонизация не влияет на прочность и долговечность бетонных сооружений, она оказывает пагубное влияние только на арматуру.

Карбонизация — частая причина разрушения построек из бетона, она снижает технические свойства материала, приводит к деформации поверхности, а самое главное — создает условия для возникновения коррозии стальных элементов конструкции.

Важно проводить прогнозирование и своевременную диагностику поверхности, чтобы в случае возникновения опасности принять меры по укреплению сооружения и замедлению процесса окисления бетона.

Карбонизация бетона углекислым газом

Нейтрализация или карбонизация бетона углекислым газом — это процесс взаимодействия бетона с углекислым газом, в результате которого происходит образование карбоната кальция со снижением рН жидкой фазы бетона и утратой бетоном пассивирующего действия на стальную арматуру.

Находящиеся в атмосфере кислотообразующие газы, в первую очередь двуокись углерода СО₂, проникая в поры бетона, стремятся в присутствии влаги нейтрализовать высоко щелочную среду, тем самым ослабляется его защитное действие по отношению к арматуре. Этот процесс, называемый карбонизацией бетона - представляет собой сложную реакцию превращения гидроксида кальция в карбонат кальция, которую в упрощенном виде можно записать:

Образец-керн, отобранный из конструкции

Процесс карбонизации состоит из целого ряда промежуточных этапов, начинаясь с поверхности бетонной конструкции с момента ее изготовления и затухая по мере проникновения углекислого газа внутрь бетона через открытые поры.

В процессе реакций значение показателя pH поровой жидкости бетона снижается от начальной величины 12,5 до уровня ниже 9. При ограниченном доступе воздуха железо не пассивируется в щелочных растворах, имеющих рН ниже 11,3-11,8. Карбонизация бетона полностью завершается при значениях рН около 9. При таких значениях рН происходит депассивация арматурной стали (разрушение защитной пленки), в результате чего возникает опасность коррозии арматуры.

Возникновение коррозии арматурной стали

Карбонизация бетона приводит к снижению щелочности бетона, увеличению количества водородных ионов в порах, является одним из основных факторов, приводящих к возникновению коррозии арматуры, образованию трещин и последующему снижению несущей способности конструкций.

Исследование глубины карбонизации бетона сводится к определению значения pH поровой жидкости на различной глубине.

Существуют установки, с автоматическим поддержанием заданной концентрации углекислого газа, для определения диффузионной проницаемости бетона для углекислого газа, на основании данных о скорости нейтрализации (карбонизации) бетона углекислым газом.

В основном этот метод предназначен для использования при разработке технологии и проектировании составов бетона, обеспечивающих длительную безремонтную эксплуатацию конструкций в неагрессивных и агрессивных газовоздушных средах, так как образцы приготавливаются не посредственно перед испытанием, и после достижения проектного возраста помещаются в установку совместно с реагентами на 7 суток.

Оценка диффузионной проницаемости бетона по отношению к углекислому газу позволяет:

- рассчитывать период, в течение которого происходит нейтрализация защитного слоя бетона в газовоздушной среде, и оценивать долговечность железобетонных конструкций по признаку сохранности стальной арматуры;

- назначать составы и технологию изготовления бетонов для железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в атмосфере с заданным содержанием углекислого газа.

При определении карбонизации бетона на объекте строительства не всегда есть возможность отобрать образцы из конструкции, поэтому используется индикаторный метод определения рН”.

Для оценки концентрации водородных ионов применяются кислотно-основные индикаторы - органические вещества - красители, цвет которых зависит от pH среды, в данном случае используется фенолфталеин С₂₀Н₁₄О₄.

Порядок проведения испытаний:

-приготовление спиртового раствора индикатора (используется 1%-ный спиртовой раствор. 1 грамм препарата растворяют в 80 мл этилового спирта и добавляют воды до объема 100 мл);

- индикатор наносят на свежий скол бетона, произведенный на исследуемой конструкции, или на пробы порошка бетона, высверленного с различной глубины из нескольких отверстий. В интервале рН от 8,2 до 10 происходит изменение окраски индикатора от бесцветной к красно-фиолетовой. Считается, что, если в бетоне вокруг арматуры значение рН поровой жидкости уменьшается до 10, бетон теряет способность надежно защищать арматуру от коррозии и в присутствии кислорода (окислитель) и влаги воздуха (электролит) может начаться коррозия арматуры. Глубину зоны карбонизации от поверхности конструкции измеряют штангенциркулем.

Самовосстанавливающийся бетон потребляет углекислый газ

Бетон - самый широко используемый материал в мире, на который приходится 8% глобальных выбросов углерода.

Бетон имеет огромный углеродный след, поэтому технологии, повышающие его эксплуатационные характеристики и позволяющие ему служить дольше, могут принести огромную пользу окружающей среде. Это привело к разработке самовосстанавливающегося бетона, способного самостоятельно заделывать трещины, и теперь ученые продемонстрировали новую захватывающую форму этого процесса, в которой используется фермент, найденный в крови человека.

Самовосстанавливающийся бетон

Крошечные трещины, образующиеся в бетоне, могут не представлять непосредственной проблемы для структурной целостности конструкции, но по мере проникновения воды и распространения трещин они могут значительно снизить прочность конструкции. Идея самовосстанавливающегося бетона заключается в том, чтобы вмешаться в этот процесс, пока трещины еще крошечные, запечатать материал, чтобы предотвратить не только катастрофическое разрушение, но и дорогостоящее обслуживание или полную замену конструкции.

За годы исследований в этой области были найдены всевозможные интересные потенциальные решения. Мы видели варианты, в которых силикат натрия содержит собственные заживляющие вещества, варианты, в которых бактерии вырабатывают специальный клей для склеивания трещин, и варианты, в которых зазоры заполняются грибком. Ученые из Вустерского политехнического института придумали более дешевое и эффективное решение.

Команда черпала вдохновение в человеческом организме, а точнее, в том, как фермент в красных кровяных тельцах под названием карбоновая ангидраза (CA) способен быстро переносить CO2 из клеток в кровоток.

"Мы обратились к природе, чтобы найти то, что вызывает самый быстрый перенос CO2, и это фермент CA", - говорит автор исследования Нима Рахбар. "Поскольку ферменты в нашем организме реагируют удивительно быстро, их можно использовать в качестве эффективного механизма для ремонта и укрепления бетонных конструкций".

Команда использовала фермент CA, добавив его в бетонный порошок до того, как материал был смешан и залит. Когда в бетоне образуется небольшая трещина, фермент взаимодействует с CO2 в воздухе, образуя кристаллы карбоната кальция, которые имитируют свойства бетона и быстро заполняют трещину.

Проведя испытания, ученые продемонстрировали, что их легированный бетон может самостоятельно заделывать миллиметровые трещины в течение 24 часов. Команда говорит, что это заметное улучшение по сравнению с некоторыми предыдущими технологиями, использующими бактерии для самозалечивания, которые являются более дорогостоящими и могут затрачивать до месяца на заживление даже гораздо меньших трещин.

Хотя количество CO2, поглощаемого бетоном, вероятно, будет незначительным в общей схеме процесса, реальный экологический потенциал материала заключается в его потенциальной долговечности. Рахбар прогнозирует, что подобная технология самовосстановления может продлить срок службы конструкции с 20 до 80 лет, что снизит необходимость производства бетона для замены, который, как известно, является углеродоемким процессом.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Бетон из углекислого газа сделает планету чище

Канадская компания CarbonCure Technologies представляет инновационную технологию производства бетона путем связывания диоксида углерода. Технология уменьшит вредные выбросы и может совершить революцию в строительной отрасли.

Выбросы парниковых газов являются причиной глобального потепления, однако, одна компания нашла способ использовать его в производстве бетона. Теперь диоксид углерода будет наоборот служить снижению мировой эмиссии парниковых газов.

Специалисты разработали способ добавлять углекислый газ в производство бетонных блоков. Их запатентованная технология CarbonCure system (CCS) использует мусорный углекислый газ от таких крупных эмитентов, как нефтеперерабатывающие заводы и заводы по производству удобрений. Химическая реакция при производстве является обратной процессу использования традиционного цемента в качестве основного компонента бетона.

Производство строительного цемента дает около 5% всех антропогенных глобальных выбросов углекислого газа, согласно отчету за 2009 год по данным Международного энергетического агентства (МЭА).

Если Вы посмотрите на бетон, то цемент в нем это производное от твердого известняка CaCO_3, который нагревается в цементных печах, что высвобождает одну молекулу СО₂ на каждую молекулу извести. Мы же используем обратную этому реакцию восстановления, при этом бетон становится тверже, — сообщает Роберт Нивен, основатель CarbonCure.

Компании, которые воспользуются разработкой, не только снизят расходы на потребление энергии при производстве продукции, но и смогут рассчитывать на поощрение в зеленых программах сертификации зданий, например, таких как LEED.

При модернизации своего оборудования для использования новой технологии производители могут добиться тройного эффекта: бетон будет дешевле, прочнее и экологически безопаснее. Это неоспоримое преимущество. В компании отмечают, что 100 000 серых бетонных блоков могут абсорбировать столько же углекислого газа, сколько усвоят за год 92 взрослых дерева.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Новый бетон самовосстанавливается за 24 часа, потребляя углекислый газ

Американские исследователи из Вустерского политехнического института (WPI) использовали фермент, содержащийся в красных кровяных тельцах, для создания самовосстанавливающегося бетона.

Читайте «Хайтек» в

Крошечные трещины, которые образуются в бетоне, могут не представлять непосредственной проблемы для структурной целостности конструкции. Но по мере того, как вода проникает в разрывы, прочность конструкции снижается в разы. Идея самовосстанавливающегося бетона состоит в том, чтобы вмешаться в этот процесс, пока трещины еще крошечные. Новая технология запечатывает материал, чтобы предотвратить не только катастрофическое обрушение, но и дорогостоящее обслуживание или полную замену бетонных конструкций.

Для решения проблемы ученые вдохновились работой человеческого тела; а именно работой фермента в красных кровяных тельцах под названием карбоангидраза. Он способен быстро переносить CO₂ из клеток в кровоток.

Команда добавила фермент в бетонный порошок перед смешиванием и заливкой материала. Эксперимент показал — когда в бетоне образуется небольшая трещина, карбоангидраза взаимодействует с CO₂ в воздухе. В итоге образуются кристаллы карбоната кальция, которые имитируют характеристики бетона и быстро заполняют трещину в конструкции.

В ходе испытаний ученые продемонстрировали, что их легированный бетон восстанавливает трещины миллиметрового размера за 24 часа.

Читайте также: