Точечная сварка из микроволновки

Всем доброго времени суток! И так начну. Как то видел на просторах интернета точечную сварку из трансформатора микроволновки и решил сделать и себе. Разобрал микроволновку, достал трансформатор с сетевым фильтром микроволновки. Дальше Распилил по сварным швам трансформатор для удобства демонтажа старой вторичной обмотки и намотки новой!

Первичную обмотку я оставил родную, а вторичную намотал проводом КГ-35 квадратов меди, на намотку ушел 1 метр, но чтоб выводы были по длиннее советую брать 2 метра провода. Намотал 3 витка без1/4 витка.

Да, еще между обмотками трансформатора стаял шунты из того-же трансформаторного железа, нужны они для ограничения тока магнитрона печки, чтоб он не пошел в разнос, я их для сварки убрал!

Сварил обратно трансформатор. Варил его сжав в тисках и сначала точечно прихватив все углы и стороны, а потом варил по одному шву давая остыть трансформатору, чтоб не погорела проводка его! Дальше из той же микроволновки сделал корпус для будущего аппарата. Потом пошла сборка: сетевой провод остался от микроволновки, потом сетевой фильтр, автомат на 25А — можно и на 16А но у меня был только на 25А. Купил наконечники 35/10 — 35 это под квадрат провода, а 10 это отверстие под болт на 10. Залудил кончики проводов и залудил наконечники, лудил в тигеле с припоем, а перед этим протравив в ортофосфорной кислоте. Далее спаял наконечники с проводниками и завершил сборку аппарата.

Далее было испытание: включил, замерил выходное напряжение, оно было равно 2.5 вольта, Протекающий ток на вторичной обмотке, под нагрузкой замерить было не чем так как токовые клещи уехали на поверку. Для эффектного испытания перед своими сотрудниками на работе брал гвозди 150-250 или проволоку 6мм. Во время испытания контролировал нагрев вторичной катушки, во избежание ее перегрева и выхода ее из строя. В общем 6мм проволоки перегорает за 6-8 сек, а после каждого (выпендривания) температура на трансформаторе поднимается на 8-10 градусов. Думаю поставить еще электронный термометр для контроля нагрева или термо защиту.

Для использования аппарата для точечной сварки, будут сделаны медные электроды, аппаратом варил даже скрутки медных проводов, правда медно-графитовый электрод очень сильно нагревается и его нужно менять на стальной. Так же аппаратом можно разогреть заржавевшие болты и гайки, а потом после остывания их выкрутить.

Кому не сложно спасибо за репост, может кому еще пригодится тема!
Всем супер драйва и хорошего настроения!

Комментарии 139

Померь сколько ом первичка у тебя? У меня 3,2 ом. Вначале работало, а теперь почему- то не работает и гудеть стало тихо при сварке. Наверно накрылась первичка, предполагаю.

Первичка 2 Ом ровно

Спасибо! Какой листы эта сварка толщиной соединит?

если добавить в нее кондеры то будет веселее, а так смотря сколько держать, можно и 2 по 2 легко

Спасибо! Какой листы эта сварка толщиной соединит?

сейчас делаю мощнее и споттер, будет видео на моем канале в ютубе

Сними видео с этой конструкцией как варит! Потом уже то!

Почему нет не слова про схему подключения первички?

Доброго времени суток.
Решил собрать данный апарат и вот, взял два транса, срезал не разбирая намотал 50ый провод и… И все, трансы гудят, померял мультиметром на холостом ходу, а тока нет.
Прочитал тут что на холостом его и не будет, ну думаю, хорошо, взял лампу от машины присоединил, загорелась, потом электрод и на клеммы его положил, начал он как гвоздь у всех нагреваться.
Я радостный выключил и начал ваять корпус, все присоединил, включаю, а трансы гудят, а “гвоздь ” не плавят, лампу присоединяю и нечего не происходит.
Самый прикол в том что, в начале как только намотал провод на один транс и замерял на “холостом ходу”мультиметром, показало 1,5вольт?!
Подмотал на второй, замерял 0вольт?!
Размотал, подумал может что то не так намотал, снова подмотал второй, показало на холостом 3 вольта?!
Радостный уехал домой, приезжаю на утро в гараж, подключаю иии…опять 0 вольт?!
После, 2часов раздумий залажу в интернет, потом сюда, пернматываю снова, иии дальше выше мною описанные операции с электродом- все работает.
Вот пишу сейчас, т.к. он снова трансы
гудят а не работают, друг о друга клеммой чиркаешь и он мааааленькую искорку выдаёт, но лампу не зажигает и гвозь не плавит.
Вот такие чудеса, не знаю что и делать.
P.s. видел я этот маленький проводок ” землю”каторый приклепан был к телу транса я его оборвал при разборке.
Как я понял этот провод был со вторички каторую срезал и он же ненужен вроде? Или я не прав

Этот маленький провод что оборвали с корпуса транса присоедените назад это с первички и будет вам счастье, обязательно на корпус подайте ноль или заземление

Я так понял, взять с любой клемы первички и кинуть на корпус?

нет. используйте провод питания с заземлением и провод заземления присоедените на корпус транса, чтоб случайно фазу не подать на корпус, да и на трансе присоедените проводок что к корпусу шел

Вообщем я ненашел куда этот провод прикрутить, взял первый транс так же без проводка и как нестранно выдовал на холостых 1.5 Вольта, спомащью машинного масла и ловкости рук, без разбора транса, внедрил третий виток 50провода, подсоедин л питание и вуаля, шайбы стал приваривать.
Так и до сихпор загадка, как один транс работает без этого проводка а второй так и не мог выйти на рабочие параметры, хотя оба гудели и иногда(описал ранее) выдавали 3вольта.
Вообщем итог, цель достигнута, но сути так и не разобрав где собака зарыта. Позже в БЖ выложу у себя весь процесс.

Надо поменять провода первичной обмотки местами на ОДНОМ из трансформаторов.

Поменяй на первичке одного из транса клеммы местами

отлично!))
хочу сделать такую штуку для отворачивания закоревших болтов в авто, нагревая их таким прибором
есь пару вопросов
витков толстого провода нужно брать больше или меньше и что меняется при этом?
опасно ли такое устройство и на что обратить внимание?

чем меньше витков тем меньше напряжение и больше ампераж, и на оборот. до пяти вольт этот транс не чувствует кз, выше пяти будет очень сильно греться.2-3 вольта я думаю оптимально. если соблюдать технику безопасности то безопасно, если будете работать им продолжительное время то лучше куллер с компа поставить или от сварочного полуавтомата он как раз на 220вольт

А как влияет на нагрев первички?
Чем ниже напряжение тем больше будет греться так как ток выше? Верно я понял?

Думаю сделаю так же почти 3 витка, а то я тоже и провода хочу сваривать. А ленту к аккуму и так приварит без проблем. Ну к NiCd например для шуруповерта.
А на фото где намотано это провод 1 метр взят или 2?

Не, я именно в выборе 2 или 3 витка. С статье описано и на фото 3 витка, а если сделать на 1 меньше. Я про это

Страшного ничего не будет, сделал почти 3 витка и это в статье написано (3 витка без1/4) я это сделал по нескольким причинам
1. чтоб выводы проводника выходили на одну сторону
2. чтоб плотно провод сидел в трансформаторе
3. чтоб больше был вольтаж для сварки проводов (для лучшего образования дуги)
и то что у меня не закончен третий виток, то он сильно не повлиял не на что, а добавил 0.5вольта только
Так что у вас чтоб были полные два витка выводы будут на разных сторонах транса, чуть меньше вольтаж будет, а чем меньше вольтаж тем больше ампераж! можно даже расчитать транс с проводом

Самодельная точечная сварка из микроволновки

Такая точечная сварка своими руками из микроволновки будет самой доступной технологией не только в плане багажа знаний, но и по величине затрат.

Наиболее простой конструкцией для самостоятельного изготовления обладает сварочный аппарат, основанный на принципе работы контактной или точечной электросварки. Причем такая точечная сварка своими руками из микроволновки будет являться и самой доступной технологией не только в плане необходимого багажа знаний, но и по величине затрат для достижения поставленной цели.

Что такое контактная сварка

Контактной точечной сваркой называют способ соединения заготовок в виде листов металлопроката или приваривание к конструкциям различных штучных изделий: болты, шайбы, заклепки и многое другое. Наиболее широкое применение эта технология контактной сварки нашла в таких отраслях промышленности, как автомобилестроение, самолетостроение и приборостроение.

Обладание аппаратом точечной сварки дает ряд преимуществ и дополнительных возможностей, а именно:

возможность сварки изделий из листового металлопроката с малой толщиной;
способность сваривать легкоплавкие металлы;
аккуратный и прочный сварочный шов.

Читайте также:

Пеноплекс монтаж на стены снаружи

Основным достоинством контактной точечной сварки является то, что на ней можно научиться работать самостоятельно, имея всего лишь базовый уровень знаний. Для этого необходимо немного потренироваться и вы сможете добиться при работе на таком аппарате высокой производительности, при сравнительно небольших затратах расходных материалов и электроэнергии.

Трансформатор

Процесс контактной точечной электросварки основывается на законе Ленца-Джоуля, который говорит, что электрический ток при протекании через проводник выделяет количество теплоты, равное квадрату силы электрического тока, умноженному на сопротивление участка этого проводника за единицу времени:

То есть, при силе тока, к примеру, в 1000 ампер на небольшом участке контакта будет выделяться большое количество тепловой энергии. В зависимости от длительности времени прохождения электрического тока сначала тепловой энергии будет хватать для того, чтобы расплавить участок контакта легкоплавких алюминиевых листов, а при длительном контакте — точечно сплавить стальную жесть.

Отсюда одним из лучших кандидатов для изготовления аппарата точечной сварки своими руками будет силовой трансформатор, взятый из старой сломанной микроволновки. Как правило, мощность таких повышающих трансформаторов от микроволновой печи колеблется в пределах от 700 ватт до 1,5 киловатта, что вполне достаточно.

Имейте в виду: что в качестве сварочного трансформатора можно взять любой подходящий силовой трансформатор с мощностью примерно в 1 кВт, но наиболее удобным все-таки, на наш взгляд, является преобразователь напряжения от микроволновой печи, его проще переделать.

Пошаговая инструкция

небольшая углошлифовальная машина с отрезным кругом по металлу;
электродрель или шуроповерт со сверлами;
молоток и зубило;
набор слесарного инструмента в виде плоскогубцев, различных отверток и т. п.

Берем силовой трансформатор от микроволновой печи и демонтируем вторичную обмотку, она будет большей по объему, главное, не перепутайте. Для этого лучше всего разрезать по краям в месте сварки стальной сердечник и выбить ненужную обмотку молотком и зубилом. Но также можно попробовать аккуратно срезать болгаркой или ножовкой по металлу выступающие края этой обмотки, а оставшиеся ее части в стальном сердечнике просто выбить зубилом.

Важно! Ни при каких обстоятельствах не повредите первичную обмотку, она является основным элементом будущего сварочного трансформатора. Ее можно не снимать с сердечника.

Изготавливаем вторичную обмотку нашего будущего сварочного трансформатора. Для этого нам понадобится отрезок медного изолированного провода сечением примерно в 50 мм2 или около 8-10 мм в диаметре (визуально в палец толщиной) и длиной в 70-100 сантиметров. Основным условием при выборе такого провода — это то, что он должен быть обязательно новым и неповрежденным.

Наматываем этот медный проводник на центральный магнитопровод стального сердечника нашего трансформатора так, чтобы получилось два-три полных витка. Причем это надо сделать таким образом, чтобы витки на магнитопроводе были серединой медного проводника, а оставшиеся концы были примерно равными по длине.

Собираем сварочный трансформатор. Для этого разобранные части стального магнитопровода устанавливаем на место их ровно так, как они стояли, предварительно перед этим смазав места контакта эпоксидной смолой или другим клеем, подходящим для этих целей. Зажимаем всю конструкции в тисках и ждем полного затвердевание клея.

Конечно, если есть возможность, то можно сварить эти части магнитопровода, но при этом необходимо надежно защитить обмотки трансформатора от возможного повреждения расплавленным металлом или искрами.

Закрепляем изготовленный сварочный трансформатор на платформе, лучше всего для этого взять какое-нибудь изолированное основание в виде прочной пластмассовой пластины, деревянной доски или толстой фанеры. Размерами примерно по ширине в 150 мм и длиной от 300 до 700 мм, что будет определять в дальнейшем глубину свариваемой заготовки.

Далее, изготавливаем сварочные контакты. Причем один из них должен быть неподвижный и выдерживать большие нагрузки, поэтому делаем его из прочного кронштейна, который жестко закрепляем на основании трансформатора. К этому кронштейну с помощью медного наконечника подключаем один из концов провода вторичной обмотки.

Другой контакт необходимо выполнить подвижным так, чтобы он мог ровно смыкаться с неподвижным, но в не рабочем состоянии быть нормально разомкнутым. Для этого делаем конструкцию второго контакта в виде рычага, который закрепляем на основании и подпружиниваем с помощью эластичной резиновой ленты или стальной пружины. На рычаге крепим кронштейн сварочного контакта, на который подключаем второй, оставшейся провод вторичной обмотки сварочного трансформатора.

Сварочные контакты проще всего сделать из медного прута 10-20 мм в диаметре, сделав при этом конусообразные заострения на концах. Можно, конечно, использовать специально предназначенные для контактной сварки стержни из вольфрама или на основе сплавов бериллиевой бронзы с цирконием.

В завершение делаем электрическую часть , то есть подключаем первичную обмотку к сети 220 В. Для этого также можно воспользоваться шнуром питания с вилкой от нашей разобранной микроволновой печи, тем более он там больше уже не нужен.

Микровыключатель ставим на разрыв первичной обмотки, то есть сети 220 В, а расположить его удобней всего, закрепив на рычаге подвижного контакта.

Внимание! Все контакты и оголенные части электрической цепи 220 В, изготовленного нами сварочного аппарата, необходимо тщательно изолировать с помощью ПВХ изоленты.

Все, точечная сварка из микроволновки готова. Вам остается для начала потренироваться, чтобы понять, как протекают основные процессы сварки для различных металлов в зависимости от формы и толщины изделий. А вот после этого можно приступать к практическому применению вашего аппарата контактной сварки по непосредственному предназначению.

Споттер своими руками из микроволновки

Один из контактов будет массой и его выполняют в виде медной клеммы с большой площадью контакта. Второй электрод будет непосредственно сварочным и его изготавливают в виде металлического прута с прочным упором, на конце которого делают специальный заостренный медный контакт на конце для простой точечной сварки.

А вот для изготовления настоящего споттера, не уступающего промышленным образцам, понадобится вдобавок выполнить, как минимум, электрическую схему управления и формирования сварочного импульса, а также придется прилично потратиться на различные комплектующие и расходные элементы для проведения полноценных ремонтных кузовных работ.

Если у вас есть свой опыт по изготовлению и применению самодельных сварочных аппаратов контактной точечной сварки, то поделитесь им в блоке комментариев.

Самовосстанавливающийся бетон Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Кодзоев Мухамад-Басир Хаджимуратович, Исаченко Сергей Леонидович

Бетон один из наиболее распространенных строительных материалов в мире, за счет своей прочности и экономичности производства. Он состоит из вяжущего вещества (цемента), крупных и мелких заполнителей, воды. По мере затвердения бетон становится хрупким и под действием нагрузок в нем возникают трещины , которые являются открытым каналом для перемещения влаги. После рядов циклов замерзания и оттаивания, надломы расширяются, а потом вода доходит до арматуры и запускает процесс коррозии. Ржавчина занимает больший объем, чем армирующий материал (арматура) и бетон начинает трескаться и расслаивается. Трещины различных размеров приходится устранять вручную, что является трудоемким и дорогостоящим процессом. А также не всегда удается своевременно устранить эту проблему. Самовосстанавливающийся бетон революционный строительный материал , разрешающий все эти проблемы и, безусловно, это строительный материал будущего.

SELF-HEALING CONCRETE

Concrete is one of the most common building materials in the world, due to its strength and not expensive production. It consists of a binder (cement), large and small fillers, water. As the concrete hardens and becomes brittle under the action of loads in it there are cracks , which are an open way to move moisture. After a series of cycles of freezing and thawing, the cracks expand and then the water reaches the reinforcement and initiates corrosion. Rust occupies a larger volume than the reinforcing material (reinforcement) and the concrete begins to crack and delaminate. Cracks of different sizes have to be removed manually, which is a laborious and expensive process. And it is not always possible to fix this problem in a timely manner. And self-healing concrete is a revolutionary building material , able to solve all these problems and, of course, it is the building material of the future.

Текст научной работы на тему «Самовосстанавливающийся бетон»

САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ БЕТОН SELF-HEALING CONCRETE

Московский государственный строительный университет (национальный исследовательский университет), г. Москва, Россия, basir731@yandex.ru

©Kodzoev M.-B., Moscow State University Of Civil Engineering (National Research University), Moscow, Russia, basir731@yandex.ru ©Исаченко С. Л.,

Московский государственный строительный университет (национальный исследовательский университет), г. Москва, Россия, Isach21@yandex.ru

Moscow State University Of Civil Engineering (National Research University), Moscow, Russia, Isach21@yandex.ru

Аннотация. Бетон — один из наиболее распространенных строительных материалов в мире, за счет своей прочности и экономичности производства. Он состоит из вяжущего вещества (цемента), крупных и мелких заполнителей, воды. По мере затвердения бетон становится хрупким и под действием нагрузок в нем возникают трещины, которые являются открытым каналом для перемещения влаги. После рядов циклов замерзания и оттаивания, надломы расширяются, а потом вода доходит до арматуры и запускает процесс коррозии. Ржавчина занимает больший объем, чем армирующий материал (арматура) и бетон начинает трескаться и расслаивается. Трещины различных размеров приходится устранять вручную, что является трудоемким и дорогостоящим процессом. А также не всегда удается своевременно устранить эту проблему. Самовосстанавливающийся бетон — революционный строительный материал, разрешающий все эти проблемы и, безусловно, это строительный материал будущего.

Abstract. Concrete is one of the most common building materials in the world, due to its strength and not expensive production. It consists of a binder (cement), large and small fillers, water. As the concrete hardens and becomes brittle under the action of loads in it there are cracks, which are an open way to move moisture. After a series of cycles of freezing and thawing, the cracks expand and then the water reaches the reinforcement and initiates corrosion. Rust occupies a larger volume than the reinforcing material (reinforcement) and the concrete begins to crack and delaminate. Cracks of different sizes have to be removed manually, which is a laborious and expensive process. And it is not always possible to fix this problem in a timely manner. And self-healing concrete is a revolutionary building material, able to solve all these problems and, of course, it is the building material of the future.

Ключевые слова: самовосстанавливающийся бетон, биобетон, современный материал, строительный материал, трещины, бактерии.

Keywords: self-healing concrete, bioconcrete, modern material, building material, cracks, bacteria.

Бетон — один из наиболее распространенных строительных материалов в мире, за счет своей прочности и экономичности производства. Он состоит из вяжущего вещества (цемента), крупных и мелких заполнителей, воды. По мере затвердения бетон становится хрупким и под действием нагрузок в нем возникают трещины, которые являются открытым каналом для перемещения влаги. После рядов циклов замерзания и оттаивания, надломы расширяются, а потом вода доходит до арматуры и запускает процесс коррозии. Ржавчина занимает больший объем, чем армирующий материал (арматура) и бетон начинает трескаться и расслаивается. Трещины различных размеров приходится устранять вручную, что является трудоемким и дорогостоящим процессом. А также не всегда удается своевременно устранить эту проблему. Самовосстанавливающийся бетон — революционный строительный материал, разрешающий все эти проблемы и, безусловно, это строительный материал будущего.

Такой материал предложил микробиолог Хенк Джонкерсон (Henk Jonkers) из Нидерландского Делфтского технического университета. Три года потребовалось Джонкерсу, для воссоздания прототипа, самовосстанавливающегося бетона. Основной задачей было поиск бактерий, которые выжили бы в суровых условиях бетона (1-2).

Так, для решения проблемы с сухостью, было принято решение использовать палочковидную бактерию из-за ее выносливости и долголетия. Но для производства известняка необходимо было обеспечить бактерии питательными веществами. Пробовали использовать сахар, но он ухудшал свойства бетона, уменьшая прочность, впоследствии, в качестве источника питания был выбран лактат кальция.

Лактат кальция или кальций молочнокислый — это кальциевая соль молочной кислоты. Порошок белого цвета, хорошо растворимый в теплой воде. Химическая формула — 2(C3HsO3)Ca.

Чтобы обеспечить защиту бактерий и источника питания их помешают в крошечные капсулы из биоразлагаемого пластика, которые растворяются при попадании воды. Во время взаимодействия бактерий с лактатом кальция, возникает химическая реакция, которая создает известняк, заполняющий трещины. Процесс затвердевания геля занимают семь дней. В процессе исследований данного материала, микроорганизмы хорошо справлялись с трещинами размером 0,5 мм. Эти бактерии в состоянии покоя могут находиться до двух столетий. Находясь в микротрещинах, бактерии заполняют микрополоски отходами своей жизнедеятельности, защищая от возникновения глубоких разломов в структуре бетона.

Преимущества применения самовосстанавливающегося бетона:

– устойчивость к воздействию окружающей среды;

– не позволяет разрушаться бетонным конструкциям;

– сопротивляемость к разрушению бетонных конструкций;

Использование самовосстанавливающегося бетона, сокращает трудоемкость и затраты на ремонт зданий, а также, снижается выброс углеводорода при производстве

производственной смеси. Согласно исследованиям и экспериментам, такой бетон более прочный и плотный. Стоит отметить, что данный вид бетона был разработан для того, чтобы продлить срок службы и сэкономить на капитальном ремонте зданий и сооружений, а также для мостов и всех дорожных конструкций, поскольку они часто испытывают мелкие трещины из-за тяжелых нагрузок и постоянно нуждаются в техническом обслуживании [1].

Данный способ борьбы с трещинами, станет очень выгодным для изготовителей железобетонных изделий и потребителей, так как существующие мероприятия являются дорогими и трудоемкими. Новая технология позволит защитить уже построенные конструкции от трещин и продлить срок службы, путем распыления на поверхности, жидкости с бактериями.

Впервые биобетон был использован при строительстве спасательной станции на озере в Нидерландах (Рисунок). Тест на прототипе дал положительный результат.

Рисунок. Спасательная станция в Нидерландах.

Поскольку биобетон все еще находится в стадии разработки, этот вид бетона используется в ограниченном масштабе и не широко распространен. Некоторые основные препятствия — это затраты и производство. На данный момент стоимость производства самовосстанавливающегося бетона примерно в 2 раза превышает производства обычного. И все еще продолжаются исследования, используя различные подходы для снижения затрат и для поиска более дешевого материала (замена лактата кальция каким-нибудь другим веществом), чтобы новый бетон стал более доступным [2].

Самовосстанавливающийся бетон имеет больше преимуществ, чем недостаток и является материалом будущего. Новая разработка — это соединение природы и искусственного материала в одном целом. В дальнейшем рассматривается использования в качестве живых существ-плесени. Ведь эти грибы выживают даже после сознательного

уничтожения колонии и способны уловить питательные вещества даже в самых неблагоприятных условиях.

(1). Самовосстанавливающийся бетон, содержащий бактерии. Режим доступа: https://clck.ru/D8NF7/ (дата обращения 11.01.2018).

(2). Голландский микробиолог разработал самовосстанавливающийся бетон. Режим доступа: https://geektimes.ru/post/250502/ (дата обращения 11.01.2018).

1. Ткач Е. В., Семенов В. С., Ткач С. А. Высокоэффективные модифицированные гидрофобизированные бетоны с улучшенными физико-техническими свойствами // Бетон и железобетон – взгляд в будущее: научные труды III Всероссийск. (II Междунар.) конф. по бетону и железобетону (Москва, 12-16 мая 2014 г.): в 7 т. Т. 5. С. 113-123.

2. Hearn, N., Morley, C. T. Self-sealing property of concrete. Experimental evidence // Materials and Structures. 1997. V. 30. P. 404-411.

1. Tkach, E. V., Semenov, V. S., & Tkach, S. A. (2014): Highly effective modified hydrophobized concretes with improved physical and technical properties. Concrete and reinforced concrete – a look into the future: scientific works III All-Russian. (II Intern.) Conf. for concrete and reinforced concrete, Moscow, May 12-16, in 7 volumes, (5). 113-123

2. Hearn, N., & Morley, C. T. (1997). Self-sealing property of concrete. Experimental evidence. Materials and Structures, 30, 404-411

Работа поступила Принята к публикации

в редакцию 09.03.2018 г. 16.03.2018 г.

Ссылка для цитирования:

Кодзоев М.-Б. Х., Исаченко С. Л. Самовосстанавливающийся бетон // Бюллетень науки и практики. 2018. Т. 4. №4. С. 287-290. Режим доступа: http://www.bulletennauki.com/kodzoev-isachenko-1 (дата обращения 15.04.2018).

Kodzoev, M.-B., & Isachenko, S. (2018). Self-healing concrete. Bulletin of Science and Practice, 4, (4), 287-290

Самовосстанавливающийся бетон (самозалечивающийся эластичный, гибкий)

Самовосстанавливающийся бетон – это общее название разных современных разработок и инновационных решений, призванных изменить структуру материала и сделать его способным к восстановлению, стойкости к различным воздействиям. Ввиду того, что бетон сегодня является одним из наиболее востребованных и популярных материалов в ремонтно-строительной сфере, поиск новых методов производства актуален как никогда.

Каждый год в мире производят до 10 миллиардов тонн бетонного раствора. Несмотря на некоторые недостатки, заменить бетон материалом с такими же преимуществами и техническими характеристиками пока невозможно. Поэтому ученые всего мира постоянно проводят исследования и эксперименты в попытках нивелировать такие минусы бетона, как усадка, вероятность распространения трещин и деформаций, нестойкость ко внешним воздействиям и т.д.

Основное направление современных разработок – поиск самозалечивающегося, гибкого бетона, который будет эффективно противостоять деформациям и сможет восстанавливаться при любых воздействиях.

Виды самовосстанавливающихся бетонов

Современные производители предлагают большой выбор бетонных смесей, но самовосстанавливающиеся растворы пока еще находятся в стадии разработки и активно в строительстве не применяются. Существует несколько видов бетонов, созданных в разных точках мира, которые имеют все шансы стать популярными и частоприменимыми в будущем.

Подробнее о бетонных инновациях

Разработки и работы по созданию гибкого бетона, способного к самовосстановлению, ведутся давно. Так, на базе Бингемтонского университета (штат Нью-Йорк) с помощью ученых университета Рутгерса была создана новая смесь – ее назвали самовосстанавливающимся бетоном. Материал еще известен как грибковый бетон и у него есть потенциал исключить проблемы появления на бетонном монолите трещин.

Ученые выявили интересный момент: взяв гриб Trichoderma reesei, вмешали его в традиционную цементную смесь, потом залили конструкцию и искусственно создали трещины. При обнаружении первой трещины грибок (до того спящий) активизировался. По мере того, как в трещины попадали кислород и вода, споры грибов росли и создавали карбонат кальция, заполняющий и скрепляющий трещины.

Дальнейшие погружения в раствор

Другая группа ученых из Университета Кардиффа (Уэльс) тестировала 3 технологии исцеления бетона: полимерную память формы, использование бактерий и целебных агентов через микрокапсулы, закачку органических/неорганических материалов в структуру материала.

В Британской Колумбии ученые университета «Виктории» (факультета гражданского строительства) объявили про запуск различных экспериментов с волокнами (древесная целлюлоза, зольная пыль). Они могут помочь создать уникальную формулу бетона, способного к самовосстановлению.

В Канаде же создали экологически чистый композит на базе пластично-цементной смеси. Данный строительный материал армирован полимерными волокнами и в ходе испытаний выяснилось, что такой раствор способен выдерживать толчки землетрясения мощностью до 9 баллов по шкале Рихтера.

От современных исследований к древнему Риму

Идея бетона и самого цемента римлянами была не придумана, а заимствована у древних греков. Так, есть пример хорошо сохранившегося водопроводного резервуара в греческом городе Мегара – его конструкции были обмазаны чем-то похожим на цемент. И если изучить этот цемент, можно отыскать особый компонент, который придает крепость и прочность древнеримским зданиям.

Состав греческого цемента включал вулканический пепел – сегодня он называется «пуццолан». Тогда его добывали у холмов города Путеолы (сегодня Поццуоли) возле Везувия, от чего и произошло название вещества. Бетон с вулканическим пеплом в Древнем Риме начали применять со 2 в. до н.э. В смеси вводили пуццолан, известь, пемзу, вулканический туф, камни, песок.

Инновация профессора Ричарда Римана

Профессор Ричард Риман умудрился создать легкий и экологически чистый бетон, которому присущи свойства гидротермального жидкофазного уплотнения. Профессор утверждает, что он смог понизить углеродный след цемента/бетона до 70%, а в итоге даже не исключено поглощение углекислого газа. Но эта технология, как и все современные разработки, требует тщательного изучения, доработки, получения достоверных результатов проверок и т.д.

Секреты древнеримских технологий

Американские ученые несколько лет тому исследовали древнеримский оpus caementum, сравнивали с составом современного материала и отыскали причину крепости и прочности. В пуццолане содержится большой объем силиката алюминия (в современном бетоне его нет), который при замешивании с морской водой дает горячую химическую реакцию, в ходе которой в структуре раствора появляется минерал алюминий-тоберморит, он и отвечает за повышенную прочность.

Особенно актуально изучение этого химического процесса в морских строениях. Так, созданная по римским технологиям гавань Ирода Великого (Кесария, 1 в. до н.э., включает порт и комплекс защитных сооружений) две тысячи лет омывается постоянно морскими волнами, уходя частично под воду. И реакция с образованием Al-тоберморита в монолите постепенно идет годами, сотнями лет (возможно, и сегодня). Бетон портовых сооружений становится более прочным с каждым днем и неизвестно, сколько еще может простоять в будущем.

Римские строители применяли бетон в разных вариантах, они же стандартизировали состав смеси: нормировали технологии, изучили химический состав, соблюдали нормативы. И прочность бетонного монолита в зданиях, что построены сегодня, рассчитана на 100-120 лет максимум, а римские сооружения стоят уже 2000 лет и переживут еще и современные конструкции.

Самовосстанавливающийся бетон

Характеристики и назначение нового стройматериала

Самовосстанавливающийся бетон – новая ступень в развитии строительных материалов. Согласно ГОСТ 25192-2012, ГОСТ 7473-2010, ГОСТ Р 57345-2016, ГОСТ Р 57359-2016, в производстве бетона определены: состав, структура, условия твердения и так далее [1-4]. Новый самовосстанавливающийся бетон отличается от классических рецептов добавлением в состав грибков и спор бактерий, способных выжить в щелочных условиях и придать строительному материалу новые свойства. В процессе своей жизнедеятельности бактерии вырабатывают вещества, восстанавливающие поврежденную поверхность бетонной конструкции.

Известный факт, что бетон со временем рассыхается, покрываясь трещинами, в которые проникает вода, а вместе с ней и микроорганизмы, начинающие процесс коррозии. В результате такого разрушения требуется дорогостоящий ремонт бетонного сооружения. Добавленные в состав грибки и споры бактерий могут находиться в состоянии покоя на протяжении десятилетий. Как только конструкция покрывается трещинами, и в них проникает вода, микроорганизмы активизируются и начинают вырабатывать карбонат кальция (известняк), заполняя этим материалом трещины в бетоне. Этот процесс самовосстановления продлевает срок эксплуатации бетонного строения.

Что за самозаживляющийся бетон придумали наши учёные?

Специалисты Политехнического института Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с иностранными коллегами разработали бетон, способный самостоятельно заделывать трещины, восстанавливая свою прочность. И делает он это при помощи бактерий.

В ДВФУ действует научная школа геоники (геомиметики) — учёные следуют принципу природоподобия создаваемых композитов. Бетон, по их задумке, должен обладать прочностью и свойствами природного камня. Для этого в него во время приготовления смеси добавляют водный концентрат, содержащий бактерии Bacillus cohnii.

Бетон вместо обоев. Тренды в дизайне квартир в 2021 году Подробнее

Когда происходит повреждение и в бетоне возникает трещина, бактерии активизируются, получая доступ к кислороду и влаге, которые содержатся в воздухе. «Разбуженные» микроорганизмы под действием воды начинают выделять карбонат кальция, заполняя им повреждение. Эксперимент показал, что на заделку трещины шириной от 0,2 до 0,6 миллиметров требуется 28 дней. К бетонным плитам возвращается первоначальная прочность на сжатие, а бактерии после проделанной работы вновь «засыпают».

«Бетон остаётся конструкционным материалом номер один в мировом строительстве, поскольку он дешёвый, прочный и универсальный, — говорит профессор ДВФУ, инженер Роман Федюк. — Однако любой бетон со временем может давать трещины, в том числе из-за влаги и многократно повторяющихся циклов замораживания-размораживания, которых на Дальнем Востоке, к примеру, происходит более ста за год. А если бетон дал трещину, это практически необратимый процесс, он может поставить под угрозу всю конструкцию.

То, что сделали мы в рамках эксперимента, соответствует международным трендам в строительстве, где существует запрос на подобные „живые“ материалы, имеющие способность к самодиагностике и самовосстановлению. Благодаря им можно избежать или сократить технически сложные и дорогостоящие ремонтные процедуры».

Кто такие академики и чем они занимаются? Как сообщает пресс-служба ДВФУ, споры бактерий Bacillus cohnii могут жить в бетоне до 200 лет и, теоретически, способны продлить срок службы сооружений на такой же срок. Это почти в 4 раза больше, чем 50-70 лет службы обычного бетона.

Самовосстанавливающийся бетон особенно актуален при ведении строительства в сейсмоопасных районах, где из-за подвижек земной коры в конструкциях появляются мелкие трещины, а также на территориях с повышенной влажностью и большим количеством осадков. Например, на юге Дальнего Востока, где на вертикальные поверхности зданий падает много косых дождей. Если бактерии, содержащиеся в бетоне, будут заполнять карбонатом кальция поры цементного камня, в него будет попадать меньше воды.

На следующих этапах исследований специалисты ДВФУ планируют разработать армированный бетон, дополнительно усилив его свойства с помощью разных видов бактерий. Это позволит ускорить процессы восстановления материала.

Способы получения самовосстанавливающегося бетона с бактериями

Первая строка – контрольный образец; вторая – споры T. reesei; третья – Aspergillus nidulans [8]
Применяется несколько способов получения самовосстанавливающегося бетона:
Технический университет Делфта, Нидерланды [7]

Микробиолог Хэнк Джонкерс предложил в состав бетона добавлять бактерии рода Bacillus. Бактерии помещены в бетонную смесь в биоразлагаемых капсулах вместе с лактатом кальция. Как только в трещины на поверхности бетона начинает попадать вода, биоразлагаемая капсула растворяется, а бактерии, активизировавшись, начинают вырабатывать известняк, которым заполняются трещины в стройматериале. Лактат кальция используется как питательная среда для бактерий рода Bacillus.

Бингемтонский университет, штат Нью-Йорк и университет Рутгерса [8]

Группа ученых двух университетов добавила в смесь бетона споры грибка Trichoderma reesei [9]. После того, как на поверхности стройматериала начали появляться трещины, вода и воздух спровоцировали грибок активно прорастать, вырабатывая карбонат кальция, которым накрепко замуровались образовавшиеся повреждения.

Иные технологии самовосстановления

Развивая свойства строительных материалов и повышая их экономическую выгоду, в отличие от строительных норм и правил (СНиП 82-02-95, СНиП 82-01-95), регламентирующих расход цемента в производстве бетонных и железобетонных изделий, отечественная и мировая науки пошли дальше утвержденных стандартами правил, применения открытия в биологии и микробиологии [5, 6].

Севастопольский гос. университет

Группа ученых университета разработала технологию нанопорошков с добавлением штаммов бактерий. Добавленный в бетонную смесь ингредиент усиливает бетонный блок при сжатии на 94%. Этот строительный материал предполагается использовать в гидротехническом и берегоукрепительном строительстве.

Университет Мичигана, США [10]

Ученые Инцзы Ян и Виктор Ли, почерпнув идею из природных свойств роста и самовосстановления морских ракушек, добились того, что при длительном контакте самовосстанавливающегося бетона с водой образовавшиеся трещины зарубцовываются, заполняясь карбонатом кальция.

Университет «Виктория», Британская Колумбия

Ученые вывели пластичный цементный композит с применением в составе полимера, что дало бетону возможность выдерживать воздействие колебаний до 12 баллов по шкале Меркалли.

Нитрифицирующие бактерии

Растут бактерии в простых минеральных средах в почве и в водоемах. Специфичные микроорганизмы хорошо развиваются в жидкой среде. Нитрификация – это процесс превращения азотосодержащих соединений в нитриты, а затем в нитраты.

Исследования показывают, что нитрифицирующие бактерии наряду с аммонифицирующими бактериями и грибками участвуют в коррозии бетонных изделий, особенно подземных сооружений, коллекторов и так далее.

Что такое самовосстанавливающийся бетон

Древняя Месопотамия стала прародиной бетона, сегодня этот материал используется во всех уголках населённого мира планеты. Бетонные здания могут иметь любую форму, изделие даже пригодно как компонент для 3D-печати.

Все видели, что время неумолимо и к таким постройкам — трещины всё равно появляются, сквозь них просачивается влага, железная арматура в основе начинает ржаветь. В итоге ускоряется износ здания. Этому способствует и понижение температуры — вода, попавшая в трещинки, зимой замерзает и начинает расширяться, увеличивая разрушения.

Трещины — бич материала. Рано или поздно это будет глобальное разрушение, если не вкладываться в ремонт.

Покрытия, пропитки немного сдерживают разрушительный процесс, но глобальный ремонт всё равно потребуется. Если же постройка находится под водой, или внутри находится хранилище радиоактивных отходов и ядохимикатов, то ремонт либо сложен, либо вовсе невозможен.

Микробиолог Х.Джонкерс выслушал обращение строителя-технолога в 2006 году по поводу того, нельзя ли что-нибудь придумать, чтобы бетон восстанавливался сам. В голову учёному пришли бактерии, которые при некоторых условиях могут поспособствовать такому нужному процессу.

Упорный труд и вот результат.

На решение поставленной задачи ушло более трёх лет. Трудности заключались в том, что среда выживания микроорганизмов довольно сурова, это же аналогично жизни в сухом щелочном камне. Выживать нужно десятилетиями, при этом, никак не активизируясь и находясь в долгой «спячке». Активизации должна поспособствовать вода.

Процесс восстановления — секрет в бактериях

Колонии грибка Trichoderma reesei оказались теми самими восстановителями благодаря своей особенности выживать в щелочной среде. Споры микроорганизмов остаются живыми, оставаясь долгое время без питания. Но чем же питать проснувшиеся бактерии?

Если добавлять в бетон сахар, то уменьшится прочность материала, и вся работа будет изначально бестолковой. Начались поиски решения, которые привели к тому, что идеальным средством питания является лактат кальция.

Бактерии должны быть размещены в материале в биоразлагаемых пластиковых капсулах, там же располагается и их питание.

Бетон даёт трещины, в них попадает вода, пластик под её воздействием растворяется. Бактерии начинают процесс размножения и питания лактатом кальция. В результате их жизнедеятельности вырабатывается известняк, прочно закрывающий трещинки.

Плюсы и минусы самозалечивающегося бетона

Микроскопическая съемка T. ressei с увеличением x1000, показывающая, что споры растут одинаково хорошо как с бетоном, так и без него [8]
Бетон — строительный материал, который в жидком состоянии обладает текучестью воды, что даёт возможность заливать цементный раствор в любые формы и ниши. В затвердевшем же состоянии бетон обладает твердостью камня, что делает его незаменимым в строительстве крупных объектов (мосты, высотные здания, плотины и так далее).
Разрушительно влияют на бетон влага, перепады температур, воздействие химикатов, коррозия, со временем материалу свойственно рассыхаться. Самовосстанавливающийся бетон отличается более высокой стойкостью к влиянию внешних разрушающих факторов и обладает свойством самовосстановления.

Гибкий бетон

В 2021 году ученые из сингапурского университета в Наньяне представили свой вариант гибкого бетона.

Для получения гибкости в него добавляется специальное ультратонкое волокно, которое равномерно воспринимает нагрузки, распределяя их по всей площади бетона. Подобные волокна не бетонируются «намертво». Они как бы проскальзывают под давлением относительно друг друга.

Основное преимущество гибкого бетона заключается в том, что даже после деформаций он возвращается в предыдущее состояние.

Вообще гибкие бетоны впервые были изобретены около 10 лет назад и выходили под общим названием Engineered Cementitious Composites (ECC). Сингапурские исследователи улучшили версию ECC и назвали ее ConFlexPave.

На данный момент ConFlexPave используют при дорожных работах. Дороги с гибким бетоном выдерживают деформации и в то же время не размываются во время смен сезонов.

Самовосстанавливающийся эластичный бетон: виды, преимущества и недостатки

В мире производят миллионы тонн бетона, так как основная масса крупных и мелких сооружений строятся из этого строительного материала. Постоянно растущая потребность в увеличении срока эксплуатационной пригодности сооружений диктует необходимость развивать это направление. Мировая наука поднимает на новый уровень качество стройматериала, используя в его составе природные свойства живых организмов.

Характеристики и назначение нового стройматериала

Способы получения самовосстанавливающегося бетона с бактериями

Первая строка – контрольный образец; вторая – споры T. reesei; третья – Aspergillus nidulans [8]

Технический университет Делфта, Нидерланды [7]

Бингемтонский университет, штат Нью-Йорк и университет Рутгерса [8]

Иные технологии самовосстановления

Севастопольский гос. университет

Университет Мичигана, США [10]

Университет «Виктория», Британская Колумбия

Нитрифицирующие бактерии

Плюсы и минусы самозалечивающегося бетона

Микроскопическая съемка T. ressei с увеличением x1000, показывающая, что споры растут одинаково хорошо как с бетоном, так и без него [8]

Разрушительно влияют на бетон влага, перепады температур, воздействие химикатов, коррозия, со временем материалу свойственно рассыхаться.
Самовосстанавливающийся бетон отличается более высокой стойкостью к влиянию внешних разрушающих факторов и обладает свойством самовосстановления.

Области применения

Бетон – прочный строительный материал, обладает необходимыми свойствами для строительства как крупных сооружений (мостов, эстакад, плотин на гидроэлектростанциях и т. д.), так и мелких строительных изделий (бордюров, мачт уличного освещения, железобетонных заборов и т. д.).

Новый самовосстанавливающийся материал необходим в местах, где производство мелких ремонтных работ и регулярный осмотр состояния сооружений невозможен:

подземное строительство;
подводное строительство;
высотные здания;
транспортные сооружения мостового типа.

Еще одно преимущество строительных материалов нового поколения – возможность экономии бюджетных средств, так как отсутствует необходимость в постоянном мелком ремонте сооружений. Регулярно выделяемые для этих целей деньги могут быть направлены на строительство новых объектов.

Эластичный бетон, который может самовосстанавливаться

Что такое гибкий бетон и почему ему не нужна арматура?

Каждый, кто хоть раз имел дело с бетоном, знает, что этот материал почти не выдерживает нагрузок на изгиб. Чтобы избежать появления трещин, а значит, разрушения, нужно заложить в него арматуру. Или же. придать эластичность. Существуют технологии, способные сделать бетон гибким. О них и пойдет речь в этой статье

Казалось бы, зачем вообще отказываться от арматуры? Металлический каркас упрочняет бетон настолько, чтобы он служил многие десятилетия. Но у этой технологии есть недостатки. Прежде всего, это увеличение веса монолита, которое заметно усложняет строительство. Фундамент, который через стены принимает нагрузку от тяжелой плиты перекрытия, нужно усиливать, что, как говорится, «влетает в копеечку». Да и сами метизы обходятся недешево.

Кроме того, даже самая качественная стальная арматура со временем ржавеет, разрушая бетон изнутри. И наконец, закладка каркаса — довольно трудоемкий процесс, которые отнимает время, силы и деньги.

Читайте также:

Рамные дюбели: характеристика и выбор

Строители давно уже смирились с этими неудобствами и принимают их как должное, но новаторы смотрят на мир иначе. Если арматура создает проблемы и тормозит рабочие процессы, ее нужно убрать.

Испытания гибкого бетона

Именно так подумали ученые из школы экологической инженерии NTU’s School of Civil and Environmental Engineering (Сингапур). Пройдя долгий путь проб и ошибок, они разработали уникальную добавку, которая не только упрочняет бетон, но и делает его гибким.

Речь идет об особом ультратонком волокне, которое замешивают в раствор. Но это не обычная фибра, используемая в ячеистых бетонах. Тончайшие шелковистые нити не схватываются с цементом, а скользят в теле монолита. Именно это придает ему эластичность и позволяет отказаться от использования арматуры.

При прочих равных гибкий бетон, армированный ультратонким волокном, почти в три раза прочнее обычного

Структура гибкого бетона ConFlexPave

Новому бетону дали название ConFlexPave. Помимо армирующего волокна в его состав добавили присадку, которая делает поверхность плиты шероховатой. Антискользящие свойства крайне важны, так как изначально материал предназначался для дорожных покрытий. Позже его стали использовать при строительстве сейсмоустойчивых домов, а также автомобильных мостов. Это ли не доказательство высокой прочности? Сегодня гибкий бетон довольно активно используется в Японии и США. Можно не сомневаться, что за ним — большое будущее.

Впрочем, справедливости ради стоит заметить, что гибкий бетон не безупречен. Основной его недостаток — высокая цена. Модифицированный состав стоит в три раза дороже обычного. Это тормозит его распространение, но есть основания полагать, что со временем разработчики найдут способ удешевить технологию.

Разумеется, исследования по созданию гибкого бетона ведутся и в России. Уже довольно давно существуют заслуживающие внимания продукты. Например, добавка «Эластобетон», сертифицированная ГОСТ ISO 9001-2011. Она служит не только для придания материалу эластичности, но также для увеличения прочности, морозостойкости и износостойкости.

Кроме того, ее использование позволяет сократить толщину бетонной стяжки, сэкономив на количестве смеси, и ускорить ее затвердевание.

Добавка «Эластобетон» позволяет заливать бетон при температуре до −5°С, не опасаясь потери прочности из-за замерзания смеси

Модификатор активно используют при изготовлении бетонных полов, подверженных большим нагрузкам. В основном на промышленных объектах, таких, как склады, гаражи и производственные цеха.

Добавки «Эластобетон А» и «Эластобетон Б»

Существует три разновидности добавок, повышающих эластичность и прочность бетона. «Эластобетон-A» служит для создания бетонных стяжек толщиной от 40 мм. Он позволяет сократить срок затвердевания бетона до 7 суток. То есть уже спустя неделю после заливки смеси пол можно подвергать нагрузкам. «Эластобетон-B» предназначен для создания упрочненных стяжек толщиной от 15 мм. Такой пол можно ввести в эксплуатацию уже через 5 дней. И наконец, «Эластобетон-C» — стяжка толщиной от 8 мм и 5-6 дней соответственно.

Завершая тему гибкого бетона, расскажем о еще одной интересной разработке. Оказывается, материалу можно не только придать эластичность, но и научить его реставрировать себя самостоятельно. Существует так называемый самовосстанавливающийся эластичный бетон

, созданный учеными из Нидерландов (Хенк Йонкерс и Эрик Шланген). В его состав помимо цемента, песка и модифицирующих добавок входят гранулы биоразлагающегося пластика с лактатом кальция и спорами бактерий, которые им питаются. Микроорганизмы, законсервированные в теле плиты, находятся в спящем состоянии, пока монолит цел. Но стоит появиться трещинам, влага пробуждает бактерии, и они начинают питаться пластиком. А результатом их жизнедеятельности является кальцит (известняк) заполняющий повреждения.

Эта перспективная разработка пока еще не получила широкого применения из-за высокой себестоимости, но, как и в случае с простым гибким бетоном, со временем она станет более доступной.

Сравнение обычного и самовосстанавливающегося бетонов

Полимерные заплатки

Южнокорейские специалисты из университета Юнсэй предлагают использовать специальное покрытие для бетона, состоящее из полимерных капсул.

«Работает» оно так:

Бетонная поверхность обрабатывается покрытием, содержащим микрокапсулы, заполненные особым полимерным веществом (а);
При появлении трещин капсулы на их месте раскрываются, а жидкие полимеры их заполняют (б);
Под действием ультрафиолетовых солнечных лучей вещество затвердевает и восстанавливает прочность бетона (в).

Автором и ведущим разработчиком этого исследования стал Чань-Мун Чун, профессор химии полимеров. Именно он вместо того, чтобы искать укрепляющие бетон добавки, решил научить его восстанавливаться без участия человека.

Самовосстанавливающийся бетон

Хенк Джонкерс (Henk Jonkers) из нидерландского Делфтского технического университета создал биобетон – продукт, который может восстановить свои трещины и разломы. Джонкерс говорит, что изначально начал работу над биобетоном, когда он работал с технологом, который искал возможность улучшить безопасность бетона с помощью биологического решения. Этот производственный момент оказался правильно и в нужное время заданным вопросом. Бетон с возрастом твердеет, но в нем также появляются трещины.

По словам Джонкерса, микробиолога, трещины, которые образуются в бетоне, не просто неприглядны, они могут в конечном итоге привести к повреждению конструкции.

«Причина такой проблемы, как трещины в бетоне, это протечки», говорит Джонкерс. «Если в бетоне есть трещины, вода попадает в них и оказывается в вашем подвале или в гараже. Во-вторых, если эта вода просочится к стальной арматуре – в бетонной конструкции всегда есть стальные арматурные стержни – и если они подвержены коррозии, структура разрушается».

Джонкерсу и его команде потребовалось три года, чтобы произвести этот самовосстанавливающийся прототип, который должен преодолеть наиболее очевидное препятствие: поиск бактерий, которые могут выжить в суровых условиях бетона.

«Этот материал очень сухой, как камень или скала», говорит микробиолог. Для решения проблемы с сухостью, команда использовала палочковидную бактерию по причине ее выносливости и долголетия. Бактерии и их источник питания – лактат кальция – упакованы в крошечные капсулы, которые растворяются, когда вода попадает в трещины бетона. После освобождения, бактерии потребляют лактат кальция, в результате чего происходит химическая реакция, которая создает известняк, который затем заполняет пробелы.

Спасательная станция на озере в Нидерландах был использована в качестве места для первого применения биобетона. Тест на прототипе оказался положительным.

«Это объединение природы со строительным материалом», сказал Джонкерс. «Природа, предоставляет нам много функциональных возможностей в свободном доступе, в этом случае – известняк, производящий бактерии. Если мы можем использовать его в материалах, мы действительно можем извлечь из этого пользу, так что я думаю, что это хороший пример соединения природы и строительного материала вместе в одной новой концепции».

Биобетон готовится и смешивается как обычный бетон, но с дополнительным ингредиентом – «исцеляющим агентом». Он остается неизменным во время смешивания, но растворяется и становятся активными, если вода попадает в трещины в бетоне.

Бетон является средой с высокой щелочностью и «исцеляющие» бактерии должны ждать в покое в течение многих лет, прежде чем активируются водой. Джонкерс выбрал палочковидные бактерии, потому что они процветают в щелочной среде и производят споры, которые могут выжить в течение многих десятилетий без еды и кислорода. «Следующей задачей было не только получить активные бактерии в бетоне, но и заставить их производить ремонтный материал для бетона – это известняк» объясняет Джнкерс.

Для того, чтобы производить известняк, бактериям нужен источник питания. Сначала рассматривали такой вариант как сахар, но с добавлением сахара в смесь получается мягкий, слабый, бетон. В конце концов, Джонкерс выбрал лактат кальция, поместив бактерии и лактат кальция в капсулы, изготовленные из биоразлагаемого пластика, и добавив капсулы во влажную бетонную смесь.

Когда трещины, в конечном итоге, начинают образовываться в бетоне, в них попадает вода и открывает капсулы. Затем бактерии прорастают, множатся и питаются лактататом кальция, и при этом они соединяют вместе кальций с карбонат-ионами, образовывая кальцит или известняк, который закрывает трещины.

Ученый надеется, что его биобетон может быть началом новой эры биологических зданий. Если это так, влияние на архитектурные и инженерные методики может быть очень значительным.

Самозалечивающийся эластичный бетон

Известно, что бетон применялся людьми в строительстве еще 4000 лет назад. Потом о нем забыли, и изначальный состав этого стройматериала был утерян. Однако в XIX веке бетон изобрели поновому.

Промышленный подъем и последовавший за ним строительный бум требовали крепкого и дешевого строительного материала. Лучшим решением стало изобретение качественного вяжущего материала для производства бетона. В 1824 году британец Джозеф Аспдин предложил собственную разработку — портландцемент. С тех пор эту смесь начали использовать в качестве связующего в бетонах и растворах.

Материал не был идеальным. В частности, строители столкнулись с проблемой слабости бетона к изгибу и растяжению. В связи с этим в начале ХХ века появился железобетон, в котором нагрузки на растяжение принимала на себя стальная арматура. Новый стройматериал сделал доступным возведение сложных конструкций — небоскребов, дамб, гидроэлектростанций и т.д.

Железобетон считается очень прочным материалом. Однако он не застрахован от появления трещин и микротрещин, через которые в бетон попадает влага. Это, в свою очередь, приводит к нежелательным последствиям: из-за водной эрозии снижается прочность постройки, армирующие элементы повреждаются коррозией, нарушается герметичность конструкции, возрастает риск появления плесени и грибков.

Для решения этой проблемы ученые принялись за разработки, призванные активизировать в строительном материале процессы самовосстановления. Основное направление — поиск самозалечивающегося, гибкого бетона, который сможет восстанавливаться при любых воздействиях и будет эффективно противостоять деформациям.

Один из методов придуман голландским ученым Хенком Джонкерсом. Он взял за основу свойство регенерации костей человека, при которой большую роль играет кальций, придающий прочность и пластичность скелету.

В состав голландской версии самовосстанавливающегося бетона входят бактерии Bacillus pseudofirmus и Sporosarcina pasteurii, которые способны выжить в щелочной среде, в том числе в бетоне. Бактериям не нужны дополнительные питательные вещества. При взаимодействии с водой они запускают реакцию по образованию карбоната кальция, содержащего 40% кальция. Таким образом, при попадании в бетон влаги данные бактерии выделяют известковое вещество, играющее роль «пластыря» для стройматериала.