Бетон как искусство

0

Один из них способен выстоять под нагрузкой столько, сколько существует цивилизация. Другой свободно пропускает сквозь себя поток воды. Из третьего вырастает трава. Эти необычные разновидности самого распространённого строительного материала на Земле могут оказать большое воздействие на жизнь людей, на эстетику нашей среды обитания, на экономику и экологию. Вы до сих пор полагаете, что бетон – это серая скука?

Разнообразие сортов бетона ныне таково, что их разработку, получение, изучение и совершенствование впору величать самостоятельной наукой. И хотя бетон сам по себе известен людям шесть тысяч лет, а так называемый современный (на основе цемента) — с середины XIX века, до сих пор в этой науке остаётся много белых пятен.

Обмануть физику

Скажем, есть такое явление, как ползучесть бетона, — усиление деформации со временем при постоянной нагрузке. Она среди прочего влияет на долговечность конструкций. Строителям известно немало способов улучшить этот показатель (то есть — снизить ползучесть), но действуют они чаще методом перебора составов и испытаний готовых изделий. Да и испытания эти приходится проводить в естественных условиях, а значит — годами. Ведь упомянутые процессы растянуты во времени.

А можно раскрыть секрет ползучести, просто посмотрев на структуру бетона поглубже? Детальное изучение частиц бетона на наноуровне провели Франц-Йозеф Ульм из Массачусетского технологического института и Матьё Вандамм из университета Парижа. Авторы исследования смогли за минуты получить данные, которые при традиционном испытании макрообразцов приходилось ждать годами.

«Наконец мы можем объяснить, как происходит ползучесть», — заявил Ульм, потративший на «бетонологию» 20 лет жизни. Оказалось, что этот негативный процесс связан с перераспределением наноразмерных частиц гидросиликата кальция (C–S–H), которые меняют свою плотность упаковки — в одних местах на большую, в других на меньшую.

Также авторы работы показали, как известный способ улучшения бетона — добавка силикатного дыма или микрокремнезёма (это побочный продукт металлургической промышленности) – сказывается на структуре состава на всё том же микро— и наноуровне.

Эти микроскопические частицы встраиваются в пространство между гранулами C–S–H в тех местах, где обычно находятся молекулы воды, тем самым мешая дальнейшему смещению гранул по мере старения конструкции.

Ульм и Вандамм при помощи ряда опытов и математических моделей показали, что замедление ползучести влияет на долговечность изделия экспоненциально, и что при помощи наноразмерных добавок ползучесть готового бетона под нагрузкой, при тех же самых внешних условиях, можно снизить ещё в 2,6 раза против лучших образцов. А это может иметь драматические последствия для отрасли и в целом человечества.

Скажем, саркофаги для ядерных отходов, сделанные из обычного бетона, могут простоять без существенных повреждений лет 100, а из ультравысокоплотного, приготовленного с учётом новых знаний, — все 16 тысяч лет, утверждают учёные.

Мало того, теперь мы можем создать бетонные сооружения, способные посрамить Великие пирамиды в области долговечности. (Существует, кстати, гипотеза, гласящая, что значительная часть объёма Великих пирамид сделана не из камня, а из бетона. У неё есть ряд сторонников, но она не доказана.)
А вот какой нам – рядовым жителям – прок от такого сверхдолговечного бетона? Из него можно было бы делать плотины, мосты и каналы, не теряющие товарный вид, то есть не требующие ремонта или полной переделки буквально столетиями.

Уже только это могло бы сократить воздействие промышленности на окружающую среду, ведь огромное число сооружений, не требующих замены через 30, 40 или 60 лет, как раньше, означает сокращение потребности в бетоне. А его сейчас на Земле производят в количестве 20 миллиардов тонн в год, и имеется 5-процентный ежегодный рост выпуска. При этом данная отрасль генерирует от 5% до 8% от общего выброса углекислого газа в атмосферу.

Кроме того, «нанобетон» обладает большей прочностью, а значит, изделия из него можно делать тоньше. При этом тонкие изделия обычно более чувствительны к ползучести, чем массивные. А её мы теперь можем победить. Вот и ещё один путь сокращения выпуска бетона, а значит — выбросов парниковых газов.

Поскольку работа Ульма и Вандамма велась на средства французской компании Lafarge Group, мирового лидера в области стройматериалов, есть шанс, что теоретические выкладки учёных не останутся без внимания практиков.

Как не осталось без внимания другое изобретение последнего времени — проницаемый бетон, выпускаемый рядом поставщиков, в частности, в США.

Много бетона – хорошего и разного

Не странно ли? Обычно бетон стараются сделать как можно более непроницаемым — дольше простоит. Но тут иной принцип. Водопропускающие бетонные плиты делают из сравнительно крупных и стойких гранул бетона, которые склеиваются между собой так, что между ними остаются многочисленные пустоты и каналы (они составляют 15-25% объёма) — путь для воды.

В чём смысл такой затеи? Дело в том, что в городах из-за вездесущего нашествия асфальта и бетона кардинально меняется режим стока дождевых вод, в сравнении с дикой природой. В городе в почву попадает минимум воды, поверхностный сток максимален, да и тот, в конце концов, уходит по ливневой канализации в реки или моря. Траве и деревьям перепадает минимум влаги, и это одна из причин чахлой растительности.

В лесу, напротив, поверхностного стока почти нет, вода накапливается в толще грунта, где её «пьют» корни деревьев. Но не ходить же в городах по голой земле?

Проницаемый бетон — один из возможных ответов на этот вопрос (второй — это плиты из обычного монолитного бетона, но с множеством крупных вырезов, такие во многих местах можно увидеть в роли бетонно-травяных автостоянок).

Новый бетон — привлекательный материал для различных дорожек и подъездных путей. При этом он ещё и экономит средства строителей за счёт отказа или уменьшения числа сточных труб на участке — пусть вода впитывается грунтом так, как это происходит за городом.

Заметим, самый обычный бетон тоже неплохо держит влагу (собственно, вода является его частью), чем и воспользовалась лиссабонская e-studio, когда создавала свой «Органический бетон» (Betao Organico). Не новая работа. Образец такого бетона дизайнеры показали публике осенью 2005-го. Но идея до сих пор актуальна.

Соединение живого и искусственного в одном флаконе достигнуто интеграцией семян в бетон с небольшими полостями, с добавкой толики грунта. Трава, мол, сама выберет нужную влагу из толщи плиты, если снаружи окажется слишком сухо.

Такие плиты могли бы стать ещё одним элементом городского дизайна, приближающего бетонные джунгли чуть-чуть к природе. Насколько при таком сплаве менялись бы прочность и долговечность материала — авторы не сообщили. Но для декора это не существенно. Зато каков эффект.

Полагаем, на этом фантазии «бетонологов» не исчерпаются. Причём этот многоликий материал уже не раз давал нам повод для удивления. Так, уже существует, например, "прозрачный" бетон, который так же прочен, как и традиционный, но благодаря тысячам вложенных стеклянных волокон, формирующих матрицу, сквозь него можно увидеть, например, силуэт человека или дерева. Или гибкий бетон – он намного лучше обычного противостоит изгибу, да ещё и способен «вылечивать» себя после небольших повреждений. Одним словом, прогресс не стоит на месте – и это вселяет надежду на то, что в будущем каменные джунгли мегаполисов станут намного живее.

Подготовила Мирослава Наумова
По материалам Membrana.ru

Поделиться.

Комментарии закрыты