Есть мнение Бетон Железобетонная гибкость

Железобетонная гибкость

Инженер-строитель ВИКТОР ЛИ разработал бетон, который гнется и сам восстанавливает трещины. Анна Вандер Брук

Проблема мостов актуальна даже для такой экономически развитой страны, как Соединенные Штаты. Обычный мост строится там в расчете на 50 лет службы (и это с учетом того, что его регулярно ремонтируют), однако средний возраст мостов сегодня составляет 42 года. В прошлом году Министерство транспорта США объявило четверть мостов дефектными или функционально устаревшими. «У нас растет массив изношенной инфраструктуры, и профилактический ремонт не позволяет наверстать упущенное, — говорит Ли. — Этот разрыв нельзя заполнить деньгами. Единственный способ — новые технологии». Самовосстанавливающийся бетон подоспел как раз кстати.

По данным Портлендской цементной ассоциации, в прошлом году весь мир использовал 3 млрд т цемента, основного ингредиента бетона (другие три компонента — гравий, песок и вода). Главные достоинства бетона — низкая стоимость и высокая прочность на сжатие. Основной же его недостаток — ломкость. Для повышения прочности ему нужна стальная арматура. Но сочетание стали с бетоном — потенциальный источник проблем на поверхности моста или дороги. От тяжелых грузовиков возникают трещины, в них попадает вода с солью, и сталь ржавеет. В результате дорожное покрытие постепенно рассыпается.

В основе самовосстанавливающегося бетона Ли лежит материал, изобретенный им в 1990 году, который он называет специализированным цементирующим композитом. Он включает часть ингредиентов портландцемента, но самые грубые элементы смеси заменены микроволокном. Когда композит испытывает нагрузку, он прогибается, не раскалываясь. Если образуются трещины, их ширина не превышает 50 микрон, это тоньше человеческого волоса. Крохотные трещины могут сами восстанавливаться.

Процесс восстановления покрытия из нового бетона похож на заживление человеческой кожи. Порез от бумаги заживет быстрее, чем двухсантиметровая рана. Когда в бетоне Ли возникают трещины толщиной с волос, сухой композит подвергается воздействию атмосферной влаги и впитывает ее. По мере впитывания образуется новый бетон, который заполняет трещинку. Тем временем ионы кальция в треснувшем бетоне вступают в реакцию с влагой и диоксидом углерода из воздуха, образуя карбонат кальция — проще говоря, мел. Это позволяет бетону восстановить прежнюю прочность.

«Если самовосстанавливающийся бетон может свести трещины к минимуму, это позволит добиться от него большего срока службы и надежности», — говорит Эндрю Херрман, партнер нью-йоркской консалтинговой фирмы в области транспортной инфраструктуры Hardesty & Hanover.

В 2002 году Ли представил предварительный вариант бетона, который был гибким (но не самовосстанавливающимся). Сгибающийся бетон был использован для поглощения энергии при землетрясениях в центральном стволе нескольких высотных зданий в Японии, в том числе в жилой башне в Осаке, сданной в этом году. По оценкам Ли, самовосстанавливающийся бетон можно будет использовать при строительстве мостов и дорог через пять лет.

Мичиганский университет получил в этом году патент на новый вид бетона; изобретателями названы Ли и его бывший студент магистратуры Энь-Хуа Ян. Сейчас университет ведет переговоры с производителями стройматериалов о лицензировании этой технологии.

Ли переехал в США из Гонконга в 1973 году. В Университете Брауна он получил диплом бакалавра по экономике и общему машиностроению и в 1981 году защитил диссертацию по механике твердого тела и строительной механике. Еще будучи студентом, Ли поражался тому, что у столь богатой страны, как Америка, такие изношенные дороги и мосты, особенно по сравнению с Гонконгом. Это подтолкнуло его к поиску решения.

Самовосстанавливающийся бетон стоит примерно втрое дороже обычного, говорит Ли, но он окупается за счет снижения расходов на ремонт. По его оценке, мост Гроув-стрит, пересекающий хайвэй в штат Мичиган, который построен из обычного бетона, будет ежегодно требовать расходов на обслуживание, использование и охрану окружающей среды (так называемые издержки жизненного цикла) в размере $350 000 в течение 60 лет. Если тот же мост построить из самовосстанавливающегося бетона, издержки жизненного цикла были бы на 50% ниже. Это позволило бы сэкономить $11 млн и в будущем окупить дополнительные затраты на строительство.

Получив финансирование в размере $9 млн от Национального института стандартов и технологии и $10 млн от различных спонсоров, в том числе Министерства транспорта штата Мичиган, Ли теперь работает над следующим проектом. Это бетон, который не только сам восстанавливает трещины, но и сообщает о повреждениях системам мониторинга.

Журнал "Forbes" №12 (69) Декабрь 2009