Samoopravitelný beton je obecný název pro různé moderní vývojové trendy a inovativní řešení navržená tak, aby změnila strukturu materiálu a učinila jej schopným obnovy a odolnosti vůči různým vlivům. Vzhledem k tomu, že beton je dnes jedním z nejžádanějších a nejoblíbenějších materiálů v opravárenském a stavebním průmyslu, je hledání nových výrobních metod aktuálnější než kdy dříve.
Každý rok se na světě vyrobí až 10 miliard tun betonového roztoku. Přes některé nedostatky zatím není možné nahradit beton materiálem se stejnými výhodami a technickými vlastnostmi. Vědci po celém světě proto neustále provádějí výzkum a experimenty ve snaze vyrovnat takové nevýhody betonu, jako je smršťování, pravděpodobnost prasklin a deformací, nestabilita vůči vnějším vlivům atd.
Hlavním směrem moderního vývoje je hledání samoopravného, pružného betonu, který bude účinně odolávat deformaci a bude schopen se zotavit při jakémkoli nárazu.
Druhy samoopravných betonů
Moderní výrobci nabízejí velký výběr betonových směsí, ale samoopravná řešení jsou stále ve fázi vývoje a ve stavebnictví se aktivně nepoužívají. V různých částech světa se vyrábí několik druhů betonu, které mají šanci stát se v budoucnu populárními a často používanými.
Více o konkrétních inovacích
Vývoj a práce na vytvoření pružného betonu schopného samoopravy probíhají již delší dobu. Na základě Binghamtonské univerzity (New York) tedy s pomocí vědců Rutgersovy univerzity vznikla nová směs – nazvala se samoléčivý beton. Materiál je také známý jako houbový beton a má potenciál eliminovat problémy s praskáním betonových monolitů.
Vědci zjistili zajímavý bod: vzali houbu Trichoderma reesei, vmíchali ji do tradiční cementové směsi, poté strukturu zalili a uměle vytvořili trhliny. Když byla zjištěna první trhlina, houba (před spaním) se stala aktivnější. Jak kyslík a voda vnikly do trhlin, rostly spóry hub a vytvářely uhličitan vápenatý, aby vyplnily a utěsnily trhliny.
Zatímco výzkum je stále v rané fázi, existuje mnoho nezodpovězených otázek, z nichž nejdůležitější se týká přežití houby Trichoderma reesei v drsném prostředí.
Další ponory do řešení
Další skupina vědců z University of Cardiff (Wales) testovala 3 technologie pro hojení betonu: polymerní tvarovou paměť, použití bakterií a léčivých činidel prostřednictvím mikrokapslí a vstřikování organických/anorganických materiálů do struktury materiálu.
V Britské Kolumbii oznámili vědci z Victoria University (Department of Civil Engineering) zahájení různých experimentů s vlákny (dřevěná buničina, popílek). Mohou pomoci vytvořit jedinečný vzorec pro samoopravný beton.
V Kanadě vytvořili ekologický kompozit na bázi směsi plast-cement. Tento stavební materiál je vyztužený polymerovými vlákny a při testech se ukázalo, že takové řešení je schopno odolat otřesům zemětřesení o síle až 9 bodů Richterovy stupnice.
Od moderního výzkumu po starověký Řím
Samotná myšlenka betonu a cementu nebyla vynalezena Římany, ale vypůjčena od starých Řeků. Existuje tedy příklad dobře zachovalé vodní nádrže v řeckém městě Megara – její konstrukce byly potřeny něčím podobným cementu. A pokud budete studovat tento cement, můžete najít speciální složku, která dává pevnost a pevnost starořímským budovám.
Složení řeckého cementu zahrnovalo sopečný popel – dnes se mu říká „puzzolán“. Poté se těžila u kopců města Puteoli (dnes Pozzuoli) u Vesuvu, odkud pochází i název látky. Beton se sopečným popelem se ve starém Římě začal používat od 2. století před naším letopočtem. PŘED NAŠÍM LETOPOČTEM. Do směsi byly přidány pucolán, vápno, pemza, sopečný tuf, kameny a písek.
Staří Římané nazývali svůj materiál řeckým slovem “emplekton” nebo latinským “rudus”, stahujícím – “opus caementum”. Francouzský výraz „beton“ se objevil až v 18. století.
Inovace profesora Richarda Riemanna
Profesoru Richardu Riemannovi se podařilo vytvořit lehký a ekologický beton, který má vlastnosti hydrotermálního zhutňování v kapalné fázi. Profesor tvrdí, že dokázal snížit uhlíkovou stopu cementu / betonu až o 70 % a nakonec není vyloučena ani absorpce oxidu uhličitého. Ale tato technologie, stejně jako veškerý moderní vývoj, vyžaduje pečlivé studium, zdokonalení, získání spolehlivých výsledků testů atd.
Tajemství starověké římské technologie
Před několika lety američtí vědci studovali starořímské opus caementum, porovnávali jej se složením moderního materiálu a našli důvod jeho pevnosti a odolnosti. Puzzolán obsahuje velké množství křemičitanu hlinitého (nenachází se v moderním betonu), který po smíchání s mořskou vodou dává horkou chemickou reakci, při které se ve struktuře roztoku objeví minerál hliník-tobermorit a je zodpovědný za zvýšenou sílu.
Studium tohoto chemického procesu v mořských strukturách je zvláště důležité. Přístav Heroda Velikého (Cesarea, 1. stol. př. n. l. včetně přístavu a komplexu ochranných staveb), vytvořený podle římských technologií, je tedy již dva tisíce let neustále omýván mořskými vlnami a částečně zůstává pod vodou. A reakce s tvorbou Al-tobermoritu v monolitu postupně probíhá roky, stovky let (možná i dnes). Beton přístavních zařízení je každým dnem pevnější a není známo, jak dlouho ještě v budoucnu vydrží.
Římští stavitelé používali beton v různých verzích, standardizovali také složení směsi: standardizovali technologie, studovali chemické složení a dodržovali normy. A pevnost betonového monolitu v budovách, které se dnes staví, je navržena maximálně na 100-120 let, zatímco římské stavby stojí 2000 let a přežijí i moderní stavby.
Yaklashkin, V. N. Samoopravitelný beton v železobetonových konstrukcích / V. N. Yaklashkin, R. R. Khasanshina, A. F. Pyrkin, E. V. Lyukshenkova. – Text: přímý // Mladý vědec. – 2023. – č. 28 (475). – S. 29-32. — URL: https://moluch.ru/archive/475/104888/ (datum přístupu: 30.08.2023).
Článek uvažuje o využití jedné ze slibných biogeotechnologií, mikrobiálně indukované precipitaci kalcitu (MICP). Tato technologie je jedním z nejúčinnějších způsobů, jak vytvořit samoopravný beton. Budou vybrány bakterie k odstranění vzniklých trhlin v betonu, analyzována je podstata jejich práce, klady a zápory, ziskovost, relevance na trhu a jejich další vývoj.
Klíčová slova: beton, železobeton, bakterie a MICP.
Článek se zabývá aplikací jedné ze slibných biogeotechnologií – mikrobiálně indukované precipitace kalcitu (MICP). Tato technologie je jedním z nejúčinnějších způsobů, jak vytvořit samoopravný beton. Budou vybrány bakterie k odstranění trhlin v betonu, podstata jejich práce, klady a zápory, nákladová efektivita, relevance na trhu a bude analyzován jejich další vývoj.
Klíčová slova: beton, železobeton, bakterie a MICP.
Beton se jako stavební materiál používá již více než čtyři tisíciletí. Díky svým vlastnostem je tento materiál stále nejrozšířenějším stavebním materiálem. S pomocí tohoto materiálu je možné vyrobit konstrukce různých staveb, budov a staveb v poměrně krátkém čase.
Není však žádným tajemstvím, že nejčastější závadou na betonových plochách jsou praskliny v železobetonových konstrukcích. Důvodem jejich vzhledu mohou být: výsledky různého výkonového zatížení, smršťování a teplotní namáhání betonu apod. Praskání betonu negativně ovlivňuje únosnost konstrukce. Těmito trhlinami prosakuje vlhkost, která následně nasytí materiál a proniká do kovových armatur. Vlivem vlhkosti uvnitř betonové konstrukce začne korodovat a snižovat její pevnostní charakteristiky.
Když se objeví trhliny, je nutné urychleně přijmout opatření k jejich odstranění, protože snižují pevnostní charakteristiky budovy, zhoršují její vzhled a snižují její životnost. Ale bohužel dnes široce používané metody odstraňování trhlin nejsou příliš účinné. Vyžadují čas, práci a materiálové náklady. Také není vždy možné tyto stejné trhliny včas odhalit. Nebo jsou na těžko dostupných místech.
Na základě toho můžeme vyvodit zřejmý závěr, že beton je třeba zlepšit, aby se prodloužila jeho životnost a minimalizovaly se opravy v budoucnu.
Nizozemští vědci (vedení Hankem Jonkersem, mikrobiologem z University of Delft) a britští vědci z University of Bath hledali řešení tohoto problému. Jejich studie je založena na jedné ze slibných biogeotechnologií – mikrobiálně indukované precipitaci kalcitu ( mikrobiálně indukované srážení kalcitu — MICP). Tato technologie je jedním z nejúčinnějších způsobů, jak vytvořit samoopravný beton. Zahrnuje zavedení bakterií do složení směsi, které v důsledku své životně důležité aktivity přispívají k „hojení“ trhlin.
Ze všech bakterií schopných MICP byly vybrány bakterie rodu Bacillus subtilis. Pouze tyto alkalickofilní bakterie se dokázaly přizpůsobit vysoce alkalickému prostředí betonu. Vybrané bakterie vykazovaly nejlepší výsledky: jsou-li v betonu, mohou zůstat v jakémsi „spícím“ stavu po dobu dvou set let, aktivují se pouze tehdy, když do nich vstoupí kyslík nebo voda.
- Laktát vápenatý je spolu s bakteriemi umístěn v biologicky odbouratelných plastových kapslích o průměru 2–4 mm.
- Tyto kapsle se zavádějí do betonové směsi pomocí chemicky aktivních přísad.
- Za standardních provozních podmínek kapsle neztrácejí svou integritu a bakterie existují v suspendované animaci. Při vzniku mikrotrhlin dochází k narušení struktury tobolek, do bakterií se dostává vlhkost, která je vyvede z anabiózy a aktivuje je.
- Dále dochází k rychlému nárůstu velikosti populace s konzumací laktátu vápenatého. Odpadním produktem bakterií je vápenec, který zase vyplňuje mikrotrhlinku.
Při porovnání samoopravitelného betonu s konvenčním bude mít první z nich výhodu odolnosti proti trhlinám, je také pružnější a o 40-50 % lehčí.
Porovnání vlastností samoopravných betonů a obyčejný beton
