Гибкий бетон: что делает его эластичным, но сверхпрочным?

Блоки из костробетона

Естественно, не осталась в стороне и Америка – на базе Массачусетского технологического института была организована краудсорсинговая платформа (ресурс для привлечения свежих идей и широкого круга исполнителей). Там и появился интересный с практической точки зрения проект Чада Нутсена. Частный дизайнер разработал строительные блоки из костробетона, производимые методом 3D-печати.

Основу блока составляет конопляная пенька (костра), в качестве минерального наполнителя – песок, вяжущее – портландцемент. Используя органику в качестве основного компонента, позволяющего значительно сократить долю вяжущего, реально уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа.

Если бы речь шла только о сырьевой составляющей блока, ничего принципиально нового дизайнер не изобрел: и соломенный саман известен несколько веков, и от более современного арболита на древесной щепе костробетон недалеко ушел.

Однако фишка еще и в способе производства, и внутреннем строении – блок не монолитный, конопляно-цементная смесь при застывании образует ячеистую, напоминающую костную, структуру.

За счет этого блок получается легким, но максимально прочным, и в процессе печати реально заложить полости под все инженерные сети (электропроводка, коммуникации). Форма блоков также произвольная – они могут быть изготовлены как типовыми брусками, так и фигурными.

Применяемая Нутсеном ультразвуковая кавитация позволяет использовать в качестве основы не только конопляную костру, но и любой органический композит, так как сырье в процессе переработки максимально измельчается. Чтобы доказать, что костробетон действительно не уступает более привычным материалам в прочности, превосходя многие из них в плане экологичности, разработчик с единомышленниками планирует использовать их для строительства большого дома.

Инновации затрагивают все сферы нашей жизни – можно вырастить шезлонг, а вместо громоздкого дивана установить в маленькой квартире универсальный модуль. Вместо люстры и бра уже используют светящиеся обои, а в качестве дачи – картонный дом. И посмотрите видео о стеклянном доме, тоже не самом типовом, но от этого не менее привлекательном строении.

Виды эластичного бетона

Гибкий бетон – смесь цемента, воды, заполнителя и полимерных волокон, которая в результате твердения дает искусственный материал, способный выдерживать изгибающие напряжения. По характеристикам прочности сопоставим со стальными материалами.

Композит в несколько раз превышает показатели гибкости обычных цементных конструкций [1]. Этот бетон нашел применение в сейсмостойком строительстве, изготовлении конструкций со сложными архитектурными решениями, в строительстве мостов. Основные страны-производители гибкого бетона ConFlexPave – Япония и США.

Самозалечивающийсяэластичныйбетон – прочный полимерцементный бетон, в качестве добавки содержащий законсервированный вид бактерий. При повреждении конструкции бактерии активизируются под воздействием влаги. В результате взаимодействия с бетоном воды и атмосферного углекислого газа, в трещинах образуется карбонат кальция.

Ввиду высокой стоимости, в настоящее время массового производства этого бетона нет. Но изобретатель продолжает исследовательскую работу по улучшению характеристик бетона и снижению цены его производства.

Прозрачный бетон – смесь бетона с кварцевыми оптоволоконными нитями. Такой бетон имеет эффект оптической проницаемости. Нити в составе бетона придают материалу повышенную прочность на сжатие и изгиб.

В отличие от двух предыдущих, прозрачный бетон выпускается в России. В основном применяется как декоративный отделочный материал для оформления стен, перегородок, лестничных маршей, столешниц. Выпускается под марками LintraCon, Illumicon.

Благодаря армированию стекловолокном материал имеет улучшенные характеристики по сравнению с обычным бетоном. Помимо повышенной прочности, водостойкости и хороших звукоизоляционных качеств, прост в изготовлении. Такой бетон можно сделать самостоятельно.

Гибкий бетон

Как работает биобетон

Специально подобранные виды бактерий рода Bacillus, наряду с кальциевым питательным веществом, известным как лактат кальция, а также азотом и фосфором, добавляются к ингредиентам бетона при его смешивании. Эти самовосстанавливающиеся агенты могут дремать в бетоне до 200 лет.

Однако, когда бетонная конструкция повреждена и вода начинает просачиваться через трещины, которые появляются в бетоне, споры бактерий прорастают при контакте с водой и питательными веществами. Активировавшись, бактерии начинают питаться лактатом кальция.

По мере того как бактерии питаются кислородом, он расходуется, а растворимый лактат кальция превращается в нерастворимый известняк. Известняк затвердевает на потрескавшейся поверхности, тем самым уплотняя ее. Он имитирует процесс, с помощью которого переломы костей в человеческом теле естественным образом исцеляются клетками остеобластов, которые минерализуются, чтобы переформировать кость.

Потребление кислорода при бактериальном превращении лактата кальция в известняк имеет дополнительное преимущество. Кислород является важным элементом в процессе коррозии стали, и когда бактериальная активность израсходовала его полностью, это увеличивает долговечность стальных железобетонных конструкций.

Две части самовосстанавливающегося агента (бактериальные споры и питательные вещества на основе лактата кальция) вводятся в бетон в виде отдельных гранул керамзита шириной 2-4 мм, которые гарантируют, что агенты не будут активированы в процессе смешивания цемента.

Только когда трещины открывают гранулы и входящая вода приводит лактат кальция в контакт с бактериями, они активируются. Испытания показали, что когда вода просачивается в бетон, бактерии быстро прорастают и размножаются. Они превращают питательные вещества в известняк в течение семи дней в лаборатории.

На улице, при более низких температурах, процесс занимает несколько недель. Начальная точка исследования заключалась в том, чтобы найти бактерии, способные выживать в экстремальной щелочной среде. Цемент и вода имеют значение рН до 13, когда смешиваются вместе, обычно это враждебная среда для жизни: большинство организмов погибает в среде со значением рН 10 или выше.

Поиск сосредоточился на микробах, которые процветают в щелочных средах, которые можно найти в естественных условиях, таких как щелочные озера в России, богатые карбонатами почвы в пустынных районах Испании и содовые озера в Египте. Образцы эндолитических бактерий (бактерий, которые могут жить внутри камней) были собраны вместе с бактериями, обнаруженными в отложениях озер.

Было обнаружено, что штаммы бактерий рода Bacillus процветают в этой высокощелочной среде. Еще в Дельфтском университете бактерии из образцов выращивали в колбе с водой, которая затем использовалась в качестве части водной смеси для бетона. В небольшой бетонный блок были встроены различные виды бактерий.

Каждый бетонный блок будет оставлен на два месяца, чтобы его крепко установить. Затем блок измельчали в порошок, а остатки проверяли, выжили ли бактерии. Было обнаружено, что единственной группой бактерий, которые смогли выжить, были те, которые производили споры, сравнимые с семенами растений.

Такие споры имеют чрезвычайно толстые клеточные стенки,которые позволяют им оставаться неповрежденными до 200 лет, ожидая лучшей среды для прорастания. Они активизируются, когда бетон начинает трескаться, пища становится доступной, а вода просачивается в структуру.

Этот процесс понижает рН высокощелочного бетона до значений в диапазоне (рН от 10 до 11,5), при которых происходит активация бактериальных спор. Поиск подходящего источника пищи для бактерий, которые могли бы выжить в бетоне, занял много времени, и было испробовано много различных питательных веществ, пока не было обнаружено, что лактат кальция является источником углерода, который обеспечивает биомассу. Если он начинает растворяться в процессе смешивания, лактат кальция не влияет на время схватывания бетона.

До и после. Фотографии поверхности плиты из самовосстанавливающегося бетона. Трещина видна на левом изображении, а справа белый известняк заполнил щель

Новый взгляд на гибкость бетона

https://www.youtube.com/watch?v=_Vij67UeHz0

Да, именно исключить арматуру из железобетона. Подобной целью задались ученые, работающие в сингапурской школе экологической инженерии NTU’s School of Civil and Environmental Engineering. Они разработали уникальную добавку в бетон, делающую его не только более прочным, а также максимально гибким и практически не скользким.

Образец гибкого бетона, проходящего испытание на изгиб

Профессор Ян Ан-Хуа, работающий над этим вопросом, заявил, что прорывом для их открытия стали многие часы изучения бетона, его основных компонентов и их взаимодействие на молекулярном уровне. Когда пришло осознание, как они работают вместе, какое влияние имеют друг на друга, стало понятно, какие добавки лучше всего использовать для достижения определенных свойств бетона.

Например, для получения гибкости, в бетон добавляется специальное ультратонкое волокно, которое равномерно воспринимает нагрузки, распределяя их по всей площади бетона. Также подобные волокна не бетонируются «намертво» в растворе. Они как бы проскальзывают под давлением относительно друг друга.

Именно поэтому бетон и напоминает своими свойствами кусок резины. К таким армирующим волокнам также добавляют присадку, которая позволяет заполнителю образовывать шершавый рельеф на поверхности бетона, который смело можно назвать антискользящим. Подобный бетон авторы разработки назвали ConFlexPave.

К слову сказать, подобное вещество по своему составу никоим образом не напоминает фиброволокно, которое добавляется в ячеистые бетоны, хотя и схоже своим видом. Как утверждают разработчики, такая фибра – новая разработка, которая может в будущем полностью заменить арматуру в бетоне.

Особенности

Мрамор – особенный природный материал, придающий величие и красоту любому сооружению. В последнее время он часто используется в интерьере дома. Но природный камень дорогой, не каждый имеет возможность его приобрести. Поэтому специалисты разработали технологию производства искусственного мрамора из бетона, внешний вид и качество которого идентичны натуральному камню, который обладает следующими достоинствами:

Отечественные материалы — заменители бетона

Подобные композитные материалы, выпускаемые российскими компаниями, имеют очень схожие между собой характеристики, форму выпуска, технологию применения. Поэтому их вполне можно рассмотреть в одном разделе.

В отличие от канадского заменителя бетона, российские двухкомпонентные составы поступает в продажу в двух флаконах или канистрах, в зависимости от необходимого объема материала. Смешивание двух компонентов производится с помощью миксера в отдельном резервуаре или просто ручным встряхиванием после заливки в одну емкость.

Смешивание двух компонентов заменителя бетона в специальном мерном сосуде.

Российскими компаниями производятся такие композитные составы, как «HILST», «GPN-100» и «Бетонит». Прежде чем перейти к общим характеристикам этих материалов, несколько слов необходимо сказать о каждом из них.

• «HILST», как и все другие его аналоги появился на рынке совсем недавно, но уже завоевал популярность и многочисленные положительные отзывы потребителей. Состав применяется для укрепления в грунте вертикальных опор, а также для горизонтальных оснований для не слишком тяжелых построек или же при прокладке трубопроводов.

Покупателям предлагается три варианта «HILST». По своему составу они идентичные – разница лишь в фасовке и, соответственно, масштабе планируемых работ.

— «HILST Standart» — идеальное решение для установки столбов. В комплекте – два флакона по 500 мл каждого компонента. Объём одной из емкостей сделан больше – в этом флаконе, как правило, и производится смешиванием ингредиентов (Такой же подход, кстати, используется и у других производителей – один из флаконов всегда больше по размерам, чтобы в него можно было добавить второй компонент).

Смешивание двух компонентов заменителя бетона в специальном мерном сосуде.

— «HILST Professional» — это комплект из двух канистр по пять литров каждого компонента. Замешивание производится в какой-то отдельной таре. Предполагается одновременная работа нескольких бригад, например, при установке длинного забора или свайного поля.

Компоненты используются одни и те же – разница лишь в объемах. Слева – две канисты комплекта «HILST Professional», справа – два ведра «HILST Expert».

— «HILST Expert» — комплект для решения сложных задач, например, установки столбов линии электропередач или иных сильно нагружаемых опор, укрепления фундаментов и т.п. Представляет собой два вместительных герметично закупоренных ведра по 20 литров каждого компонента.

Преимущества и негативные свойства архикамня

Арт-бетон отличается рядом специфических характеристик и свойств, благодаря которым удается расширить сферу его использования, понизить стоимость многих работ и процессов, реализовать разнообразные задачи.

Основные плюсы архикамня:

Мелкозернистая плоская структура, которая хорошо поддается шлифовке и позволяет получать идеально ровную и гладкую поверхность. Невосприимчивость к воздействию солнечных лучей – бетон не выгорает, не меняет физических свойств и внешнего вида. Высокий уровень прочности и стойкости к воздействию разнообразных внешних факторов – температур, влажности, ветра, ударов, истирания, вибрации и т.д.

Минимальная гигроскопичность, благодаря чему в материале не проходит карбонизация, поэтому на протяжении длительного срока он сохраняет прочность и целостность. Пластичность и простота в работе – предоставление возможности реализовать максимум оригинальных идей.

Невысокая стоимость всего процесса – от покупки материалов и приготовления раствора до создания формы, скульптуры, отделки. Возможность добавлять разнообразные присадки, составы для изменения эксплуатационных свойств и достижения нужных характеристик.

Экологичность производства и самого архикамня, что также немаловажно. Способность точно имитировать различные более дорогие фактуры. Легкость и простота в уходе. Шанс добиться идеально ровной поверхности, которая не скользит и полностью безопасна.

При создании особых конструкций арт-камень можно сделать с усиленной структурой, добавив в него армирующую фибру. Волокна могут быть пластиковыми, стальными, из стекла. Стеклофибробетон – легкий и прочный строительный материал, который отличается великолепной прочностью, высоким уровнем стойкости к воздействиям атмосферы, появлению тещин. Усадка, как правило, отсутствует полностью.

Минусы материала объясняются особенностями самого бетона и работы с ними. Так, к числу недостатков часто относят необходимость дополнительного укрепления перекрытий и стен в случае использования тяжелых элементов декора. Отделка весит много, поэтому ее попросту не выполняют на деревянных домах и легких конструкциях либо заранее делают более надежный фундамент. Большой декор на фасадах требует привлечения техники, значительных трудозатрат, специальных инструментов.

Из арт-бетона трудно создать мелкие элементы и декоративные детали, сам процесс работы медленный, ведь смесь затвердевает сутки-двое. Если выполняется декор со сложной геометрией, необходимо очень точно соблюдать размеры, детали тщательно подгонять. Но отнести все эти факторы к числу недостатков трудно – скорее, это просто стандарты работы, которых желательно придерживаться для получения качественного результата.

Прозрачный бетон

Прозрачный (светопроводящий) бетон – альтернатива традиционному серому и унылому бетону. Сквозь такой материал видны силуэты людей и предметов, можно даже различить их цвета. Фокус такого бетона в его неоднородности. Кроме традиционных компонентов в состав входят оптические волокна различной толщины. Благодаря им и создаётся светопроводящий эффект.

Эта идея пришла в голову Арону Лосконши во время его обучения в Стокгольме. Арон назвал своё изобретение литракон. После этого он открыл одноимённую компанию, которая сейчас занимается производством прозрачного бетона, а также дальнейшими разработками в этой области. Название LiTraCon получилось от английского light transmitting concrete, что в переводе означает светопроводящий бетон.

Оптические волокна проводят свет от одной поверхности блока к другой. Благодаря своему небольшому размеру (2 мкм – 2 мм в диаметре) оптические волокна не влияют на крепость бетона. Как правило, в изделиях из прозрачного бетона оптическое волокно составляет не более 5% общего объема.

Стены из литракона, будучи крепкими, прозрачны, как абажур лампы. Литракон обладает теми же свойствами, что и обычный бетон, и может быть использован в строительных и отделочных работах. Прозрачный бетон прошел испытания в университете города Будапешта.

Самым первым изделием из прозрачного бетона был Литрокуб – светильник, общий вес которого достигал 20 кг.

Впервые Литрокуб представили на мебельной выставки в Кельне, затем на ярмарке Light Building в городе Франкфурте и выставке в вашингтонском музее.

Благодаря высокой проводимости света оптическим волокном литракон способен оставаться прозрачным даже при толщине в несколько метров. Теоретически толщина прозрачных стен может достигать 20 метров.

К сожалению, в связи с высокой дороговизной на данный момент литракон пока не может конкурировать с обычным бетоном. Цена одного квадратного метра такого бетона достигает 1000 долларов, а это по карману далеко не каждому застройщику. Несмотря на это, прозрачный бетон набирает свою популярность в первую очередь благодаря ассоциации с лёгкостью и открытостью.

https://www.youtube.com/watch?v=UcMgdoO5izI

На сегодняшний день из литракона выполнены элементы зданий в Европе, Америке, а также в Японии.