"Морковный" бетон

Казалось бы, что общего может быть между сельским хозяйством, пищевой промышленностью и технологиями, связанными с производством бетонных смесей? Тем не менее, оказывается, связь есть, и самая непосредственная. При финансовой поддержке Европейского Союза и под руководством профессора Мохамеда Саафи (он является ведущим исследователем проекта) из Ланкастерского университета инженеры из разных стран, участвующие в исследовательском проекте B-SMART (который нацелен на экологизацию в сфере строительства) ведут исследования по добавлению в цементную смесь органических растительных волокон для повышения экологичности и прочностных характеристик бетона. Объектом их внимания стали корнеплоды – морковь и свекла, откуда и пошло шуточное название данного бетона – «морковный». В качестве сырья для получения добавок были использованы отходы выеназванных овощей, взятых из пищевой промышленности. И первые же испытания придали уверенности в том, что нановолокна моркови и свеклы могут стать полезными строительными компонентами.

Профессор Саафи и его команда исследовали, можно ли добавить в цемент отходы моркови, перерабатываемые для производства детского питания, или остатки от экстракции свекловичного сахара, чтобы повысить прочностные характеристики бетона. Используя компьютерное моделирование, они смогли понять, как нановолокна, сделанные из этих овощей и помещенные в бетонный раствор, будут взаимодействовать с цементом, теоретически изучив их влияние как на гидратацию цемента, так и на его механические свойства. Затем они провели эксперименты в лаборатории, чтобы проверить результаты своих моделирований.

Фотография с сайта concreteunion.ru.

Исследователи обнаружили, что использование нановолокон из растительных отходов может улучшить гидратацию цемента. Волокна действовали как некие проводники, которые позволяли воде достигать большего количества частиц цемента и, таким образом, улучшали его связывающую способность, вовлекая в процесс и те частицы цемента, которые не участвовали бы в нем без добавления волокон.

«В то же время, как только гидратация закончится, эти морковные нановолокна остаются в цементе и делают его структуру очень прочной», – сказал профессор Саафи. «Мы не знали об этом раньше, и это действительно удивительное открытие». Таким образом выяснилось, что корнеплодные нановолокна являются дополнительным армирующим элементом, фактически превращая модифицируемую ими бетонную смесь в композиционный материал.

Ученые доказали, что после добавления нановолокон корнеплодов в бетонную смесь повышается содержание гидрата силиката кальция, компонента, который представляет собой связующее вещество. Подобный метод производства бетонной смеси, как они утверждают, позволяет экономить портландцемент до 40 килограмм на кубический метр при добавлении всего 500 грамм морковных волокон.

Так же было обнаружено, что добавление переработанных корнеплодов в цемент позволяет бетону обрести и совершенно необычные дополнительные свойства. Например, при надавливании на морковь вырабатывается электроэнергия, которая может питать небольшую светодиодную лампу или электронные устройства. Когда к цементу были добавлены морковные нановолокна, профессор Саафи и его коллеги обнаружили, что они могут делать бетон, производящий электричество. Например, при строительстве моста электричество может вырабатываться при проезде по нему автомобилей и/или из-за вибрации или движения, вызванного пешеходами. «Мы можем использовать это электричество из бетона для питания светодиодов или уличных фонарей», – сказал профессор Саафи. «Он также может питать датчики для мониторинга загрязнения воздуха».

Электроэнергия, производимая бетоном, также может дать представление о состоянии конструкции. Генерируемое напряжение изменится, например, при появлении трещин. Таким образом, включение устройства мониторинга, отслеживающего электрическое напряжение в бетонных конструкциях здания, моста либо какого-либо еще критически важного сооружения, может помочь определить, когда что-то не так и нужно проверить конструкцию, чтобы предотвратить катастрофические последствия.

В настоящее время команда проводит полевые испытания, чтобы увидеть, смогут ли они построить конструкции из морковного цемента, которые будут иметь те же свойства, что и в лаборатории.

В статье использована информация с сайта concreteunion.ru.