Строительный материал, прекрасно известный древним римлянам и из прототипа которого, по слухам, еще раньше возвели знаменитые усыпальницы фараонов, после строительного бума XX века снискал себе весьма неоднозначную репутацию. Выражение «бетонные джунгли» стало прочно ассоциироваться с трущобами, «хрущобами» и безликими спальными районами. Однако от этого навязчивого образа давно пора избавиться: в развитии своих эксплуатационных и декоративных характеристик бетон давно оставил позади всех прочих конкурентов.
Начать хотя бы с того, что это самый востребованный стройматериал в мире: ежегодно производится порядка 6 миллиардов кубометров бетона, то есть по кубометру на каждого жителя планеты — от 500 до 1800 кг в зависимости от состава смеси. Традиционно это вода, цемент и заполнитель, в качестве которого обычно используется песок и щебень. Впрочем, все чаще рецептура бетона оказывается далеко не так проста. Наряду с бесспорными достоинствами бетона, которые и позволили ему достичь такого широкого распространения, у этого материала есть очевидные недостатки. И к счастью, сам способ его изготовления предполагает бесконечные возможности для экспериментов с ингредиентами. Поэтому со всеми недостатками человечество успешно борется — попутно наделяя бетон такими свойствами, которых от него никто и не ожидал.
На морозе не трескается, в огне не горит, в воде не тонет
Проблемы бетона, в буквальном смысле лежащие на поверхности и связанные с его устойчивостью к атмосферным воздействиям, начали решать в первую очередь и добились в этом деле завидных успехов. Разнообразные добавки в составе бетона наделяют его нужной группой свойств. Одни снижают водопроницаемость и увеличивают плотность, а вместе с тем и морозостойкость. Другие отвечают за скорость отвердевания, которая может отличаться в разы. Третьи делают возможным работу с бетоном при низких температурах, значительно увеличивая сроки «строительного сезона». Все эти разновидности материала давно известны, но исследования продолжаются. Например, удалось установить, что добавки на основе эфиров гликоля уменьшают эффект от усадочных деформации почти вдвое.
Совершенно особые взаимоотношения у бетона с водой. Будучи одним из необходимых компонентов материала, она же — главный его враг, наносящий с годами вред в виде трещин, пусть и не грозящий разрушением конструкций, но превосходно видимый глазом, а в современном мире такая «неопрятность» неприемлема. Много проблем может возникнуть уже на стадии заливки — не вовремя снять опалубку, пересушить смесь или наоборот — не суметь просушить в достаточной мере. Тогда микротрещинами бетон пойдет сразу. Чтобы этого не происходило, придумали изготавливать опалубку из особого материала с контролируемым водопоглощением. Пока бетон затвердевает, опалубка с ворсовыми вкладышами выкачивает из него лишнюю влагу, «разглаживает» неровности и устраняет пузырьки воздуха, существенно улучшая качество и, следовательно, долговечность застывшей бетонной формы.
Апогеем должно стать массовое производство самовосстанавливающегося бетона, над которым вот уже десять лет бьются в Делфтском техническом университете. Дождевая вода из врага обращается в друга: Эрик Шлангер и Хенк Йонгерс вживляют в состав бетона растворяемые дождями пластиковые оболочки, которые, теряя целостность, высвобождают специальный вид бактерий: потребляя лактат кальция, бациллы вырабатывают известняк, и трещины «зарастают» сами собой.
Поглощает воду и шум
А вы знаете о том, что в той же Америке большая часть их 55 тысяч миль автомобильных дорог залито вовсе не асфальтом, а как раз таки бетоном? Было установлено, что бетонное покрытие значительно долговечнее (20-30 лет против 8-12) и позволяет транспорту расходовать в среднем на 11% меньше топлива. Да и скорость развивать большую, поскольку качество дорог в целом выше.
Интересно, что на дорогах экспериментируют с высокопористым бетоном — таким, который, например, поглощает шум, снижая его уровень на 3-5 децибел. Но главное, что при этом через поры уходит вода: сверхпористый бетон, разработанный британской компанией Tarmac, способен поглотить до 400 литров влаги в минуту! Уменьшается эффект от аквапланирования, когда контакт резины с водяным слоем ухудшает сцепление, и, таким образом, повышается уровень безопасности автотрассы. Кстати, у бетона еще и довольно большой светоотражающий эффект, что в темное время суток экономит электроэнергию на освещения и опять же улучшает показатели безопасности.
Казалось бы, сплошные плюсы — вот только поры делают покрытие уязвимым для холодов. Если попытаться применить пористый бетон там, где температура воздуха опускается ниже нуля, то он неизбежно покроется сетью трещин при первых же заморозках. Зато в местах с жарким климатом бетонная дорога будет работать как естественный источник прохлады, пропуская через поры холодный воздух, поднимающийся вверх от земли.
Проводит электричество
Представьте себе систему электрического теплого пола, но не на садовой дорожке к дому, а в промышленных масштабах — на автобане или взлетной полосе аэродрома, которые тротуарной плиткой не облицуешь. А вот бетонное покрытие, проводящее электрический ток, заставит снег таять при малейшем соприкосновении — американский профессор Крис Тюань (Chris Tuan) занимается вопросом с 2003 года и доказал эффективность токопроводящего бетона опытным путем, на примере полотна одного из мостов.
Чтобы наделить бетон подобными свойствами, в его состав вводится порядка 20% таких индустриальных отходов, как стальная стружка и угольный гранулят, — они не влияют на конструктивные свойства смеси. Что касается распределения заряда по поверхности, то за это отвечает стандартная стальная арматура. Звучит не так уж сложно, однако получается по-прежнему дорого — около 300 долларов за квадратный метр. Но работы по удешевлению ведутся, и соответствующие службы уже заинтересовались.
Дружит с экологией
Вообще говоря, все основные компоненты бетона имеют естественное происхождение. Причем их добыча не загрязняет окружающую среду, и найти необходимые месторождения рядом со стройплощадкой почти всегда не составляет труда. А стало быть, не приходится тратить ресурсы на доставку, и уменьшается влияние на окружающую среду.
Однако именно защитники экологии обвиняют бетон во всех тяжких грехах — в частности, в том, что при его производстве тратится чересчур много энергии и выделяется много CO2. Но, во-первых, все это относится не к самому бетону, а к входящему в его состав цементу, а с каждым годом его процентаж снижается. Во-вторых, чтобы получить необходимую энергию, строительные компании практикуют сжигание отходов — как с площадки, так и специально привезенных. Само производство бетона при этом считается безотходным.
И в-третьих, не исключено, что скоро в энергию для производства будут обращать тот самый выбрасываемый в воздух углекислый газ. Уже сегодня специалисты из Лос-Анджелеса предложили утилизировать CO2, выделяемый тепловыми трубами ТЭС, чтобы производить цемент и затем бетон. Пока получен лишь первый опытный образец, но ученые Калифорнийского университета настроены решительно.
Самоочищается
Не только за чистоту экологии радеют технологи во всех концах света. В Германии, Японии, Скандинавии — везде ищут способы борьбы со следами времени. Вода не единственный источник проблем для бетон, пыль и грязь разъедают его поверхность не менее результативно, не говоря уже о том, какие необратимые изменения могут произойти благодаря усилиям каких-нибудь псевдотворческих личностей с баллончиками краски в руках. И оказалось, что всему этому можно противостоять! Импрегнирующая добавка, разработанная REMEI Gmbh, предохраняет бетон от загрязнений. А компания NANO-X Gmbh выпустила на рынок линейку защитных материалов на основе наночастиц, которые делают бетонную поверхность «самоочищающейся» (то есть очищающейся легко, во время естественных атмосферных явлений) от грязи и даже тех самых граффити.
Лучше других подходит для 3D-печати
Технологии трехмерной печати развиваются сейчас так же стремительно, как в конце прошлого столетия — рынок сотовой связи. Каким бы фантастическим это ни представлялось пару лет назад, в наши дни уже очевидно, что человеческие органы начнут печатать совсем скоро — так же, как и дома. Тем более, что индустриальное производство в строительстве процветает, и 3D-принтеры обещают если не ускорить, то как минимум удешевить изготовление архитектурных элементов и блоков по индивидуальному проекту. А бетон идеально подходит в качестве чернил: изначально жидкий и в процессе отвердевающий.
Например, в начале года мы писали о студентах, изобретших метод полноразмерной 3D-печати бетонных конструкций. А в марте принтер, печатающий бетоном — пусть пока не дома, а лишь небольшие архитектурные формы, — установили в Москве, на ВДНХ, куда все желающие могут прийти — и прикоснуться к нашему завтра уже сегодня.
Достигает космических масштабов
Кстати, о будущем. Судя по всему, превалировать в застройке, осуществляемой руками человека, бетону предстоит не только на Земле. Американский институт бетона уже несколько лет как создал специальный Комитет, который занимается вопросом производства бетона на Луне: выяснилось, что песок и вода на нашем бессменном спутнике уже есть. А в преддверии вылета колонизаторов с Земли на Марс появилось и понятие «марсианский бетон». Это одна из тех технологий, которые, помимо «надувной архитектуры», планируется использовать для освоения Красной планеты.
Команда во главе с Лин Ван (Lin Wan) из Северо-западного университета США предложила заменить цемент в составе «марсианского бетона» серой: такой способ производства был известен еще в начале 1970-х, но успел хорошо забыться. Серу нагревают до 240 градусов по Цельсию, смешивают с заполнителем и дают остыть. Синтезировав марсианский грунт, который содержит двуокись кремния, оксид алюминия, оксид железа и диоксид титана, ученые пришли к выводу, что с таким заполнителем «марсианский бетон» получается в два с половиной раза более прочным, чем того требуют земные условия.
Кроме того, они установили, что смесь, содержащая 50% марсианского грунта с частицами диаметром не более 1 мм избежит тех проблем, с которыми столкнулись, пытаясь наладить производство бетона на Луне: у Марса более разреженная атмосфера, в то время как лунный вакуум обращал бы серу в составе бетона в газ, а свежепостроенные дома — в горстки земли.
Об утилизации будущих марсианских построек тоже не приходится беспокоиться: повторный нагрев серы до 240 градусов Цельсию приведет к ее расплавлению, и марсианский бетон будет готов к повторному применению. Ведь предполагается, что колония будет бурно развиваться и разрастаться. И не исключено, что лет через 20 корреспондент The Guardian вместо 10 лучших зданий из бетона на Земле опубликует список лучших бетонных домов на Марсе.
Южэлеватор Алматы
Источник: archspeech.com