DARPA ищет «биологический» способ восстановления бетона

9
DARPA ищет «биологический» способ восстановления бетона
Логотип программы BRACE демонстрирует последовательность восстановления бетонной конструкции


Американское агентство перспективных разработок DARPA занялось вопросами восстановления и поддержания инфраструктуры. С прошлого года ведутся работы по программе BRACE, в ходе которой планируют найти принципиально новые способы восстановления и ремонта бетонных и железобетонных конструкций. Рассматриваются «биологические» технологии, способные решать поставленную задачу без необходимости демонтажа конструкций или замены ее элементов.



Проблема деградации


Бетон и железобетон являются одними из основных современных строительных материалов и самым широким образом используются при строительстве военной и гражданской инфраструктуры. Однако, при всех своих преимуществах, они могут деградировать с негативными последствиями.

Под воздействием внешних факторов, а также из-за неправильного состава, несоблюдения технологий строительства и т.д. в бетоне появляются трещины, и затем он начинает крошиться. Внешняя влага приводит к коррозии металлических элементов, что сокращает прочность конструкции, а также создает дополнительные внутренние напряжения. Прочность конструкции постепенно падает, вплоть до полного ее разрушения.

Как сообщает агентство DARPA, к настоящему времени вооруженные силы США в полной мере столкнулись с проблемой деградации бетонных сооружений. В эксплуатации остается масса объектов разного назначения, построенных еще в середине XX в. В силу возраста и внешних факторов, их состояние оставляет желать лучшего и требует внимания.


Пока американским военным строителям приходится использовать "обычный" бетон

Далеко не все такие объекты можно или целесообразно ремонтировать либо сносить и строить заново. В связи с этим предложено разработать новые технологии ремонта, позволяющие восстановить целостность строительных материалов и конструкций без значительного внешнего воздействия.

Вдохновлено природой


В марте 2022 г. агентство DARPA объявило о старте новой научно-исследовательской программы под названием Bio-inspired Restoration of Aged Concrete Edifices («Биологически вдохновленное восстановление старых бетонных сооружений») или BRACE (звучит как «Скоба» или «Распорка»).

В рамках новой программы планируется вновь изучить процессы деградации и разрушения бетона и железобетона в разных условиях и в течение разного времени. На основании собранной информации попытаются создать новую технологию ремонта и/или поддержания целостности конструкции.

В рамках BRACE агентство DARPA предлагает любопытную концепцию восстановления повреждений. Нужны некие средства, которые смогут создавать на поврежденном участке или в толщине бетона сеть тонких каналов, подобных кровеносным сосудам или грибнице. По этой сети к поврежденному участку оптимальным способом должны доставляться материалы для ремонта. Попав в нужный участок, частицы материала будут встраиваться в существующую структуру и упрочнять ее.

В режиме ремонта сеть каналов должна будет обеспечить быструю доставку большого количества строительного материала к поврежденному участку для заполнения образовавшихся пустот. Профилактика будет заключаться в аналогичном заполнении мелких дефектов до того, как они увеличатся и начнут представлять угрозу. Кроме того, DARPA хотело бы использовать сеть каналов для диагностики материала и сигнализации о повреждениях.


Как именно будут создаваться каналы, предстоит определить организациям-участникам программы. Возможно применение неких химических, биологических и иных средств. При этом сечение и конфигурация сети «сосудов» не должны негативно влиять на прочность восстанавливаемой конструкции, и без того ослабленной.

Программа разделяется на две т.н. технические области (Technical Areas), имеющие близкие, но отличающиеся цели. Задачей первой «области» TA1 является собственно создание новой технологии. В рамках направления TA2 будут разработаны методы применения новых средств, а также испытательные комплексы и модели для проверок. В дальнейшем появится новая задача – предстоит разработать быстродействующий вариант технологии. С его помощью планируют ремонтировать мелкие повреждения построек, аэродромов и т.д.

Программа BRACE стартовала в марте прошлого года, и на ее выполнение отводится четыре с половиной года. Это означает, что новые технологии должны появиться до конца 2026 ф.г. Сроки появления новых материалов в инженерных и строительных структурах пока назвать не могут. В неопределенном будущем не исключается перевод новых разработок в гражданскую сферу, где им тоже найдут широкое применение.

Исследователи и исполнители


Год назад DARPA запустило программу BRACE, а также открыло сбор заявок от организаций, желающих поучаствовать в ней. 23 марта 2023 г. агентство сообщило о завершении подготовительной части программы и выборе ее участников.

Полноценной разработкой новых технологий займутся три американские организации. Это Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса, Университет Колорадо и Мемориальный институт Баттеля. Они представили свои собственные идеи и наработки по «биологическому» восстановлению бетона.


Трехмерная печать здания из цементного раствора

К сожалению, подробности предварительных проектов от организаций-участников BRACE пока не сообщаются. В официальных сообщениях упоминается, что все они соответствуют основным требованиям заказчика и основываются на идее сети каналов внутри материала. При этом общая концепция может реализовываться разными способами.

Как сообщает DARPA, все три участника программы будут работать в обеих «технических областях». Им предстоит разработать новые технологии, а также адаптировать их к применению на практике. Комплекс мер и средств для испытаний тоже создадут участники.

Сферы применения


Основной этап программы BRACE только начался, и ее результаты придется ждать еще несколько лет. Кроме того, пока нет никаких гарантий, что участники исследований справятся с поставленными задачами. Однако агентство DARPA уже указывает возможные сферы применения новых технологий и ожидаемый эффект.

В распоряжении Пентагона имеется масса военной инфраструктуры разного рода, при строительстве которой использовались бетон и железобетон. Это разнообразные здания и постройки, взлетно-посадочные полосы аэродромов, причалы портов и даже шахтные пусковые установки для ракет стратегического назначения. Значительная часть таких бетонных / железобетонных сооружений была построена в отдаленном прошлом, и ее состояние постепенно ухудшается.

При помощи разрабатываемых средств в будущем планируют ремонтировать поврежденные объекты и их элементы. Кроме того, не исключается их использование на стадии строительства, что предотвратит дальнейшую деградацию конструкций. В итоге старые объекты смогут оставаться в эксплуатации дольше, а вновь построенные будут изначально иметь повышенный ресурс. В обоих случаях будет получена известная экономия.


Также планируется создать средства для быстрого ремонта. С их помощью собираются бороться с боевыми повреждениями аэродромов и разных построек. Такое применение предъявляет к средствам ремонта особые требования, но дает очевидные преимущества.

В дальнейшем технологии BRACE смогут перейти в гражданскую сферу и в области двойного назначения. Бетонные конструкции используются практически везде, в т.ч. на объектах критического значения. Внедрение перспективных средств ремонта и профилактики позволит относительно быстро и с минимальными затратами восстанавливать поврежденные объекты и сооружения, а также продлевать их эксплуатацию. Кроме того, появится возможность быстрого ремонта с практически полным восстановлением прочности.

Очевидно, что новые технологии от DARPA и подрядчиков обязательно найдут своего заказчика в гражданской сфере. В последнее время в США наблюдаются серьезные проблемы с инфраструктурой. По ряду причин, износ различных объектов в сфере транспорта, энергетики, промышленности и т.д. не получает должного внимания. Профилактика в полном объеме не проводится, что приводит к различным авариям. Возможно, появление и широкое распространение технологий BRACE позволит снизить подобные риски, хотя и не исключит их полностью.

Сложные задачи


Таким образом, агентство DARPA запускает полномасштабные исследования в рамках очередной перспективной программы двойного назначения. Целью программы BRACE является создание принципиально новых технологий в области материаловедения и строительства. Если участники программы справятся со своей работой, то у американских военных и гражданских строителей появятся новые особые возможности.

Однако перед участниками BRACE поставлены весьма сложные задачи. Им предстоит найти средства с особыми функциями и возможностями, а также обеспечить их применение на практике. Удастся ли получить все желаемые результаты, станет известно уже через несколько лет. Пока же Пентагону предстоит проводить ремонты обычным образом или сносить и строить объекты заново – со всеми затратами времени и денег.
Наши новостные каналы

Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.

9 комментариев
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо авторизоваться.
  1. +4
    20 апреля 2023 09:09
    Спасибо за статью. Действительно познавательно и интересно.
    Кстати, в СССР разрабатывались технологии подобного рода, например, восстановление повреждений ВПП военных аэродромов для тяжелых реактивных самолетов путем заливки воронок полимерными быстротвердеющими смолами.
    И еще одно кстати, в США военные строители как таковые остались, в отличие от нас. Именно военные строители, а не инженерные войска имеющие совсем иное предназначение, состав и технику или специалисты военно-строительного комплекса, то есть по сути своей госслужащие без погон осуществляющие функции заказчика выполняющих военно-строительные работы… гражданских подрядчиков. Отсюда и потери среди гражданских строителей, например при возведении линий оборон в приграничных с укрооейхом регионах. Нужны ли в современной армии России военные строители это вопрос? Но точно нужны некие формирования военнослужащих способных осуществлять строительные работы прежде всего в таких направлениях как дорожное строительство, мостостроение ( помним восстановления моста через Днепр после многократных ударов Хаймарсами, когда гибли гражданские ремонтные бригады) строительство аэродромов и объектов долговременной фортификации со своими знаниями, специализированной техникой, штатами имеющими как средства ПВО, так и БПЛА, маскировочными и другими специальными. Ну и само собой, чтобы военнослужащие обладали навыками ведения общевойскового боя, а главное, способными и обязанными по приказу выполнять работы в прифронтовой зоне. И пусть это они будут в составе инженерных войск, не суть важно.
    1. -1
      20 апреля 2023 09:56
      Раньше умели строить не то что на века - на тысячилетия!
      Римский бетон тому пример.
      Древнеримский водопровод, которому порядка 2000 лет.
      1. 0
        21 апреля 2023 15:45
        Цитата: Mister X
        Древнеримский водопровод

        " Весомо, грубо, зримо" (С)
  2. -7
    20 апреля 2023 09:40
    Жидкое стекло, оно же клей силикатный и никакой биологии не надо. Кто-то очередное бабло пилит.
  3. +3
    20 апреля 2023 11:22
    Концептуально задумка с "биобетоном" довольно интересна , читал об этом в "Науке и жизни" не так давно . Там суть сводится к тому, что в бетон замешивают культуры микроорганизмов , активизирующихся при доступе с кислороду - то есть, в большинстве случаев с появлением трещин . Далее эти микроорганизмы должны перераспределять (по задумке разработчиков) замешенные в тот же бетон кальцийсодержащие вещества ,поглощая и перерабатывая их ,а продуктами отходов своей жизнедеятельности фактически цементировать возникающие трещины.
    "Вечным" такой материал не будет,разумеется, да и в принципе масса вопросов к тому,насколько возможно это осуществить , как и в принципе к вопросу о неизбежном возрастании пористости верхних слоев подобного "биобетона" (да и вопросу совместимости метаболизма этих организмов с наличием металлоконструкций, ведь помимо кислорода тем неизбежно потребуется и влага) . Но мысль интересная.

    Что же о "бетоне пронизанном нанокапеллярами" - эмперически это не кажется хорошей идеей. Через подобные "поры" в тот же железный каркас будет проникать влага (причем во всем масштабе конструкции) ,там будут происходить процессы выкристаллизации ,со сменой времен года и под воздействием ветра и перепада температур , из за температурного сжатия и расширения подобный материал будет деградировать быстрее обычного бетона .
  4. Очень интересно. Это действительно большая проблема. И не только у штатников. Даже снос ветхих железобетонных конструкций- та еще работа! Но, представляю, каких трудов и денег будет стоить создание этих технологий! Но, это окупиться сторицей.
  5. 0
    21 апреля 2023 15:55
    КИЕВ
    Стены Софийского собора выкладывались из крупных гранитных блоков, заливавшихся "цемянкой" – известковым раствором с добавлением толченого кирпича. Ряды крупных камней отделывались "плинфой" – оранжево-розовым широким и плоским кирпичом толщиной от 2,5 до 4 сантиметров. Наружная кладка оставалась открытой, фасады здания не штукатурились.
    ЛЕГЕНДА - замешивали на куриных яйцах.

    ВИЗАНТИЯ
    В раствор собора Софии добавляли экстракт листья ясеня.
  6. 0
    21 апреля 2023 16:05
    Круть.
    В гражданском строительстве будет ошеломлительный успех.
  7. 0
    3 июля 2023 09:50
    Все открытия сведутся к добавлению в бетон яиц, и очередными потентами типового замеса бетона, чтоб никто не имел права строить, кроме "КАМЕНЬЩИКОВ"...

«Правый сектор» (запрещена в России), «Украинская повстанческая армия» (УПА) (запрещена в России), ИГИЛ (запрещена в России), «Джабхат Фатх аш-Шам» бывшая «Джабхат ан-Нусра» (запрещена в России), «Талибан» (запрещена в России), «Аль-Каида» (запрещена в России), «Фонд борьбы с коррупцией» (запрещена в России), «Штабы Навального» (запрещена в России), Facebook (запрещена в России), Instagram (запрещена в России), Meta (запрещена в России), «Misanthropic Division» (запрещена в России), «Азов» (запрещена в России), «Братья-мусульмане» (запрещена в России), «Аум Синрике» (запрещена в России), АУЕ (запрещена в России), УНА-УНСО (запрещена в России), Меджлис крымскотатарского народа (запрещена в России), легион «Свобода России» (вооруженное формирование, признано в РФ террористическим и запрещено)

«Некоммерческие организации, незарегистрированные общественные объединения или физические лица, выполняющие функции иностранного агента», а так же СМИ, выполняющие функции иностранного агента: «Медуза»; «Голос Америки»; «Реалии»; «Настоящее время»; «Радио свободы»; Пономарев; Савицкая; Маркелов; Камалягин; Апахончич; Макаревич; Дудь; Гордон; Жданов; Медведев; Федоров; «Сова»; «Альянс врачей»; «РКК» «Центр Левады»; «Мемориал»; «Голос»; «Человек и Закон»; «Дождь»; «Медиазона»; «Deutsche Welle»; СМК «Кавказский узел»; «Insider»; «Новая газета»