Инфраструктура – мосты, шоссе, тротуары – сильно подвержена износу из-за непрерывного использования. Однако срок службы конструкций можно было бы продлить, если бы повреждения отслеживались в режиме реального времени и устранялись на раннем этапе . Особенно в климате северных регионов, например, циклы замораживания-оттаивания зимой заставляют воду просачиваться в тротуар, где она замерзает, расширяется и увеличивает трещины, что может нанести значительный ущерб. Если не отремонтировать, эти повреждения могут распространиться и разрушить дороги и тротуары.
И ученые из сферы гражданского строительства уже взялись за разработку новейших решений, которые помогут сократить в несколько раз расходы на восстановление дорожной инфраструктуры.
В настоящее время исследования сосредоточены именно на бетоне как на наиболее сложном для ремонта дорожном материал, но в дальнейшем они будут нацелены на решение проблем с асфальтом и другими дорожными материалами.
Самовосстанавливающийся бетон позволяет заделывать собственные трещины из-за внутренних химических реакций внутри материала.
Повреждения можно выявить и устранить самостоятельно. Например, на ранней стадии трещины самовосстанавливающееся покрытие активирует супервпитывающие полимеры для поглощения воды и образования бетоноподобного материала, который заполняет трещину. Трещины размером до нескольких микрон можно восстановить, чтобы предотвратить значительные повреждения , предотвращая или задерживая более поздние стадии цикла замораживания-оттаивания.
Самовосстанавливающийся бетон будет особенно полезен в период суровые зимы. Что касается дорог по всей России, то зимой бетон замораживается и оттаивает циклически. Когда температура опускается ниже 0 градусов, молекулы воды на поверхности дорог замерзают и расширяются, из-за чего бетон растрескивается. Эти микротрещины в течение нескольких зим и при постоянной эксплуатации приводят к образованию ям.
Чтобы добиться “самовосстановления” ученые проводят опыты с различными типами высокопористых, похожих на песок, материалов, которые называют «внутренними отвердителями» в составе бетонной смеси. Когда бетон трескается, отвердители поглощают воду и вызывают химические реакции. В результате этих реакций образуются твердые вещества, которые закрывают трещину и «залечивают» бетон. Процесс заживления также предотвращает просачивание воды в бетон и коррозию стали или арматуры.
«Используя эти самовосстанавливающиеся материалы, мы можем адаптировать инфраструктуру к изменению температуры», — сказала Луна Лу, научный сотрудник Американской ассоциации бетонных покрытий в области бетонных покрытий и материаловедения.
Датчики контроля бетона
Многие исследователи в мире работают над улучшением строительной инфраструктуры. В последнее время изучаются технологии, в том числе дороги с использованием солнечной энергии и сбора энергии, полосы для зарядки электромобилей, умные уличные фонари и сокращение выбросов углерода от строительных материалов.
Датчики, встроенные в бетонное покрытие, собирают информацию о состоянии инфраструктуры в режиме реального времени и передают данные на компьютеры. Электрические сигналы передаются через датчики. Вибрации бетона преобразуются в электрические сигналы, которые считываются и анализируются специально созданным в лаборатории программным обеспечением. Это позволяет транспортным инженерам принимать эффективные решения, которые основанные на полученных данных. Например, открытие дорог для движения транспорта и выявление проблем, вызывающих повреждение или ухудшение состояния покрытия.
После заливки бетона для дорог, например, требуется несколько часов, чтобы застыть и стать достаточно прочным. Время открытия транспортной полосы зависит от того, когда бетонная смесь застынет. Если проезжая часть открывается слишком рано, а бетон не набрал прочность – это может сократить ожидаемый срок службы дорожного покрытия и увеличить расходы на техническое обслуживание.
Слишком долгое ожидание открытия дороги может привести к задержкам движения, пробкам и повышенным рискам безопасности для строителей и пассажиров. Отверждение бетона при строительстве крупных автомагистралей требует от инженеров пристального внимания с учетом погодных условий, характерных для данного региона.
Интеллектуальные датчики, встроенные в бетон, позволяют инженерам контролировать инфраструктуру и принимать на основе данных решения о том, когда дорога может открыться, сохраняя при этом максимальный срок службы. Датчики также могут помочь контролировать качество бетона и то, достаточно ли он прочен, чтобы противостоять транспортному потоку и коррозии после открытия проезжей части.
Подобные нововведения в строительстве дорог может значительно сократить разрушения конструкций, а также привести к снижению затрат и предоставить инженерам-строителям новые способы оценки информации о дорожном покрытии в режиме реального времени.
Эта технология может обеспечить значительную экономию времени и денег за счет повышения безопасности строительства. Датчики могут предоставлять инженерам данные о качестве наших дорог в режиме реального времени, чтобы принимать оптимальные решения по строительству и содержанию дорог, мостов и тротуаров, повышая безопасность водителей и строителей. Добавление самовосстанавливающихся свойств может помочь построить устойчивую и долговечную инфраструктуру, чтобы снизить затраты на обслуживание и расходы.
