Основная технология: механизм «диагностики и лечения трещин» микробных капсул
Суть этого умного материала заключается во «предварительно-встроенной системе биологического восстановления». Технические команды инкапсулируют специально акклиматизированные питательные вещества Bacillus subtilis и лактат кальция в биоразлагаемые капсулы из альгината натрия (диаметром 2–3 мм), а затем смешивают их с бетоном толщиной 20–50 мм.булыжникагрегируется с объемной долей 3%. Булыжники, как природные высокопрочные заполнители-(прочность на сжатие не менее 120 МПа), обеспечивают основную механическую поддержку бетона; микробные капсулы, словно «спящие ремонтные солдаты», равномерно распределяются в щелях агрегата.
Когда в бетоне появляются трещины (шириной меньше или равные 0,5 мм) из-за нагрузки или изменений температуры, дождевая вода или вода для технического обслуживания просачиваются в трещины и вызывают разрушение капсулы, высвобождая Bacillus subtilis и лактат кальция. При наличии влаги и кислорода бактерии быстро размножаются и метаболизируются с образованием карбоната кальция (кальцита), образуя кристаллический слой заполнения трещины в течение 3-7 дней. Этот биоминерализованный продукт с прочностью на сжатие 35 МПа соответствует прочности исходного бетона, обеспечивая «автономное закрытие трещин». Лабораторные данные показывают, что система достигает 100% эффективности ремонта микротрещин (шириной 0,1–0,3 мм) и более 90% — для трещин диаметром 0,3–0,5 мм.
Инженерная проверка: практика «Самовосстановления»-Кросса-Морской мост Циндао
Проект технического обслуживания моста через залив Цзяочжоу в Циндао-море стал первым крупномасштабным-применением этой технологии. В этом проекте длиной 36,48 км, построенном поперек-моря, с традиционными бетонными секциями, за 10 лет эксплуатации образовалось 237 видимых трещин из-за эрозии морской воды и нагрузок транспортных средств, что требует более 20 миллионов юаней в год на ручной ремонт. В 2022 году секции подходного моста были отремонтированы с использованием самовосстанавливающегося булыжникового бетона общей площадью 12 000 кв.м.
Данные мониторинга после-ремонта показывают: после 2 лет испытаний приливами и температурой на отремонтированном участке образовалось только 19 новых трещин, 17 из которых (89%) само-зажились в течение месяца, в результате чего общий уровень ремонта трещин составил 92%. Испытания на несущую способность конструкции показали, что модуль упругости отремонтированного бетона восстановился до 95% от исходного состояния, что намного превышает 80%-ный коэффициент восстановления традиционных ремонтных материалов. С учетом этой тенденции прогнозируется, что срок службы секции моста увеличится с расчетных 50 до 100 лет без необходимости проведения крупномасштабного-ручного ремонта на протяжении всего срока службы.
Сравнение затрат: экономическая революция с точки зрения полного-жизненного цикла
Хотя самовосстанавливающийся бетон из булыжника-стоит на 15 % дороже, чем обычный бетон из булыжника (приблизительно 480 иен/м³ по сравнению с 417 иен/м³), его преимущество в стоимости полного-цикла эксплуатации является значительным. Если взять в качестве примера мост Циндао-Кросс-Морской мост, то традиционные бетонные секции требуют масштабного-ремонта трещин каждые 10 лет, при этом совокупные затраты на техническое обслуживание достигают 600 йен за ㎡; при использовании самовосстанавливающихся материалов в течение 100 лет требуется всего 3 основные операции по техническому обслуживанию, что снижает затраты на техническое обслуживание до 240 йен за ㎡-, то есть на 60 %.
Для новых проектов экономика еще более поразительна: портовая дамба водоизмещением 10 000 тонн с использованием этого материала увеличивает первоначальные затраты на строительство примерно на 800 000 йен, но экономит более 5 миллионов йен на затратах на техническое обслуживание за счет сокращения 8 капитальных ремонтов. В настоящее время технология включена вРекомендации по применению новых материалов в дорожном строительствеи использовался в 12 крупных отечественных инфраструктурных проектах, став эталоном интеллектуального строительства.