Бетон является одним из наиболее распространенных и долговечных строительных материалов, используемых в современной инфраструктуре, но у него есть и слабая сторона – замораживание может привести его структуру к разрушению. Ученые, вдохновленные свойствами организмов, способных выживать в минусовых условиях, провели эксперимент по вводу полимерных молекул с антифризными свойствами в бетон. Метод, который проверяет, может ли новый бетон избежать повреждений, вызванных заморозкой и таянием, описывается в журнале Cell Reports Physical Science.

Бетон представляет собой пористый материал с капиллярными порами, его структура позволяет воде проникать в материал. Для мест с высокими температурными колебаниями бетонные дороги и здания проходят через “циклы заморозки и оттепели.” Вода, замерзая, расширяется внутри материала, повышая давление по мере роста ледяных кристаллов, в конечном итоге разрывает поверхность бетона. Молекулы полиэтиленгликоль-привитого-поливинилового спирта (PEG-PVA) сохраняют кристаллы льда в микроскопическом состоянии и предотвращают их слияние в более крупные кристаллы.

“Наше открытие переворачивает весь подход к более чем 70-летней истории бетонной технологии”, – рассказывает автор Уил Срубар, возглавляющий лабораторию живых материалов в Университете Колорадо Боулдер. “На наш взгляд, это качественный скачок в верном направлении и открывает дверь для совершенно новых технологий с использованием подобных примесей.”

В течение более 70 лет, основным способом смягчения ущерба от замерзания-оттаивания была технология добавления крошечных пузырьков воздуха, которые действуют в качестве клапанов сброса давления внутри бетона, известного как воздухововлекающие добавки. Но попадание крошечных пузырьков воздуха в бетон не только снижает прочность материала, но и делает его более пористым, действуя как супергубка для поступления большего количества воды и других вредных веществ, таких как соли. Вместо того, чтобы бороться с симптомами расширения льда, ученые нацелились на источник: предотвратить рост ледяных кристаллов.

Обнаруженные в организмах белки антифриза, способных выжить в субнулевой среде, связываются с кристаллами льда для блокировки их роста, который в противном случае привел бы к смерти организмов. На основе открытых белков, исследователи представили полимерные молекулы, имитирующие свойства белка в бетонной смеси. Молекулы эффективно уменьшили размер кристаллов льда на 90%. Новая бетонная смесь выдержала также 300 циклов заморозки и оттаивания и сохранила свою прочность.

Несмотря на то, что новый бетон прошел испытания по отраслевым стандартам, все еще возникают вопросы об истинной долговременной устойчивости материала в реальных условиях и его экономической жизнеспособности. Следующим шагом исследователей является оптимизация их метода путем выявления новых молекул, являющихся более затратоэффективными, и тестирование совместимости молекулы с различными смесми бетона. “Делать бетон – это почти как испечь торт”, – говорит Срубар, надеясь, что новые примеси помогут повысить прочность бетона.

«В течение следующих 30 лет мир будет строить еще более в впечатляющих масштабах», – говорит Срубар. «Это означает, что мы будем строить много зданий и дорог, и мы будем использовать много бетона. Поскольку это оказывает значительное воздействие на окружающую среду, бетон, который мы делаем, должен быть как можно более устойчивыми и долговечными».

Источник:https://evo-rus.com/