Швейцарські вчені створили «розумну» сталь для самовідновлення бетонних мостів

Ця сталь здатна до самовідновлення (Фото: Empa)

Сталь з ефектом пам’яті форми може закривати тріщини в бетоні мостів

Дослідники зі Швейцарських федеральних лабораторій матеріалознавства та технологій (Empa) розробили інноваційну систему зміцнення бетонних конструкцій, яка здатна самостійно усувати пошкодження.

В основі методу лежить використання «розумної» сталі зі сплаву на основі заліза з ефектом пам’яті форми (Fe-SMA), яка при нагріванні до 190-200 градусів Цельсія відновлює свою структуру, затягуючи тріщини та суттєво підвищуючи несучу здатність об'єктів.

Актуальність розробки зумовлена станом критичної інфраструктури: більшість мостів у Європі та світі були побудовані до 1980-х років і наразі вичерпують свій проєктний ресурс. Нова технологія пропонує поєднання надміцного фібробетону (UHPFRC) із арматурними стержнями зі спеціального сплаву. Цей бетон відрізняється надзвичайною щільністю та водостійкістю, що дозволяє наносити його безпосередньо на дорожні плити.

Читайте:

У США розробили будівельні конструкції з вторинного пластику

Принцип дії системи базується на фізичних властивостях сплаву Fe-SMA. Після закріплення стержнів у конструкції їх піддають термічній обробці. Під впливом температури близько 200 градусів Цельсія арматура починає стискатися, намагаючись повернутися до своєї початкової форми. Оскільки стержні жорстко утримуються бетоном, усередині конструкції виникає контрольована напруга. Це створює ефект пресування, який закриває наявні тріщини, вирівнює деформовані елементи та фактично подвоює міцність плити без використання громіздких механічних натяжних пристроїв.

Для перевірки концепції інженери провели випробування на повнорозмірних бетонних плитах довжиною 5 метрів, а також на моделях консольних настилів. Щоб максимально наблизити умови до реальних, дослідники навмисно пошкодили плити до появи тріщин. Процес відновлення відстежувався за допомогою високоточних цифрових камер та вбудованих волоконно-оптичних датчиків. Останні працюють за принципом телекомунікаційних кабелів, проте замість передачі даних аналізують розсіювання світла, що дозволяє фіксувати найменші деформації металу в режимі реального часу.

Читайте:

Із матрацових відходів і грибів створили новий будівельний матеріал

Анжела Секвейра Лемос, наукова співробітниця Лабораторії структурної інженерії, підкреслила простоту впровадження методу: достатньо закріпити стержні та нагріти їх, після чого система спрацьовує автоматично. Випробування підтвердили, що такий гібридний підхід значно перевершує традиційне армування в умовах інтенсивного дорожнього руху.

Попри те, що матеріал Fe-SMA наразі дорожчий за звичайну сталь, розробники рекомендують використовувати його для точкової модернізації найбільш пошкоджених ділянок інфраструктури. Це дозволить суттєво продовжити термін експлуатації споруд, уникаючи витратних робіт з їхнього повного демонтажу та заміни.

 Фінансові вигоди для забудовника: як керамоблок підвищує прибутковість проєктів