DARPA caută o modalitate „biologică” de refacere a betonului
Logo-ul programului BRACE demonstrează succesiunea restaurării unei structuri din beton
Agenția Americană de Dezvoltare Avansată DARPA a abordat problema refacerii și întreținerii infrastructurii. De anul trecut, se lucrează în cadrul programului BRACE, în timpul căruia planifică să găsească modalități fundamental noi de restaurare și reparare a structurilor din beton și beton armat. Sunt considerate tehnologii „biologice” care pot rezolva problema fără a fi necesară demontarea structurilor sau înlocuirea elementelor acestora.
Problema de degradare
Betonul și betonul armat sunt printre principalele materiale de construcție moderne și sunt utilizate pe scară largă în construcția infrastructurii militare și civile. Cu toate acestea, cu toate avantajele lor, ele se pot degrada cu consecințe negative.
Sub influența factorilor externi, precum și din cauza compoziției incorecte, a nerespectării tehnologiilor de construcție etc. În beton apar fisuri și apoi începe să se prăbușească. Umiditatea externă duce la coroziunea elementelor metalice, ceea ce reduce rezistența structurii și creează, de asemenea, stres intern suplimentar. Rezistența structurii scade treptat, până la distrugerea ei completă.
Potrivit DARPA, forțele armate americane se confruntă pe deplin cu problema degradării structurilor din beton. Raman in functiune o multime de obiecte in diverse scopuri, construite la mijlocul secolului XX. Din cauza vârstei și a factorilor externi, starea lor lasă de dorit și necesită atenție.
În timp ce constructorii militari americani trebuie să folosească beton „obișnuit”.
Nu toate astfel de obiecte pot sau ar trebui să fie reparate sau demolate și reconstruite. În acest sens, se propune dezvoltarea de noi tehnologii de reparații care să permită restabilirea integrității materialelor și structurilor de construcție fără influențe externe semnificative.
Inspirat din natură
În martie 2022, DARPA a anunțat lansarea unui nou program de cercetare numit Bio-inspired Restoration of Aged Concrete Edifices sau BRACE.
În cadrul noului program, se preconizează reexaminarea proceselor de degradare și distrugere a betonului și a betonului armat în diferite condiții și pentru momente diferite. Pe baza informațiilor colectate se va încerca crearea unei noi tehnologii pentru repararea și/sau menținerea integrității structurii.
Ca parte a BRACE, DARPA propune un concept interesant pentru refacerea daunelor. Avem nevoie de niște mijloace care pot crea o rețea de canale subțiri, asemănătoare vaselor de sânge sau miceliului, în zona deteriorată sau în grosimea betonului. Prin această rețea, materialele pentru reparații ar trebui să fie livrate în zona avariată în mod optim. Odată ajunse în zona dorită, particulele de material vor fi încorporate în structura existentă și o vor întări.
În modul de reparare, rețeaua de canale va trebui să se asigure că cantități mari de material de construcție pot fi livrate rapid în zona deteriorată pentru a umple golurile rezultate. Prevenirea va consta în umplerea similară a defectelor mici înainte ca acestea să crească în dimensiune și să înceapă să reprezinte o amenințare. În plus, DARPA ar dori să utilizeze o rețea de canale pentru diagnosticarea materialelor și semnalizarea daunelor.
Modul exact în care vor fi create canalele va trebui stabilit de către organizațiile care participă la program. Este posibil să se utilizeze anumite mijloace chimice, biologice și alte mijloace. În același timp, secțiunea transversală și configurația rețelei de „vase” nu ar trebui să afecteze negativ rezistența structurii care este restaurată, care este deja slăbită.
Programul este împărțit în două așa-numite. Zone tehnice care au obiective similare, dar diferite. Sarcina primei „zone” TA1 este crearea efectivă de noi tehnologii. În cadrul direcției TA2, vor fi dezvoltate metode de utilizare a noilor instrumente, precum și sisteme de testare și modele pentru verificare. În viitor, va apărea o nouă sarcină - va trebui să dezvoltăm o versiune de mare viteză a tehnologiei. Ei plănuiesc să-l folosească pentru a repara daune minore aduse clădirilor, aerodromurilor etc.
Programul BRACE a început în martie anul trecut și durează patru ani și jumătate. Aceasta înseamnă că noile tehnologii ar trebui să fie disponibile înainte de sfârșitul anului 2026. Momentul apariției noilor materiale în structurile de inginerie și construcții nu poate fi încă anunțat. În viitorul nedeterminat, nu este exclus transferul noilor dezvoltări în sfera civilă, unde vor găsi și aplicare largă.
Cercetători și Interpreți
În urmă cu un an, DARPA a lansat programul BRACE și a deschis, de asemenea, un apel de candidaturi din partea organizațiilor care doresc să participe la acesta. Pe 23 martie 2023, agenția a anunțat finalizarea părții pregătitoare a programului și selecția participanților săi.
Trei organizații americane vor fi implicate în dezvoltarea deplină a noilor tehnologii. Acesta este Laboratorul Național Livermore. E. Lawrence, Universitatea din Colorado și Institutul Memorial Battelle. Ei și-au prezentat propriile idei și dezvoltări privind restaurarea „biologică” a betonului.
Imprimarea 3D a unei clădiri din mortar de ciment
Din păcate, detaliile proiectelor preliminare ale organizațiilor participante la BRACE nu au fost încă anunțate. Rapoartele oficiale menționează că toate îndeplinesc cerințele de bază ale clientului și se bazează pe ideea unei rețele de canale în cadrul materialului. Mai mult, conceptul general poate fi implementat în diferite moduri.
Toți cei trei participanți la program vor lucra în ambele „domeni tehnice”, a spus DARPA. Ei vor trebui să dezvolte noi tehnologii și să le adapteze utilizării practice. Participanții vor crea, de asemenea, un set de măsuri și mijloace pentru testare.
Сферы применения
Faza principală a programului BRACE tocmai a început, iar rezultatele sale vor trebui să mai aștepte câțiva ani. În plus, nu există încă nicio garanție că participanții la cercetare vor face față sarcinilor atribuite. Cu toate acestea, DARPA indică deja posibile domenii de aplicare a noilor tehnologii și efectul așteptat.
Pentagonul are la dispoziție o masă de infrastructură militară de diferite feluri, a cărei construcție a folosit beton și beton armat. Acestea sunt diverse clădiri și structuri, piste de aerodrom, dane portuare și chiar lansatoare de siloz pentru rachete strategice. O parte semnificativă din astfel de structuri din beton/beton armat au fost construite în trecutul îndepărtat și starea lor se deteriorează treptat.
Folosind instrumentele dezvoltate, aceștia plănuiesc să repare obiectele deteriorate și elementele acestora în viitor. În plus, utilizarea lor în etapa de construcție nu este exclusă, ceea ce va preveni degradarea în continuare a structurilor. Ca urmare, instalațiile vechi vor putea rămâne în funcțiune mai mult timp, iar cele nou construite vor avea inițial o durată de viață crescută. În ambele cazuri, se vor realiza anumite economii.
De asemenea, este planificată crearea de mijloace pentru reparații rapide. Cu ajutorul lor, ei vor face față daunelor de luptă aduse aerodromurilor și diferitelor clădiri. Această aplicație impune cerințe speciale pentru instrumentele de reparație, dar oferă avantaje evidente.
În viitor, tehnologiile BRACE se vor putea muta în sfera civilă și în zone cu dublă utilizare. Structurile din beton sunt folosite aproape peste tot, inclusiv. asupra obiectelor de importanţă critică. Introducerea unor mijloace promițătoare de reparație și prevenire va face posibilă restaurarea obiectelor și structurilor deteriorate relativ rapid și la costuri minime, precum și extinderea funcționării acestora. În plus, va fi posibilă repararea rapidă cu restabilirea aproape completă a rezistenței.
Este evident că noile tehnologii de la DARPA și contractori își vor găsi cu siguranță clienții în sfera civilă. Recent, Statele Unite se confruntă cu probleme serioase de infrastructură. Din mai multe motive, uzura diferitelor obiecte din domeniul transporturilor, energiei, industriei etc. nu primește atenția cuvenită. Prevenirea nu se realizează în totalitate, ceea ce duce la diverse accidente. Poate că apariția și răspândirea pe scară largă a tehnologiilor BRACE vor reduce astfel de riscuri, deși nu le vor elimina complet.
Sarcini dificile
Astfel, agenția DARPA lansează cercetări la scară largă ca parte a unui alt program promițător cu dublă utilizare. Scopul programului BRACE este de a crea tehnologii fundamental noi în domeniul științei materialelor și al construcțiilor. Dacă participanții la program își vor face treaba, constructorii militari și civili din America vor avea noi oportunități speciale.
Cu toate acestea, participanții BRACE se confruntă cu sarcini foarte dificile. Ei vor trebui să găsească instrumente cu funcții și capacități speciale, precum și să asigure aplicarea lor în practică. Dacă se vor putea obține toate rezultatele dorite, se va ști în câțiva ani. Între timp, Pentagonul va trebui să efectueze reparații în mod obișnuit sau să demoleze și să reconstruiască instalații - cu toate costurile de timp și bani.
informații