DARPA đang tìm kiếm một cách "sinh học" để phục hồi bê tông

9
DARPA đang tìm kiếm một cách "sinh học" để phục hồi bê tông
Logo chương trình BRACE hiển thị trình tự phục hồi bê tông


Cơ quan Phát triển Tiên tiến Hoa Kỳ (DARPA) đã đưa ra các vấn đề khôi phục và bảo trì cơ sở hạ tầng. Kể từ năm ngoái, công việc đã được tiến hành trong chương trình BRACE, trong đó họ có kế hoạch tìm ra những cách mới về cơ bản để khôi phục và sửa chữa các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Chúng tôi xem xét các công nghệ "sinh học" có thể giải quyết vấn đề mà không cần phải tháo dỡ cấu trúc hoặc thay thế các bộ phận của nó.



Vấn đề xuống cấp


Bê tông và bê tông cốt thép là một trong những vật liệu xây dựng hiện đại chính và được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cơ sở hạ tầng quân sự và dân sự. Tuy nhiên, đối với tất cả các lợi thế của họ, họ có thể xuống cấp với những hậu quả tiêu cực.

Dưới tác động của các yếu tố bên ngoài, cũng như do thành phần không chính xác, không tuân thủ các công nghệ xây dựng, v.v. các vết nứt xuất hiện trong bê tông, và sau đó nó bắt đầu vỡ vụn. Độ ẩm bên ngoài dẫn đến ăn mòn các nguyên tố kim loại, làm giảm độ bền của kết cấu, đồng thời tạo thêm ứng suất bên trong. Sức mạnh của cấu trúc giảm dần, cho đến khi nó bị phá hủy hoàn toàn.

Theo cơ quan DARPA, cho đến nay, các lực lượng vũ trang Hoa Kỳ đang phải đối mặt hoàn toàn với vấn đề xuống cấp của các cấu trúc bê tông. Nhiều đối tượng cho các mục đích khác nhau, được xây dựng vào giữa thế kỷ XNUMX, vẫn hoạt động. Do tuổi tác và các yếu tố bên ngoài, tình trạng của họ còn nhiều điều không mong muốn và cần được chú ý.


Trong khi quân đội Mỹ xây dựng phải dùng bê tông "thường"

Không phải tất cả các cơ sở như vậy đều có thể hoặc nên được sửa chữa hoặc phá bỏ và xây dựng lại. Về vấn đề này, đề xuất phát triển các công nghệ sửa chữa mới cho phép khôi phục tính toàn vẹn của vật liệu và cấu trúc xây dựng mà không có tác động đáng kể từ bên ngoài.

Lấy cảm hứng từ thiên nhiên


Vào tháng 2022 năm XNUMX, DARPA đã công bố triển khai một chương trình nghiên cứu mới có tên là Khôi phục các công trình bê tông cũ lấy cảm hứng từ sinh học (“Phục hồi các cấu trúc bê tông cũ lấy cảm hứng từ sinh học”) hoặc BRACE (nghe giống như “Brace” hoặc “Brace”).

Là một phần của chương trình mới, nó được lên kế hoạch kiểm tra lại các quá trình xuống cấp và phá hủy bê tông và bê tông cốt thép trong các điều kiện khác nhau và trong các thời điểm khác nhau. Dựa trên thông tin thu thập được, họ sẽ cố gắng tạo ra một công nghệ mới để sửa chữa và / hoặc duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc.

Là một phần của BRACE, DARPA đưa ra một khái niệm thú vị để phục hồi thiệt hại. Chúng tôi cần một số phương tiện có thể tạo ra một mạng lưới các kênh mỏng trong khu vực bị hư hỏng hoặc trong độ dày của bê tông, tương tự như mạch máu hoặc sợi nấm. Thông qua mạng lưới này, các vật liệu sửa chữa sẽ được chuyển đến khu vực bị hư hỏng một cách tối ưu. Khi ở đúng khu vực, các hạt vật liệu sẽ được nhúng vào cấu trúc hiện có và củng cố nó.

Ở chế độ sửa chữa, mạng lưới kênh đào sẽ phải đảm bảo rằng một lượng lớn vật liệu xây dựng sẽ nhanh chóng được chuyển đến khu vực bị hư hỏng để lấp đầy các khoảng trống do kết quả. Phòng ngừa sẽ bao gồm lấp đầy các khiếm khuyết nhỏ tương tự trước khi chúng gia tăng và bắt đầu gây ra mối đe dọa. Ngoài ra, DARPA muốn sử dụng một mạng lưới các kênh để chẩn đoán vật liệu và báo hiệu thiệt hại.


Các kênh sẽ được tạo chính xác như thế nào sẽ do các tổ chức tham gia chương trình quyết định. Có thể sử dụng một số phương tiện hóa học, sinh học và các phương tiện khác. Đồng thời, mặt cắt ngang và cấu hình của mạng lưới "tàu" không được ảnh hưởng xấu đến độ bền của cấu trúc được phục hồi vốn đã bị suy yếu.

Chương trình được chia thành hai cái gọi là. các lĩnh vực kỹ thuật (Technical Areas) có mục tiêu tương tự nhưng khác nhau. Nhiệm vụ của "khu vực" TA1 đầu tiên là tạo ra một công nghệ mới trên thực tế. Là một phần của hướng TA2, các phương pháp sử dụng các công cụ mới sẽ được phát triển, cũng như các hệ thống và mô hình thử nghiệm để xác minh. Trong tương lai, một nhiệm vụ mới sẽ xuất hiện - cần phải phát triển một phiên bản công nghệ tốc độ cao. Với sự giúp đỡ của nó, họ có kế hoạch sửa chữa những thiệt hại nhỏ cho các tòa nhà, sân bay, v.v.

Chương trình BRACE bắt đầu vào tháng Ba năm ngoái và có bốn năm rưỡi để hoàn thành. Điều này có nghĩa là các công nghệ mới sẽ xuất hiện trước khi kết thúc năm tài chính 2026. Thời điểm xuất hiện của các vật liệu mới trong cấu trúc kỹ thuật và xây dựng vẫn chưa được đặt tên. Trong tương lai không xác định, không loại trừ việc chuyển giao các phát triển mới sang lĩnh vực dân sự, nơi chúng cũng sẽ được ứng dụng rộng rãi.

Các nhà nghiên cứu và thực hiện


Một năm trước, DARPA đã khởi động chương trình BRACE, đồng thời mở lời kêu gọi các đơn đăng ký từ các tổ chức muốn tham gia chương trình này. Vào ngày 23 tháng 2023 năm XNUMX, cơ quan đã thông báo hoàn thành phần chuẩn bị của chương trình và lựa chọn những người tham gia.

Ba tổ chức của Mỹ sẽ tham gia vào việc phát triển đầy đủ các công nghệ mới. Đây là Phòng thí nghiệm Quốc gia Livermore. E. Lawrence, Đại học Colorado và Viện Tưởng niệm Battel. Họ đã trình bày những ý tưởng và sự phát triển của riêng họ về việc phục hồi bê tông "sinh học".


In XNUMXD tòa nhà vữa xi măng

Thật không may, thông tin chi tiết về các dự án sơ bộ từ các tổ chức thành viên BRACE vẫn chưa được công bố. Các báo cáo chính thức đề cập rằng tất cả chúng đều đáp ứng các yêu cầu cơ bản của khách hàng và dựa trên ý tưởng về một mạng lưới các kênh trong tài liệu. Trong trường hợp này, khái niệm chung có thể được thực hiện theo những cách khác nhau.

Theo DARPA, cả ba người tham gia chương trình sẽ làm việc trong cả hai "lĩnh vực kỹ thuật". Họ sẽ phải phát triển các công nghệ mới, cũng như điều chỉnh chúng để sử dụng thực tế. Một bộ các biện pháp và phương tiện để thử nghiệm cũng sẽ được tạo ra bởi những người tham gia.

Сферы применения


Giai đoạn chính của chương trình BRACE mới bắt đầu và kết quả của nó sẽ phải chờ thêm vài năm nữa. Ngoài ra, không có gì đảm bảo rằng những người tham gia nghiên cứu sẽ đối phó với các nhiệm vụ. Tuy nhiên, cơ quan DARPA đã chỉ ra các lĩnh vực có thể áp dụng công nghệ mới và hiệu quả dự kiến.

Lầu Năm Góc có sẵn một lượng lớn cơ sở hạ tầng quân sự các loại, trong việc xây dựng bê tông và bê tông cốt thép đã được sử dụng. Đây là những tòa nhà và công trình khác nhau, đường băng sân bay, bến cảng và thậm chí cả bệ phóng silo cho tên lửa chiến lược. Một tỷ lệ đáng kể các kết cấu bê tông/bê tông cốt thép này đã được xây dựng từ xa xưa và đang dần xuống cấp.

Với sự trợ giúp của các công cụ đã phát triển, trong tương lai, họ có kế hoạch sửa chữa các đồ vật bị hư hỏng và các bộ phận của chúng. Ngoài ra, việc sử dụng chúng ở giai đoạn xây dựng không được loại trừ, điều này sẽ ngăn chặn sự xuống cấp hơn nữa của các cấu trúc. Do đó, các cơ sở cũ sẽ có thể hoạt động lâu hơn và những cơ sở mới được xây dựng ban đầu sẽ có nguồn lực tăng lên. Trong cả hai trường hợp, sẽ có khoản tiết kiệm đã biết.


Nó cũng được lên kế hoạch để tạo quỹ để sửa chữa nhanh chóng. Với sự giúp đỡ của họ, họ sẽ đối phó với thiệt hại chiến đấu đối với các sân bay và các tòa nhà khác nhau. Ứng dụng này áp đặt các yêu cầu đặc biệt đối với phương tiện sửa chữa, nhưng mang lại những lợi thế rõ ràng.

Trong tương lai, các công nghệ BRACE sẽ có thể chuyển sang các lĩnh vực dân sự và sử dụng kép. Kết cấu bê tông được sử dụng ở hầu hết mọi nơi, bao gồm. trên các đối tượng có tầm quan trọng đặc biệt. Việc giới thiệu các phương tiện sửa chữa và phòng ngừa đầy hứa hẹn sẽ cho phép khôi phục các cơ sở và công trình bị hư hỏng tương đối nhanh chóng và với chi phí tối thiểu, cũng như kéo dài thời gian hoạt động của chúng. Ngoài ra, sẽ có thể nhanh chóng sửa chữa với sự phục hồi sức mạnh gần như hoàn toàn.

Rõ ràng, các công nghệ mới từ DARPA và các nhà thầu chắc chắn sẽ tìm thấy khách hàng của họ trong lĩnh vực dân sự. Gần đây, Hoa Kỳ đã gặp phải những vấn đề nghiêm trọng về cơ sở hạ tầng. Vì một số lý do, sự hao mòn của các đối tượng khác nhau trong lĩnh vực giao thông, năng lượng, công nghiệp, v.v. không nhận được sự quan tâm thích đáng. Phòng ngừa không được thực hiện đầy đủ, dẫn đến các tai nạn khác nhau. Có thể sự xuất hiện và sử dụng rộng rãi các công nghệ BRACE sẽ làm giảm những rủi ro như vậy, mặc dù nó sẽ không loại bỏ hoàn toàn chúng.

Nhiệm vụ khó khăn


Do đó, cơ quan DARPA đang triển khai các nghiên cứu toàn diện như một phần của một chương trình sử dụng kép đầy hứa hẹn khác. Mục tiêu của chương trình BRACE là tạo ra các công nghệ mới về cơ bản trong lĩnh vực khoa học vật liệu và xây dựng. Nếu những người tham gia chương trình thực hiện công việc của họ, thì các công nhân xây dựng quân sự và dân sự của Hoa Kỳ sẽ có những cơ hội đặc biệt mới.

Tuy nhiên, các thành viên BRACE phải đối mặt với những nhiệm vụ rất khó khăn. Họ sẽ phải tìm ra những công cụ có chức năng và khả năng đặc biệt, cũng như đảm bảo tính ứng dụng của chúng trong thực tế. Liệu có thể đạt được tất cả các kết quả mong muốn hay không sẽ được biết sau một vài năm. Trong khi chờ đợi, Lầu Năm Góc sẽ phải tiến hành sửa chữa theo cách thông thường hoặc phá bỏ và xây dựng lại các cơ sở - với mọi chi phí về thời gian và tiền bạc.
9 bình luận
tin tức
Bạn đọc thân mến, để nhận xét về một ấn phẩm, bạn phải đăng nhập.
  1. +4
    20 tháng 2023, 09 09:XNUMX
    Cảm ơn bạn cho bài viết. Thực sự nhiều thông tin và thú vị.
    Nhân tiện, các công nghệ thuộc loại này đã được phát triển ở Liên Xô, chẳng hạn như phục hồi hư hỏng đường băng của sân bay quân sự cho máy bay phản lực hạng nặng bằng cách lấp đầy các phễu bằng nhựa polyme đông cứng nhanh.
    Và một điều nữa, nhân tiện, ở Hoa Kỳ, các nhà xây dựng quân sự như vậy vẫn còn, không giống như chúng tôi. Đó là những người xây dựng quân sự, chứ không phải quân đội kỹ thuật, những người có mục đích, thành phần và thiết bị hoàn toàn khác, hoặc các chuyên gia của tổ hợp xây dựng quân sự, về bản chất, là những công chức không có dây đeo vai thực hiện các chức năng của khách hàng thực hiện công việc xây dựng quân sự ... nhà thầu dân dụng. Do đó, những tổn thất giữa các nhà xây dựng dân sự, chẳng hạn như trong quá trình xây dựng các tuyến phòng thủ ở khu vực biên giới với ukrooeykh. Chúng ta có cần các nhà xây dựng quân sự trong quân đội Nga hiện đại không? Nhưng chúng tôi chắc chắn cần một số đội quân có khả năng thực hiện công việc xây dựng, chủ yếu trong các lĩnh vực như xây dựng đường bộ, xây dựng cầu (chúng tôi nhớ việc khôi phục cây cầu bắc qua Dnepr sau các cuộc tấn công liên tục của Khaimars, khi các đội sửa chữa dân sự thiệt mạng), xây dựng sân bay và các cơ sở công sự lâu dài bằng kiến ​​​​thức của họ, thiết bị chuyên dụng, trạng thái có cả hệ thống phòng không và UAV, ngụy trang và các thiết bị đặc biệt khác. Chà, không cần phải nói rằng các quân nhân phải có kỹ năng tiến hành chiến đấu vũ trang tổng hợp, và quan trọng nhất là có thể và có nghĩa vụ thực hiện công việc ở khu vực tiền tuyến theo mệnh lệnh. Và hãy để họ trở thành một phần của đội quân kỹ thuật, điều đó không thành vấn đề.
    1. -1
      20 tháng 2023, 09 56:XNUMX
      Trước đây, họ đã biết cách xây dựng không chỉ trong nhiều thế kỷ - trong nhiều thiên niên kỷ!
      Bê tông La Mã là một ví dụ.
      Hệ thống ống nước La Mã cổ đại, khoảng 2000 năm tuổi.
      1. 0
        21 tháng 2023, 15 45:XNUMX
        Trích dẫn từ Mister X
        hệ thống ống nước La Mã cổ đại

        "Trọng lượng, thô lỗ, có thể nhìn thấy" (C)
  2. -7
    20 tháng 2023, 09 40:XNUMX
    Thủy tinh lỏng, nó cũng là keo silicat và không cần chất sinh học. Ai đó đang thực hiện một chiến lợi phẩm khác.
  3. +3
    20 tháng 2023, 11 22:XNUMX
    Về mặt khái niệm, ý tưởng với "bê tông sinh học" khá thú vị, tôi đã đọc về nó trên "Khoa học và Đời sống" cách đây không lâu. Ở đó, bản chất của thực tế là các vi sinh vật nuôi cấy được trộn vào bê tông, chúng được kích hoạt khi tiếp xúc với oxy - tức là trong hầu hết các trường hợp có sự xuất hiện của các vết nứt. Hơn nữa, các vi sinh vật này sẽ phân phối lại (theo ý tưởng của các nhà phát triển) các chất có chứa canxi được trộn vào cùng một loại bê tông, hấp thụ và xử lý chúng, đồng thời thực sự hàn gắn các vết nứt tạo thành bằng các chất thải của chúng.
    Tất nhiên, một vật liệu như vậy sẽ không phải là "vĩnh cửu", và về nguyên tắc, có rất nhiều câu hỏi về cách có thể thực hiện điều này, cũng như về nguyên tắc, sự gia tăng không thể tránh khỏi về độ xốp của phần trên. các lớp "bê tông sinh học" như vậy (và câu hỏi về khả năng tương thích trong quá trình trao đổi chất của các sinh vật này với các cấu trúc kim loại hiện có, bởi vì ngoài oxy, độ ẩm chắc chắn sẽ được yêu cầu). Nhưng suy nghĩ thật thú vị.

    Đối với "bê tông thấm mao dẫn nano" - theo kinh nghiệm, nó không có vẻ là một ý tưởng hay. Độ ẩm sẽ xuyên qua các "lỗ chân lông" như vậy vào cùng một khung sắt (và trên toàn bộ quy mô của cấu trúc), các quá trình kết tinh sẽ xảy ra ở đó, với sự thay đổi của các mùa và dưới tác động của gió và thay đổi nhiệt độ, do nén nhiệt và giãn nở, vật liệu như vậy sẽ xuống cấp nhanh hơn bê tông thông thường.
  4. 0
    21 tháng 2023, 15 51:XNUMX
    Rất thú vị. Đây thực sự là một vấn đề lớn. Và không chỉ trong số các nhân viên. Ngay cả việc phá dỡ các kết cấu bê tông cốt thép đổ nát vẫn đang được tiến hành! Nhưng tôi có thể tưởng tượng sẽ tốn bao nhiêu công sức và tiền bạc để tạo ra những công nghệ này! Nhưng, nó sẽ được đền đáp xứng đáng.
  5. 0
    21 tháng 2023, 15 55:XNUMX
    KYIV
    Các bức tường của Nhà thờ St. Sophia được lát bằng những khối đá granit lớn, được đổ bằng "cá hồi" - vữa vôi có thêm gạch vụn. Các hàng đá lớn được hoàn thiện bằng "bệ đỡ" - gạch phẳng và rộng màu hồng cam với độ dày từ 2,5 đến 4 cm. Khối xây bên ngoài vẫn để ngỏ, các mặt tiền của tòa nhà không được trát vữa.
    HUYỀN THOẠI - nhào trên trứng gà.

    BYZANTIUM
    Một chiết xuất của lá tro đã được thêm vào giải pháp của Nhà thờ Sofia.
  6. 0
    21 tháng 2023, 16 05:XNUMX
    Mát mẻ.
    Kỹ thuật dân dụng sẽ là một thành công tuyệt vời.
  7. 0
    3 tháng 2023 năm 09 50:XNUMX
    Tất cả những khám phá sẽ dẫn đến việc thêm trứng vào bê tông và các bằng sáng chế tiếp theo của một mẻ bê tông điển hình, để không ai có quyền xây dựng, ngoại trừ "KHỐI ĐEN" ...