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.
tin tức