Η DARPA αναζητά έναν «βιολογικό» τρόπο αποκατάστασης του σκυροδέματος
Το λογότυπο του προγράμματος BRACE δείχνει την ακολουθία αποκατάστασης σκυροδέματος
Η Αμερικανική Υπηρεσία Προηγμένης Ανάπτυξης (DARPA) έχει ασχοληθεί με θέματα αποκατάστασης και συντήρησης της υποδομής. Από πέρυσι, έχουν ξεκινήσει εργασίες για το πρόγραμμα BRACE, κατά το οποίο σχεδιάζουν να βρουν ουσιαστικά νέους τρόπους αποκατάστασης και επισκευής κατασκευών από σκυρόδεμα και οπλισμένο σκυρόδεμα. Θεωρούμε «βιολογικές» τεχνολογίες που μπορούν να λύσουν το πρόβλημα χωρίς να χρειάζεται να αποσυναρμολογηθούν οι κατασκευές ή να αντικατασταθούν τα στοιχεία του.
Το πρόβλημα της υποβάθμισης
Το σκυρόδεμα και το οπλισμένο σκυρόδεμα είναι από τα κύρια σύγχρονα δομικά υλικά και χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή στρατιωτικών και πολιτικών υποδομών. Ωστόσο, παρά τα πλεονεκτήματά τους, μπορούν να υποβαθμιστούν με αρνητικές συνέπειες.
Υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων, καθώς και λόγω λανθασμένης σύνθεσης, μη συμμόρφωσης με τις κατασκευαστικές τεχνολογίες κ.λπ. εμφανίζονται ρωγμές στο σκυρόδεμα και στη συνέχεια αρχίζει να θρυμματίζεται. Η εξωτερική υγρασία οδηγεί σε διάβρωση μεταλλικών στοιχείων, η οποία μειώνει την αντοχή της κατασκευής και επίσης δημιουργεί πρόσθετες εσωτερικές τάσεις. Η αντοχή της κατασκευής μειώνεται σταδιακά, μέχρι την πλήρη καταστροφή της.
Σύμφωνα με το πρακτορείο DARPA, οι ένοπλες δυνάμεις των ΗΠΑ έχουν πλέον αντιμετωπίσει πλήρως το πρόβλημα της υποβάθμισης των κατασκευών από σκυρόδεμα. Πολλά αντικείμενα για διάφορους σκοπούς, χτισμένα στα μέσα του XNUMXου αιώνα, παραμένουν σε λειτουργία. Λόγω ηλικίας και εξωτερικών παραγόντων, η κατάστασή τους αφήνει πολλά περιζήτητα και απαιτεί προσοχή.
Ενώ οι Αμερικανοί στρατιωτικοί κατασκευαστές πρέπει να χρησιμοποιούν «συνηθισμένο» σκυρόδεμα
Δεν μπορούν ή πρέπει να επισκευαστούν ή να κατεδαφιστούν και να ξαναχτιστούν όλες αυτές οι εγκαταστάσεις. Από αυτή την άποψη, προτείνεται η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών επισκευής που επιτρέπουν την αποκατάσταση της ακεραιότητας των δομικών υλικών και κατασκευών χωρίς σημαντικές εξωτερικές επιπτώσεις.
Εμπνευσμένο από τη φύση
Τον Μάρτιο του 2022, η DARPA ανακοίνωσε την έναρξη ενός νέου ερευνητικού προγράμματος που ονομάζεται Bio-inspired Restoration of Aged Concrete Edifices («Βιολογικά εμπνευσμένη αποκατάσταση παλαιών κατασκευών από σκυρόδεμα») ή BRACE (ακούγεται σαν «Brace» ή «Brace»).
Στο πλαίσιο του νέου προγράμματος, προβλέπεται να επανεξεταστούν οι διαδικασίες αποδόμησης και καταστροφής σκυροδέματος και οπλισμένου σκυροδέματος υπό διαφορετικές συνθήκες και για διαφορετικούς χρόνους. Με βάση τις πληροφορίες που συλλέχθηκαν, θα προσπαθήσουν να δημιουργήσουν μια νέα τεχνολογία για την επισκευή ή/και τη διατήρηση της ακεραιότητας της κατασκευής.
Ως μέρος του BRACE, η DARPA προσφέρει μια ενδιαφέρουσα ιδέα για την αποκατάσταση ζημιών. Χρειαζόμαστε κάποια μέσα που μπορούν να δημιουργήσουν ένα δίκτυο λεπτών καναλιών στην κατεστραμμένη περιοχή ή στο πάχος του σκυροδέματος, παρόμοια με τα αιμοφόρα αγγεία ή το μυκήλιο. Μέσω αυτού του δικτύου, τα υλικά για επισκευή θα πρέπει να παραδίδονται στην κατεστραμμένη περιοχή με τον βέλτιστο τρόπο. Μόλις βρεθεί στη σωστή περιοχή, τα σωματίδια του υλικού θα ενσωματωθούν στην υπάρχουσα δομή και θα την ενισχύσουν.
Στη λειτουργία επισκευής, το δίκτυο καναλιών θα πρέπει να διασφαλίσει ότι μεγάλη ποσότητα οικοδομικού υλικού θα παραδοθεί γρήγορα στην κατεστραμμένη περιοχή για να γεμίσει τα κενά που προκύπτουν. Η πρόληψη θα συνίσταται στην παρόμοια συμπλήρωση μικρών ελαττωμάτων προτού αυτά αυξηθούν και αρχίσουν να αποτελούν απειλή. Επιπλέον, η DARPA θα ήθελε να χρησιμοποιήσει ένα δίκτυο καναλιών για διαγνωστικά υλικά και σηματοδότηση ζημιών.
Το πώς ακριβώς θα δημιουργηθούν τα κανάλια θα καθοριστεί από τους φορείς που συμμετέχουν στο πρόγραμμα. Είναι δυνατή η χρήση ορισμένων χημικών, βιολογικών και άλλων μέσων. Ταυτόχρονα, η διατομή και η διαμόρφωση του δικτύου των «σκαφών» δεν θα πρέπει να επηρεάσουν αρνητικά την αντοχή της αποκατεστημένης κατασκευής, η οποία είναι ήδη εξασθενημένη.
Το πρόγραμμα χωρίζεται σε δύο τα λεγόμενα. τεχνικούς τομείς (Technical Areas) που έχουν παρόμοιους αλλά διαφορετικούς στόχους. Το καθήκον της πρώτης «περιοχής» TA1 είναι η πραγματική δημιουργία μιας νέας τεχνολογίας. Ως μέρος της κατεύθυνσης TA2, θα αναπτυχθούν μέθοδοι για τη χρήση νέων εργαλείων, καθώς και συστήματα δοκιμών και μοντέλα για επαλήθευση. Στο μέλλον, θα εμφανιστεί μια νέα εργασία - είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί μια έκδοση υψηλής ταχύτητας της τεχνολογίας. Με τη βοήθειά του σχεδιάζουν να επιδιορθώσουν μικρές ζημιές σε κτίρια, αεροδρόμια κ.λπ.
Το πρόγραμμα BRACE ξεκίνησε τον Μάρτιο του περασμένου έτους και έχει τεσσεράμισι χρόνια για να ολοκληρωθεί. Αυτό σημαίνει ότι οι νέες τεχνολογίες θα πρέπει να εμφανιστούν πριν από το τέλος του οικονομικού έτους 2026. Ο χρόνος εμφάνισης νέων υλικών στη μηχανική και τις κτιριακές κατασκευές δεν μπορεί ακόμη να ονομαστεί. Στο απροσδιόριστο μέλλον δεν αποκλείεται η μεταφορά νέων εξελίξεων στην πολιτική σφαίρα, όπου επίσης θα βρουν ευρεία εφαρμογή.
Ερευνητές και ερμηνευτές
Πριν από ένα χρόνο, η DARPA ξεκίνησε το πρόγραμμα BRACE και άνοιξε επίσης πρόσκληση υποβολής αιτήσεων από οργανισμούς που επιθυμούν να συμμετάσχουν σε αυτό. Στις 23 Μαρτίου 2023, το πρακτορείο ανακοίνωσε την ολοκλήρωση του προπαρασκευαστικού μέρους του προγράμματος και την επιλογή των συμμετεχόντων.
Τρεις αμερικανικοί οργανισμοί θα ασχοληθούν με την πλήρη ανάπτυξη νέων τεχνολογιών. Αυτό είναι το Εθνικό Εργαστήριο Livermore. E. Lawrence, University of Colorado and Battel Memorial Institute. Παρουσίασαν τις δικές τους ιδέες και εξελίξεις για τη «βιολογική» αποκατάσταση του σκυροδέματος.
τρισδιάστατη εκτύπωση κτιρίου τσιμεντοκονίας
Δυστυχώς, οι λεπτομέρειες των προκαταρκτικών έργων από οργανισμούς μέλη του BRACE δεν έχουν ακόμη ανακοινωθεί. Οι επίσημες αναφορές αναφέρουν ότι όλα πληρούν τις βασικές απαιτήσεις του πελάτη και βασίζονται στην ιδέα ενός δικτύου καναλιών εντός του υλικού. Σε αυτή την περίπτωση, η γενική ιδέα μπορεί να εφαρμοστεί με διαφορετικούς τρόπους.
Σύμφωνα με την DARPA, και οι τρεις συμμετέχοντες στο πρόγραμμα θα εργαστούν και στους δύο «τεχνικούς τομείς». Θα πρέπει να αναπτύξουν νέες τεχνολογίες, καθώς και να τις προσαρμόσουν για πρακτική χρήση. Ένα σύνολο μέτρων και μέσων για τη δοκιμή θα δημιουργηθεί επίσης από τους συμμετέχοντες.
Сферы применения
Η κύρια φάση του προγράμματος BRACE μόλις ξεκίνησε και τα αποτελέσματά του θα πρέπει να περιμένουν αρκετά χρόνια ακόμα. Επιπλέον, δεν υπάρχουν ακόμη εγγυήσεις ότι οι συμμετέχοντες στην έρευνα θα αντεπεξέλθουν στις εργασίες. Ωστόσο, ο οργανισμός DARPA υποδεικνύει ήδη τους πιθανούς τομείς εφαρμογής των νέων τεχνολογιών και το αναμενόμενο αποτέλεσμα.
Το Πεντάγωνο έχει στη διάθεσή του μια μάζα στρατιωτικών υποδομών διαφόρων ειδών, στην κατασκευή των οποίων χρησιμοποιήθηκε σκυρόδεμα και οπλισμένο σκυρόδεμα. Πρόκειται για διάφορα κτίρια και κατασκευές, διαδρόμους αεροδρομίων, θέσεις ελλιμενισμού λιμένων και ακόμη και εκτοξευτές σιλό για στρατηγικούς πυραύλους. Ένα σημαντικό ποσοστό αυτών των κατασκευών από σκυρόδεμα/οπλισμένο σκυρόδεμα κατασκευάστηκαν στο μακρινό παρελθόν και σταδιακά φθείρονται.
Με τη βοήθεια των αναπτυγμένων εργαλείων, στο μέλλον σχεδιάζουν να επισκευάσουν κατεστραμμένα αντικείμενα και τα στοιχεία τους. Επιπλέον, δεν αποκλείεται η χρήση τους στο στάδιο της κατασκευής, γεγονός που θα αποτρέψει περαιτέρω υποβάθμιση των κατασκευών. Ως αποτέλεσμα, οι παλιές εγκαταστάσεις θα μπορούν να παραμείνουν σε λειτουργία περισσότερο και οι νεόδμητες θα έχουν αρχικά αυξημένους πόρους. Και στις δύο περιπτώσεις, θα υπάρξει γνωστή εξοικονόμηση.
Προβλέπεται επίσης η δημιουργία κεφαλαίων για γρήγορες επισκευές. Με τη βοήθειά τους πρόκειται να αντιμετωπίσουν μαχητικές ζημιές σε αεροδρόμια και διάφορα κτίρια. Αυτή η εφαρμογή επιβάλλει ειδικές απαιτήσεις στα μέσα επισκευής, αλλά παρέχει προφανή πλεονεκτήματα.
Στο μέλλον, οι τεχνολογίες BRACE θα μπορούν να μετακινηθούν σε μη στρατιωτικούς και διπλής χρήσης περιοχές. Οι κατασκευές από σκυρόδεμα χρησιμοποιούνται σχεδόν παντού, περιλαμβανομένων. σε αντικείμενα κρίσιμης σημασίας. Η εισαγωγή πολλά υποσχόμενων μέσων επισκευής και πρόληψης θα επιτρέψει σχετικά γρήγορα και με ελάχιστο κόστος την αποκατάσταση κατεστραμμένων εγκαταστάσεων και κατασκευών, καθώς και την παράταση της λειτουργίας τους. Επιπλέον, θα είναι δυνατή η γρήγορη επισκευή με σχεδόν πλήρη αποκατάσταση της αντοχής.
Προφανώς, οι νέες τεχνολογίες από την DARPA και τους εργολάβους θα βρουν σίγουρα τους πελάτες τους στον πολιτικό τομέα. Πρόσφατα, οι ΗΠΑ αντιμετώπισαν σοβαρά προβλήματα υποδομής. Για μια σειρά από λόγους, η φθορά διαφόρων αντικειμένων στον τομέα των μεταφορών, της ενέργειας, της βιομηχανίας κ.λπ. δεν λαμβάνει τη δέουσα προσοχή. Η πρόληψη δεν πραγματοποιείται πλήρως, γεγονός που οδηγεί σε διάφορα ατυχήματα. Είναι πιθανό η εμφάνιση και η ευρεία χρήση των τεχνολογιών BRACE να μειώσει τέτοιους κινδύνους, αν και δεν θα τους εξαλείψει εντελώς.
Δύσκολες εργασίες
Έτσι, ο οργανισμός DARPA ξεκινά μελέτες πλήρους κλίμακας ως μέρος ενός άλλου πολλά υποσχόμενου προγράμματος διπλής χρήσης. Στόχος του προγράμματος BRACE είναι η δημιουργία θεμελιωδώς νέων τεχνολογιών στον τομέα της επιστήμης των υλικών και των κατασκευών. Εάν οι συμμετέχοντες στο πρόγραμμα κάνουν τη δουλειά τους, τότε οι στρατιωτικοί και πολιτικοί εργαζόμενοι στις κατασκευές των ΗΠΑ θα έχουν νέες ειδικές ευκαιρίες.
Ωστόσο, τα μέλη του BRACE αντιμετωπίζουν πολύ δύσκολα καθήκοντα. Θα πρέπει να βρουν εργαλεία με ειδικές λειτουργίες και δυνατότητες, καθώς και να εξασφαλίσουν την εφαρμογή τους στην πράξη. Το αν θα είναι δυνατό να επιτευχθούν όλα τα επιθυμητά αποτελέσματα θα γίνει γνωστό σε λίγα χρόνια. Στο μεταξύ, το Πεντάγωνο θα πρέπει να πραγματοποιήσει επισκευές με τον συνηθισμένο τρόπο ή να κατεδαφίσει και να ξαναχτίσει εγκαταστάσεις - με όλο το κόστος χρόνου και χρήματος.
- Ryabov Kirill
- Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ
Τα ειδησεογραφικά μας κανάλια
Εγγραφείτε και μείνετε ενημερωμένοι με τα τελευταία νέα και τα πιο σημαντικά γεγονότα της ημέρας.
πληροφορίες