Нестандартный способ: как распознать микротрещины в бетонных конструкциях

Хотя бетон можно модифицировать так, чтобы он «подсвечивал» микротрещины, ученые обнаружили, что и обычный материал сам по себе хорошо справляется с этой задачей. Ему просто нужен слой самой простой краски и источник света.

Getty images

Ученые разработали простую методику, которая без дорогостоящего оборудования может подсказать, где бетонная конструкция дала первые трещины на микроуровне

Работая с коллегами из Кувейтского института научных исследований, команда из Университета Райса в Техасе изучала вопрос по использованию углеродных нанотрубок для оптического обнаружения деформации в бетонных конструкциях.

При визуализации бетона, покрытого нанотрубками, ученые с удивлением обнаружили, что что-то еще внутри него испускает легкое свечение. При дальнейшем расследовании было обнаружено, что ответственность за это несут микроскопические кристаллы кремния из портландцемента, который составляет часть бетонной смеси. Такие кристаллы, вероятно, образуются в цементе во время высокотемпературного производственного процесса и флуоресцируют в ближнем инфракрасном диапазоне при воздействии видимого света.

Команда нанесла непрозрачную черную краску на поверхность небольших бетонных блоков, а затем просверлила отверстия в этих блоках, чтобы они служили точками распространения трещин, которые в обычных условиях образуются при сжатии блоков. Эти трещины формировались как в бетоне, так и в краске, а идея заключалась в том, что краска защищала бетон от видимого света там, где он не был поврежден, но пропускала свет там, где образовывались трещины.

Когда блоки под давлением подвергались воздействию видимого света, а затем были просканированы ИК-лазером, оказалось, что даже мельчайшие трещины ярко флуоресцируют на темном фоне. Забегая вперед, ученые предполагают, что более практичным подходом было бы сначала нанести тонкий слой краски на новые бетонные конструкции, а затем периодически осматривать их, подвергая воздействию источника видимого света и фотографируя камерой ближнего инфракрасного диапазона.

Почему это важно

Профессор Райс Сатиш Нагараджайа отметил, что для инженеров и строителей чрезвычайно важно иметь четкое представление о том, где бетон дал микротрещины. Если своевременно отследить их, то можно будет предотвратить преждевременный износ или даже крупную катастрофу, если речь идет о многотонных промышленных сооружениях, магистральных колоннах и прочих утилитарных постройках.