A BRACE program logója a beton helyreállítási sorrendjét mutatja
Az Amerikai Fejlesztési Ügynökség (DARPA) foglalkozott az infrastruktúra helyreállításával és karbantartásával. Tavaly óta folynak a munkálatok a BRACE programon, melynek során alapvetően új utakat terveznek találni a beton és vasbeton szerkezetek helyreállítására, javítására. Olyan "biológiai" technológiákat tartunk, amelyek képesek megoldani a problémát anélkül, hogy szükség lenne szerkezetek szétszerelésére vagy elemeinek cseréjére.
A degradáció problémája
A beton és a vasbeton a fő modern építőanyagok közé tartozik, és széles körben használják a katonai és polgári infrastruktúra építésében. Azonban minden előnyük ellenére leépülhetnek negatív következményekkel.
Külső tényezők hatására, valamint a helytelen összetétel, az építési technológiák be nem tartása stb. repedések jelennek meg a betonban, majd morzsolódik. A külső nedvesség a fémelemek korróziójához vezet, ami csökkenti a szerkezet szilárdságát, és további belső feszültségeket is létrehoz. A szerkezet szilárdsága fokozatosan csökken, egészen a teljes megsemmisüléséig.
A DARPA ügynökség szerint az amerikai fegyveres erők mára teljes mértékben szembesülnek a betonszerkezetek leromlásának problémájával. Számos, a XNUMX. század közepén épült, különféle célú objektum üzemel. Az életkor és a külső tényezők miatt állapotuk sok kívánnivalót hagy maga után, és figyelmet igényel.
Míg az amerikai katonai építőknek "közönséges" betont kell használniuk
Nem minden ilyen létesítményt lehet vagy kell megjavítani, lebontani és újjáépíteni. Ebben a tekintetben olyan új javítási technológiák kidolgozását javasolják, amelyek lehetővé teszik az építőanyagok és szerkezetek integritásának helyreállítását jelentős külső hatás nélkül.
A természet ihlette
2022 márciusában a DARPA bejelentette egy új kutatási program elindítását, az elöregedett betonépítmények biológiai ihletésű helyreállítása („Régi betonszerkezetek biológiai ihletésű helyreállítása”) vagy a BRACE (hangzik „Brace” vagy „Brace”) néven.
Az új program részeként a tervek szerint újra megvizsgálják a beton és a vasbeton degradációs és tönkremenetelének folyamatait különböző körülmények között és különböző időpontokban. Az összegyűjtött információk alapján új technológiát próbálnak kidolgozni a szerkezet javítására és/vagy épségének megőrzésére.
A BRACE részeként a DARPA egy érdekes koncepciót kínál a sérülések helyreállítására. Olyan eszközökre van szükségünk, amelyek a sérült területen vagy a beton vastagságában vékony csatornák hálózatát hozhatják létre, hasonlóan az erekhez vagy a micéliumhoz. Ezen a hálózaton keresztül kell a javításhoz szükséges anyagokat optimális módon eljuttatni a sérült területre. A megfelelő területen az anyag részecskéi beágyazódnak a meglévő szerkezetbe, és megerősítik azt.
Javítási módban a csatornahálózatnak gondoskodnia kell arról, hogy nagy mennyiségű építőanyag gyorsan a sérült területre kerüljön, hogy kitöltse a keletkező üregeket. A megelőzés abban áll, hogy a kis hibákat hasonló módon pótolják, mielőtt azok növekednének és veszélyt jelentenének. Emellett a DARPA csatornahálózatot szeretne használni az anyagdiagnosztikára és a kárjelzésre.
Hogy a csatornák pontosan hogyan jönnek létre, azt a programban részt vevő szervezetek határozzák meg. Lehetőség van bizonyos kémiai, biológiai és egyéb eszközök alkalmazására. Ugyanakkor az "edények" hálózatának keresztmetszete és konfigurációja nem befolyásolhatja hátrányosan a helyreállított szerkezet szilárdságát, amely már meggyengült.
A program két ún. hasonló, de eltérő célú műszaki területek (Technical Areas). Az első "terület" TA1 feladata egy új technológia tényleges megalkotása. A TA2 irányvonal részeként új eszközök alkalmazásának módszereit, valamint a verifikációt szolgáló tesztrendszereket, modelleket dolgoznak ki. A jövőben új feladat jelenik meg - ki kell fejleszteni a technológia nagy sebességű változatát. Segítségével kisebb károk helyreállítását tervezik épületekben, repülőtereken stb.
A BRACE program tavaly márciusban indult, és négy és fél év áll rendelkezésére. Ez azt jelenti, hogy az új technológiáknak a 2026-os pénzügyi év vége előtt meg kell jelenniük. Az új anyagok mérnöki és épületszerkezeti megjelenésének időpontja még nem nevezhető. A határozatlan jövőben sem kizárt, hogy az új fejlesztések átkerüljenek a civil szférába, ahol széleskörű alkalmazásra is találnak.
Kutatók és előadók
A DARPA egy éve indította útjára a BRACE programot, és pályázatot is hirdetett azon szervezetek számára, amelyek részt kívánnak venni benne. Az ügynökség 23. március 2023-án bejelentette a program előkészítő részének befejezését és a résztvevők kiválasztását.
Három amerikai szervezet fog részt venni az új technológiák teljes körű kifejlesztésében. Ez a Livermore National Laboratory. E. Lawrence, Colorado Egyetem és Battel Memorial Institute. Bemutatták saját elképzeléseiket, fejlesztéseiket a beton "biológiai" helyreállításával kapcsolatban.
Cementhabarcsos épület XNUMXD nyomtatása
Sajnos a BRACE tagszervezetek előzetes projektjeinek részleteit még nem közölték. A hivatalos jelentések megemlítik, hogy mindegyik megfelel az ügyfél alapvető követelményeinek, és az anyagon belüli csatornahálózat ötletén alapul. Ebben az esetben az általános koncepció többféleképpen is megvalósítható.
A DARPA szerint a program mindhárom résztvevője mindkét "technikai területen" fog dolgozni. Új technológiákat kell kifejleszteniük, és azokat a gyakorlati használatra kell adaptálniuk. A résztvevők egy sor intézkedést és tesztelési eszközt is létrehoznak.
Сферы применения
A BRACE program fő szakasza még csak most kezdődött, és ennek eredményére még évekig várni kell. Ráadásul még nincs garancia arra, hogy a kutatásban résztvevők megbirkóznak a feladatokkal. A DARPA ügynökség azonban már jelzi az új technológiák lehetséges alkalmazási területeit és a várható hatást.
A Pentagon különféle katonai infrastruktúrák tömegével rendelkezik, amelyek építésekor betont és vasbetont használtak. Ezek különféle épületek és építmények, repülőtéri kifutópályák, kikötői horgonyzóhelyek és még stratégiai rakéták silóindítói is. Ezeknek a beton/vasbeton szerkezeteknek jelentős része a távoli múltban épült, és fokozatosan leromlik.
A kifejlesztett eszközök segítségével a jövőben a sérült tárgyak és elemeik javítását tervezik. Ezenkívül nem kizárt az építési szakaszban történő felhasználásuk, ami megakadályozza a szerkezetek további leromlását. Ennek eredményeként a régi létesítmények tovább üzemelhetnek, az újonnan épültek pedig kezdetben megnövekedett erőforrással rendelkeznek. Mindkét esetben ismert lesz a megtakarítás.
A tervek szerint pénzeszközöket teremtenek a gyors javításokhoz is. Segítségükkel a repülõtereken és különbözõ épületekben okozott harci károkat kezelik. Ez az alkalmazás speciális követelményeket támaszt a javítási eszközökkel szemben, de nyilvánvaló előnyöket biztosít.
A jövőben a BRACE technológiák a polgári és a kettős felhasználású területekre is eljuthatnak. A betonszerkezeteket szinte mindenhol használják, pl. kritikus jelentőségű tárgyakon. Az ígéretes javítási és megelőzési eszközök bevezetése lehetővé teszi a sérült létesítmények és építmények viszonylag gyors és minimális költséggel történő helyreállítását, valamint működésük meghosszabbítását. Ezenkívül gyorsan megjavítható az erő szinte teljes helyreállításával.
Nyilvánvaló, hogy a DARPA és a kivitelezők új technológiái biztosan megtalálják majd vásárlóikat a civil szférában. Az utóbbi időben az Egyesült Államok komoly infrastrukturális problémákkal küzd. Számos okból kifolyólag a különféle tárgyak elhasználódása a közlekedés, az energia, az ipar stb. nem kap kellő figyelmet. A megelőzés nem teljes körű, ami különféle balesetekhez vezet. Lehetséges, hogy a BRACE technológiák megjelenése és elterjedése csökkenti az ilyen kockázatokat, bár nem fogja teljesen kiküszöbölni.
Nehéz feladatok
Így a DARPA ügynökség teljes körű tanulmányokat indít egy másik ígéretes kettős felhasználású program részeként. A BRACE program célja alapvetően új technológiák létrehozása az anyagtudomány és az építőipar területén. Ha a programban résztvevők elvégzik a munkájukat, akkor az amerikai katonai és polgári építőmunkások számára új különleges lehetőségek nyílnak meg.
A BRACE tagjainak azonban nagyon nehéz feladatokkal kell szembenézniük. Meg kell találniuk a speciális funkciókkal és képességekkel rendelkező eszközöket, valamint biztosítaniuk kell azok gyakorlati alkalmazását. Hogy sikerül-e elérni az összes kívánt eredményt, az néhány éven belül kiderül. Addig is a Pentagonnak a szokásos módon kell javításokat végeznie, vagy le kell bontania és újjá kell építenie a létesítményeket – minden idő- és pénzköltséggel.