Кусок «ткани» и горсть воды — и через десять минут вы получаете прочную бетонную плиту. Это не фокус, а последнее достижение команды профессора Цзян Гаомина из Школы текстильных наук и инженерии Цзяннаньского университета, опубликованное в ведущем журнале в области гражданского строительства *Construction and Building Materials*. Команда объединила технологию трёхмерного вязания с технологией армирования, успешно разработав высокоэффективный «гибкий армированный композитный материал из основовязаной объёмной структуры для усиления бетона» — цементное одеяло. Этот технологический прорыв знаменует рождение нового высококлассного строительного материала для городского строительства, что окажет значительное влияние на отрасль.

От «ткачества» к «строительству домов»: революционный новый строительный материал

Бетон всегда был основой городского строительства, однако его процесс укладки часто сопровождается сложными этапами, такими как опалубка, перемешивание, заливка и уход, что приводит к высокой трудоёмкости, длительным срокам строительства и серьёзному загрязнению окружающей среды пылью. Традиционный бетон также склонен к растрескиванию из-за своей хрупкости и низкой прочности на растяжение, что влечёт за собой высокие затраты на обслуживание. Цементное одеяло, разработанное командой Цзяннаньского университета, полностью меняет эту ситуацию с самого начала.

Ключ к этой технологии заключается в её уникальной предварительно изготовленной «тканевой» структуре. Это композитный материал из основовязаной объёмной структуры, усиливающий бетон, изготовленный с использованием технологии заполнения сухим цементным вяжущим порошком. До полива водой он мягкий и лёгкий, как обычная ткань, его можно резать и изгибать по мере необходимости, а также сворачивать в рулоны для удобства транспортировки. На месте строительства рабочим нужно лишь полить эту «ткань» водой, и за короткое время она быстро затвердеет, образуя монолитный прочный бетонный слой толщиной от 3 до 30 мм, без необходимости перемешивания, опалубки и распалубки.

По сравнению с традиционным бетоном и цементными композитами на основе перемешивания раствора, цементное одеяло демонстрирует огромные преимущества в энергосбережении, экологичности, высокой эффективности и гибкости строительства, особенно подходя для ситуаций с ограниченными человеческими ресурсами, временем и оборудованием. Эффективность его укладки поистине революционна: достаточно одного куска ткани, который при контакте с водой формируется и затвердевает примерно за десять минут. Это значительно упрощает строительную площадку, снижая зависимость от тяжёлой техники и квалифицированных рабочих.

Внутренняя армированная структура преодолевает недостаток ударной вязкости традиционных цементных одеял

Инновация материалов заключается не только в обеспечении «удобства строительства», но и в преодолении «потолка» их характеристик. Хотя традиционные цементные одеяла удобны в укладке, будучи тонкостенными материалами, они плохо справляются с внешними ударными воздействиями, такими как падение камней, град, удары транспортных средств и судов, что ограничивает их применение в особых случаях, таких как защита военных укрытий, противоударная защита мостовых опор и несущие конструкции мостов.

Для решения этой ключевой проблемы команда Цзяннаньского университета предложила остроумную стратегию внутреннего армирования: использование полимерных монофиламентов большого диаметра, полученных методом расплавного формования, в качестве арматуры, которые фиксированно вводятся в объёмный слой ткани. Результаты квазистатических испытаний на продавливание и низкоскоростных ударных испытаний показали, что вертикально расположенная арматура не только значительно повышает несущую способность и вязкость цементного одеяла, но и дополнительно усиливает его сопротивление проникновению за счёт изменения пути передачи напряжений. Предложенная в исследовании «стратегия внутренней жёсткости» эффективно решает отраслевую проблему низких механических характеристик цементных одеял при ударных нагрузках. Она расширяет подходы к структурному проектированию основовязаных объёмных тканей для армирования бетона, достигая органического единства гибкости и высокой несущей способности цементного одеяла.

Помимо разработки этого армированного цементного одеяла, команда также создала другой композитный бетонный материал, содержащий всего 4,8% объёмной доли вязаной объёмной ткани, у которого устойчивость к изгибу и ударным повреждениям увеличилась в 9,2 и 12,4 раза соответственно.

Изменение ландшафта аварийного, военного и гражданского строительства

Появление этого нового строительного материала активно продвигает развитие городского строительства и оборонной сферы в сторону большей эффективности и безопасности. Его широкий спектр применения по всему миру также рождается из «вплетения» китайского производства в бетон.

Аварийно-спасательные и гуманитарные операции

В пострадавших районах быстрое возведение укрытий является первоочередной задачей. Цементное одеяло может сыграть ключевую роль в быстром создании аварийных палаток, ремонте дорог и т.д. Его лёгкость и возможность быстрого развёртывания обеспечивают эффективную защиту жизни пострадавших.

Военно-оборонное строительство

На передовой цементное одеяло с его сверхвысокой ударной вязкостью становится идеальным материалом для строительства военных укрытий, временных постов и быстрого ремонта взлётно-посадочных полос, а также особенно подходит для взрыво- и сейсмостойких стен, противоударных мостовых опор и т.д. Этот материал позволяет быстро возводить прочные защитные барьеры, обеспечивая беспрецедентную безопасность для людей и критически важного оборудования.

Обслуживание и защита инфраструктуры

В городском строительстве, будь то защита береговых откосов, защита туннелей и водопропускных труб, а также защита подводных трубопроводов и облицовка канав, цементное одеяло демонстрирует исключительный потенциал применения. Команда Цзяннаньского университета успешно внедрила новый цементный композитный материал для применения в сложных условиях, включая подводную среду.

Устойчивое развитие и зелёное строительство

Процесс производства и применения цементного одеяла является энергосберегающим и экологически чистым, что не только эффективно снижает выбросы углерода в процессе производства строительных материалов, но и, благодаря упрощению строительных процессов, значительно уменьшает потребность в энергии и воздействие на окружающую среду на строительной площадке, способствуя зелёному строительству.

Когда кусок «ткани», благодаря своим высоким характеристикам, входит в ключевые строительные сценарии в более мощном обличье, мы видим не только рождение нового композитного материала, но и совершенно новое будущее городского строительства и высокотехнологичного производства.