Изобретение Университета Purdue, может сэкономить миллионы долларов налогоплательщиков и значительно сократить задержки на дорогах. Межштатные автомагистрали по всей территории США рассматривают это изобретение, позволяющее сократить ремонт дорог.
«Говорящий» бетон или по другому, датчик встроенный в бетон, который позволяет бетону «говорить», сокращает время строительства и частоту ремонта бетонного покрытия, а также повышает устойчивость дороги и снижает ее углеродный след.
Встроенный в заливку бетона датчик отправляет инженерам более точные и непротиворечивые данные о прочности бетона и необходимости ремонта, вместо используемых в настоящее время инструментов и методов.
Луна Лу, профессор Рейли и исполняющий обязанности главы Purdue занимается разработкой датчиков с 2017 года. Исследования Лу в первую очередь были сосредоточены на улучшении состояния бетонного покрытия, потому что это самый сложный дорожный материал для ремонта. Бетонное межштатное покрытие также должно надежно поддерживать большую часть дорожного движения страны.
ЛунаЛу:«Пробки, вызванные ремонтом инфраструктуры, ежегодно приводят к потере 4 миллиардов часов и 3 миллиардов галлонов газа. Это в первую очередь связано с недостаточным знанием и пониманием уровней прочности бетона. Например, мы не знаем, когда бетон достигнет нужной прочности, необходимой для выдерживания транспортных нагрузок сразу после строительства. Бетон может преждевременно выйти из строя, что приводит к частым ремонтам».
Более половины штатов США с бетонным межштатным покрытием подписались на участие в исследовании объединенного фонда Федерального управления автомобильных дорог для внедрения датчиков. Штатами-участниками являются Индиана, Миссури, Северная Дакота, Канзас, Калифорния, Техас, Теннесси, Колорадо и Юта. Ожидается, что другие штаты присоединятся к исследованию, которое начнется в ближайшие месяцы. Два штата — Индиана и Техас — уже начали испытывать датчики в проектах по укладке дорожного покрытия. Внедрив ранний прототип датчика в участки различных автомагистралей Индианы, INDOT добавил сенсорную технологию в свой указатель методов испытаний в Индиане. В этом указателе перечислены тесты, которые подрядчики и строители должны использовать для обеспечения качества дорожного покрытия.
Эта технология также находится на пути к выходу на рынок в конце этого года, как система измерения прочности бетона REBEL, продукт компании WaveLogix. WaveLogix основан Лу в 2021 году для масштабного производства технологии. Компания уже подала заявку на патентную защиту интеллектуальной собственности.
Изобретение Purdue постепенно становится лучшей альтернативой тестам, которые были отраслевым стандартом с начала 1900-х годов.
Как работает датчик?
Благодаря технологии, изобретенной Лу и командой, инженерам больше не нужно полагаться на образцы бетона, чтобы оценить, когда свежий бетон достаточно созреет. Вместо этого они могут напрямую контролировать свежий бетон и одновременно точно измерять многие его свойства.
Датчик связывается с инженерами через приложение для смартфона именно тогда, когда дорожное покрытие становится достаточно прочным, чтобы выдерживать интенсивное движение. Чем прочнее будет дорожное покрытие до использования автотранспортом, тем реже потребуется его ремонт. Возможность мгновенного получения информации об уровнях прочности бетона также позволяет открывать дороги для движения во время или раньше после заливки свежего бетона.
Строители могут установить датчики, просто бросив их на землю бетонной опалубки и покрыв их бетоном. Затем они подключают кабель датчика к многоразовому портативному устройству, которое автоматически начинает регистрацию данных. С помощью приложения рабочие могут получать информацию об изменениях прочности бетона в режиме реального времени до тех пор, пока требуются данные о прочности.
Сокращение выбросов углерода за счет сокращения дорожного движения и цемента:
Сокращая сроки ремонта дорог и строительства, эта технология может уменьшить выбросы углекислого газа, который транспортные средства выбрасывали бы, ожидая в пробке, чтобы объехать строительную площадку.
Стартап Лу, WaveLogix, также разрабатывает способ ограничения выбросов углерода за счет сокращения количества цемента, необходимого в бетонных смесях. На производство цемента приходится 8% мирового углеродного следа. WaveLogix добилась прогресса в решении, использующем искусственный интеллект для оптимизации состава бетонных смесей на основе данных, которые датчики будут собирать с автомагистралей по всей стране.
Строительные нормы требуют более высокого содержания цемента в бетонных смесях, чтобы убедиться, что испытания образцов бетона соответствуют требуемым пороговым значениям прочности. Избыток цемента может привести к преждевременному растрескиванию тротуарной плитки. Основываясь на этих нормативных требованиях и данных Всемирной ассоциации производителей цемента и бетона, компания подсчитала, что чрезмерное проектирование бетонной смеси приводит к выбросам более 1 миллиарда тонн углерода в год.
Лу: «Самая большая проблема с бетонными смесями заключается в том, что мы используем больше цемента для повышения прочности бетона. Это не поможет открыть дорогу для движения транспорта раньше».
Поскольку сегодня в бетонных смесях используется более мелкий порошок, они должны иметь другое водоцементное отношение, чем сто лет назад. Коды также не учитывают, как погода в разных штатах влияет на бетонную смесь. Например, для заливки бетона в разгар зимы в Индиане требуются другие бетонные смеси для достижения нужного уровня прочности, чем если бы бетон заливали зимой в Калифорнии.
Лу считает, что этот новый метод с использованием искусственного интеллекта потенциально может сократить на 20-25% количество цемента, используемого в бетонных смесях, и одновременно сделать дорожное покрытие более прочным и менее дорогим.
По материалам: purdue.edu
Подобные проекты уже разрабатываются и тестируются в разных частях мира. Например, в Нидерландах была разработана технология «самоисцеляющегося бетона», который содержит микрокапсулы с жидким клеем, который активируется при повреждении бетона и заполняет трещины. Также в Швейцарии тестируется «умный» бетон, который встроенные сенсоры могут измерять температуру, влажность и прочность, а также давать предупреждения о возможных проблемах с дорогой. В Канаде и Швеции тестируется технология «электрического бетона», который может плавить снег и лед на дорогах.
Стоит учитывать, что инновационные технологии в строительстве могут быть дорогими и не доступны для всех стран и регионов. Кроме того, возможны сложности с обслуживанием и ремонтом такого типа дорожного покрытия, что может повысить его эксплуатационные расходы.
Использование датчиков в бетоне позволяет быстрее обнаруживать проблемы на дороге, такие как трещины, осыпание и деформации, что может помочь предотвратить необходимость ремонта в будущем. Более того, повышенная устойчивость дороги может уменьшить частоту необходимости ремонта и улучшить безопасность движения, что в итоге может сэкономить деньги на ремонте и снизить вероятность аварий.