Учимся у моллюсков

Соединить несоединимое, чтобы получить нечто невероятное, – наверное, таким принципом руководствовались австралийские ученые в своих научных изысканиях. Ведь в 1986-м они на полном серьезе предложили делать железобетон из... морской воды. О необычной инновации издание «За рубежом» написало в № 38 (1367) от 12-18 сентября 1986 года.

Разумеется, тем чудесным средством, что превращало металл в железобетон стала не собственно вода, а содержащиеся в ней микроэлементы. А австралийские ученые придумали способ осаждения из морской воды магнийсодержащую известняковую структуру на металлическую конструкцию. Для этого ее погружали в морскую воду и подавали электрическое напряжение на алюминиевый анод и сетчатый катод. В результате реакции на металле образовывался плотно прилегающий твердый антикоррозионный слой нужной толщины.



Путем регулировки процесса электролиза получаемому материалу можно придать как ячеистую пористую структуру, так и очень плотную, состоящую из мельчайших кристалликов. При необходимости в материале, подобном бетону, последняя структура, естественно, предпочтительнее. Она получается при относительно низких значениях плотности пропускаемого тока – от 2 до 7 ампер на квадратный метр. Еще более сходный с бетоном материал получают, если вокруг железной сетки-катода взмутить песок. В осаждаемый слой тогда попадет множество песчинок.

Разумеется строить дома из этого материала не предполагалось. Исследователи считали, что инновация может пригодиться при возведении молов, волнорезов, понтонных свай и прочих морских сооружений. Дело в том, что для строительства объектов на суше и в воде используются одни и те же материалы. Неудивительно, что помариновавшись в морской воде, они через несколько лет приходят в негодность. Австралийские ученые же предложили возводить морские сооружения сразу из усовершенствованного материала. По прочности такие бы не уступали кораллам и створкам морских раковин.

Опыты полупроизводственного масштаба подтвердили возможность осаждения покрытий как на больших цилиндрических сетках, так и на протяженных стальных деталях. Предполагается исследовать возможность использования этой технологии для коррозионной защиты стали на границе вода – воздух, а также при сооружении донных якорных свай, необходимых при строительных работах в коралловых рифах. В любом случае использование в подобных конструкциях материала, полученного непосредственно из морской воды, оптимально с точки зрения экологии.

Идея эта, казалось бы, отличная, однако широкого применения эта технология так и не нашла. Хотя ученые не раз исследовали удивительное свойство морской воды делать материал прочным.

Так, например, в 2017-м исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики обнаружили, что древнеримские морские сооружения дожили до наших времен благодаря минералам из морской воды. Ученые провели рентгеновское исследование образцов римского бетона с древних причалов и волнорезов.

Обнаружилось, что в материале содержатся кристаллы глинозёмистого тоберморита – слоистого минерала, который со временем и укрепил бетон. Эти кристаллы образовывались при смешивании соленой воды, извести и вулканического пепла и последующего нагревания этой смеси. Когда морская вода омывала конструкции, она постепенно растворяла вулканический пепел, и в свободном пространстве начинали расти кристаллы двух минералов – тоберморита и филлипсита. Со временем морская вода растворяла всё больше пепла, соответственно, вырастало все больше кристаллов, делая бетон всё прочнее и прочнее.

А три года назад этот феномен повторно открыл японский исследователь Иппей Маруяма. Изучая бетонные стены реакторной камеры АЭС Хамаока, выведенной из эксплуатации, он обнаружил, что за годы работы атомная станция превратила бетон в значительно более прочный материал, чем он был изначально задуман проектом.

Реактор Хамаоки функционировал с 1976 по 2009 год, из них 16,5 года на полной мощности. За это время температура стен реакторной камеры постоянно поддерживалась в диапазоне от 40 до 55°C. И именно такой длительный, но умеренный нагрев способствовал образованию в бетоне глиноземного тоберморита, который существенно увеличил прочность материала.

Это открыло перспективы для разработки новых методов пассивного укрепления бетона, особенно на атомных станциях, которые расположены недалеко от моря.

Вполне возможно, что и эту разработку постигнет участь австралийской инновации. Рецепт «римского бетона» пока нигде не нашел широкого применения.

---

Мария Седнева