Исследователи из Университета Северной Каролины разработали новое покрытие, которое позволяет отслеживать целостность конструкций практически из любых материалов, в том числе и бетона. Результаты их работы опубликованы в журнале Structural Strength Monitoring, а краткое ее изложение приводит Techxplore. Испытания показали, что новое покрытие может обнаруживать даже микроскопические повреждения, невидимые для невооруженного глаза.

Различные конструкции нередко бывают подвержены разрушающему воздействию окружающей среды: перепадам температур, влажности или агрессивным реагентам. Все эти факторы постепенно разрушают конструкции, однако отследить возникающие повреждения, особенно в самом начале процесса, бывает крайне сложно. Для этого нужны специализированные инструменты, а сама проверка конструкций занимает много времени. При этом раннее обнаружение повреждений позволяет сократить расходы на ремонт.

Покрытие, нанесенное на полимерную пластину. North Carolina State University

Исследователи из Университета Северной Каролины разработали специальные краски, содержащие мельчайшие частицы серебра и меди. Эту краску можно наносить на любую поверхность. Новая краска наносится в три слоя. Первый слой — содержащий серебро, второй слой — нейтральный, не проводящий электричества разделитель, третий — содержащий медь. По периметру покрытия следует располагать электроды, через которые будет подаваться слабое напряжение.

Новое покрытие и обнаруженные с помощью него трещины. North Carolina State University

Специальное программное обеспечение будет замерять падение напряжения при прохождении электрического тока через покрытие. Во время экспериментов исследователи наносили покрытие на бетон. Выяснилось, что при деформации бетона деформируется и покрытие, в результате чего его электрическое сопротивление увеличивается, причем, чем сильнее будет деформация, тем сильнее вырастет сопротивление. При появлении трещины в бетоне трескается и покрытие, а его сопротивление в этом случае увеличивается на несколько порядков.

Слой краски с медными частицами тоже чувствителен к деформации и повреждениям, но меньше, чем слой краски с серебряными частицами. Однако медная краска чувствительна к хлоридам. Во время испытаний исследователи наносили на этот слой раствор поваренной соли. При этом в покрытии происходила химическая реакция с образованием хлорида меди и оксида меди, которые значительно увеличивали сопротивление покрытия. По данным исследователей, состав этого слоя можно изменить, сделав его чувствительным к конкретному типу веществ.

Разработчики нового покрытия указывают, что его можно изготовить в виде обоев, наклеиваемых на конструкции. Также их покрытие может использоваться для мониторинга состояния различных опасных объектов, в первую очередь складов и контейнеров ядерных отходов. В ближайшее время исследователи намерены разработать методику нанесения покрытия на большие по площади конструкции.

Существующие сегодня системы мониторинга конструкций отличаются масштабностью и сложностью. Они проектируются таким образом, чтобы быть частью конструкций, и закладываются в них на этапе строительства. Каждая такая система проектируется специально для конкретного типа постройки. Например, для мониторинга зданий из бетонных армированных панелей используются тензодатчики, датчики температуры и влажности и инклинометры (измерители угла наклона, отслеживающие усадку здания).

Система мониторинга управляется специальным программным обеспечением и позволяет отслеживать состояние конструкций в режиме реального времени. Чаще всего подобные системы используются на стратегических объектах, таких так атомные электростанции.

Автор: Василий Сычёв