Электродинамическая фрагментация вдохнёт в бетон вторую жизнь

Как, несомненно, говорил Энгельс, бетон — краеугольный камень жилищного и дорожного строительства. Даже сегодня, когда у экономики то понос, то золотуха, производство краеугольного камня ответственно за 8–15% мировых выбросов углекислого газа (по разным методикам подсчёта).

Одна беда: эффективных способов его вторичной переработки пока нет. После разрушения бетонной конструкции её фрагменты в лучшем случае измельчают (с колоссальными затратами энергии) и добавляют в новый бетон. При этом стоимость утилизации едва ли не стремится к стоимости конечного продукта. А ведь отходов таких только, к примеру, в Германии каждый год образуется более 130 млн тонн…

Исследователи из Института строительной физики Общества Фраунгофера (ФРГ) попробовали использовать для вторичной переработки самого распространённого строительного материала процесс, появившийся в нашей стране в 1940-х, однако положенный в ту эпоху «под сукно» из-за общей низкой востребованности технологий утилизации.

Речь идёт об электродинамической фрагментации.

Старый бетон до (слева) и после (справа) электродинамической фрагментации (здесь и ниже фото Fraunhofer IBP).

Тогда, более 70 лет назад, в СССР было установлено, что электрическая прочность — предел, при достижении которого диэлектрик начинает проводить электрический ток, — не является константой. В зависимости от длительности приложенного разряда она изменяется. Причём у жидкостей и твёрдых веществ в разной степени. Уже при длительности электрического импульса в 500 нс и менее электрическая прочность воды становится выше, чем у большинства твёрдых веществ.

Словом, если кусок бетона положить под воду и приложить к нему импульс длительностью, к примеру, в 150 нс, разряд пойдёт по линии наименьшего сопротивления — через бетон, а точнее, по границе между гравием и цементным компонентом. При этом на всём пути следования разряда образуется плазменный канал с температурой в 10 000 К, буквально взрывающий изнутри бетон, создавая вдоль плазменного канала давление до 10 гигапаскалей.

По сути, это обычная молния, только действующая в необычной для молнии среде.

Итог? Арматура, гравий, песок и цемент — всё по отдельности и готово к дальнейшему использованию. Что особенно важно, самый энергоёмкий в производстве и экологически грязный компонент — цемент — можно почти без модификаций добавлять к новой смеси.

Сейчас в лаборатории производительность процесса электродинамической фрагментации — молниеподобного разрушения цемента — достигает тонны в час. Разработчики заявляют, что хотят добиться 20 т/ч при сохранении прежних размеров установки, что сделало бы процесс экономически более привлекательным. Достигнуть этой отметки они надеются в ближайшую пару лет. Грядущая победная коммерциализация, безусловно, воспоследует.

Подготовлено по материалам Института строительной физики Общества Фраунгофера.