Разрушение конструкции зданий представляет угрозу жизни человека. Люди во многих частях света живут в постоянном страхе угрозы землетрясении, которые могут превратить целые города в груду развалин. Ученые Bayer MaterialScience в сотрудничестве с Технологическим институтом Карлсруэ (KIT) и Dr. Günther Kast GmbH & Co. разработали экономичный и эффективный материал в виде ткани из стекловолокна в сочетании со специальным клеящим составом, которые увеличивают устойчивость каменной кладки и соответственно уменьшают риск разрушения здания.
Когда трясется земля дорога каждая секунда. Люди в такой ситуации имеют только одну цель – как можно скорее покинуть здание. Сильные землетрясения превращают жилые дома и офисы в опасные для жизни места. Кадры из Гаити, Чили, Китая, Новой Зеландии, Японии наглядно иллюстрируют разрушительные последствия таких природных явлений, когда команды спасателей разбирают груды развалин и руины зданий в поисках выживших. Здания могут разрушаться в доли секунды подобно карточному домику. «Даже небольшое землетрясение может привести к серьезным разрушениям, особенно в кирпичных зданиях», – говорит профессор Лотар Стемпниевски (Lothar Stempniewski), директор Института монолитного строительства и технологии строительных материалов, входящего в состав Технологического института Карлсруэ (KIT). Степень разрушения в меньшей степени зависит от силы землетрясения по шкале Рихтера и «в большей степени от продолжительности воздействия сейсмической энергии», – продолжает он.
Стемпниевски изучает вопрос сейсмической безопасности зданий в течение многих лет. Совместно со специалистами Bayer MaterialScience и Dr. Günther Kast GmbH & Co., компании из Сонтхофена, он разработал эффективную и экономичную систему, которая обеспечивает дополнительную защиту при землетрясении. Система, названная EQ-Top, это специальная стекловолоконная ткань «которая просто клеится к стене подобно обоям», – объясняет Михаэль Энгел (Michael Engel), менеджер проекта в Bayer MaterialScience.
«Если мы сможем задержать разрушение каменной кладки или, в лучшем случае, предотвратить разрушение вообще, мы сможем спасти человеческие жизни», – добавляет Стемпниевски. Со своими коллегами из института он искал экономичное, эффективное и простое решение данного вопроса. И в то же время оно должно обеспечить длительную защиту и дать людям те драгоценные дополнительные секунды для того чтобы спасти свои жизни.
Спрос на подобного рода системы огромен. Более 1,3 миллиарда человек по всему миру в сейсмоопасных зонах. «Отправной точкой наших исследований была работа над улучшением сейсмической безопасности зданий в Румынии – одном из регионов Европы с большим риском землетрясении», – говорит Стемпниевски. В своих опытах ученые KIT определили характерные особенности поведения каменной кладки во время разрушения: «Разрушение начинается в тех местах, где происходит концентрация напряжений, таких как углы дверных и оконных проемов», – говорят ученые KIT. Это дало им идею покрыть стены тканью из стекловолокна, чтобы увеличить устойчивость каменной кладки. «Однако обычный клей не способен передавать сейсмические воздействия от кладки к стекловолоконной ткани», – говорит Маттиас Винтермантель (Matthias Wintermantel), специалист Bayer MaterialScience. В исследованиях, проведенных совместно с KIT и специалистами по тканям из Kast, Винтермантель и его команда из Bayer MaterialScience разработали ключевой компонент EQ-Top – специальный клеящий состав, который прочно связывает «антисейсмические обои» со штукатуркой. «Мы протестировали все традиционные клеящие составы – от простых обойных клеев до сверхпрочных клеящих составов. Ни один из них не отвечал требованию сочетания эластичности и хорошей связывающей силы», – говорит Моритц Урбан (Moritz Urban), аспирант (PhD student) KIT. Испытанные вещества были или слишком слабые и тогда ткань отклеивалась от стены, или настолько неэластичные и хрупкие, что во время испытаний штукатурка отходила от стены. Работа ученых из Bayer MaterialScience помогла продвинуться в этом направлении.
_____
____
«Клей является важным звеном между стекловолокном и стеной и, следовательно, должен обладать одинаковой адгезией к обеим поверхностям», – говорит Стемпниевски. Специальный эластичный клеящий состав разработан на основе универсальной полиуретановой дисперсии Dispercoll™ U, созданной Bayer MaterialScience. Этот продукт также используется для усиления тканей из стекловолокна, благодаря чему ткань обладает большим сопротивлением разрыву. Еще одно преимущество данного клеящего состава это то, что он на водной основе и не содержит органических растворителей, что означает, что EQ-Top идеально подходит для применения внутри помещений.
____
____
«EQ-Top позволяет нам усилить слабые места в стене», – объясняет Энгел. Она работает подобно диагональным связям в каркасном деревянном доме. EQ-Top распределяет сейсмические воздействия по всей поверхности стены, таким образом помогая поглощению сейсмической энергии и предотвращению разрушения мест концентрации напряжений, таких как дверные и оконные проемы. Даже если появятся трещины по всей длине стены, ткань из стекловолокна и клеящий состав будут удерживать элементы кладки вместе, что предотвратит или, по крайней мере, отсрочит разрушение кирпичной кладки.
Разработчики предусмотрели не только аспект безопасности. EQ-Top также очень легко установить в отличие от систем, основанных на углеволокне, для установки которых нужно сначала удалить штукатурку, что является процессом очень грязным и к тому же недешевым. Поэтому системы из углеволокна можно использовать только в дорогих проектах по комплексному сейсмическому усилению зданий. «EQ-Top могут установить простые отделочные рабочие, – говорит Энгел, – что делает процесс установки во много раз дешевле».
_____________________
Усилия, затраченные на разработку этой системы, стоили того. EQ-Top доказал это в многочисленных тестах. Исследователи использовали громадные гидравлические прессы для разрушения фрагментов каменной кладки, одни из которых были усилены EQ-Top, а другие нет. Разница была существенной – кладка, усиленная EQ-Top, разрушалась при значительно более высоких нагрузках. Масштабные испытания, в которых исследователи помещали специально сооруженные конструкций с проемами и без, на стальную платформу для симуляции землетрясений были особенно показательны. «Мы были удивлены результатами. Стены усиленные EQ-Top практически невозможно было разрушить во время этих испытании», – говорит Стемпниевски.
Исследователи убеждены, система EQ-Top могла предотвратить многие печальные последствия недавних землетрясений. «Во время землетрясения в Новой Зеландии в начале 2011 года много домов было разрушено полностью в результате повреждения отдельных стен», – говорит исследователь KIT Моритц Урбан. Ученые подсчитали, что система могла предотвратить от 60 до 70 процентов повреждений. «Часто не требуется много усилий для того, чтобы предотвратить разрушение здания», – продолжает Урбан. Ученые уже получают запросы об антисейсмических обоях со всего мира. Система EQ-Top скоро поступит на рынок, что даст людям, проживающим в сейсмических районах, несколько драгоценных секунд и защитит многих из них от тяжелых последствий землетрясений.
Источник: www.research.bayer.com
____