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.

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
Новое покрытие и обнаруженные с помощью него трещины

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.