+7 (345)256-83-55
Инженерные изыскания
Проектная документация
Услуги инжиниринга
ИИ находит оптимальный рецепт устойчивого бетона
Авторский материал
Исследовательская команда Массачусетского технологического института (MIT) и группы Olivetti сосредоточилась на важной задаче: как сократить количество цемента в бетоне, чтобы уменьшить затраты и снизить выбросы парниковых газов? И решила её.
Вопрос не нов: уже давно в бетоне частично заменяют цемент побочными продуктами промышленности, такими как зола-унос (продукт сжигания угля) и шлаки (остатки металлургического производства). Однако с ростом интереса к снижению углеродного следа промышленности спрос на эти материалы превысил их доступность. Поэтому необходимость поиска новых альтернативных компонентов стала особенно острой. Проблема оказалась не в нехватке кандидатов, а в их избыточном количестве.
17 мая команда из MIT опубликовала в журнале Communications Materials открытое исследование, в котором представила решение этой задачи.
По словам исследователей, прорыв стал возможен благодаря использованию искусственного интеллекта. Сегодня существует огромное количество научной информации по возможным заменителям цемента — сотни тысяч страниц публикаций. Переработать их вручную потребовало бы целой жизни, да и к тому времени наверняка появились бы новые материалы.
Используя большие языковые модели — те самые, что применяются в популярных чат-ботах, — исследователи разработали систему машинного обучения, позволяющую анализировать и классифицировать потенциальные материалы на основе их физико-химических свойств.
Ключевыми критериями стали гидравлическая активность и пуццолановая активность. Гидравлическая активность означает способность материала твердеть при взаимодействии с водой — именно это свойство делает цемент "клеем", связывающим бетон. Следовательно, любая замена цемента должна обладать аналогичными реактивными свойствами.
Пуццолановая активность — это способность вещества вступать в реакцию с гидроксидом кальция, который образуется при гидратации цемента. Такая реакция со временем укрепляет бетон. Оптимальный состав должен содержать сбалансированное соотношение гидравлических и пуццолановых компонентов для достижения наилучших эксплуатационных характеристик.
Изучив научные публикации и более миллиона образцов горных пород, система классифицировала потенциальные материалы на 19 групп. В этот список вошли, в частности, биомасса, отходы горнодобывающей промышленности и переработанные строительные материалы. Выяснилось, что подходящие вещества доступны по всему миру, а многие из них можно использовать в бетоне после простого измельчения. Это позволяет снизить выбросы и затраты без значительной переработки.
Одной из наиболее перспективных групп оказались керамические материалы — например, старые плитки, кирпичи, керамическая посуда. Эти материалы показывают высокую реактивность. Аналогичные технологии применялись ещё в Древнем Риме, где керамику добавляли в бетон для повышения водостойкости сооружений. По словам исследователей, современные эксперименты подтверждают эффективность таких решений.
Потенциал повседневных материалов, таких как керамика, и промышленных материалов, таких как шахтные отходы, является примером того, как такие материалы, как бетон, могут помочь обеспечить циркулярную экономику. Выявляя и повторно используя материалы, которые в противном случае оказались бы на свалках, исследователи и промышленность могут помочь дать этим материалам вторую жизнь в качестве части наших зданий и инфраструктуры.
В будущем команда намерена расширить возможности ИИ-системы, чтобы оценивать ещё больше видов материалов, а также провести лабораторные испытания самых перспективных из них.
По мнению исследователей, современные инструменты ИИ позволили добиться ощутимого прогресса за короткое время. В дальнейшем развитие языковых моделей поможет перейти к следующему этапу — внедрению решений в промышленность.
Учитывая, что бетон остаётся основой современной застройки, применение методов анализа данных и ИИ в разработке строительных материалов открывает путь к более устойчивому строительству — без ущерба для прочности, безопасности и долговечности.
По словам исследователей, прорыв стал возможен благодаря использованию искусственного интеллекта. Сегодня существует огромное количество научной информации по возможным заменителям цемента — сотни тысяч страниц публикаций. Переработать их вручную потребовало бы целой жизни, да и к тому времени наверняка появились бы новые материалы.
Используя большие языковые модели — те самые, что применяются в популярных чат-ботах, — исследователи разработали систему машинного обучения, позволяющую анализировать и классифицировать потенциальные материалы на основе их физико-химических свойств.
Ключевыми критериями стали гидравлическая активность и пуццолановая активность. Гидравлическая активность означает способность материала твердеть при взаимодействии с водой — именно это свойство делает цемент "клеем", связывающим бетон. Следовательно, любая замена цемента должна обладать аналогичными реактивными свойствами.
Пуццолановая активность — это способность вещества вступать в реакцию с гидроксидом кальция, который образуется при гидратации цемента. Такая реакция со временем укрепляет бетон. Оптимальный состав должен содержать сбалансированное соотношение гидравлических и пуццолановых компонентов для достижения наилучших эксплуатационных характеристик.
Изучив научные публикации и более миллиона образцов горных пород, система классифицировала потенциальные материалы на 19 групп. В этот список вошли, в частности, биомасса, отходы горнодобывающей промышленности и переработанные строительные материалы. Выяснилось, что подходящие вещества доступны по всему миру, а многие из них можно использовать в бетоне после простого измельчения. Это позволяет снизить выбросы и затраты без значительной переработки.
Одной из наиболее перспективных групп оказались керамические материалы — например, старые плитки, кирпичи, керамическая посуда. Эти материалы показывают высокую реактивность. Аналогичные технологии применялись ещё в Древнем Риме, где керамику добавляли в бетон для повышения водостойкости сооружений. По словам исследователей, современные эксперименты подтверждают эффективность таких решений.
Потенциал повседневных материалов, таких как керамика, и промышленных материалов, таких как шахтные отходы, является примером того, как такие материалы, как бетон, могут помочь обеспечить циркулярную экономику. Выявляя и повторно используя материалы, которые в противном случае оказались бы на свалках, исследователи и промышленность могут помочь дать этим материалам вторую жизнь в качестве части наших зданий и инфраструктуры.
В будущем команда намерена расширить возможности ИИ-системы, чтобы оценивать ещё больше видов материалов, а также провести лабораторные испытания самых перспективных из них.
По мнению исследователей, современные инструменты ИИ позволили добиться ощутимого прогресса за короткое время. В дальнейшем развитие языковых моделей поможет перейти к следующему этапу — внедрению решений в промышленность.
Учитывая, что бетон остаётся основой современной застройки, применение методов анализа данных и ИИ в разработке строительных материалов открывает путь к более устойчивому строительству — без ущерба для прочности, безопасности и долговечности.
Как было найдено решение
а) Тернарная диаграмма системы CaO–Al₂O₃–SiO₂ для извлечённых материалов, в которых суммарное содержание оксидов кальция, алюминия и кремния превышает 80% по массе. Материалы окрашены по типам. Под/рядом с названием каждой категории указано соотношение количества образцов к числу уникальных научных публикаций, откуда они были извлечены, в формате: образцы/статьи. Жёлтые маркеры обозначают материалы без указания категории.
b) Диаграмма t-SNE, отображающая распределение потенциальных цементозаменяющих компонентов с содержанием CaO + Al₂O₃ + SiO₂ более 80% по массе. Объекты окрашены по типам материалов.
c) Диаграмма "ящик с усами" для содержания основных оксидов в различных типах материалов. Верхние и нижние "усы" показывают диапазон значений в пределах 95% распределения, прямоугольники — интерквартильный размах (межквартильный интервал), а сплошная и пунктирная линии обозначают среднее значение и медиану соответственно. Метакоалин, глины и кальцинированные глины, относящиеся к природным пуццоланам, были отображены отдельно.
Источник:Communications Materials (2025). DOI: 10.1038/s43246-025-00820-4
b) Диаграмма t-SNE, отображающая распределение потенциальных цементозаменяющих компонентов с содержанием CaO + Al₂O₃ + SiO₂ более 80% по массе. Объекты окрашены по типам материалов.
c) Диаграмма "ящик с усами" для содержания основных оксидов в различных типах материалов. Верхние и нижние "усы" показывают диапазон значений в пределах 95% распределения, прямоугольники — интерквартильный размах (межквартильный интервал), а сплошная и пунктирная линии обозначают среднее значение и медиану соответственно. Метакоалин, глины и кальцинированные глины, относящиеся к природным пуццоланам, были отображены отдельно.
Источник:Communications Materials (2025). DOI: 10.1038/s43246-025-00820-4
Получите развернутую консультацию и коммерческое предложение уже сегодня
Остались вопросы?
Я ознакомлен(а) с политикой обработки персональных данных, размещенной на сайте, и даю согласие на обработку персональных данных.
ООО "ПРОМЫШЛЕННЫЙ
КОНСАЛТИНГ"
КОНСАЛТИНГ"
info@pk-tmn.ru
+7 (345) 256-83-55
625023, Тюменская обл.,
г. Тюмень, ул. Одесская, д.9
г. Тюмень, ул. Одесская, д.9
