Какая связь может быть между морскими ежами и бетоном? Бетон применяется при строительстве, а ежи живут в морях. Оказывается, связь есть: чтобы устранить некоторые недостатки строительного материала, учёные изучали животных, чье строение, кажущееся хрупкими, отличается невероятной прочностью.

Дело в том, основными недостатками бетона являются отсутствие эластичности и низкая прочность на изгибах, что ограничивает его потенциал. Поэтому в строительстве часто применяют не сам бетон, а железобетонные конструкции на его основе, внутри которых размещают усиливающий стальной каркас. В противном случае вся постройка в скором времени покроется трещинами и постепенно начнет осыпаться.

Учёные из Констанцского университета (Германия) создали бетон, прочность которого выше всех существующих аналогов в десятки раз. Они на основе гидрата силиката кальция (основного компонента цемента) создали новый материал, в котором изменили свойства компонента за счёт нетипичной для него наноструктуры. На эксперименты с новой структурой их вдохновил морской ёж, сообщает Science Advances.

Тело морских ежей покрыто рядами известковых пластинок. Пластинки, как правило, соединены неподвижно и образуют плотный панцирь (скорлупу), не позволяющий ежу изменять форму. С панцирем подвижно соединены иглы разнообразной длины. Иглы служат морским ежам для передвижения, питания и защиты. Кроме того, в их составе много кальция и фосфора (недаром издавна скорлупа является хорошим удобрением для малоплодородных земель). Учёных заинтересовали иглы, а в процессе исследования они выявили редкую структуру.

Хрупкие иглы, состоящие из карбоната кальция (кальцит), отличаются высокой прочностью. Причина в том, что твердые фрагменты иглы чередуются с относительно мягкими фрагментами (грубо это напоминает кирпичную кладку в строительстве). И когда случается удар, то хрупкий кальцит, обладающий совершенной спайностью, покрывается трещинами. Однако дальше трещина не распространяется, поскольку энергия перенаправляется в мягкий, неупорядоченный слой – тот самый, который как бы выполняет функцию «скрепляющего раствора». И вот здесь учёные, благодаря ежам, сумели открыть удивительный момент.

Обычный цемент имеет неупорядоченную структуру, то есть, каждый элемент типа «приклеивается» к другим. Если такой материал даст трещину, то она «побежит» по поверхности, углубляясь, и её распространение трудно предотвратить. Таким образом, чтобы увеличить прочность цемента, его структуру нужно преобразовать на молекулярном уровне, что и было сделано. В результате экспериментов выяснилось, что прочность бетона увеличилась в десятки раз. Исследователи уверены, что природа ещё не раз им поможет в решении сложных инженерных задач.