Российские ученые решили проблему разрушения бетона
Ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ) разработали новый компонент для создания бетона, который позволит повысить прочность и способность материала деформироваться. По мнению экспертов, новая технология поможет решить проблему преждевременного разрушения бетонных конструкций под воздействием природных факторов. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Applied Sciences (Switzerland).
Сегодня в строительной сфере остро стоит необходимость изменить состав бетона, чтобы улучшить его качество и задать ему необходимые свойства. Это связано с тем, что при всех преимуществах у этого материала есть минусы, рассказали авторы исследования.
«Наиболее серьезным недостатком материала при достаточно большой массе считается низкая трещиностойкость, которая является причиной крушения конструкций. Разрушение бетона в железобетонных конструкциях является наиболее опасным, поскольку оно может привести к внезапному и прогрессирующему разрушению всего здания или сооружения», — рассказал профессор, проректор по учебной работе и подготовке кадров высшей квалификации ДГТУ Алексей Бескопыльный.
Разработанный учеными новый материал состоит из цементной матрицы с равномерным распределением по всему объему специальных волокон различного размера и состава: из стали, полипропилена и базальта. Они влияют на способность бетона деформироваться, то есть делают его более прочным и устойчивым по отношению к внешним нагрузкам.
Волокно, использованное разработчиками, представляет собой небольшую стальную скобу, изогнутые края которой сопротивляются растяжению и препятствуют локальному разрушению бетона. Исследования показали, что увеличение прочности на сжатие и прочности при изгибе в фибробетоне, изготовленном с использованием различных волокон, может составить до 80% относительно стандартного бетона.
Кроме того эксперты установили, что при производстве бетона важно придерживаться не только определенных пропорций дополнительных компонентов, но и их порядка введения в смесь.
«Вводить волокна в цементную матрицу нужно перед добавлением крупного заполнителя, например, щебня. Это позволяет компоненту равномерно распределиться по всему объему цементного камня. Если нарушить порядок введения волокон и добавить их уже к смеси цемента и щебня, волокна могут разрушиться, и ожидаемый эффект не будет достигнут», — пояснил доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» ДГТУ Сергей Стельмах.
По его словам, важен и размер самих волокон. Небольшой размер компонентов повышает прочность материала, а при достаточно большом количестве и правильном распределении они смогут сдерживать разрушающие деформации, возникающие в бетоне, повышать теплоизоляцию или быть наиболее удобны в работе. В зависимости от того, какую конструкцию планируют возводить из бетона, материалу можно придавать различные свойства.
«Далеко не всегда прочность выступает главным качеством конструкции. Иногда деформативность может обеспечить большую надежность конструкции, так как высокопрочные материалы хрупки и практически лишены пластичности. А неудобоукладываемый бетон может привести к недоуплотнению, нарушению структуры и вовсе к разрушению всей конструкции», — отметил доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» ДГТУ Евгений Щербань.
Авторы исследования также предложили изменить смесь для бетона. Обычно она состоит из цемента и щебня. Исследователи добавили вместо щебня — керамзит, обладающий высокой пористостью, что сделало итоговый материал легче и повысило его теплоизоляционные свойства.
