Дисперсное армирование. Как российские ученые решают проблему разрушения бетона
Новый компонент для бетона, повышающий его прочность и способность деформироваться, разработан в Донском государственном техническом университете (ДГТУ). По мнению экспертов, должно решить проблему преждевременного разрушения бетонных конструкций. Результаты исследования опубликованы в научном журналеApplied Sciences (Switzerland).
Вопрос:«Как изменить состав бетона, чтобы улучшить его качество и задать ему нужные свойства», уже не один год волнует производителей стройматериалов. Разработка перспективных бетонных смесей, способных противостоять действию внешних нагрузок, — важная научная проблема современного строительства.
Разрушение бетона в железобетонных конструкциях наиболее опасно, поскольку может привести к внезапному и прогрессирующему разрушению всего здания или сооружения.
Ученые исследовали влияния материалов из стали, базальта и полипропиленовой фибры на прочностные и деформационные характеристики бетона. Было изучено сочетание различных типов дисперсной арматуры и методами математического планирования эксперимента получены регрессионные зависимости прочностных и деформационных характеристик от сочетания волокон и их объемной доли.
Разработанный учеными 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.
Это волокно представляет собой небольшую стальную скобу, изогнутые края которой сопротивляются растяжению и препятствуют локальному разрушению бетона. Исследования показали, что увеличение прочности на сжатие и при изгибе в фибробетоне, изготовленном с применением таких волокон, может составить до 80 процентов относительно стандартного материала.
Установлено, что при производстве бетона важны не только определенные пропорции дополнительных компонентов, но и порядок введения их 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», — рассказал доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» ДГТУ Сергей Стельмах.
По его словам, важен и размер самих волокон: небольшие повышают прочность материала, а при достаточном количестве и правильном распределении они смогут сдерживать разрушающие деформации и повышать теплоизоляцию, к тому же они наиболее удобны в работе. В зависимости от того, какую конструкцию планируется возводить, бетону можно придавать различные свойства.
Оказалось, что прочность на сжатие увеличивается на 35% в бетонах, армированных фиброй и изготовленных с использованием комбинации стали и базальтовой фибры с объемной концентрацией стальной фибры 2% и базальтовой фибры 2%; предел прочности при изгибе увеличился на 79%, предельные деформации при осевом сжатии уменьшились на 52%, предельные деформации при осевом растяжении уменьшились на 39%, модуль упругости увеличился на 33%. Аналогичные результаты были получены и для других комбинаций дисперсного армирования. Проведенные исследования позволили определить наиболее эффективные сочетания волокон различных типов волокон между собой и их оптимальную объемную концентрацию.
