Три в одном

Научно-исследовательская группа из Донского государственного технического университета (ДГТУ) разработала методику комбинированного дисперсного армирования бетона, позволяющую производить композитный материал с заданными прочностными и деформативными параметрами.

В настоящее время в строительной сфере особенно актуальна проблема изменения состава и управления свойствами бетона, создания бетона с более качественными характеристиками. Это связано с тем, что при всех преимуществах используемые бетон и железобетон имеют ряд недостатков. Наиболее серьезным из них считается низкая трещиностойкость, которая является причиной разрушения конструкций. Исследование путей устранения этого и других недостатков и явилось основной целью работы научного коллектива ДГТУ, в состав которого вошли член-корреспондент РААСН Левон Маилян, профессор Алексей Бескопыльный и доценты кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» Сергей Стельмах и Евгений Щербаня. Им удалось найти оригинальное решение проблемы растрескивания и преждевременного разрушения бетонных конструкций под воздействием природных факторов.

Разработанный композиционный материал состоит из цементной матрицы с равномерным распределением по всему объему дискретных волокон различного размера и состава. Фиброволокна создают определенное сопротивление, меняют характер напряженного состояния бетона, не вступая при этом в химическую реакцию с материалом.

Ученые из ДГТУ выдвинули гипотезу и в своем эксперименте решили совместить в бетоне волокна разных видов: стальные, полипропиленовые, базальтовые. Авторы инновационной разработки установили: при производстве бетона важно придерживаться определенных пропорций дополнительных компонентов как по отношению друг к другу, так и по отношению к самому бетону.

«Мы выявили, что методологически верным будет введение волокон в цементную матрицу перед добавлением крупного заполнителя, например, щебня, — пояснил Сергей Стельмах. — Это позволяет волокнам 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».

Важен и размер самих волокон: небольшой размер фиброволокон повышает прочность материала, а при достаточно большом количестве и правильном распределении эти волокна смогут сдерживать разрушающие деформации, возникающие в бетоне.

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.

Стандартно бетон — это смесь цемента с щебнем. Но ростовские ученые также предложили заменить щебень на керамзит, обладающий высокой пористостью, что делает бетон легче и повышает его теплоизоляционные свойства.

Разработки в области комбинированного армирования, проведенные в лаборатории ДГТУ, позволили определить оптимальный состав и свойства бетона различного назначения. В зависимости от того, какую конструкцию будут возводить из бетона, материалу можно придавать различные свойства: по отношению к одним объектам в приоритете будет прочность, к другим — деформативность, к третьим — удобоукладываемость смеси. По словам Евгения Щербаня, 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.