Смеси ради: инновационные добавки в три раза увеличат прочность бетона
Ученые разработали инновационную бетонную смесь с включением в нее базальтовых волокон разного диаметра. Примеси делают стройматериал в три раза прочнее обычного и в два раза — по сравнению с тем, как если бы для армирования использовали один тип добавок. Кроме того, при создании смеси специалисты использовали порошок древесного угля и золы рисовой шелухи. Полученные образцы продемонстрировали устойчивость к механическим и термическим нагрузкам, что делает разработку перспективной для создания специальных и защитных сооружений.
Какие примеси делают бетон прочным
Ученые из Российского университета дружбы народов имени П. Лумумбы совместно с коллегами из Нигерии и Гамбии разработали инновационные добавки, которые в несколько раз увеличивают прочность и долговечность бетонных изделий.
В основе разработки — короткие беспорядочно расположенные базальтовые микроволокна различного диаметра. Их изготавливают из расплавленного базальта — горной породы, образованной из излившейся вулканической магмы. Длина таких волокон варьируется от 5 до 10 мм, а толщина — от 0,5 до 20 микрон.
— Волокна действуют как связующее звено. Они препятствуют образованию трещин и увеличивают сопротивление различным нагрузкам и ударным воздействиям. Однако лучший эффект достигается при сочетании двух и более типов волокон. Это происходит за счет объединения их полезных свойств, то есть синергии. При этом от размера частиц зависят итоговые характеристики бетона, — объяснил «Известиям» один из разработчиков, старший преподаватель кафедры технологий и строительства конструкционных материалов Инженерной академии РУДН ассистент департамента строительства РУДН Владимир Жан Поль.
Он рассказал, что в процессе работ ученые изучили бетонные смеси с добавлением 1,5% базальтовых волокон в разных соотношениях мелких и крупных фракций. В результате были выявлены пропорции, при которых получены наилучшие свойства по прочности и долговечности.
Ученые провели эксперименты на базе лаборатории бетона в департаменте строительства Университета Афе Бабалола в Нигерии, которые подтвердили, что внесение добавок позволит создавать материал в два раза прочнее, чем тот, для изготовления которого использовали только один тип волокон. И почти в три раза крепче обычного бетона.
Нестандартные добавки в бетоне
При создании инновационной смеси инженеры использовали порошок древесного угля и золу рисовой шелухи. Эти добавки также способствуют улучшению свойств готовых изделий.
— Включение порошка древесного угля снижает плотность бетона. Это дает возможность производить более легкие конструкции без уменьшения прочности. Кроме того, это вещество устойчиво к высоким температурам, что позволяет применять его при изготовлении огнеупорных конструкций, — пояснил руководитель проекта, выпускник РУДН и научный сотрудник Университета Афе Бабалола Паскал Чимеремезе Чиадигхикаоби.
Он добавил, что зола рисовой шелухи имеет пылевидную структуру, что позволяет ему заполнять промежутки между другими компонентами смеси, придавая материалу свойства монолита. Помимо этого, включение этого вещества в состав бетонной смеси вносит вклад в решение экологических проблем, поскольку оно относится к трудно перерабатываемым отходам.
Как отметил специалист, бетонные изделия, изготовленные с применением добавок, подходят для умеренных и северных широт, поскольку структура материала препятствует образованию трещин в результате температурных колебаний, характерных для этих территорий. Это можно назвать одной из главных причин разрушения строительных конструкций.
Вместе с тем исследуемые образцы продемонстрировали способность быстрее застывать. Это сокращает процесс серийного производства бетонных изделий. Кроме того, устойчивость к сжатию, ударным нагрузкам и температурному воздействию делает предложенную смесь перспективной для строительства защитных сооружений военного назначения.
По словам нигерийского ученого, бетон с базальтовыми микроволокнами и специальными добавками будет препятствовать проникновению влаги. Поэтому такие смеси можно использовать при создании инфраструктуры, которая постоянно соприкасаются с водой. Например, фундаментов зданий или опор мостов. Помимо того, легкий бетон будет выгодно использовать на верхних этажах высотных зданий, чтобы даст возможность снизить общую нагрузку на основание.
Как объяснил «Известиям» военный эксперт Юрий Лямин, на строительство укреплений расходуется немало бетона. Поэтому если новая смесь будет соответствовать заявленным характеристикам, она будет востребована на фронте.
— Линия фронта во многих местах статичная. И с обеих сторон строятся укрепления. Даже для одной хорошо укрепленной позиции нужно много качественного бетона, — уточнил он.
При этом он подчеркнул, что одно дело — изобрести, а другое — добиться приемлемых параметров по соотношению цена-качество. Это немаловажный фактор, который может стать главной причиной невостребованности разработки.
— Для потребностей городской и промышленной инфраструктуры тех марок бетонов, которые уже существуют и зарекомендовали себя — достаточно. Здесь главная проблема — это долговечность бетонных зданий и сооружений. Поэтому на первый план выходят такие параметры, как морозостойкость, водонепроницаемость и устойчивость к резким перепадам температур, — отметил старший преподаватель кафедры «Строительные материалы и технологии строительства» Инженерно-строительного института Сибирского федерального университета Никита Новиков.
На долговечность бетона, объяснил он, в частности, влияют водоотводящие добавки. Они отводят лишнюю влагу при созревании материала. Если этого не делать, вода при испарении образует поры, которые затем превратятся в трещины, что станет предвестником разрушения. Также важны воздухововлекающие компоненты — это химические примеси, которые способствуют появлению мелких воздушных пузырьков в бетонной смеси. Их вводят в небольших количествах, и при твердении раствора пузырьки минерализуются и становятся частью искусственного камня.
