Нанофибробетон: многоуровневое армирование

Бетон является наиболее распространенным строительным материалом во всем мире. Основными его недостатками являются хрупкость при растяжении и низкая трещиностойкость. Применение дисперсного армирования бетонных композитов – перспективное направление в решении такого рода задач. Дисперсные волокна, равномерно распределенные по всему объему материала, создают пространственный каркас и способствуют торможению развития трещин под действием разрушающих сил. Для повышения трещиностойкости бетона на практике все чаще применяют армирование дисперсными волокнами. Начало зарождения трещины происходит на наноуровне в цементной матрице. Таким образом, применение наноармирования дисперсными нановолокнами может положительно сказаться на трещиностойкости цементного композита. В качестве таких нановолокон предлагается рассматривать углеродные нанотрубки. Присутствие углеродных нановолокон изменяет микроструктуру и наноструктуру цемента, модифицированного углеродными нанотрубками. Результатом процессов, происходящих в капиллярах и трещинах, являются 

деформации в межзерновой матрице, свободному течению которых препятствуют жесткие зерна клинкера и наноуглеродные трубки, что создает в вершинах разделительных трещин некоторую интенсивность напряжения. Подтверждена рабочая гипотеза, что требуемая трещиностойкость конструкционного бетона обеспечивается многоуровневым армированием: на уровне кристаллического заполнителя цементного камня – углеродными нанотрубками, на уровне мелкозернистого бетона – различными видами макроразмерной фибры (стальные, полимерные). Армирование углеродными нанотрубками кристаллического сростка приводит к повышению показателя вязкости разрушения матрицы (цементного камня) на 20 %, прочности на сжатие на 12 %, прочности на растяжение при изгибе на 20 %. При армировании на уровне мелкозернистого бетона получаем композит – нанофибробетон с вязкостью разрушения.

1. Khroustalev B. M., Leonovich S. N., Potapov V. V., Grushevskaya E. N. (2017) Composite Materials Based on Cement Binders Modified with SiO2 Nanoadditives. Nauka i Tekhnika = Science & Technique, 16 (6), 459–465. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-6-459-465.

2. Zhdanok S. A., Potapov V. V., Polonina E. N., Leonovich S. N. (2021) Modification of Cement Concrete by Admixtures Containing Nanosized Materials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 93 (3), 648–653. https://doi.org/10.1007/s10891-020-02163-y.

3. Zhdanok S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Khroustalev B. M., Koleda E. A. (2019) Physicomechanical Characteristics of Concrete Modified by a Nanostructured-Carbon-Based Plasticizing Admixture. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 92 (1), 12–18. https://doi.org/10.1007/s10891-019-01902-0.

4. Polonina E. N., Leonovich S. N., Koleda E. A. (2018) Physical and Mechanical Properties of Nano Concrete. Vestnik Inzhenernoi Shkoly Dal’nevostochnogo Federal'nogo Universiteta = Far Eastern Federal University: School of Engineering Bulletin, (4), 100–111 (in Russian).

5. Zhdanok S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Khrous-talev B. M., Koleda E. A. (2018) The Influence of the Plasticizing Additive Containing Carbon Nanomaterial on the Properties of Self-Compacting Concrete. Vestnik Grazhdanskih Inzhenerov = Bulletin of Civil Engineers. 2018. 71 (6), 76–85 (in Russian).

6. Polonina E. N., Potapov V. V., Zhdanok S. A., Leonovich S. N. (2021) Mechanism for Improving the Strength of a Cement Material Modified by SiO2 Nanoparticles and Multiwall Carbon Nanotubes. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 94 (1), 67–78. https://doi.org/10.1007/s10891-021-02274-0.

7. Zhdanok S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Khrous-talev B. M., Koleda E. A. (2018) Strength Enhancement of Concrete with a Plasticizer on the Basis of Nano-Structured Carbon. Stroitel’nye Materialy = Construction Materials, (6), 67–72 (in Russian).

8. Sadovskaya E. A., Leonovich S. N., Budrevich N. A. (2021) Multiparametric Method for Assessing the Quality Indicators of Nanofiber-Reinforced Concrete for a Construction Site. Beton i Zhelezobeton, (4), 20–28 (in Russian).

9. Zhdanok S. A., Polonina E. N., Sadovskaya E. A., Leonovich S. N. (2021) Fracture Toughness of Carbon Nanotubes Modified Cement Based Materials. Vestnik Brestskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Vestnik of Brest State Technical University, (3), 48–53. https://doi.org/10.36773/1818-1112-2021-126-3-48-53 (in Russian).

10. Sadovskaya E. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Zhdanok S. A., Potapov V. V. (2021) Critical Stress Intensity Coefficient at Transverse Shear for Nanofibrobeton. Stroitel’nye Materialy = Construction Materials, (9), 41–46. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-795-9-41-46 (in Russian).

11. Sadovskaya E. A., Leonovich S. N., Zhdanok S. A., Polonina E. N. (2020) Tensile Strength of Nanofibrous Concrete. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 93 (4), 1015–1019. https://doi.org/10.1007/s10891-020-02202-8.