Оптимизация состава нанофибробетона по вязкости разрушения модификацией матрицы

Бетон – квазихрупкий строительный материал, который имеет низкую прочность при растяжении. Процесс его разрушения при нагружении носит неоднородный характер, обусловленный сущностью структуры бетонной массы, состоящей из компонентов с различными физико-механическими свойствами. Постепенное деформирование и разрушение можно охарактеризовать как процесс образования и развития микротрещин. Наличие в бетоне разных по размеру компонентов позволяет рассматривать его строение как многоуровневую систему. В этой системе каждый уровень представляет собой матрицу со своими структурными включениями, которые играют как структурообразующую роль, так и роль концентраторов напряжений при действии механических нагрузок. Критический коэффициент интенсивности напряжений является хорошим показателем трещиностойкости (вязкости разрушения) материала. Нанобетон, с точки зрения многоуровневой системы, представляет собой бетонный композит с ингибиторами распространения трещин на уровне цементирующего вещества (в качестве ингибиторов рассматриваются углеродные нанотрубки). Присутствие фибровых волокон на последующих масштабных уровнях позволяет рассматривать бетон как композит с многоуровневым дисперсным армированием (нанофибробетон). В статье рассмотрено изменение показателя вязкости разрушения (трещиностойкости) бетона при дисперсном армировании матрицы на разных структурных уровнях. Приведены результаты испытаний на нормальный отрыв образцов-кубов с надрезами при внецентренном сжатии с определением коэффициента интенсивности напряжений для бетона, модифицированного углеродными нанотрубками, выступающими в качестве ингибиторов распространения трещин на уровне цементирующего вещества (нанобетон), а также для нанофибробетонов с дисперсным армированием на уровне мелкозернистого бетона. На основании экспериментальных исследований неравновесными методами механики разрушения предложены композиции нанофибробетона максимальной трещиностойкости (вязкости разрушения) с различной концентрацией фибры и несколькими типами матриц, модифицированных наноуглеродными добавками.

1. Садовская, Е. А. Многоуровневая структура бетона: анализ и классификация уровней организации структуры конгломератных строительных композитов / Е. А. Садовская, Е. Н. Полонина, С. Н. Леонович // Проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф., 28 мая 2019 г. Минск: БНТУ, 2019. С. 285–297.

2. Баженов, Ю. М. Наноматериалы и нанотехнологии в современной технологии бетонов / Ю. М. Баженов, В. Р. Фаликман, Б. И. Булгаков // Вестник МГСУ. 2012. № 12. С. 125–133.

3. Чернышов, Е. М. Концепции и основания технологий наномодифицирования структур строительных композитов. Ч. 2. К проблеме концептуальных моделей наномодифицирования структуры / Е. М. Чернышов, О. В. Артамонова, Г. С. Славчева // Строительные материалы. 2014. № 4. С. 73–83.

4. Optimum Compositions of Crack-Stability and Waterproof Concrete for the Reliability and Durable Constructionsof Bridges [Electronic Resource] / А. Plugin [et al.] // 7th International Conference on Bridges Across the Danube 2010. Sofia. Mode of access: https://www.researchgate.net/publication/331473908.

5. Фаликман, В. Р. «Простор за пределом», или Как нанотехнологии могут изменить мир бетона. Ч. 2 [Электронный ресурс] / В. Р. Фаликман, К. Г. Соболев // Нанотехнологии в строительстве. 2011. № 2. Режим доступа: https://www.nanonewsnet.ru/files/nanobuild_1_2011.pdf.

6. Садовская, Е. А. Многопараметричная методика оценки показателей качества нанофибробетона для строительной площадки / Е. А. Садовская, С. Н. Леонович, Н. А. Будревич // Бетон и железобетон. 2021. № 4. С. 20–28.

7. Fracture Toughness of Carbon Nanotubes Cement Based Materials Modified / S. А. Zhdanok [et al.] // Вестник БрГТУ. 2021. № 3. С. 48–53. https://doi.org/10.36773/1818-1112-2021-126-3-48-53.

8. Нанотехнологии в строительном материаловедении: реальность и перспективы / С. А. Жданок [и др.] // Вестник Белорусского национального технического университета. 2009. № 3. С. 5–22.

9. Влияние пластифицирующей добавки на основе наноструктурированного углерода в самоуплотняющейся бетонной смеси на ее технологические свойства / С. А. Жданок [и др.] // Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92, № 2. С. 391–396.

10. Критический коэффициент интенсивности напряжений при нормальном отрыве для нанофибробетона / Е. А. Садовская [и др.] // Строительные материалы. 2021. № 9. С. 41–46. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-795-9-41-46.

11. Прочность нанофибробетона на растяжение / Е. А. Садовская [и др.] // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93, № 4. С. 1051–1055.