Прочностные показатели фибробетона с углеродными наноматериалами

Лучшими характеристиками трещиностойкости обладают бетонные композиты с малой дефектностью, плотные и гомогенные, с высокой степенью адгезии между цементной матрицей и заполнителями, а также высоким отношением между статическими прочностями на растяжение и на сжатие и пластичностью. Данное отношение повышается в случае использования фибробетонов. Современные исследования в нанотехнологиях фокусируются на управлении материей на наномасштабном уровне, что позволяет создавать материалы с новыми свойствами. Благодаря высокому соотношению сторон, гибкости, высокой прочности и жесткости углеродные нанотрубки (УНТ) проявляют армирующие свойства. Из-за своих наноразмерных особенностей УНТ взаимодействуют со сложной сеткой кальциево-силикатно-гидратного связующего (C – S – H), способствуют уменьшению пористости и уплотнению структуры цементного камня, увеличению сдвиговых усилий сцепления матрицы в зоне контакта. Таким образом, есть все предпосылки утверждать, что фибробетон с модифицированной углеродными нанотрубками цементной матрицей будет обладать требуемыми высокими прочностными характеристиками и трещиностойкостью за счет многоуровневого дисперсного армирования и эффективной работы фибры в наномодифицированной бетонной матрице. В данной статье представлены результаты испытаний образцов из цементного камня, бетона и фибробетона с углеродными нанотрубками. Наличие углеродных нанотрубок в цементном камне способствует увеличению прочности на сжатие на 11 %, на растяжение при изгибе на 20 %. Результаты испытаний образцов из дисперсно-армированного бетона, модифицированного наноуглеродным материалом, показали прирост прочности: на растяжение при изгибе – до 109 %, на растяжение при раскалывании – до 82 %, на осевое растяжение – до 78 %.

1. Zaitsev Yu. V., Kovler K. A., Krasnovsky R. O., Krol I. S., Taher M. (1989) Crack Resistance of Concretes with Various Degrees of Heterogeneity of the Structure. Beton i Zhelezobeton = Concrete and Reinforced Concrete, (11), 25–27 (in Russian).

2. Fedyuk R. S., Baranov A. V., Liseitsev Yu. L. Ginevskiy V., Baranov A., Liseitsev Yu. (2019) Increasing the Dynamic Strength of Fiber Concretes. Vestnik Inzhenernoi shkoly DVFU = FEFU: School of Engineering Bulletin, (2), 90–99 (in Russian). https://doi.org/10.24866/2227-6858/2019-2-11.

3. Lam M.N.-T., Le D.-H., Jaritngam S. (2018) Compressive Strength and Durability Properties of Roller-Compacted Concrete Pavement Containing Electric Arc Furnace Slag Aggregate and Fly Ash. Construction and Building Materials, 191, 912–922. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.080.

4. Yener E., Hinislioğlu S. (2011) The Effects of Silica Fume and Fly ash on the Scaling Resistance and Flexural Strength of Pavement Concretes. Road Materials and Pavement Design, 12 (1), 177–194. https://doi.org/10.1080/14680629.2011.9690358.

5. Hassani A., Arjmandi M. (2010) Enhancement of Concrete Properties for Pavement Slabs Using Waste Metal Drillings and Silica Fume. Waste Management & Research, 28 (1), 56–63. https://doi.org/10.1177/0734242X09104143

6. Pranav S., Aggarwal S., Yang E.-H., Sarkar A.K., Singh A.P., Lahoti M. (2020) Alternative Materials for Wearing Course of Concrete Pavements: a Critical Review. Construction and Building Materials, 236, 117609 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117609.

7. Zhdanok, S. A., Leonovich S. N., Polonina E. N. (2022) Synergetic Effect of SiO2 Nanoparticles and Carbon Nanotubes on Concrete Properties. Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 66 (1), 109–112. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2022-66-1-109-112 (in Russian).

8. 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.

9. Polonina E. N., Leonovich S. N., Khroustalev B. M., Sadovskaya E. A., Budrevich N. A. (2021) Cement-Based Materials Modified with Nanoscale Additives. Nauka i Tehnika = Science & Technique, 20 (3), 189–194. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-3-189-194.

10. Leonovich S. N., Sadovskaya E. A. (2022) Nanofiber Concrete: Multi-Level Reinforcement. Nauka i Tehnika = Science and Technique, 21 (5), 392–396. https://doi.org/ 10.21122/2227-1031-2022-21-5-392-396.

11. Sadovskaya E. A., Leonovich S. N. (2022) Optimization of Composition of Nanofiber Concrete in Terms of Fracture Toughness by Matrix Modifiсation. Nauka i Tehnika = Science and Technique, 21 (6), 499–503. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-6-499-503(in Russian).

12. Sadovskaya E. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Zhdanok S. A., Potapov V. V. (2022) Fracture Toughness of Nanofiber-Reinforced Concrete on Normal Separation and In-Plane Shear. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 95 (4), 945–952. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02551-6.

13. 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.

14. Zhdanok S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Khroustalev 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. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-760-6-67-72 (in Russian).

15. Khroustalev B. M., Leonovich S. N., Yakovlev G. I., Polianskich I. S., Lahayne O., Eberhardsteiner J., Skripkiunas G., Pudov I. A., Karpova E. A. (2017) Structural Modification of New Formations in Cement Matrix Using Carbon Nanotube Dispersions and Nanosilica. Nauka i Tehnika = Science & Technique, 16 (2), 93–103. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-2-93-103.

16. Zhdanok, S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N. (2022) Influence of Polymer Superplasticizers on Various Types of Carbon Nanomaterials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 95 (1), 163–167. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02464-4.

17. Koleda E. A., Leonovich S. N., Zhdanok S. A. (2018) Results of Tensile Tests of nanofibre Concrete With Complex Fiber Reinforcement. Vestnik of Volga State University of Technology. Series «Materials. Constructions. Technologies», (2), 16–23 (in Russian).