Созданная научным коллективом ДГТУ комбинированная экспериментальная установка позволит получать долговечный бетон с вариатропной структурой, армированный различными типами фибр. Предложенное учеными технологическое решение обеспечит снижение процента брака на производстве и получение высококачественных изделий без существенного изменения затрат.
По словам руководителя проекта, заведующего кафедрой «Инженерная геометрия и компьютерная графика» ДГТУ, к. т. н., доцента Евгения Щербаня, строительные организации будут получать более безопасные и устойчивые к воздействию внешней среды строительные изделия. Благодаря более вязкому характеру разрушения такие изделия повысят эксплуатационную надежность зданий и сооружений, возведенных в сложных условиях. Технология виброцентрифугирования предлагается для использования в конструкциях, работающих в особых условиях с повышенным риском сульфатной коррозии бетона и железобетона.
В ходе исследования взаимосвязи состава, физики процесса уплотнения, микроструктуры и свойств вариатропных бетонов ученые установили влияние полипропиленовой фибры на вариатропные бетоны различных составов в сочетании с базальтовой фиброй и микрокремнеземом.
В результате исследования были созданы бетоны с улучшенной структурой, основанной на максимально плотной упаковке частиц. Получены конгломератные композиции и изготовлены железобетонные и бетонные конструкции нового типа с улучшенными прочностными и долговечностными характеристиками.
Ученые изучили влияние модифицирующих добавок, таких как микрокремнезем, нанокремнезем и их комбинации, на свойства бетонов, изготовленных по трем технологиям: вибрирование, центрифугирование и виброцентрифугирование. Было установлено, что наибольшая эффективность виброцентрифугированного бетона достигается при добавлении 1,5 % базальтовой фибры. В сравнении с контрольным составом прочность на сжатие увеличилась на 8,50 %, прочность на изгиб – на 79,17 %, а водопоглощение снизилось на 27,54 %. Модификация бетона микрокремнеземом показала наилучший эффект при 8 % замене цемента, повысив прочность на сжатие на 17,43 %, прочность на изгиб – на 14,58 %, и снизив водопоглощение на 33,30 %.
Наиболее эффективным и экономически рациональным рецептурным решением для виброцентрифугированных бетонов авторы разработки считают комбинированное фибровое армирование в сочетании с модификацией микрокремнеземом. Такое армирование оказывает комплексное воздействие на структуру и свойства виброцентрифугированного композита и позволяет получить вариатропный бетон с улучшенной прочностью на сжатие, прочностью на изгиб и сниженным водопоглощением. Наибольшая эффективность всех типов модификаторов наблюдалась в сочетании с синтезированной технологией виброцентрифугирования.
Исследователи доказали, что вариатропный бетон является перспективным строительным материалом благодаря особенностям изменения его физико-механических свойств в рамках поперечного сечения. Установлено, что физико-механические характеристики, а также характеристики долговечности вариатропных бетонов более высокие, нежели у бетонов обычной структуры за счет структуры различной плотности, максимальной на наружной поверхности во внешнем слое бетонного элемента.
Долговечность бетонов вариатропной структуры, характеризующаяся пористостью наружной поверхности, ее водопоглощением, стойкостью к проникновению ионов хлорида, попеременным циклам замораживания и оттаивания, а также циклов увлажнения и высушивания, при прочих равных условиях более высокая, нежели у бетонов обычной структуры.
Во время исследований применены были и алгоритмы искусственных нейронных сетей для исследования взаимосвязи технологических параметров и свойств бетона. Осуществлено прогнозирование прочности на сжатие виброцентрифугированного бетона, подверженного различным агрессивным воздействиям эксплуатационного характера, с помощью четырех методов машинного обучения: Linear Regression (LR), Support Vector Regression (SVR), Random Forest (RF) и CatBoost (CB). Также проведена оценка перспектив применения разработанных методов на практике и возможности адаптации полученных результатов на различные виды бетона.
Исследование взаимосвязи состава, физики процесса уплотнения, микроструктуры и свойств вариатропных бетонов с улучшенными характеристиками реализуется в рамках гранта Российского научного фонда (№ 23-79-10289).
