Ученые Томского государственного университета вместе с коллегами из лаборатории ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) исследовали, как тяжелый бетон ведет себя при взрывах — то есть при динамическом воздействии.
Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, работа ведется с высокопрочными бетонами, которые применяют при строительстве атомных станций, тоннелей и взрывобезопасных объектов. Материалом послужили образцы тяжелого бетона класса прочности В45 от компании «Союзбетон» — промышленного партнера проекта. Первые результаты исследования опубликованы в журналах «Известия вузов. Физика» и «Журнале технической физики», за два года апробированы на десятке научных конференций.
Тяжелые бетоны — особый класс композиционных материалов с высокой прочностью. Это цементная матрица, упрочненная крупнофракционными включениями со специально отобранными компонентами. Мы взрывали специальную линзу, которая создает плоскую ударную волну в образце, что имитирует реальный взрыв конструкций. Так мы обнаружили, что взрывная волна проходит через бетон неоднородно: внутри материала возникает сложная волновая картина, приводящая к одновременному появлению зон разрушения при сжатии и растяжении, обнаружены «диссипативные структуры», которые гасят или перераспределяют энергию деформации.
Испытания проходили в взрывной камере в Черноголовке, а анализ данных — в Томске. С помощью лазерных датчиков замеряли скорость движения ударных волн в образцах (длиной от 2,5 см до полуметра) с временным разрешением до наносекунд.
Выяснилось, что при взрыве тяжелый бетон становится до 6 раз прочнее по сравнению со статическими показателями — но разрушается неравномерно, с зонами упругого и пластического поведения. Внутри материала возникает сложная волновая картина: появляются зоны разрушения при сжатии и растяжении, а также «диссипативные структуры», которые гасят или перераспределяют энергию деформации.
На основе данных ученые построили физико‑математическую модель, прогнозирующую поведение бетона при ударно‑волновых нагрузках. Это позволит проектировать взрывобезопасные объекты, опираясь на точные динамические характеристики, а не на устаревшие статические нормативы. В перспективе исследователи планируют создать атлас разных видов тяжелого бетона (от B30 до B60 и выше) с их динамическими свойствами.
Сегодня тяжелый бетон активно используют при строительстве атомных станций, тоннелей, различных взрывобезопасных объектов. До сих пор строительные конструкции рассчитывались только для статических условий нагружения. Современные реалии поставили конкретные вопросы: а что будет, если по отношению к конструкции применить динамическое воздействие? Когда мы начали искать ответы, поняли, что о динамическом поведении тяжелого бетона практически ничего не известно. Полученные результаты исследований дополняют знания о динамическом поведении бетонов и будут востребованы учеными, проектными организациями и строителями. Важно отметить, что эти знания генерируются в связке науки и промышленности.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Перми придумали, как защитить стены от разрушения.
