Бетон — самый распространенный строительный материал, но он хрупкий и трескается под напряжением. Сверхвысокопрочный бетон — это особый класс материала с плотной структурой и исключительной прочностью. В этом классе используются внутренние металлические волокна, которые обеспечивают гибкость и сопротивление растрескиванию, но недостаток заключается в том, что волокна могут привести к повышению стоимости материала в 30 раз по сравнению с традиционным бетоном.
Ученые из Университета штата Пенсильвания искали способ сделать сверхвысокопрочный бетон доступнее, для чего приготовили 15 разных смесей: в девяти использовали металлические волокна с разной формой и концентрацией, в шести — неметаллические (из стекла, базальта, полимеров). Целью исследователей было сохранить прочность материала, но сократить расходы.
Испытания показали, что два вида металлических волокон (микросталь и полосатая сталь) сохраняют нужные свойства, даже если их объем уменьшить вдвое. Важную роль играет соотношение длины волокна к его толщине — чем оно выше, тем лучше прочность при растяжении. Еще важно, чтобы волокна при нагрузке не ломались, а аккуратно вырывались из бетона — так материал дольше остается прочным.
Сверхвысокопрочный бетон особенно ценен для крупных и долговечных объектов — мостов, высоток, прибрежных сооружений. Например, с ним можно собирать мосты почти как конструктор: детали делают на заводе, везут на место и скрепляют раствором из сверхвысокопрочного бетона. Это сильно ускоряет строительство — вместо месяцев работы хватает дней или недель. При этом сверхвысокопрочный бетон не заменяет обычный бетон, а дополняет его там, где нужна особая прочность.
Исследователи надеются не только снизить стоимость материала (потенциально — до 75%), но и сделать его экологичнее: планируют изучать новые волокна и способы производства с меньшими выбросами углекислого газа.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что российские ученые проверили, как бетон выдерживает взрывы.
