Коллективом ученых ДГТУ получены опытные образцы вариатропного бетона, которые проходят апробирование в реальных условиях, непосредственно на производстве – в цехах индустриальных партнеров проекта: ГК «Астрагал», ООО «Донской газобетон», ООО «Реопласт» и ООО «Пенобетон-Торнадо».
«Умный» материал, позволяющий создавать изделия с управляемыми параметрами, выполнен по новой технологии и авторским рецептурам. Исследование проводится в рамках программы стратегического академического лидерства ДГТУ «Приоритет 2030» по направлению «Новые экологичные материалы для строительства зданий и сооружений из растительного сырья и сельскохозяйственных отходов».
– Чаще всего бетонные смеси уплотняют с помощью вибрирования. Это самая простая технология, которую можно выполнить прямо на строительной площадке. Еще один вариант — с помощью специальной центрифуги: более затратный способ, но благодаря центробежной силе бетон таким способом получается примерно на 15-20% прочнее, – рассказал руководитель проекта, к.т.н., доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» ДГТУ Евгений Щербань. – Мы решили пойти путем совершенствования технологий: в центрифугу добавили специальные выступы и хомуты, создающие эффект вибрирования и тем самым – из-за корректировки центробежного уплотнения – повышающие качество бетона. В результате лабораторных исследований на высокоточном оборудовании выяснилось, что при использовании схожих контрольных составов бетонных смесей и в одинаковых условиях технология виброцентрифугирования увеличивает ключевую характеристику бетона – прочность – на 20-40%.
Помимо изучения новой технологии, команда Евгения Щербаня работает над улучшением самой рецептуры бетона. К привычному составу бетонной смеси ученые добавляют в разных пропорциях и модификациях фиброволокна, микрокремнезем и другие широко распространенные для российской промышленности компоненты, добиваясь заметного изменения параметров получаемых образцов. Например, результаты пробного процесса изготовления бетона с комбинированным армированием фиброволокнами показывают повышение параметра сжатия на 10%, а получаемая прочность на изгиб превышает эту характеристику изделия, изготовленного по стандартной рецептуре, более чем на 50% – эти качества бетона напрямую влияют на уровень безопасности изделий, конструкций и зданий. По ряду специфических параметров опытные разработки ДГТУ, созданные с применением технологии виброцентрифугирования, превосходят используемые сейчас бетоны на 60-70%.
В данный момент ученые-строители ДГТУ подбирают наиболее подходящие добавки в бетонную смесь и их оптимальные пропорции, чтобы итоговая рецептура соответствовала запланированной проектом эффективности по всем параметрам. Кроме того, команда Евгения Щербаня одновременно решает и насущную для Ростовской области проблему утилизации отходов промышленности и сельского хозяйства.
– Эта практика популярна в мировой науке, где в бетоны буквально «прячут» золу, шлак, шелуху сельскохозяйственных культур. Такие наполнители экономят сырье для бетонных смесей: например, золой или угольной пылью можно частично заменить цемент, а сельскохозяйственные отходы могут в небольших пропорциях дать экономию цемента и заполнителя для бетона, – уточняет Евгений Щербань. – При разработке рецептур вариатропных бетонов мы одновременно снижаем себестоимость смеси и повышаем качество изделия: например, микрокремнезем, являющийся отходом сталеплавильного производства, повышает прочность бетона до 20% по сравнению со стандартным образцом.
Изучают технологические параметры полученных опытных образцов бетона в лаборатории ДГТУ и с помощью алгоритмов искусственного интеллекта: нейронные сети помогают исследовать взаимосвязь параметров и свойств образцов бетона, попутно обучаясь прогнозированию характеристик вариатропных бетонов и конструкций из них.
По мнению разработчиков, полученные промежуточные результаты их проекта позволяют принципиально расширить сферу применения новых бетонных смесей и бетонов. Так, значительное повышение прочностных и деформативных характеристик позволит применять такой бетон не только при строительстве зданий, но и для возведения инфраструктурных объектов в энергетике, особенно в сейсмоактивных регионах. Одно из наиболее перспективных направлений применения – дорожное строительство: здесь особенно важны полученные параметры по ударной стойкости материала, способного выдерживать динамические циклические нагрузки.
– Горизонт применения вариатропного бетона широк – вплоть до создания эффектных элементов благоустройства, например, садово-парковых скульптур, – подчеркивает Евгений Щербань. – Одна из целей следующих этапов проекта – это развитие первостепенных научных и инженерно-строительных задач.
Научные исследования взаимосвязи состава, микроструктуры и процессов уплотнения со свойствами вариатропных бетонов команда ДГТУ под руководством к.т.н., доцента Евгения Щербаня проводит в рамках гранта Российского научного фонда.