Студент Инженерно-строительного института БГТУ имени В. Г. Шухова Никита Маслов под руководством доцента кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций Михаила Елистраткина разработал технологию производства высокопрочного самоуплотняющегося бетона, способного самостоятельно восстанавливать микротрещины. Особенность материала — полимерцементные микрокапсулы, которые активируются при появлении повреждений и способствуют восстановлению структуры бетона. Лабораторные испытания показали, что после самовосстановления прочность образцов увеличилась на 25,5 %.

Как работает самовосстанавливающийся бетон

В основе технологии — высокопрочный самоуплотняющийся бетон с добавлением специальных полимерцементных микрокапсул. Их содержание составляет 5 % от массы цемента.

Каждая микрокапсула состоит из ядра на основе портландцемента и защитной оболочки из ацетоноформальдегидной смолы. При изготовлении материала капсулы равномерно распределяются в бетонной смеси и сохраняют целостность до появления повреждений.

Когда образуется микротрещина, оболочка капсулы разрушается, и находящийся внутри цемент вступает в контакт с влагой. Начинается процесс гидратации с образованием кристаллогидратов, которые постепенно заполняют повреждённый участок.

Таким образом, структура материала восстанавливается непосредственно внутри бетона. Для запуска процесса не требуется дополнительное оборудование или проведение специальных ремонтных мероприятий.

Зачем бетону способность к самовосстановлению

Одна из основных проблем при эксплуатации бетонных сооружений — образование микротрещин, которые со временем могут увеличиваться и приводить к снижению прочности строительных конструкций. Особенно актуальна эта проблема для мостов, тоннелей, автомобильных дорог и других инфраструктурных объектов, подвергающихся постоянным механическим нагрузкам и температурным воздействиям.

Разработка Никиты Маслова направлена на создание строительного материала, способного самостоятельно устранять небольшие повреждения без дополнительного вмешательства. Применение такой технологии потенциально позволит увеличить срок службы бетонных конструкций и сократить затраты на их обслуживание.

Чем отличается разработанная технология

Ключевая особенность разработки — использование микрокапсул с оболочкой из ацетоноформальдегидной смолы. Она защищает восстанавливающий компонент от преждевременного взаимодействия с влагой и обеспечивает его активацию при появлении повреждений.

В отличие от технологий, основанных на применении специальных бактериальных культур, предложенный способ предусматривает использование цементного компонента, заключённого в полимерную оболочку.

Ещё одна особенность — применение самоуплотняющейся бетонной смеси. Благодаря высокой плотности структуры материала микрокапсулы сохраняются внутри бетона до момента образования трещин.

Технология также предусматривает возможность интеграции процесса приготовления микрокапсул в действующие производственные линии предприятий железобетонной промышленности без кардинальной перестройки оборудования.

Лабораторные испытания: прочность увеличилась на 25,5 %

В ходе научно-исследовательской работы были изготовлены экспериментальные образцы бетона с восстанавливающей добавкой и проведены испытания их физико-механических характеристик.

На первом этапе образцы набирали первоначальную прочность в течение 28 суток. Затем материал подвергали трём циклам температурного воздействия, в результате которых формировались микротрещины, а прочность снижалась на 6–10 %.

Следующим этапом стало восстановительное твердение образцов в водной среде в течение 28 суток. Для оценки степени заполнения трещин проводили микроскопические исследования, а прочностные характеристики определяли с помощью испытаний на сжатие.

По результатам экспериментов прочность образцов с микрокапсулами после восстановления составила 99,8 МПа. Прирост прочности достиг 25,5 %, тогда как у контрольных образцов обычного бетона этот показатель составил 15,1 %.

Дополнительно установлено, что микротрещины шириной от 20 до 50 микрометров были полностью заполнены продуктами гидратации.

Результаты подтвердили эффективность предложенного механизма самовосстановления в лабораторных условиях и возможность дальнейшего исследования технологии для применения в строительстве.

Где может применяться новый материал

Самовосстанавливающийся бетон предназначен для использования при производстве строительных материалов и железобетонных изделий, эксплуатируемых в условиях постоянных механических нагрузок и воздействия окружающей среды.

Разработка может применяться при изготовлении дорожных и тротуарных плит, бортовых камней, водоотводных лотков и других элементов городской инфраструктуры. Ещё одно перспективное направление — использование материала при строительстве транспортных и инженерных сооружений.

Способность бетона самостоятельно восстанавливать микротрещины потенциально позволит увеличить межремонтные интервалы, снизить вероятность развития повреждений и сократить эксплуатационные расходы.

В ходе подготовки проекта состоялись консультации с представителями предприятий железобетонной промышленности Белгородской области. По данным разработчика, потенциальные заказчики проявили заинтересованность в технологии, что свидетельствует о перспективах её дальнейшего практического применения.

От лабораторных испытаний к промышленному производству

В настоящее время разработана технология получения полимерцементных микрокапсул, проведены лабораторные испытания, выполнены экономические расчёты и сформирована база потенциальных промышленных партнёров.

Следующий этап — изготовление опытной партии материала, проведение дополнительных испытаний, сертификация продукции и подготовка технических условий для промышленного производства.

В дальнейшем планируется заключение лицензионных соглашений с предприятиями железобетонной промышленности и организация пилотного производства на базе одного из заводов-партнёров.

Как отметила проректор по научной и инновационной деятельности БГТУ имени В. Г. Шухова Татьяна Давыденко, создание строительных материалов с функцией самовосстановления является перспективным направлением развития современного строительного материаловедения.

«Разработка самовосстанавливающегося бетона демонстрирует возможности применения современных научных решений для повышения надёжности и долговечности строительных конструкций. Особенно важно, что проект направлен на решение конкретной практической задачи — снижение затрат на ремонт и обслуживание инфраструктурных объектов. При этом студент не ограничился теоретическим исследованием, а разработал состав материала, провёл лабораторные испытания и получил результаты, подтверждающие эффективность предложенной технологии. Такие проекты имеют особое значение для университета, поскольку позволяют объединять фундаментальные знания, экспериментальные исследования и инженерные решения, ориентированные на дальнейшее внедрение в строительную отрасль», — отметила Татьяна Давыденко.

Источник: www.bstu.ru