Низкоуглеродистый бетон сохраняет  прочность  благодаря использованию полимерной решетки

Низкоуглеродистый бетон сохраняет прочность благодаря использованию полимерной решетки

Более века стальная арматура была основным материалом для армирования бетона, но новая технология сможет сделать обычный строительный материал более прочным и экологически чистым. Ученые использовали 3D-печать для создания структуры полимерной решетки, которая может выступать в качестве основы для низкоуглеродистого бетона, отличающегося прочностными и долговечными характеристиками.

Исследование было проведено в Калифорнийском университете в Беркли и основано на предыдущих попытках армировать бетон с помощью полимерных волокон. Они появились около полувека назад как многообещающая альтернатива арматурным стержням из стали, которые обладают большой прочностью, но являются тяжелыми, дорогими и подверженными разрушению материалами.

С другой стороны, полимерные волокна легки, дешевы в производстве и устойчивы к коррозии. Современные подходы включают смешивание этих волокон с бетоном перед его заливкой, но это может привести к неравномерному распределению. Это означает, что некоторые части конструкции будут более прочны, а другие подвержены образованию трещин.

Инженеры, стоящие за этим новым исследованием, стремились устранить этот недостаток с помощью 3D-печатной октетной полимерной решетки –  структуры, отличающейся уникальным сочетанием легкости и прочности, и надеялись предотвратить образование трещин из-за плотного расположения ферм. Команда добилась успеха, используя полимеры акрилонитрилбутадиенстирола (АБС) для создания решетки, а зазоры затем заполняли бетоном со сверхвысокими характеристиками, который в четыре раза прочнее обычного бетона с точки зрения сжатия.

Исследователи экспериментировали с вариациями этого рецепта, используя различные версии полимерной решетки, так что они варьировались от 19,2 процента от общего объема бетона до 33,7 процента. Хотя эти изменения привели к небольшим изменениям в показателях прочности на сжатие и пиковых нагрузок, общие механические свойства бетона остались в основном такими же.

«Когда материал хрупкий, он может выдерживать определенную пиковую нагрузку, а затем выходит из строя», – говорит соавтор исследования Клаудиа Остертаг, профессор гражданской и экологической инженерии. «В данном случае мы не наблюдали сбоя. Он становился все сильнее и сильнее».

Все испытанные образцы имели высокие значения плотности деформации и, следовательно, способны поглощать много энергии, в то время как образцы с более тонкой структурой решетки были такими же прочными, как и образцы с более толстыми. Эта часть является ключевой для одной из всеобъемлющих целей исследовательского проекта; использование более высоких концентраций альтернативных материалов для уменьшения углеродного следа производства бетона, на который приходится восемь процентов мировых выбросов CO2.

Источник: newatlas.com