По мысли авторов, это поможет решить проблему использования отработанной резины. Результаты показали, что прорезиненный бетон стал пластичнее и лучше гасит вибрации.
Бетон — самый распространенный строительный материал в мире. Его используют уже тысячи лет: сооружения из смеси гравия, глины и воды возводили в Древнем Египте, в Древнем Риме и других государствах. Сейчас ежегодное потребление бетона достигает 11 миллиардов тонн в год. С развитием технологий формула бетона всячески совершенствовалась, и все чаще говорят о повышении его экологичности. Для этого модернизируют способы его производства, экспериментируют с новыми компонентами.
Индийские инженеры, например, предложили заменить часть песка в составе высокопрочного бетона (HPC) гранулами отработанных покрышек. Захоронение или складирование этих отходов наносит вред окружающей среде, а возможность промышленного использования старой резины может решить проблему. Статью об этом опубликовали в журнале Scientific Reports.
Резиновую крошку уже давно испытывают в качестве компонента бетона — прошлые опыты показали, что это дополнение влияет на гашение вибраций (демпфирование), теплоизоляцию, морозостойкость и другие свойства. Зачастую прочность застывшего раствора при этом падала — и иногда значительно. Несмотря на прочие улучшения, ухудшение прочности — ключевая проблема, не решив которую, нельзя широко использовать модифицированный бетон.
В новой работе индийские инженеры экспериментировали с пропорциями каучуковых зерен разного размера в мелком заполнителе. Они замешали четыре образца смеси, где пять, десять и пятнадцать процентов песка были заменены на гранулы покрышек, и эталонный, где песок ничем не заменяли. Затем экспериментаторы оценивали как свежий раствор на вес, содержание воздуха и прочее, так и затвердевший высокопрочный бетон — на прочность, растяжение, упругость и виброгашение.
Результаты опытов показали, что при замене пяти, десяти и пятнадцати процентов песка в растворе на частицы резины прочность затвердевшего бетона снизилась на 14, 28 и 51 процент соответственно. Сильные изменения показал самый прорезиненный бетон — понизилась его гибкость, но вырос коэффициент гашения вибрации. Также, как указывают исследователи, включение каучука размером 0,6 миллиметра сначала снизило прочность материала, но со временем — спустя 224 дня — его прочность заметно выросла.
Повышение стойкости бетонных элементов к трещинообразованию
Материалы на основе цемента страдают от низкой прочности на растяжение и характеризуются плохой способностью к деформа- ции. Они хрупки и очень чувствительны к трещинообразованию, особенно, в результате продольных деформаций, независимо от пер- вопричины. В качестве отправного пункта настоящая работа взяла известную методику, которая показывает, что в металлах свер- ление отверстия у вершины трещины вызывает релаксацию напряжений и замедляет их распространение. В работе также демонст- рируется, что частичная замена природных заполнителей резиновыми заполнителями, полученными в ходе измельчения вышедших из употребления шин, способна улучшить характеристики деформируемости, снижая тенденции прорезиненного бетона к усадочно- му трещинообразованию. К сожалению, экспериментальные результаты также подтверждают тот факт, что идеальный, а значит низкий модуль упругости и высокая прочность являются двумя взаимоисключающими характеристиками. Тем не менее, данное ре- шение позволяет эффективно снизить модуль упругости, что дает все основания прогнозировать рост данной тенденции с исполь- зованием законов смешивания, например, пределов Хашина-Штрикмана, рассматривающих прорезиненный бетон как двухфазный композит. Если низкая прочность не служит препятствием, и устойчивость к продольным деформациям выступает приоритетной за- дачей, то это создает все предпосылки для возведения надежной конструкцией, которая к тому же будет обладать дополнительным преимуществом с экологической точки зрения (утилизация старых шин).
Авторы исследования сделали вывод, что при замене менее десять процентов песка на частицы отработанных покрышек в составе сохраняется достаточная прочность материала, а также повышается его способность поглощать вибрации и пластичность. После дальнейших доработок смеси, например, добавления в нее армирующих волокон, модифицированный бетон потенциально можно использовать при строительстве сейсмоустойчивых конструкций.
В статье используются материалы из источников:
https://www.cpi-worldwide.com/ru/journals/artikel/24545
https://naked-science.ru/article/physics/prorezinennyj-beton-stal: