Недавно механики определили, что бетоны с искусственными добавками, такими как строительные отходы, гораздо более устойчивы к ударам, чем бетоны, содержащие натуральные заполнители. Кроме того, было установлено, что повышение прочности бетона может быть достигнуто за счет формы используемых волокон - для различных типов нагрузок наиболее выгодными оказались спиралевидные заполнители. Полученные данные помогут разработать оптимальный состав для создания прочных и долговечных бетонных конструкций. Результаты исследования ученых, поддержанного грантом Российского научного фонда, были опубликованы в журнале "Механика материалов".

В связи с большим количеством отходов, образующихся в процессе строительства, которые часто становятся опасными как для окружающей среды, так и для здоровья человека, ученые предлагают повторно использовать строительные отходы в качестве заполнителя в бетонных конструкциях для жилищ и других зданий, и это помогает сохранить природные аналоги - песок, щебень и гравий.

Поскольку бетонные конструкции могут испытывать значительные динамические нагрузки, такие как землетрясения или сильные удары, важно учитывать прочность конечного материала при использовании заполнителей из отходов. Механики из Санкт-Петербургского университета и Института проблем машиностроения Российской академии наук (Санкт-Петербург) смоделировали поведение бетонных конструкций с различными заполнителями под динамическими нагрузками, используя ранее опубликованные экспериментальные данные о прочности соответствующих материалов.

Исследование показало, что бетонная конструкция с 50-60% заполнением строительным мусором оказалась наиболее прочной к динамическим нагрузкам; даже после появления микротрещин. Одной из причин этого может быть то, что в таком бетоне было гораздо больше воды, которая, заполняя микропоры в материале при динамических нагрузках, вызывала эффект упрочнения. Кроме того, был сделан вывод, что на характеристики бетона влияет форма волокон в наполнителе, причем спиралевидные волокна создают более мощные и устойчивые к разрушению структуры после появления микротрещин.

Предложенный учеными подход может быть применен в инженерной практике и может быть использован при создании стандартов для динамических испытаний бетона. В дальнейшем исследователи продолжат изучать прочность бетона с различными наполнителями при динамических и температурных нагрузках.