27.01.2023
Сегодня при строительстве зданий и создании легких дорожных покрытий используют альтернативный материал – полупрозрачный бетон,
который состоит из бетона и оптоволокна. Он способен пропускать свет, что позволяет воплощать уникальные архитектурные решения.
Оптоволокно – достаточно дорогостоящий материал. Ученые Пермского Политеха предложили получать более дешевый бетон с высокой
способностью пропускать свет из отходов оргстекла. Это позволит повысить качество материала и сэкономить средства компаний.
Цветовая разметка на дорогах на основе этого материала сможет существенно снизить число аварий в темное время суток. Работа
выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Результаты исследования разработчики опубликовали в журнале «Вестник ПНИПУ. Construction and geotechnics» (2022).
– Материал на основе бетона и оптических волокон был создан в 2001 году, и последние десятилетия на него есть спрос. Инновационный
бетон может пропускать до 80 % света. Прочный и водонепроницаемый материал обладает низкой плотностью и пористостью. Он сочетает
в себе легкость и полупрозрачность, поэтому его предлагали использовать в легких стеновых конструкциях. Это позволяет создать
впечатление отсутствия толщины и веса. Но технология получения бетона с оптическими волокнами – сложный и дорогостоящий процесс.
Его использование в конструкции оправдано в малых объемах, а переход на большие партии увеличивает расход материала. Поэтому мы
предложили использовать альтернативный материал со «вставками» из доступного и недорогого оргстекла, – рассказывает руководитель
проекта, доцент кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала Пермского Политеха по направлению «Строительство», кандидат
технических наук Александр Сиянов.
Оргстекло – недорогой и прозрачный полимер. По словам разработчиков, реализовать технологию можно практически без затрат, если
использовать доступные отходы этого материала. Ученые предложили ввести их в бетон в форме прямолинейных элементов кругового
профиля. Чем больше «вставок» в бетоне, тем прозрачнее он получится.
Исследователи из Пермского Политеха предложили способ пропускания света под разными углами с учетом архитектурных требований.
Они получили образцы полупрозрачного бетона с нужными характеристиками и провели их испытания. Это позволило выявить уровни, на
которых в материале происходят изменения. Ученые определили свойства бетона в зависимости от количества прозрачных элементов и
установили связь между их распределением и световым эффектом. Они определили плотность и прочность материала, а также
проходимость света.
– Чтобы оценить влияние оргстекла на свойства бетона, мы провели испытания образцов. В качестве вяжущего вещества использовали
пуццолановый портландцемент – материал на основе цемента и активной минеральной добавки, который твердеет в воде и во влажных
условиях, – с удельным весом 2,7 г/м3. Оргстекло добавили в виде элементов диаметром 5 и 7 мм, которые составили в материале долю 2,5
и 3,5 %. В процессе приготовления мы добавляли воду и пластификатор – вещество, которое придает материалу эластичность или
пластичность при переработке и использовании. Прозрачные элементы размещали в заранее подготовленные отверстия и закрепляли в
пазах экспериментальной формы, а затем выравнивали их. В качестве источника света мы применяли фонари со светодиодными лампами
мощностью 150 Вт. Результаты пропускания света отслеживали на деревянном экране, – отмечает ученый.
В процессе изготовления изделий оргстекло укладывали слоями и уплотняли. Его доля составила менее 10 % от площади сечения
материала. Бетон ученые выдерживали в течение суток при температуре около 21 °C, а затем материал набирал прочность еще 7 и 28 дней.
В экспериментах использовали образцы в виде кубиков размером 50 × 50 × 50 мм и призм размером 40 × 40 × 160 мм. Ученые также
определили прочность материала, сжимая и изгибая его с помощью силового пресса.
Результаты испытания на сжатие позволили определить, что оргстекло оказало положительное влияние на свойства бетона. Это снизило
плотность на 10 %, повысило прочность до 36 % и уменьшило массу. Ученые провели испытания прочности совместной работы двух
материалов. Для лучшего «сцепления» с бетоном они использовали элементы с выступами. Результаты на сдвиг показали меньшую
прочность, что необходимо учитывать при проектировании зданий уязвимых конструкций, строительстве на территориях с неспокойными
погодными условиями и опасностью возникновения пожаров. В остальных случаях применение нового бетона повысит
светопроницаемость и снизит экологические риски.
По словам ученых, технология позволила улучшить характеристики полупрозрачного бетона. Его можно использовать в строительстве и
создании дорожных покрытий. Он станет частью наружных и внутренних частей зданий, в том числе для дополнительного освещения.
Пресс-служба Пермского Политеха
Фото: naked-science.ru
Нет комментариев