«Бетон – один из важнейших конструкционных материалов в современном строительстве. Но его прочность может изменяться при накоплении повреждений в процессе эксплуатации. Кроме того, долговечность зданий зависит от механических свойств цементного камня, прочности заполнителей и видов добавок. Методики, которые сейчас используют в соответствии с действующими строительными нормами, не позволяют отслеживать процесс накопления повреждений и контролировать текущий ресурс конструкций», – поясняет один из разработчиков, старший преподаватель кафедры строительных конструкций и вычислительной механики Пермского Политеха Юрий Курбатов.
Деформация и разрушение бетона под действием «усталости» от повторяющихся нагрузок пока недостаточно изучены. Чтобы спрогнозировать процессы, происходящие в бетонных конструкциях, ученые предложили использовать структурно-имитационное моделирование. С его помощью можно создать методику, которая позволит учитывать влияние свойств различных компонентов бетона на его долговечность. Исследователи разработали математические модели, которые демонстрируют разрушение бетона под действием повторяющихся нагрузок. Методика позволит определить механизмы накопления повреждений в конструкции.
– Нам удалось определить модуль упругости и предел прочности цементного камня при изгибе и сжатии с учетом неравномерного накопления повреждений. Для этого мы провели серию экспериментов с помощью испытательной машины и гидравлического пресса. При этом наша команда руководствовалась рекомендациями современных стандартов в области строительства, – рассказывает разработчик.
Испытания образцов исследователи провели на универсальной электромеханической системе, используя аппаратуру цифрового анализа полей деформаций и регистрации сигналов акустической эмиссии. Для этого они применили уникальные научные установки Центра экспериментальной механики Пермского Политеха «Комплекс испытательного и диагностического оборудования для изучения свойств конструкционных и функциональных материалов при сложном термомеханическом нагружении».
Разработка позволит заранее прогнозировать долговечность бетона, что позволит избежать преждевременного разрушения железобетонных зданий и сооружений, считают ученые.
Для справки
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.