Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ) достигли значительного прогресса в улучшении рецептуры сверхпластичного бетона. Их инновация позволяет формировать строительные конструкции самых сложных форм, минимизируя при этом необходимость добавления избыточной воды. Подробные результаты исследования были опубликованы в престижном журнале `Polymer Science, Series D`.
Современные архитектурные и инженерные проекты, будь то мосты, высотные здания или туннели, часто требуют заливки бетона в плотно армированные элементы или узкие опалубки. Это особенно актуально при возведении монолитных конструкций, тонкостенных элементов и объектов со сложной геометрией. Как отмечают исследователи КБГУ имени Х.М. Бербекова, без использования специальных добавок в таких условиях обычный бетон склонен к образованию пустот и трещин, что критически снижает его прочность и долговечность.
Для решения этой актуальной проблемы специалисты КБГУ провели глубокий анализ существующих суперпластификаторов – добавок, способных повышать текучесть бетона без увеличения содержания воды. В ходе серии экспериментов было выявлено, что наиболее эффективной оказалась сульфированная меламиноформальдегидная смола (олигомер). Этот водорастворимый полимерный материал, получаемый из карбамида или меламина и формальдегида, продемонстрировал выдающиеся результаты.
Ученые не только идентифицировали оптимальный тип пластификатора, но и точно определили его идеальные параметры: необходимую длину макромолекул (до 5000 единиц) и пропорции в смеси (до 10 массовых процентов). Такой подход позволяет гораздо точнее регулировать текучесть бетонной смеси, обеспечивая ее способность безупречно заполнять даже самые сложные формы. В отличие от традиционных, часто интуитивных методов подбора добавок, разработанная в КБГУ методика гарантирует улучшение свойств материала за счет целенаправленного и контролируемого изменения структуры полимерных связей.
«Наши инновационные добавки функционируют на молекулярном уровне, ослабляя взаимодействие между частицами цемента и молекулами воды. Это позволяет нам достигать оптимальной консистенции бетонной смеси при значительно меньшем содержании воды. Данный аспект имеет фундаментальное значение для качества конечного бетона, поскольку именно испарение избыточной воды приводит к образованию пор и трещин», — объяснил Юсуф Малкандуев, руководитель кафедры органической химии и высокомолекулярных соединений КБГУ.
По словам профессора Малкандуева, сокращение объема воды в бетоне делает готовые конструкции более крепкими и плотными. Более того, практическое применение новой разработки позволяет существенно уменьшить риск возникновения трещин и улучшить водоотталкивающие свойства бетонных изделий, как подтверждают авторы исследования.
«Использование суперпластификаторов открывает новые возможности для оптимизации как экологических, так и экономических аспектов в строительной отрасли. Критически важно, чтобы выбор конкретного пластификатора всегда соответствовал уникальным требованиям и характеристикам каждого отдельного проекта», — дополнил Малкандуев.
В ходе исследования учеными были разработаны и применены передовые методы синтеза новых олигомерных соединений. Эти соединения, обладающие контролируемой длиной макромолекул и занимающие промежуточное положение между мономерами и полимерами, являются ключевым исходным сырьем для создания нового поколения суперпластификаторов.
В настоящее время перед специалистами КБГУ стоит задача проведения дальнейших углубленных исследований, а также осуществления полномасштабной экспериментальной проверки полученных результатов в условиях промышленного производства. Для массового изготовления новых материалов будут использоваться олигомерные компоненты, которые могут быть синтезированы в значительных объемах.
Данные исследования проводились при активной поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Минобрнауки) и Российского Фонда фундаментальных исследований.
