При твердении бетон выделяет тепло. В массивных опорах его внутренняя часть нагревается, а наружная остывает, создавая температурные напряжения. Если процесс не контролировать, возникают микротрещины – почти невидимые, но фатальные для прочности конструкции. Со временем они развиваются, сокращая срок службы опоры и снижая ее несущую способность.
Наука против трещин
Инженеры Unitsky String Technologies Inc. разработали комплексный подход к повышению термической трещиностойкости – способности бетона сохранять целостность при перепадах температуры и динамических нагрузках. Результаты исследования опубликованы в ISAR Journal of Multidisciplinary Research and Studies.
Главные принципы подхода:
- оптимизация состава бетона – использование шлакопортландцемента и функциональных добавок, регулирующих скорость гидратации и снижающих тепловыделение.
- комбинированное армирование – применение стали и углеродной фибры, которая предотвращает микротрещины и распределяет нагрузки.
- цифровой термомониторинг – внедрение датчиков температуры и систем на базе IoT, позволяющие контролировать процесс твердения бетона в реальном времени.
- технология «термоса» – использование теплоизоляции при зимнем бетонировании для сохранения внутреннего тепла, выделяемого при гидратации цемента.
Такой комплекс мер позволяет управлять температурой и влажностью внутри конструкции, снижая риск деформаций и повышая надежность железобетонных опор.
Материалы, которые работают вместе с бетоном
Белорусские инженеры уделяют особое внимание составу бетона, применяемого при строительстве опор. Одним из ключевых компонентов стала замена традиционного портландцемента на шлакопортландцемент — вяжущее вещество с пониженным тепловыделением, что позволяет снизить риск температурных напряжений и появления трещин в массивных железобетонных конструкциях.
Использование шлакопортландцемента обеспечивает стабильность температурного поля бетона при гидратации, снижая вероятность неравномерного расширения и усадки материала. Это особенно важно для крупногабаритных опор, работающих под воздействием растягивающих и динамических нагрузок.
Шлакопортландцемент проявляет лучшую устойчивость к агрессивным химическим средам, благодаря чему конструкции сохраняют свои эксплуатационные свойства даже в условиях сильной влажности или контакта с минерализованными водами. Такие характеристики делают его оптимальным выбором для применения в транспортно-инфраструктурных комплексах, работающих в широком диапазоне климатических условий.
В исследовании также подчеркивается, что замедленный набор прочности бетона на основе шлакопортландцемента можно компенсировать с помощью функциональных добавок: суперпластификаторов, ускорителей твердения и водоудерживающих модификаторов. Их использование повышает плотность структуры, улучшает сцепление между зернами наполнителя и позволяет контролировать процессы твердения даже при значительных температурных градиентах.
Для армирования таких конструкций предпочтительно сочетание стальной арматуры с дисперсным армированием углеродной фиброй. Это решение нивелирует различие в коэффициентах теплового расширения материалов, обеспечивает равномерное распределение усилий и препятствует образованию микротрещин.
В результате конструкции получают повышенную термическую трещиностойкость и устойчивость к повторным механическим воздействиям. Применение вяжущих на основе шлакопортландцемента в комплексе с IoT-системами контроля температуры и влажности позволяет не только повысить прочность и долговечность, но и интегрировать технологию контроля состояния бетона – материала, способного адаптироваться к изменениям окружающей среды в реальном времени.
В итоге современные системы мониторинга превращают процесс твердения в управляемый технологический цикл. Датчики температуры передают данные о состоянии бетона в режиме реального времени, а аналитическая платформа прогнозирует возможные риски и корректирует режим прогрева или охлаждения.
Результаты исследований показали: сочетание новых материалов и цифрового контроля позволяет увеличить срок службы железобетонных опор, минимизировать дефекты и снизить эксплуатационные расходы. Это шаг к созданию транспортной инфраструктуры, способной функционировать десятилетиями без капитальных ремонтов.