في جامعة جنوب الأورال الحكومية ، يستمر العمل لزيادة عمر الخدمة وقوة الخرسانة. يمكن لأبحاث العلماء تطوير البناء في القطب الشمالي وسيبيريا والشرق الأقصى - وهي مناطق ذات ظروف مناخية قاسية تتطلب خرسانة شديدة الصلابة. كان من الممكن الحصول على مادة بمثل هذه الخصائص بسبب التغيير في هيكل المراحل المائية لحجر الأسمنت. تم نشر مقال عن هذه الدراسة في مجلة «دراسات الحالة في مواد البناء» ( التي تعد جزء من قاعدة بيانات Scopus).
قوة تحمل منتجات الخرسانة المسلحة
تم استخدام الخرسانة المسلحة في البناء منذ منتصف القرن التاسع عشر ، ويحسن المتخصصون بانتظام خصائص أداء هذه المواد. فهي موثوقة وآمنة للبشر ولها قاعدة غير محدودة من المواد الخام.
في الوقت نفسه ، يشير الخبراء إلى وجود عيب كبير في الهياكل الخرسانية المسلحة: فهي قصيرة العمر في الظروف المناخية القاسية. الخرسانة التي تحمي كسور التعزيز أثناء التجميد الدوري. هذا يرجع إلى تكوين الجليد في مسام مواد البناء. والسبب هو الإجهاد الميكانيكي أيضًا بسبب التغيرات في درجات الحرارة ، أو ترشيح معدن البورتونيت أو شيخوخة هلام الإسمنت.
يعمل العلماء في جميع أنحاء العالم على زيادة متانة وقوة تحمل الهياكل الخرسانية المسلحة. بالنسبة لباحثي جامعة جنوب الأورال الحكومية ، فإن هذه المشكلة مهمة أيضًا. تم إجراء دراسة حول متانة الخرسانة في «قسم مواد ومنتجات البناء» في معهد الهندسة المعمارية والهندسة المدنية منذ التسعينات ، وفي عام 2018 تم إطلاق مشروع الماجستير المقابل.
أظهرت دراسة جديدة أجراها موظفو جامعة جنوب الأورال الحكومية ، لأول مرة ، الحاجة إلى مراعاة استقرار المراحل المائية للحجر الأسمنتي أثناء التجميد والذوبان الدوري.
«مع ضمان استقرار المراحل الرطبة لحجر الأسمنت ، تظل الخصائص الميكانيكية للخرسانة ، وبالتالي متانتها ، دون تغيير. اقترحنا تقييم المتانة في المؤشرات المؤقتة لعمر الخدمة اعتمادًا على ظروف تشغيل الهياكل الخرسانية المسلحة والمعدلات المستخدمة»,- قال كيريل شولدياكوف ، المحاضر الأول في معهد الهندسة المعمارية والهندسة المدنية بجامعة جنوب الأورال الحكومية.
اختبارتحت درجة حرارة منخفضة
أجريت الدراسة في مختبر جامعة جنوب الأورال الحكومية عند درجة حرارة -50 درجة مئوية تحت الصفر في محلول 5٪ من كلوريد الصوديوم. وتجدر الإشارة إلى أن الزملاء الأجانب للباحثين في الجامعة فوجئوا بهذا النهج ، لأن لديهم ظروف الاختبار الأكثر شدة -20 درجة. ومع ذلك ، فإن الظروف التي أعيد إنشاؤها في مختبر الجامعة هي التي تتوافق مع المعايير الوطنية وتسمح بإنشاء مادة يمكنها التحمل ، بالإضافة إلى التأثيرات التشغيلية ، اختبارات المناخ في القطب الشمالي وسيبيريا والشرق الأقصى.
.jpg)
في الصورة: التشوهات النسبية لعينة خرسانية مشبعة ومجمدة في محلول كلوريد الصوديوم 5٪
تعرضت الخرسانة عالية الأداء بنسبة الماء / الأسمنت أقل من 0.35 للتجميد والذوبان الدوري. تم تقييم استقرار بنية المواد قبل التأثيرات الدورية وبعد عدد مختلف منها. ونتيجة لذلك ، خلص العلماء إلى أن درجة مقاومة الصقيع للخرسانة يمكن أن تتغير 4-5 مرات مع نسبة ثابتة من الأسمنت المائي ، ولكن مع إدخال المعدلات المختلفة التي تؤثر على تكوين المراحل المائية. تم تكوين هلام هيدروسيليكات ثابت عندما لم يكن محتوى البورتلانديت في الحجر الأسمنتي أكثر من 5 ٪. تم ضمان ذلك من خلال إدخال الجرعات المثلى من الإضافات المعدلة الحديثة.
«ترتبط آلية تبلور هلام الأسمنت بزيادة في أهميتها عند امتصاص الجير بواسطة هيدروسيليكات الكالسيوم التي تم تشكيلها في البداية. أن إدخال البوزولانا (مادة مضافة معدنية تعزز قوة ومتانة الخرسانة) يقلل من تركيز الجير ، ويتسبب في البلمرة النشطة لرباعي أكسيد السيليكون والأكسجين ، خاصة أثناء التجميد الدوري ، مما يساهم في تكوين هيدرو سيليكات الكالسيوم المستقرة المشتتة»,- أوضح كيريل شولدياكوف.
يمكن أن يساعد بحث علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية في بناء الهياكل في ظروف قاسية ، على سبيل المثال ، خط أنابيب غاز «قوة سيبيريا» ، وفي تطوير منطقة القطب الشمالي.
.jpg)
في الصورة: كيريل شولداكوف ، محاضر أول ، «قسم مواد البناء والمنتجات» ، معهد الهندسة المعمارية والهندسة المدنية ، بجامعة جنوب الأورال الحكومية
لكن العلماء لا ينوون التوقف في عملهم. الخطوة التالية هي دراسة نفاذية انتشار الخرسانة. وفقًا لمعيار GOST 31384-2017 ، تحدد هذه الخاصية عمر الخدمة للهياكل الخرسانية المسلحة.
البحث في مجال علم المواد هو أحد الاتجاهات الاستراتيجية الثلاثة لتطوير الأنشطة العلمية والتعليمية لجامعة ولاية جنوب الأورال إلى جانب الصناعة الرقمية والبيئة.
جامعة جنوب الأورال الحكومية هي مشارك في مشروع «5-100» ، المصمم لزيادة القدرة التنافسية للجامعات الروسية بين المراكز البحثية والتعليمية الرائدة في العالم.