Учёные решили главную загадку структуры бетона

Учёные-материаловеды, наконец, определились ^[1], является ли застывший бетон непрерывной структурой,- такой, как, например, металлы или камни,- или же спрессованной группой мелких частиц. Этот вопрос, несмотря на долгое и обильное использование этого строительного материала, длительное время оставался без ответа. Оказалось, что бетон сочетает в себе признаки обеих структур.

Вопросами внутренней структуры материала занимается раздел физики конденсированных сред под названием "мезоскопическая физика ^[2]". В ней рассматриваются свойства систем на масштабах, промежуточных между макроскопическим и микроскопическим – то есть, лежащих между размерами отдельных атомов и такими, на которых прекращаются квантовые эффекты.

Бетон,- смесь воды, гравия, цемента и песка,- исследовала международная команда из Массачусетского технологического, Университета Джорджтауна, французского Национального центра научных исследований и других заведений. Учёные уверяют, что их открытия касательно структуры бетона позволят инженерам создавать более эффективные материалы, как с точки зрения прочности, так и с точки зрения уменьшения выброса парниковых газов при изготовлении. Это очень важно, поскольку в мире используется столько бетона, что его производство является одним из самых главных факторов выброса парниковых газов.

Оказалось, что в бетоне мелкие частички распределяются таким образом, что между несколькими более крупными всегда есть более мелкие. Один из авторов исследования, Роланд Пеленк [Roland Pellenq], поясняет, что эти мелкие частицы очень плотно взаимодействуют между собой на мезоскопических масштабах. При этом частицы не настолько мелки, чтобы достигать состояния с минимальной энергией – из-за этого материал подвержен изменениям, и со временем может крошиться или трескаться.

Определение влияния размера пор, находящихся на мезоскопических масштабах, на свойства материала до этого момента не проводилось. А именно наличие пор таких размеров и определяет свойства материала и подверженность его деградации. В частности, выяснилось, что растрескивание бетона происходит не из-за того, что в эти поры проникает вода, которая затем замерзает при отрицательных температурах.

Новые компьютерные симуляции свойств готового материала позволяют точно настраивать пропорции компонентов, необходимые для получения более качественного результата ^[3]. Например, слишком малое количество воды сделает раствор недостаточно жидким для заливки, а слишком большое – оставит после её испарения большие пустоты в готовом материале.

Автор: SLY_G

Источник ^[4]