Исследователи Сибирского федерального университета и Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН выяснили, что использование нановолокон увеличивает прочность модифицированного бетона, сообщает пресс-служба вуза.
Огнеупорные материалы широко используются в металлургии для производства изделий, испытывающих периодические нагрузки. Важным показателем, от которого напрямую зависит срок службы такого изделия, является термостойкость. Она, в свою очередь, определяется общей прочностью материала и динамикой распространения в нем трещин.
В качестве огнеупорного бетона красноярские ученые выбрали материал на основе плавленого кварца, который широко используется для изготовления лотков и каналов для транспортировки расплавленного алюминия.
Синтез материала проводили в лабораторных условиях по классической технологии — методом вибрационного формования, отжиг проходил в условиях, соответствующих промышленному производству при температуре 700 градусов Цельсия. Прочность на сжатие и изгиб, пористость и плотность усовершенствованного бетона ученые проверяли в соответствии с действующими ГОСТами.
Для получения одиночных нановолокон оксида алюминия исследователи использовали особую технологию: макроскопический пучок нановолокон растворяли в этаноле, способствуя их тонкому измельчению, а затем в получившуюся эмульсию погружали медную сетку с углеродным покрытием, чтобы перенести нановолокна в бетон.
«На микроуровне бетон представляет собой состав, включающий в себя крупные и мелкие частицы. Добавление нановолокон оксида алюминия вначале приводит к небольшому разрыхлению этого состава. Затем в бетоне формируется иерархическая структура, как только нановолокна хорошо распределяются внутри материала», — сказал доцент кафедры композиционных материалов и физикохимии металлургических процессов СФУ Михаил Симунин.
По его словам, при концентрации нановолокон до 0,5 % бетон упрочняется, и его плотность увеличивается. Поскольку при низких концентрациях нановолокна оксида алюминия способствуют скольжению зерен друг относительно друга, это позволяет останавливать образование трещин в процессе эксплуатации футеровочных огнеупорных материалов.