Чтобы повысить прочность бетона, исследователи придумывают новые способы армирования — обычно с помощью металлоконструкций или нановолокон. Профессор РУДН с коллегами из Ирана обнаружил более простой способ. Даже из обычной бетонной смеси можно получить более прочный материал. Главное — правильно подобрать пропорции и условия затвердевания. Результаты опубликованы в журнале Buildings.
Чтобы сделать бетон более устойчивым к статическим и циклическим нагрузкам, его дополняют «каркасом» — арматурой или нановолокнами. При этом все еще необходимо искать пути укрепления бетона и без арматуры. Это нужно, например, для ремонта старых сооружений, построенных из обычного бетона. Профессор РУДН с коллегами из Ирана провел серию экспериментов и создал искусственную нейронную сеть, чтобы рассчитать, как сделать бетон прочнее без новых «ингредиентов».
«Бетон — это композитный материал из мелких и крупных наполнителей, которые скрепляются друг с другом цементирующим раствором и затвердевают. Чтобы повысить статическую и циклическую прочность зданий, инженеры-строители используют железобетон. Большие сооружения, например плотины и многоэтажные автостоянки, сделаны из железобетона. Однако во всем мире все еще существуют старые конструкции из обычного бетона, которые нуждаются в ремонте. Поэтому поиск практичных и недорогих способов повышения прочности обычного бетона — по-прежнему важная задача. Большая часть исследований устарела. Лишь немногие исследователи используют новые методы, например интеллектуальный анализ данных, алгоритмы нейронных сетей, гибридные методы оптимизации и машинного обучения для оценки прочности обычного бетона», — рассказал Реза Каши Заде Казем, профессор департамента транспорта РУДН.
Инженеры вычислили оптимальные параметры смеси, которые делают бетон максимально прочным без использования дополнительных элементов. На прочность влияют форма и размер частиц наполнителя — щебня, гравия или песка — и температура затвердевания раствора. Лучшая форма частиц наполнителя — округлая. Угловатые фракции, напротив, снижают прочность. С увеличением размера частиц прочность повышается. А температуру, при которой раствор затвердевает, лучше держать на уровне 10 °C. Таким образом можно добиться повышения прочности бетона на 30%.
Для моделирования инженеры создали искусственную нейронную сеть с помощью так называемого метода обратного распространения ошибки. Для ее обучения исследователи провели серию экспериментов с различными образцами бетона. Часть экспериментальных данных оставили для проверки получившейся модели.
«Мы обнаружили, что в обычном бетоне внешний вид наполнителей, их размер и геометрия, а также условия затвердевания оказывают значительное влияние на прочность. Мы исследовали взаимосвязь между этими параметрами экспериментально и подобрали лучшие условия для получения прочного бетона», — подытожил Реза Каши Заде Казем.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
