56. Преднапряженный бетон

Предварительно напряжённый железобетон (преднапряжённый железобетон) — это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям.

При изготовлении железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается специальным устройством и заливается бетонной смесью. После схватывания сила предварительного натяжения освобождённой стальной проволоки или троса передаётся окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от нагрузки.

Способы натяжения арматуры:

Механический способ — натяжение, как правило, с использованием гидравлических или винтовых домкратов

Электротермический способ натяжения — натяжение с использованием электротока для разогрева арматуры, при котором арматура удлиняется до определенных значений

Электротермомеханический — способ, комбинирующий механический и электротермический

Предварительное напряжение может производиться не только до, но и после схватывания бетонной смеси. Чаще этот метод применяется при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается в несколько этапов (захваток) Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в чехол с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом, обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста.

Предварительно напряжённый железобетон является главным материалом междуэтажных перекрытий высотных зданий и защитных гермооболочек ядерных реакторов, а также колонн и стен зданий повышенной сейсмо- и взрывоопасности. Придавленная, как прессом, весом высокого аттика стена Колизея в Риме является свидетельством того, что еще архитекторы в древнем Риме понимали преимущества преднапряжения каменных конструкций, предназначенных для работы в условиях возможных землетрясений. Из блоков предварительно напряжённого железобетона сделана скульптура «Родина-мать» в Волгограде.

57. Искусственные наночастицы – фуллерены, астролены, однослойные и многослойные нанотрубки. Нанобетон.

Применение НАНОБЕТОНА: • Строительство мостов, высотных зданий, строительство в сейсмоустойчивых зонах, виадуки,  в слабых грунтах, дорожное строительство. • Промышленно-гражданское строительство (перекрытия зданий) • Пожаростойкость • Теплоизоляционная облицовка зданий

Характеристики НАНОБЕТОНА: Плотность, Т/м3 1,2-1,6 Прочность на сжатие, МПа 30-60 Прочность на изгиб, МПа 3-6 Теплопроводность, Вт/Км, меньше 0,2-0,4 Водопоглощение не более, % 1% Поставляется смесь специальных компонентов для производства легкого нанобетона ТУ-5789-027-23380399

Пример наиболее востребованного бетона: 

Класс	B 32,5
Морозостойкость	F 300
Водонепроницаемость	W 16-20
Удобоукладоваемость	П 4
Плотность	1,6 т/м^3

Специальные добавки — наноинициаторы — существенно улучшают физические качества бетона. Механическая прочность нанобетона на 150% выше прочности обычного, морозостойкость выше на 50%, а вероятность появления трещин в три раза ниже, вес конструкции, снижается примерно в шесть раз.

Фуллерены. Семейство углеродных кластеров достаточно обширно. Наиболее известными его представителями, за открытие которых в 1990 г. была присуждена Нобелевская премия по химии, являются фуллерены. Фуллерены представляют собой полые сферические структуры, напоминающие футбольный мяч. Их поверхность состоит из чередующихся шестиугольников и пятиугольников, в узлах которых находятся атомы углерода. Термин «фуллерен» дан в честь знаменитого архитектора Фуллера, который первым начал использовать подобные сочетания пространственных связей в своих проектах. Однако Фуллер, который умер почти за полвека до открытия фуллеренов, не является их первооткрывателем. Он разработал пространственные купола из прямых стальных стержней, один из которых в 1959 г. был построен в Москве над выставочным павильоном в Сокольниках. Сам же Фуллер даже и не предполагал, что в его честь назовут один из видов молекулярных кластеров.

Фуллерены в настоящее время находят применение во многих областях науки и техники, но в бетонах пока не используются и никакого отношения к понятию «нано-бетон» не имеют.

Нантрубки. Менее известным семейством углеродных кластеров, но значительно более широко применяемым в нанотехнологиях, являются нанотрубки. Закрытая нанотрубка представляет собой полый объект в виде вытянутого в трубу тора, боковая поверхность которого сложена из шестиугольников (как в гексагональной кристаллической решетке графита), а торцы представлены половинками фуллеренов. В настоящее время разработана технология, позволяющая открывать концы нанотрубок и превращать их в миниатюрные капилляры. К настоящему времени открыто более 30 видов углеродных нанотрубок, большинство из которых может быть использовано для приготовления модифицированных бетонов.

Астралены.  Третьим, значительно менее известным, семейством углеродных кластеров являются астралены, представляющие собой многослойные полиэдральные углеродные структуры фуллероидного типа ъ. Эти кластеры могут иметь достаточно разнообразные сочетания геометрических форм, их размеры находятся в диапазоне от нескольких нанометров до десятков нанометров, а их поверхность представлена шестиугольными и пятиугольными ячейками. Астралены, как и нанотрубки, могут быть использованы для приготовления модифицированных бетонов , но механизм их влияния на процессы структурообразования бетона будет существенно отличаться.

http://gbist.ru/publ/4-1-0-8 - более подробно о искусственных наночастицах.