danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-4-340-344dan-1146Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESПрочность и трещиностойкость цементных композитов при многоуровневом армированииStrength and crack resistance of cement composites under multilevel reinforcementЖданокС. А.ZhdanokS. A.

Жданок Сергей Александрович – академик, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник. 

ул. Совхозная, д. 1-16, 223058, Лесковка, Минский р-н

Zhdanok Siarhei A. – Academician, D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher. Advanced Research and Technologies (

Sovkhoznaya Str., 1-16, 223058, Leskovka village, Minsk district

ceo@art-pte.comЛеоновичС. Н.LeonovichS. N.

Леонович Сергей Николаевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой. Белорусский национальный технический университет

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Leonovich Siarhei N. – D. Sc. (Engineering), Professor, Head of the Department. Belarusian National Technical University

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

sleonovich@mail.ruСадовскаяЕ. А.SadovskayaE. A.

Садовская Елена Александровна – заведующий кафедрой

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Sadovskaya Elena A. – Head of the Department

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

elena_koleda@bk.ruПолонинаЕ. Н.PoloninaE. N.

Полонина Елена Николаевна – старший преподаватель

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Polonina Elena N. – Senior Lecturer

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

grushevskay_en@tut.byПередовые исследования и технологииAdvanced Research and TechnologiesБелорусский национальный технический университет, Минск; Циндаоский технологический университетBelarusian National Technical University; Qingdao University of TechnologyБелорусский национальный технический университет, МинскBelarusian National Technical University202301092023674340344Copyright © Жданок С.А., Леонович С.Н., Садовская Е.А., Полонина Е.Н., 20232023Жданок С.А., Леонович С.Н., Садовская Е.А., Полонина Е.Н.Zhdanok S.A., Leonovich S.N., Sadovskaya E.A., Polonina E.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1146

Подтверждена рабочая гипотеза о том, что требуемая вязкость разрушения конструкционного бетона может обеспечиваться многоуровневым армированием: на уровне кристаллического сростка цементного камня – углеродные нанотрубки, а на уровне мелкозернистого бетона – различные фибровые волокна макроразмера (стальная, полимерная). Армирование углеродными нанотрубками кристаллического сростка приводит к повышению прочности на растяжение на 20 %, повышению модуля Юнга. При дисперсном армировании модифицированного наночастицами бетона на уровне мелкозернистого бетона прочность на растяжение увеличивается на 109 %, критический коэффициент интенсивности напряжений (показатель трещиностойкости) при нормальном отрыве увеличивается на 280 %, при поперечном сдвиге – на 48 %.

The working hypothesis is confirmed that the required fracture toughness of structural concrete can be provided by multi-level reinforcement: at the level of the crystalline joint of cement stone – carbon nanotubes, and at the level of fine-grained concrete – various macro-sized fiber fibers (steel, polymer). Reinforcement of a crystalline splice with carbon nanotubes leads to an increase in tensile strength by 20 %, an increase in Young’s modulus. With dispersed reinforcement of concrete modified with nanoparticles at the level of fine-grained concrete, the tensile strength increases by 109 %, the critical stress intensity coefficient (crack resistance index) increases by 280 % at normal separation, and by 48 % at transverse shear.

наночастицыбетонвязкость разрушенияфибрафибробетонnanoparticlesconcretefracture toughnessfiberfiber-reinforced concreteReferencesМеханизм повышения прочности цементного материала, модифицированного наночастицами SiO2 и МУНТ / Е. Н. Полонина [и др.] // Инженерно-физ. журн. – 2021. – Т. 94, № 1. – С. 72–83.Polonina E. N., Potapov V. V., Zhdanok S. A., Leonovich S. N. Mechanism for improving the strength of a cement material modified by SiO2 nanoparticles and multiwall carbon nanotubes. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2021, vol. 94, no. 1, pp. 67–78. https://doi.org/10.1007/s10891-021-02274-0Садовская, Е. А. Многоуровневая структура бетона: анализ и классификация уровней организации структуры конгломератных строительных композитов / Е. А. Садовская, Е. Н. Полонина, С. Н. Леонович // Проблемы современного строительства. – Минск, 2019. – С. 285–297.Sadovskaya E. A., Polonina E. N., Leonovich S. N. Multi-level structure of concrete: analysis and classification of levels of organization of the structure of conglomerate building composites. Problemy sovremennogo stroitel’stva [Problems of modern construction]. Minsk, 2019, pp. 285–297 (in Russian).Физико-механические характеристики бетона, модифицированного пластифицирующей добавкой на основе наноструктурированного углерода / С. А. Жданок [и др.] // Инженерно-физ. журн. – 2019. – Т. 92, № 1. – С. 14–20.Zhdanok S. A., Polonina E. N., Khroustalev B. M., Koleda E. A., Leonovich S. N. Physicomechanical characteristics of concrete modified by a nanostructured-carbon-based plasticizing admixture. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2019, vol. 92, no. 1, pp. 12–18. https://doi.org/10.1007/s10891-019-01902-0Влияние пластифицирующей добавки, содержащей углеродный наноматериал на свойства самоуплотняющегося бетона / С. А. Жданок [и др.] // Вестн. гражданских инженеров. – 2018. – № 6 (71). – С. 76–85. https://doi.org/10.23968/1999-5571-2018-15-6-76-85Zhdanok S. A., Polonina E. N., Khrustalev B. M., Koleda E. A. The influence of the plasticizing additive containing carbon nanomaterial on the properties of self-compacting concrete. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers], 2018, no. 6(71), pp. 76–85 (in Russian). https://doi.org/10.23968/1999-5571-2018-15-6-76-85Повышение прочности бетона пластифицирующей добавкой на основе наноструктурированного углерода / С. А. Жданок [и др.] // Строительные материалы. – 2018. – № 6. – С. 67–72. https://doi.org/10.31659/0585-430x-2018-760-6-67-72Zhdanok S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Khrustalev B. M., Koleda E. A. Strength enhancement of concrete with a plasticizer on the basis of nano-structured carbon. Stroitel’nye materialy [Construction Materials], 2018, no. 6, pp. 67–72 (in Russian). https://doi.org/10.31659/0585-430x-2018-760-6-67-72Материалы на основе цемента, модифицированные наноразмерными добавками / Е. Н. Полонина [и др.] // Наука и техника. – 2021. – Т. 20, № 3. – С. 189–194. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-3-189-194Polonina E. N., Leonovich S. N., Khroustalev B. M., Sadovskaya E. A., Budrevich N. A. Cement-Based Materials Modified with Nanoscale Additives. Science & Technique, 2021, vol. 20, no. 3, pp. 189–194. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-3-189-194Жданок, С. А. Влияние полимерных суперпластификаторов на различные виды углеродных наноматериалов / С. А. Жданок, Е. Н. Полонина, С. Н. Леонович // Инженерно-физ. журн. – 2022. – Т. 95, № 1. – С. 165–168.Zhdanok S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N. Influence of polymer superplasticizers on various types of carbon nanomaterials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2022, vol. 95, no. 1, pp. 163–167. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02464-4Influence of the nanostructured-carbon-based plasticizing admixture in a self-compacting concrete mix on its technological properties / S. A. Zhdanok [et al.] // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2019. – Vol. 92, N 2. – P. 376–382. https://doi.org/10.1007/s10891-019-01941-7Zhdanok S. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Khroustalev B. M., Koleda E. A. Influence of the nanostructured-carbon-based plasticizing admixture in a self-compacting concrete mix on its technological properties. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2019, vol. 92, no. 2, pp. 376–382. https://doi.org/10.1007/s10891-019-01941-7Садовская, Е. А. Расчет коэффициента интенсивности напряжения при нормальном отрыве по прочности на растяжение при изгибе / Е. А. Садовская, С. Н. Леонович // Вестн. Полоцкого гос. ун-та. Сер. F. Строительство. Прикладные науки. – 2022. – № 8. – С. 27–31. https://doi.org/10.52928/2070-1683-2022-31-8-27-31Sadovskaya E. A., Leonovich S. N. Relationship of the stress-intensity coefficient at normal separation and the strength in tension. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya F. Stroitel’stvo. Prikladnye nauki [Bulletin of the Polotsk State University. Series F. Construction. Applied Science], 2022, no. 8, pp. 27–31 (in Russian). https://doi.org/10.52928/2070-1683-2022-31-8-27-31Критический коэффициент интенсивности напряжений при поперечном сдвиге для нанофибробетона / Е. А. Садовская [и др.] // Строительные материалы. – 2021. – № 9. – С. 41–46. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-795-9-41-46Sadovskaya E. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Zhdanok S. A., Potapov V. V. Critical stress intensity coefficient at transverse shear for nanofibrobeton. Stroitel’nye materialy [Construction Materials], 2021, no. 9, pp. 41–46 (in Russian). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-795-9-41-46Вязкость разрушения цементных материалов, модифицированных углеродными нанотрубками / С. А. Жданок [и др.] // Вестник БрГТУ. – 2021. – № 3(126). – С. 48–53. https://doi.org/10.36773/1818-1112-2021-126-3-48-53Zhdanok S. A., Polonina E. N., Sadovskaya E. A., Leonovich S. N. Fracture toughness of carbon nanotubes modified cement based materials. Vestnik of Brest State Technical University, 2021, no. 3(126), pp. 48–53 (in Russian). https://doi.org/10.36773/1818-1112-2021-126-3-48-53Вязкость разрушения нанофибробетона при нормальном отрыве и поперечном сдвиге / Е. А. Садовская [и др.] // Инженерно-физ. журн. – 2022. – Т. 95, № 4. – С. 961–968.Sadovskaya E. A., Polonina E. N., Leonovich S. N., Zhdanok S. A., Potapov V. V. Fracture toughness of nanofiber-reinforced concrete on normal separation and in-plane shear. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2022, vol. 95, no. 4, pp. 945–952. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02551-6Жданок, С. А. Синергетическое влияние наночастиц SiO2 и углеродных нанотрубок на свойства бетона / С. А. Жданок, С. Н. Леонович, Е. Н. Полонина // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2022. – Т. 66, № 1. – С. 109–112. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2022-66-1-109-112Zhdanok S. A., Leonovich S. N., Polonina E. N. Synergistic influence of SiO2 nanoparticles and carbon nanotubes on the properties of concrete. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2022, vol. 66, no. 1, pp. 109–112 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2022-66-1-109-112

The authors declare that there are no conflicts of interest present.