Ученые Институт физико‑технических проблем Севера СО РАН и Северо‑Восточный федеральный университет имени Аммосова (Якутск) разработали новый тип армированного бетона. В обычную цементную смесь был добавлен оксид графена — производный материал графена с кислородсодержащими группами. Итоги экспериментов опубликованы в специализированном журнале «Ресурсы Арктики и Субарктики».
Добавка оксида графена позволила повысить прочность материала на 48% и придать ему способность проводить электрический ток. Электропроводность модифицированного бетона меняется в зависимости от механической нагрузки: при сжатии сопротивление сначала снижается, затем резко падает при достижении критического состояния структуры.
Почему оксид графена
Чистый графен, помещенный в бетон, склонен к агрегации — отдельные частицы слипаются и не равномерно распределяются в цементной матрице, что снижает его укрупняющий эффект. Оксид графена, напротив, благодаря кислородсодержащим группам лучше взаимодействует с цементной средой, распределяется более равномерно и минимизирует образование кластеров.
В опытах были использованы образцы с добавкой 0,2% и 0,5% оксида графена — как выяснилось, даже такого небольшого количества оказалось достаточно для значительного прочностного эффекта.
Потенциал применения и дальнейшие планы
Новая разработка пригодна не только для усиления строительных конструкций, но и для внедрения системы контроля состояния. Благодаря электропроводности графена и его производных материал сам «сообщает» о начале разрушения или критической нагрузке.
Особое внимание уделено применению в суровых климатических условиях — в арктических и северных районах России, где повышенные нагрузки и низкие температуры особенно опасны.
Дополнительно ученые рассматривают применение модифицированного бетона для обогрева дорожных покрытий и полов, защиты от морозного растрескивания и даже беспроводной зарядки электромобилей на дорогах.
В ближайшем будущем планируются эксперименты по изучению влияния постоянного электрического тока на процесс разрушения материала в холодных условиях и оценка возможностей накопления энергии в бетоне с оксидом графена.
Разработка открывает перспективы для создания «умных» бетонных конструкций, которые не только прочнее, но и позволяют отслеживать собственное состояние — важный шаг к повышению безопасности и долгосрочности инфраструктуры.
Недавно российские ученые предложили выпекать стройматериалы на Луне. Подробности в статье Hi-Tech Mail.
