ЖЕСТКОСТЬ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОГО БЕТОНА НА РЕЦИКЛИРОВАННЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ, ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ СВОЙСТВАМИ ЗАПОЛНИТЕЛЯ: МЕХАНИЗМЫ, СИНТЕЗ ДАННЫХ И ПЕРСПЕКТИВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Аннотация
Модуль упругости бетона на рециклированных заполнителях (БРЗ) остается существенно ниже, чем у бетона на природных заполнителях (БПЗ), даже когда прочность на сжатие полностью восстанавливается за счет высокотехнологичного проектирования состава смеси. Этот дефицит жесткости критически ограничивает применение экологически безопасного высокотехнологичного бетона (S-HPC) в строительных конструкциях, особенно при расчете по предельным состояниям эксплуатационной пригодности (вторая группа предельных состояний).
В данном обзоре обобщаются экспериментальные, реконструированные и физически обоснованные данные, опубликованные в период с 2019 по 2025 год, для разъяснения ведущих механизмов снижения модуля упругости в высокотехнологичном БРЗ (HP-RAC). Для объяснения увеличения податливости, вызванного прилипшим старым раствором и двойными контактными зонами (ITZ), принята пятифазная микроструктурная модель. Чтобы преодолеть разрозненность и вариативность экспериментальных данных, применяется методология расширения данных, сочетающая реконструкцию литературных источников (n ≈186).
Результаты показывают, что модуль упругости в HP-RAC преимущественно контролируется податливостью рециклированного заполнителя, а не прочностью цементной матрицы, демонстрируя явление насыщения жесткости при превышении модулем упругости матрицы значения около 45 ГПа. Карбонизация, наномодифицирование контактных зон и гибридное дисперсное армирование критически оцениваются как способы восстановления жесткости, причем карбонизационное твердение показывает оптимальное соотношение между повышением жесткости и эффективностью связывания углерода.
В обзоре обосновывается необходимость перехода от эмпирических формул, основанных на прочности, к микромеханическим и физически обоснованным подходам при одновременном признании ограничений реконструированных данных и гетерогенных литературных источников.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Библиографические ссылки
Evangelista, L., & de Brito, J. (2007). Mechanical behaviour of concrete made with fine recycled concrete aggregates. Cement and Concrete Composites, 29(5), 397–401. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2006.12.004.
Xiao, J., Li, W., Fan, Y., & Huang X. (2012). An overview of study on recycled aggregate concrete in China (1996–2011). Construction and Building Materials, 31, 364–383. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.12.074.
Kynclova, M., Fiala, C., Hajek, P. (2011). High performance concrete as a sustainable material. International Journal of Sustainable Construction Technologies and Urban Development, 2(1), 63–68. DOI: 10.5390/SUSB.2011.2.1.063.
Abbas, S., Nehdi, M.L., & Saleem, M.A. (2016). Ultra-high performance concrete: mechanical performance, durability, sustainability and implementation challenges. International Journal of Concrete Structures and Materials, 10(3), 271–295. DOI: 10.1007/s40069-016-0157-4.
Scrivener, K.L., Crumbie, A.K., & Laugesen, P. (2004). The interfacial transition zone (ITZ) between cement paste and aggregate in concrete. Interface Science, 12, 411–421. DOI: 10.1023/B:INTS.0000042339.92990.4c.
Poon, C.S., Shui, Z.H., & Lam, L. (2004). Effect of microstructure of ITZ on compressive strength of concrete prepared with recycled aggregates. Construction and Building Materials, 18(6), 461–468. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2004.03.005.
Zhao, J., Sufian, M., Abuhussain, M.A., Althoey, F., & Deifalla, A.F. (2024). Exploring the potential of agricultural waste as an additive in ultra-high-performance concrete for sustainable construction: A comprehensive review. Reviews on Advanced Materials Science, 63(1). DOI: 10.1515/rams-2023-0181.
Etxeberria, M., Mari, A.R., & Vázquez, E. (2007). Recycled aggregate concrete as structural material. Materials and Structures, 40, 529–541. DOI: 10.1617/s11527-006-9161-5.
Shafaatian, S.M.H., Akhavan, A., Maraghechi, H., & Rajabipour, F. (2013). How does fly ash mitigate alkalisilica reaction (ASR) in accelerated mortar bar test (ASTM C1567)? Cement and Concrete Composites, 37(1), 143–153. DOI: 10.1016/j.cemcon-comp.2012.11.004.
Tahwia, A.M., Elgendy, G.M., & Amin, M. (2022). Mechanical properties of affordable and sustainable ultra-high-performance concrete. Case Studies in Construction Materials, 16. DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01069.
Wu, Y., & Zhou, Y. (2022). Splitting tensile strength prediction of sustainable high-performance concrete using machine learning techniques. Environmental Science and Pollution Research, 29, 89198–89209. DOI: 10.1007/s11356-022-22048-2.
Wakjira, T.G., Kutty, A.A., & Alam, M.S. (2024). A novel framework for developing environmentally sustainable and cost-effective ultra-high-performance concrete (UHPC) using advanced machine learning and multi-objective optimization techniques. Construction and Building Materials, 416. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.135114.
Elemam, W.E. (2025). Sustainable high-performance concrete with waste ceramic, glass, andeggshell: optimization and prediction. Innovative Infrastructure Solutions, 10. DOI: 10.1007/s41062-025-02205-5.
Laouissi, A., Benkhelladi, A., Boumaaza, M., Karmi, Y., Hani, M., Belaadi, A., ... & Chetbani, Y. (2025). Deep neural network modeling of the properties of sustainable high-performance concrete from industrial waste materials. Results in Engineering, 27. DOI: 10.1016/j.rineng.2025.106818.
Tahwia, A.M., Essam, A., Tayeh, B.A., & Elrahman, M.A. (2022). Enhancing sustainability of ultra-high performance concrete utilizing high-volume waste glass powder. Case Studies in Construction Materials, 17. DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01648.
Imam, A., Sharma, K.K., Kumar, V., & Singh, N. (2022). A review study on sustainable development of ultra high-performance concrete. AIMS Materials Science, 9(1), 9–35. DOI: 10.3934/matersci.2022002.
Moreira, O., Camões, A., Malheiro, R., & Jesus, C. (2024). High glass waste incorporation towards sustainable high-performance concrete. CivilEng, 5(1), 41–64. DOI: 10.3390/civileng5010003.
Wang, X., Yu, H., Li, F., Kovshar, S.N., Yu, H., Leonovich, S. N., & Fan, W. (2024). Effect of biological shells aggregate on the mechanical properties and sustainability of concrete. Sci Rep, 14. DOI: 10.1038/s41598-024-61301-1.
Wang, X., Yu, H., Sadovskaya, E., Kovshar, S., & Leonovich, S. (2024). Comparative Study on the Applicability of Non-Metallic Nanofibers and Reed Fibers in Concrete. Herald of Polotsk State University. Series F, Civil engineering. Applied sciences, 1, 14–20. DOI: 10.52928/2070-1683-2024-36-1-14-20.
Yu, H., & Porras, C. (2025). Exploring the Synergistic Effects of Carbon Fibers and Shell Aggregates on the Mechanical Properties and Sustainability of Concrete. Advances in Civil Engineering, 2025. DOI: 10.1155/adce/5065019.
Liu, H., Du, T., Krishnan, N.M.A., Li, H., & Bauchy, M. (2019). Topological optimization of cementitious binders: advances and challenges. Cement and Concrete Composites, 101, 5–14. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.08.002.
Wang, J., Huang, T., Han, L., Xie, F., Liu, Z., & Wang, D. (2021). Optimization of alkali-activated concrete based on the characteristics of binder systems. Construction and Building Materials, 300. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123952.
Yao, X., Yu, L., Ke, Y., Jin, L., & Wang, W. (2024). State-of-the-Art Research on Loess Microstructure Based on X-ray Computer Tomography. Applied Sciences, 14(15). DOI: 10.3390/app14156402.
Tanaka, M., Tsuboi, Y., & Yuyama, K.I. (2022). Formation of a core–shell droplet in a thermo-responsive ionic liquid/water mixture by using optical tweezers. Chemical Communications, 58(84), 11787–11790. DOI: 10.1039/d2cc02699f.
Yan, X., Xie, Y., Fang, Q.Z., Hu, Y., & Xin, Q. (2024). Modeling of the effective thermal conductivity of multi-phase particle and core-shell hybrid composites by homogenization method. International Communications in Heat and Mass Transfer, 159. DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2024.108018.
Ding, Y., Zhang, Y., Zhao, Y., Zhang, M., Tong, J., Zhu, L., & Guo, S. (2024). Impact of pre-soaked lime water carbonized recycled fine aggregate on mechanical properties and pore structure of 3D printed mortar. Journal of Building Engineering, 89. DOI: 10.1016/j.jobe.2024.109190.
Baffoe, E., & Ghahremaninezhad, A. (2024). Effect of hydrogel on mitigating drying shrinkage induced cracking in carbonation cured calcium silicate binders. Construction and Building Materials, 411. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134243.
Xu, Z., Bai, Z., Wu, J., Long, H., Deng, H., Chen, Z., ... & Fan, X. (2022). Microstructural characteristics and nano-modification of interfacial transition zone in concrete: a review. Nanotechnology Reviews, 11(1). 2078–2100. DOI: 10.1515/ntrev-2022-0125.
Wang, G., Hu, K., Song, L., Chen, H., Liu, B., Zhou, C., & Niu, Y. (2025). Effects of coral powder content on mechanical properties and microstructure of ultra-high performance concrete. Construction and Building Materials, 500. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.144096.
Рекомендуемые статьи автора (авторов)
- В. В. КРАВЧЕНКО, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРАТАЦИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА, Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки: № 1 (2024)
- В. В. КРАВЧЕНКО, КРИТЕРИИ ПОРОГА ПЕРКОЛЯЦИИ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ В ДИСКРЕТНЫХ МОДЕЛЯХ МИКРОСТРУКТУРЫ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ, Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки: № 4 (2024)
- В. В. КРАВЧЕНКО, МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ ПОРОВОЙ СРЕДЫ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В РАМКАХ КОНЦЕПЦИИ «ВНУТРЕННЕГО УВЛАЖНЕНИЯ», Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки: № 8 (2017)
- В. В. КРАВЧЕНКО, МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ В ПОРОВОЙ СРЕДЕ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В УСЛОВИЯХ ВНУТРЕННЕГО УХОДА, Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки: № 16 (2018)
- В. В. КРАВЧЕНКО, МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГИ В ПОРОВОЙ СРЕДЕ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ, Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки: № 4 (2024)