Фрактальна оцінка структурних змін у ніздрюватому бетоні під дією акустичного збудження

Автор(и)

  • Володимир Іванович Мартинов Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0002-9674-7920
  • Ігор Ігорович Сичов Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури, Україна https://orcid.org/0009-0007-4991-7820
  • Дмитро Сергійович Тайчан Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-1603-323X
  • Світлана Серафимівна Макарова Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-3237-1431
  • Світлана Володимирівна Суханова Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-3142-8790

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.351508

Ключові слова:

відкрита система, цементне тісто, будівельний матеріал, ніздрюватий бетон, акустична активація

Анотація

В якості об’єкта досліджень вибрано ніздрюватий бетон та його структура. Наразі існує проблема, яка полягає у недостатньої кількості та якості інструментів оцінки характеру структури будівельних матеріалів. Це не дає в повній мірі застосувати концепцію керованого структуроутворення. Отримані результати підтверджують, що штучні композиційні матеріали в процесі створення проходять стадії, які мають ознаки відкритих систем. Вони здатні до самоорганізації та чутливі до зовнішніх енергетичних впливів, що відтворюється на зміні характеру структури. Запропоновано застосування фрактальної та інформаційної розмірностей як кількісних показників характеру структури матеріалу. На фізичних моделях у вигляді водоглиняних суспензій, обґрунтованих як аналоги цементного тіста, досліджено вплив водовмісту та параметрів акустичної активації на зміну структурних характеристик. Встановлено вплив акустичної активації на властивості пінобетону: при частоті 12 кГц міцність на стиск становила 1,8 МПа, тоді як при частоті (22 кГц) міцність знижувалась до 0,5–0,7 МПа, а вологість зростала до 34–35%, що свідчить про дестабілізацію структури.  Зміни ступеня впорядкованості та складності структури, кількісно зафіксовані за допомогою фрактальної та інформаційної розмірностей. Отримані результати пов’язані з технологією виготовлення ніздрюватих бетонів, зокрема пінобетону, де застосування акустичної активації на ранніх стадіях структуроутворення дозволяє керувати структурою матеріалу та його фізико-механічними властивостями. Запропонований підхід може бути інтегрований у промислові технологічні схеми за умови забезпечення стабільних параметрів акустичного впливу і не потребує істотної зміни стандартного обладнання

Біографії авторів

Володимир Іванович Мартинов, Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури

Доктор технічних наук

Кафедра виробництва будівельних виробів та конструкцій

Ігор Ігорович Сичов, Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури

Аспірант

Кафедра виробництва будівельних виробів та конструкцій

Дмитро Сергійович Тайчан, Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури

Аспірант

Кафедра виробництва будівельних виробів та конструкцій

Світлана Серафимівна Макарова, Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури

Кандидат технічних наук

Кафедра виробництва будівельних виробів та конструкцій

Світлана Володимирівна Суханова, Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури

Кандидат технічних наук

Кафедра виробництва будівельних виробів та конструкцій

Посилання

  1. Neville, A. M. (2011). Properties of Concrete. London: Pearson Education Limited, 844. Available at: https://www.pearson.com/en-gb/subject-catalog/p/properties-of-concrete-properties-of-concrete/P200000005116/9780273755807
  2. Hewlett, P. C., Liska, M. (2019). Lea’s Chemistry of Cement and Concrete. Butterworth-Heinemann, 1256. https://doi.org/10.1016/c2013-0-19325-7
  3. Nicolis, G., Prigogine, I. (1977). Self-Organization in Nonequilibrium Systems: From Dissipative Structures to Order through Fluctuations. Wiley, 491. Available at: https://archive.org/details/selforganization0000nico
  4. Haken, H. (1983). Synergetics. In Springer Series in Synergetics. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-88338-5
  5. Lohmann, J., Kölzer, T., Schaan, G., Schmidt‐Döhl, F. (2023). Self‐organizing systems in the construction industry. Engineering Reports. https://doi.org/10.1002/eng2.12692
  6. Lan, M., Zhou, J., Li, H., Wang, Y. (2022). Numerical Simulation on Cement Hydration and Microstructure Development in Repair-Substrate Interface. Frontiers in Materials, 9. https://doi.org/10.3389/fmats.2022.829743
  7. Memon, R. P., Huseien, G. F., Saleh, A. T., K. Ghoshal, S., Memon, U., Alwetaishi, M. et al. (2022). Microstructure and Strength Properties of Sustainable Concrete Using Effective Microorganisms as a Self-Curing Agent. Sustainability, 14 (16), 10443. https://doi.org/10.3390/su141610443
  8. Danylkiv, A. Ya. (2023). Doslidzhennia mitsnisnykh kharakterystyk betonu ultrazvukovym metodom. Ternopil: TNTU, 71. Available at: https://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/41193
  9. Cheylitko, A. (2015). The influence of synthesis of the initial mixture and blowing agents on the formation of a porous structure. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (77)), 35–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.51615
  10. Zhu, X., Richardson, I. G. (2023). Morphology-structural change of C-A-S-H gel in blended cements. Cement and Concrete Research, 168, 107156. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107156
  11. Cangemi, L. M., Bhadra, C., Levy, A. (2024). Quantum engines and refrigerators. Physics Reports, 1087, 1–71. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2024.07.001
  12. Basu, S., Sasmal, S., Kundu, T. (2024). Ultrasonic wave characteristics in multiscale cementitious materials at different stages of hydration. Ultrasonics, 142, 107397. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2024.107397
  13. Swartz, M., Mbasha, W., Haldenwang, R. (2023). The Effect of a Blended Polycarboxylate Superplasticizer on the Rheology of Self-Compacting Concrete Paste. Applied Sciences, 13 (7), 4148. https://doi.org/10.3390/app13074148
  14. Xiong, G., Ren, Y., Fang, Z., Jia, X., Sun, K., Guo, B. et al. (2024). Understanding the cavitation effect of power ultrasound in cement paste. Construction and Building Materials, 438, 137089. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137089
  15. Remus, R., Rößler, C., Peters, S., Sowoidnich, T., Ludwig, H.-M. (2024). Fundamental effects of using power ultrasound to accelerate C3S hydration. Cement and Concrete Research, 180, 107514. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2024.107514
  16. Ehsani, A., Ganjian, E., Haas, O., Tyrer, M., Mason, T. J. (2023). The positive effects of power ultrasound on Portland cement pastes and mortars; a study of chemical shrinkage and mechanical performance. Cement and Concrete Composites, 137, 104935. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.104935
  17. Zhang, P., Ding, J., Guo, J., Wang, F. (2024). Fractal Analysis of Cement-Based Composite Microstructure and Its Application in Evaluation of Macroscopic Performance of Cement-Based Composites: A Review. Fractal and Fractional, 8 (6), 304. https://doi.org/10.3390/fractalfract8060304
  18. Guan, D., Pan, T., Guo, R., Wei, Y., Qi, R., Fu, C. et al. (2024). Fractal and Multifractal Analysis of Microscopic Pore Structure of UHPC Matrix Modified with Nano Silica. Fractal and Fractional, 8 (6), 360. https://doi.org/10.3390/fractalfract8060360
  19. Liu, Y., Zhao, Z., Amin, M. N., Ahmed, B., Khan, K., Arifeen, S. U., Althoey, F. (2024). Foam concrete for lightweight construction applications: A comprehensive review of the research development and material characteristics. Reviews on Advanced Materials Science, 63 (1). https://doi.org/10.1515/rams-2024-0022
  20. Zhang, X., Meng, L., Li, Q., Wang, Y., Liu, D., Wei, K. (2025). Pore size distributions and fractal characteristics of basalt fiber-reinforced coral sand concrete. Scientific Reports, 15 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-06480-1
  21. Wu, L., Li, Y., Fu, Z., Su, B.-L. (2020). Hierarchically structured porous materials: synthesis strategies and applications in energy storage. National Science Review, 7 (11), 1667–1701. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa183
  22. Al-Allaf, M. H., Weekes, L., Augusthus-Nelson, L., Leach, P. (2016). An experimental investigation into the bond-slip behaviour between CFRP composite and lightweight concrete. Construction and Building Materials, 113, 15–27. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.03.032
  23. Chen, Y., Wang, Q. (2005). Extended Jacobi elliptic function rational expansion method and abundant families of Jacobi elliptic function solutions to (1 + 1)-dimensional dispersive long wave equation. Chaos, Solitons & Fractals, 24 (3), 745–757. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2004.09.014
  24. Martynov, V. I,, Vyrovoi, V. M., Makarova, S. S. (2021). Nizdriuvati betony. Sklad, tekhnolohiya, struktura, vlastyvosti. Odesa: ODABA, 162.
  25. Martynov, V., Vyrovoy, V. M., Makarova, S., Taichan, D. (2024). The Influence of the Solid Phase on the Properties of Foam Concrete. Materials Science Forum, 1138, 121–130. https://doi.org/10.4028/p-4maykh
  26. Martynov, V., Taichan, D. (2025). Informational content of fractal structures of building materials. Science and Construction, 44 (2). https://doi.org/10.33644/2313-6679-2-2025-6
  27. Chen, Y. (2020). Equivalent relation between normalized spatial entropy and fractal dimension. Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications, 553, 124627. https://doi.org/10.1016/j.physa.2020.124627
Фрактальна оцінка структурних змін у ніздрюватому бетоні під дією акустичного збудження

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-02-26

Як цитувати

Мартинов, В. І., Сичов, І. І., Тайчан, Д. С., Макарова, С. С., & Суханова, С. В. (2026). Фрактальна оцінка структурних змін у ніздрюватому бетоні під дією акустичного збудження. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(12 (139), 15–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.351508

Номер

Том 1 № 12 (139) (2026): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Volodymyr Martynov, Ihor Sychov, Dmytro Taichan, Svetlana Makarova, Svetlana Sukhanova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.