CC BY
7
BUILDING MATERIALS Строительные материалы
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ УДК: 691.328.1
ОСИ: 10.24412/2409-4358-2023-3-126-140
Дисперсное армирование бетонов и строительных растворов
Пустовгар А.П.1, Абрамова А.Ю.2
V Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет «НИУ МГСУ»: 129337, Центральный федеральный округ, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26; alexgal82@mail.ru
АННОТАЦИЯ
В статье по результатам исследований дисперсно-армированных бетонов проведен сравнительный анализ влияния различных дозировок базальтовых и полипропиленовых волокон на показатели предела прочности при сжатии и прочности на растяжение при изгибе исследованных бетонов. Рассмотрены вопросы коррозионного воздействия продуктов гидратации цемента на базальтовые, стеклянные и полимерные волокна. Выполнена оценка эффективных областей применения базальтовых и полипропиленовых волокон в дисперсно-армированных бетонах.
Ключевые слова: бетон, базальтовое волокно, полипропиленовое волокно, дисперсное армирование, фибра, коррозия.
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Пустовгар А.П, Абрамова А.Ю. Дисперсное армирование бетонов и строительных растворов // Новые технологии в строительстве. 2023. Т. 9, Вып. 3, С. 126-140, DOI: 10.24412/2409-4358-2023-3-126-140
ORIGINAL ARTiCLE
DiSPERSE REINFORCEMENT OF CONCRETE AND MORTAR
Pustovgar A.P.1, Abramova A.Yu.2
V Moscow State University of Civil Engineering, 26, Yaroslavskoye Sh., Moscow, 129337, Russia; alexgal82@mail.ru
ANNOTATION
In the article, based on the results of studies of dispersed reinforced concrete, a comparative analysis of the influence of different dosages of basalt and polypropylene fibers on the compressive strength and tensile strength in bending of the studied concretes was carried out. The issues of the corrosive effect of cement hydration products on basalt, glass and polymer fibers are considered. An assessment was made of the effective areas of application of basalt and polypropylene fibers in dispersed reinforced concrete.
Keywords: concrete, basalt fiber, polypropylene fiber, dispersed reinforcement, fiber, corrosion.
FOR CITATION: Andrey P. Pustovgar, Anastasia Yu. Abramova. DISPERSE REINFORCEMENT OF CONCRETE AND MORTAR // New Technologies in Construction. 2023. Vol. 9, Issu 3, Pp. 126-140, DOI: 10.24412/2409-4358-2023-3-126-140
| ВВЕДЕНИЕ
&
Ш
5 В современном производстве строитель-
^ ных материалов для повышения их качества,
2 а также улучшения ряда важных свойств, ак-
¡£ тивно применяется дисперсное армирование
£ с использованием фиброволокон из различных
о материалов. Введение фибры в состав бетона по-
£ ложительно влияет на показатели предела проч© Пустовгар А.П., Абрамова А.Ю., 2023
ности при растяжении, ударной вязкости, а также повышает трещиностойкость и износостойкость материала. Применение такого вида армирования обладает высокой экономической целесообразностью, поскольку стоимость волокон значительно ниже, чем стоимость традиционной стержневой стальной арматуры.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Сфера применения армирующей фибры достаточно широка: ее применяют при производстве бетонов и строительных растворов, изготовлении крупноформатных стеновых блоков, гипсовых изделий, асфальтобетона и конструкций из железобетона. Наиболее эффективной областью применения фибры являются конструкции, к которым предъявляются повышенные требования по трещиностойкости, ударной вязкости, восприятию циклических температурных и динамических нагрузок. Наиболее массовое применение, на сегодняшний день, армирующая фибра находит в бетонах, используемых в промышленном, гражданском и транспортном строительстве. Это обусловлено тем, что при работе в условиях сжатия, бетон показывает высокие характеристики, а при работе на растяжение его использование становится не эффективным и требует дополнительного армирования для восприятия растягивающих напряжений [12]. При этом армирование, как правило, выполняется при помощи стержневой арматуры, фибры или с использованием комбинированного метода, сочетающего и тот и другой компонент одновременно.
По виду материала наибольшее применение получили стальные, стеклянные, базальтовые и полипропиленовые волокна.
Стальные волокна применяются в том случае, когда необходимо обеспечить высокую прочность
при изгибе, ударную вязкость и морозостойкость бетона. Данный вид волокон характеризуется высокой долговечностью и износостойкостью, а также большим удельным весом. К недостаткам относят высокую стоимость и низкую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и агрессивных кислых средах.
Одним из главных недостатков стеклянного фиброволокна является его низкая химическая стойкость к коррозии в щелочных средах. Поэтому стекло-фиброволокно при использовании обрабатывают специальными полимерными аппретами, способными связывать щелочь.
Базальтовая фибра обладает хорошими физическими и химическими свойствами, а также адгезией к металлам, эпоксидным смолам и клеям [3]. Цементный камень и базальтовая фибра имеют один коэффициент температурного расширения и высокую адгезию, поэтому такие волокна не требуют дополнительных изменений в конфигурации в отличие от металлических [4].
На сегодняшний день полипропиленовая фибра является самой распространенной фиброй, используемой в производстве бетонов. На основании проведенных исследований при введении данного вида фиброволокна в состав смеси мелкозернистого бетона в количествах 1% и 2% по массе, снижается водоотделение, а также повышается стойкость к трещинообразованию и ударному воздействию [5].
Основные характеристики рассмотренных фи-броволокон представлены на рисунках 1 - 6 и в таблице 1.
Рисунок 2 - Стеклофибра (увеличение 5 крат и 10 крат)
Рисунок 3 - Базальтовая фибра (увеличение 5 крат и 10 крат)
о
£ Рисунок 4 - Полипропиленовая фибра (увеличение 5 крат и 10 крат)
Рисунок 5 - Полипропиленовая фибра Concrix (увеличение 5 крат и 10 крат)
Рисунок 6 - Полипропиленовая фибра Fibrofor High Grade (увеличение 5 крат и 10 крат)
Таблица 1.
Основные характеристики фиброволокон
Характеристика Вид
Стальная Стеклянная Полипропиленовая Базальтовая
Длина фиброволокна, мм 40-50 6-18 8-18 4-15
Диаметр, мкм 250-1200 12-15 10-25 10-17
Плотность, г/см3 7,5 2,6 0,93 2,7
Модуль упругости, ГПа 185 75 35 Более 80
Температура плавления, °С 1550 900 150 1450
Стойкость к коррозии щелочам низкая низкая высокая средняя
Коэффициент удлинения, % 3-4 5 25-140 3,2
Прочности при растяжении, МПа 500-1500 1600-3500 150-700 3500
со
В рамках данной статьи рассмотрено армирование с использованием базальтовой, стеклянной и полипропиленовой фибры.
Применение фибры в составе бетонов положительно влияет на работу бетонной конструкции и при её правильном распределении в бетоне можно в значительной мере улучшить физико-меха-
нические свойства [6], в том числе улучшить работу бетонных конструкций в условиях воздействия изгибающих нагрузок [7]. Эффект в зависимости от вида распределения фибры в бетоне может изменяться в существенных пределах (таблица 2), а при неравномерном распределении и комковании может быть отрицательным.
Таблица 2.
Эффективность применения фибры в зависимости от распределения в бетоне [6]
Распределение фибры Условная прочность, %
Однонаправленное 100 (вдоль волокон)
Сетчатое 45-50
Двухмерное хаотичное 30-37
Трехмерное хаотичное 0-20
Различные виды фибры могут по-разному распределяться в бетонной матрице. На распределение фибры большое влияние оказывает не только технологическое оборудование, используемое для приготовления бетонной смеси, но и длина, а также материал фибры [8]. Отношение длины волокна к его диаметру влияет на величину сцепления и эффективность работы дисперсного волокна в бетонной смеси [9]. Высокие значения отношения - говорят об ухудшении условий приготовления бетонов, поскольку возникает трудоемкость в процессе перемешивания.
1. Коррозионная стойкость базальтовой и полипропиленовой фибры
3 Одним из самых важных свойств фибры яв-
< ляется коррозионная стойкость. Так, исследова-¡^ ния, проведенные в работах [10,11], показали, 5 что при выдерживании базальтового волокна ^ в растворе NaOH в течение 16 суток можно наблюло дать образование коррозионного слоя, который ¡£ постепенно увеличивается и отслаивается на 64 £ сутки выдерживания. При покрытии образца TiO2 о на 16 сутки отмечается более медленное образова-£ ние коррозионных слоев, однако эффективность
покрытия становится незначительной после более длительного выдерживания волокна в растворе NaOH.
Особое внимание необходимо обратить на эксплуатацию строительных материалов с добавлением базальтовых и стеклянных волокон, сопряженную с воздействиями агрессивных сред в условиях циклических, температурных воздействий и нестационарных режимов влагопе-реноса. В период эксплуатации на них могут воздействовать разнообразные кислые и щелочные среды, влияние которых может приводить к изменению структуры материалов, вплоть до разрушения.
Сфера таких исследований весьма разнообразна и получила освещение в ряде научных работ [12-15]. На рисунках 7-8 показана микроструктура базальтового волокна, подверженного коррозии после эксплуатации в системе фасадной теплоизоляционной композиционной (СФТК) (увеличения 9000 и 13000 крат соответственно). На рисунках 9-10 показана микроструктура стеклянного волокна, подверженного более сильной коррозии после аналогичной эксплуатации в СФТК (увеличения 1000 и 10000 крат соответственно).
Рисунок 7 - Микроструктура базальтового
волокна, подверженного коррозии после эксплуатации в СФТК (увеличение 9000 крат)
Рисунок 9 - Микроструктура стеклянного волокна, подверженного сильной коррозии после эксплуатации в СФТК (увеличение 1000 крат)
На поверхности базальтовых волокон (рисунки 7-8) были обнаружены язвенные разрушения поверхности волокон в диаметре до 1,5 мкм.
На стеклянном волокне отчётливо видны следы коррозии в виде глубоких поперечных трещин с отслоением материала минераловатных волокон (рисунок 9), повлекшей за собой нарушение целостности структуры материала (рисунок 10).
Рисунок 8 - Микроструктура базальтового волокна, подверженного коррозии после эксплуатации в СФТК (увеличение 13000 крат)
Рисунок 10 - Микроструктура стеклянного волокна, подверженного сильной коррозии после эксплуатации в СФТК (увеличение 10000 крат)
Полипропиленовое фиброволокно считается стойким к различным видам коррозии. К та- Е ким выводам пришли авторы [16] по результа- Е там испытаний бетонов с полипропиленовой ^ макрофиброй в составе. Образцы были помеще- м ны в климатическую камеру с температурой 20°С е и влажностью более 95% на 28 суток. По заверше- а нии тестов следов коррозии на волокне не было ^
обнаружено. Полученные результаты объясняются тем, что полипропиленовое макроволокно является органическим волокном с высокими антикоррозийными свойствами. Данное свойство придает волокну значительное преимущество, так как появляется возможность обеспечить долговечное армирование.
2. Физико-механические свойства бетонов, армированных базальтовой и полипропиленовой фиброй
В литературных источниках содержится большое количество исследований физико-механических свойств бетонов с базальтовой и полипропиленовой фиброй. Результаты различных публикаций имеют достаточно противоречивый характер.
В работе [17] при исследовании механических свойств высокопрочных бетонов были получены результаты, указывающие что эффект применения при дисперсном армировании полипропиленовым волокном выше, чем от армирования базальтовым волокном при определении предела прочности при изгибе и предела прочности на разрыв. Так, по сравнению с образцом высокопрочного бетона без волокна, прочность на изгиб бетона, армированного полипропиленовым волокном, увеличилась на 1,1-24,5%, а прочность на разрыв при растяжении увеличилась на 21,9-44,5%.
По другим данным [18-20] введение базальтового волокна в бетонную смесь способствует росту предела прочности при сжатии, растяжении и изгибе на 5-14%, 24-39% и 10-46% соответственно.
Для разрабатываемых бетонов важными также являются такие гидрофизические характеристики, как водонепроницаемость и морозостойкость [21]. Срок службы конструктивных элементов во многом зависит от способности материала сохранять свои механические и эксплуатационные свойства без внешних признаков разрушения при многократных процессах замораживания и оттаивания, сопротивляться воздействию увлажнения и характеризуется марками бетона по морозостойкости и водонепроницаемости [22].
Применение фибры в бетонах для дорожных покрытий обусловлено основным свойством фибры положительно влиять на морозостойкость 3 материала. По данным проведенных опытов [23] < установлено, что после 10 циклов попеременного ¡^ замораживания и оттаивания в 5%-ном растворе 5 хлорида натрия образцы контрольного состава ^ без полимерной фибры показали уменьшение 2 массы в среднем на 0,85%, тогда как образцы ¡£ с микро- и макрофиброй уменьшили массу на 0,50 £ и 0,24% соответственно. Таких показателей уда-о лось добиться благодаря вовлечению фиброй не-£ которого количество пузырьков воздуха, которые
позволяли свободной воде расширяться и сжиматься в циклах замерзания и оттаивания [24].
Положительное влияние на морозостойкость также отмечается при применении базальтового фиброволокна. Как показывают результаты микроструктурного анализа, повышение долговечности базальтофибробетона по критерию морозостойкости следует связывать со значительным уплотнением структуры бетона, обусловленным заполнением межзерновых пустот и микропор продуктами взаимодействия высокоактивного метакаолина с портландитом (гидроалюмосиликатами кальция) [25]. Как показали результаты исследования, произошло повышение морозостойкости немодифи-цированного базальтофибробетона по сравнению с контрольным образцом на 25%.
Немаловажным свойством фиброцементобе-тонов является истираемость. Введение в состав бетонной смеси синтетической микрофибры позволило сократить истираемость бетона на 52% по сравнению с контрольным образцом бетона без фибры [26]. С дополнительным верхним ги-дрофобизирующим покрытием, укрепляющим поверхностный слой бетона, истираемость можно сократить до 63%.
При пожаре в конструкциях повышенной ответственности может возникнуть хрупкое разрушение, которое может повлечь за собой непоправимые последствия. Наиболее эффективным способом защиты бетона от хрупкого разрушения, с точки зрения трудоемкости и материальных затрат, является введение в смесь добавки в виде полипропиленовой фибры [27-28]. По результатам проведенных тестов было установлено, что при температуре до 300 °С фибробетон разрушается пластично, имея показатели предела прочности на сжатие выше, чем у контрольного образца. Рекомендации по свойствам такого рода фибробетонов описаны в ЕЫ 1992-1-2-2009, а также в работах зарубежных ученых [29-30].
3. Экспериментальные исследования 3.1. Исходные материалы
В качестве исходных материалов для экспериментального состава мелкозернистого бетона использовали следующие материалы:
- композиционный портландцемент со шлаком и известняком до 20% ЦЕМ П/А-К(Ш-И) 42,5Н ГОСТ 31108-2016 ООО «Холсим (Рус) СМ»;
- песок кварцево-полевошпатовый с модулем крупности Мкр=2,3;
- щебень гранитный фракции 5...20 мм;
- вода по ГОСТ 23732;
- суперпластификатор С-3;
- воздухововлекающая добавка раствор СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая);
- базальтовая фибра;
- микрофибра Fibrofor High Grade 190 швейцарской компании ContecFiber AG, материал фибры - чистый полиолефин со сплетёнными между собой волокнами, тип «сота», предел прочности на растяжение не менее 400 Н/мм2;
- макрофибра Concrix ES50 швейцарской компании ContecFiber AG, двухкомпонентное (синтетическое) макроволокно, материал фи-
бры - чистый полиолефин, предел прочности при растяжении - не менее 600 Н/мм2. Минералогический состав и некоторые физико-механические характеристики используемого цемента, принятые согласно протоколу качественных сырьевых характеристик от Производителя Lafarge НоМт, приведены в таблице 3 и на рисунке 11.
Таблица 3.
Минералогический состав и физико-механические характеристики портландцемента ЦЕМ П/А-К(Ш-И) 42,5Н ГОСТ 31108-2016
Минералогический состав, % Физико-механические показатели*
Алит Белит Трехкальциевый алюминат Четырехкальциевый алюмоферрит Ангидрит Периклаз Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности при сжатии, МПа Остаток на сите (32 мкм), %
C3S C2S C3A C4AF CaSO4 MgO 2 сут 28 сут 2 сут 28 сут 3,2
65,3 10,4 9,0 10,0 2,6 3,1 4,4 7,9 20,5 46,0
*Примечание: данная информация представлена согласно протоколу испытаний Производителя Lafarge Шкт
Рисунок 11 - Зарегистрированная дифрактограмма образца портландцемента ЦЕМ П/А-К(Ш-И) 42,5Н ГОСТ 31108-2016
i a
I—
со
3.2. Результаты испытаний 3.2.1. Подбор оптимальных дозировок полипропиленовых фибр
Для подбора оптимального содержания полипропиленовых фибр Concrix ES50 и Fibrofor High Grade 190 в составе мелкозернистого бетона были определены следующие параметры:
- удобоукладываемость;
- сохраняемость бетонной смеси;
- предел прочности при изгибе;
- предел прочности при сжатии. Экспериментальные рецептуры бетона с макрофиброй Concrix ES50 и микрофиброй Fibrofor High Grade 190 представлены в таблице 4.
Таблица 4.
Экспериментальные составы мелкозернистого бетона для подбора оптимального содержания макрофибры Concrix ES50 и микрофибры Fibrofor
High Grade 190
Компонент Расход на 1 м3 бетонной смеси
без макроволокна Concrix ES50 (CES) Fibrofor High Grade 190 (FHG)
3 кг/м3 4,5 кг/ м3 0,9 кг/ м3 1,0 кг/ м3 1,1 кг/ м3
ЦЕМ П/А-К(Ш-И) 42,5Н, кг 420 420 420 420 420 420
Песок кварцево-полевошпатовый (Мкр.=2,3), кг 765 765 765 765 765 765
Щебень гранитный фр. 5-20, кг 1010 1010 1010 1010 1010 1010
Вода, л 160-165 160-165 160-165 160-165 160-165 160-165
Суперпластификатор С-3, л 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1
СНВ, л 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063
Concrix ES50, кг 0 3 4,5 0 0 0
Fibrofor High Grade 190, кг 0 0 0 0,9 1,0 1,1
При контроле определялись следующие пара-3 метры: удобоукладываемость и сохраняемость бе-< тонной смеси. Для оценки удобоукладываемости ¡:l пробы бетонной смеси для испытаний отбирались на месте её приготовления согласно ГОСТ 10181-^ 2014 из средней части замеса. Испытание начинало лось не позднее чем через 10 минут после отбора ¡£ пробы. Полученные результаты представлены £ на рисунке 12.
о Исследование влияния макроволокна Concrix
£ ES50 и микрофибры Fibrofor High Grade 190
на прочностные характеристики бетона было проведено в составах бетонных смесей, принятых по таблице 4. Бетонные образцы обладали гладкой поверхностью. При проведении испытаний на изгиб волокна в основном не рвались, а выдергивались из бетона. Результаты определения предела прочности при изгибе и сжатии образцов бетона с различным содержанием макроволокна Concrix ES50 (CES) и микроволокна Fibrofor High Grade 190 (FHG) в возрасте 28 суток представлены на рисунке 13.
Рисунок 12 - Влияние расхода макроволокна Concrix ES50 (CES) и Fibrofor High Grade 190 (FHG) на параметрыудобоукладываемость и сохраняемость бетонной смеси
Рисунок 13 - Предел прочности при изгибе и сжатии образцов бетона с различным содержанием макро- и микроволокна на 28 сутки твердения
i n
!D
M
>
—I m i
a i—
со
По результатам проведенных испытаний было получено, что введение макроволокна Concrix ES50 в количестве 3 и 4,5 кг/м3 не приводит к увеличению водопотребности смеси, а марка по удо-боукладываемости остаётся без изменений.
Введение в состав бетона макроволокна Concrix ES50 в количестве 3 кг/м3 повышает предел прочности при сжатии в большей степени по сравнению с составом, содержащим макроволокно в количестве 4,5 кг/м3.
Исходя из условия повышения предела прочности на растяжении при изгибе, следует выбирать состав бетона, содержащий макроволокно в количестве 4,5 кг/м3. С таким содержанием макроволокна предел прочности на растяжение при изгибе увеличивается до 42%, в то время как 3 кг/мЗ увеличивает предел прочности при изгибе до 23%.
При введении синтетического микроволокна Fibrofor High Grade 190 с расходом 0,9 и 1,0 кг/ м3 осадка конуса несколько уменьшилась, марка по удобоукладываемости смеси осталась прежней ПЗ. Таким образом, из условия сохранения водопо-
требности смеси, целесообразно назначать расход волокна 0,9-1,0 кг/м3.
Введение в состав бетона микроволокна Fibrofor High Grade 190 в количестве 1,1 кг/м3 повышает предел прочности при сжатии и предел прочности на растяжение при изгибе в большей степени по сравнению с составами, содержащими микроволокно в количестве 0,9 и 1,0 кг/м3. Однако разница между значениями физико-механических показателей рецептуры с микроволокном в количестве 1,0 кг/м3 и 1,1 кг/м3 не значительна.
3.2.2. Сравнение полипропиленовой фибры Concrix ES50, Fibrofor High Grade 190 и базовой базальтовой фибры
Для испытания бетона на прочность при сжатии и растяжении при изгибе были изготовлены образцы - кубы размером 100x100x100 мм и балки размером 100x100x240 мм. В таблице 5 представлены экспериментальные составы исследуемых рецептур бетона с добавками микроволокон Fibrofor High Grade 190, макроволокон Concrix ES50 и базового базальтового волокна.
Таблица 5.
Экспериментальные составы бетонов с применением макрофибры Concrix ES50, микрофибры Fibrofor High Grade 190 и базового базальтового волокна
<
S о. ш
2
о о.
Компонент Расход на 1 м3 бетонной смеси
контрольный с фиброй Fibrofor High Grade 190 с фиброй Concrix ES 50 с базальтовой фиброй
ЦЕМ 11/А-К(Ш-И) 42,5Н, кг 420 420 420 420
Песок кварцево-полевошпатовый (Мкр=2,3), кг 765 765 765 765
Щебень гранитный фр. 5-20, кг 1010 1010 1010 1010
Вода, л 160-165 160-165 160-165 160-165
Суперпластификатор С-3, л 2,1 2,1 2,1 2,1
СНВ, л 0,063 0,063 0,063 0,063
Fibrofor High Grade 190, кг 0 1 0 0
Concrix ES50, кг 0 0 4,5 0
Базальтовое волокно, кг 0 0 0 1,4
Результаты испытания бетонных образцов жение при изгибе в возрасте 7 и 28 суток представ-на прочность при сжатии и прочность на растя- лены на рисунках 14-15.
I Предел прочности при сжатии ■ Предел прочности при изгибе Рисунок 14 - Предел прочности при изгибе и сжатии образцов бетона на 7 сутки твердения
'Предел прочности при изгибе Рисунок 15 - Предел прочности при изгибе и сжатии образцов бетона на 28 сутки твердения
i n
!D
M
>
—I m i a
I—
со
Введение микрофибры Fibrofor High Grade 190 (1 кг/м3) позволило увеличить прочность бетона при сжатии в возрасте 7 суток на 9%, а в возрасте 28 суток на 14,5%.
Применение макрофибры Concrix ES50 (4,5 кг/ м3) увеличило прочность бетона при сжатии в возрасте 7 суток на 5%, а в возрасте 28 суток на 4%.
Содержание базальтовой фибры 1,4 кг/м3 снизило прочность бетона при сжатии в возрасте 7 суток на 3%, а в возрасте 28 суток - на 8%.
Введение микрофибры Fibrofor High Grade 190 (1 кг/м3) позволило увеличить прочность бетона на растяжение при изгибе в возрасте 7 суток на 9%, а в возрасте 28 суток на 23%.
Применение макрофибры Concrix ES50 (4,5 кг/ м3) при приготовлении бетонной смеси в значительной степени повлияло на увеличение прочности бетона на растяжение при изгибе. В возрасте 7 суток прочность бетона на растяжение при изгибе увеличилась на 18% по сравнению с контрольными образцами бетона без фибры, а в возрасте 28 суток возросла на 33%.
Содержание базальтовой фибры 1,4 кг/м3 повысило прочность бетона при изгибе в возрасте 7 суток на 15%, а в возрасте 28 суток - на 31%.
ВЫВОДЫ
По результатам выполненных исследований
можно сделать следующие выводы:
- многочисленные исследования, проведенные учеными из различных стран, не дают однозначного ответа об абсолютных преимуществах того или иного вида фибры, однако большинство исследователей отмечают преимущественное использование в бетоне стальной, базальтовой и полипропиленовой фибры.
- выбор фибры для армирования бетонов следует определять, исходя из функционального назначения конструкций и условий эксплуатации с учетом видов коррозионных воздействий: при эксплуатации в условиях воздействия кислот предпочтение следует отдавать базальтовой и полипропиленовой фибре, в условиях воздействия щелочей - стальной и полипропиленовой.
- эффективность применения фибры для армирования бетонов определяется, прежде всего, оптимально подобранной дозировкой для каждого вида фибры, при этом оптимальные дозировки фибры различных видов могут существенно отличаться для одинаковых технологических составов бетона.
ЛИТЕРАТУРА
1. F.U.A. Shaikh, Review of mechanical properties of short fibrereinforced geopolymer composites, Constr. Build. Mater. 43 (2013), 37-49.
2. A.B. Kizilkanat, N. Kabay, V. Akyuncu, S. Chowdhury, A.H. Akga, Mechanical properties and fracture behavior of basalt and glass fiber reinforced concrete:an experimental study, Constr. Build. Mater. 100 (2015), 218-224.
3. Jiri Militky, Mohanapriya Venkataraman, Rajesh Mishra. The chemistry, manufacture, and tensile behavior of polyamide fibers. Technical University of Liberec, Liberec, Czech Republic. Handbook of Properties of Textile and Technical Fibres. Pp.408. 2018.
4. Щербань Е.М., Стельмах С.А., Нажуев М.П., Насевич А.С., Гераськина В.Е., Пошев А.У-Б. Влияние различных видов фибры на физико-механические свойства центрифугированного бетона // Вестник Евразийской науки, 2018 №6.
5. М.О. Коровкин, Н.А. Ерошкина, А.Р. Янбукова. Исследование эффективности полимерной фибры в мелкозернистом
2 бетоне. Пензенский государственный университет архитекту-< ры и строительства. Инженерный вестник Дона, №2 (2017) cl 6. J. Thomas, A. Ramaswamy. Mechanical properties of steel
fiber-reinforced concrete, J. Mater. Civ. Eng. 19 (5) (2007) 385-392. ^ 7. M.G. Alberti, A. Enfedaque, J.C. Galvez, Fibre reinforced
jS concrete with a combination of polyolefin and steel-hooked fibres, ¿2 Compos. Struct. 171 (2017) 317-325.
8. P. Soroushian, A. Tlili, A. Khan, Development and charac-o terization of hybrid polyethylene fiber reinforced cement composer ites, Neurosci. Res. Suppl. 90 (2) (1993) 182-190.
9. В.Н. Шишканова, Ю.А. Прокофьева. Свойства и особенности фибробетонов. Тольяттинский государственный университет. Вопросы современных технических наук: свежий взгляд и новые решения//Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. № 2. Екатеринбург, 2015.
10. V.A. Rybin, A.V. Utkin, N.I. Baklanova. Corrosion of uncoat-ed and oxide-coated basalt fibre in different alkaline media. Novosibirsk, Russia. Corrosion Science 102 (2016) pp.503-509.
11. Zhuo Li, Tongliang Xiao, Qingyan Pan, Junmei Cheng, Shugao Zhao. Corrosion behaviour and mechanism of basalt fibres in acidic andalkaline environments. China. Corrosion Science 110. 2016. pp.15-22.
12. Рыбин В. А. Физико-химическое исследование базальтового волокна с защитными щелочестойкими покрытиями: Дис. канд. хим. наук: 02.00.21 / Рыбин Вячеслав Андреевич; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твёрдого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук. -Новосибирск, 2016. 143 с.
13. Гаршев А.В., Кнотько А.В., Пулькин М.Н. Коррозия базальтового волокна // Коррозия: материалы, защита. 2005. №7. С. 33-39.
14. Далинкевич А.А., Гумаргалиева К.З., Мараховский С.С., Асеев А.В. Базальтоволокнистые полимерные композиты как перспективные коррозионностойкие материалы. Ч. 2. Химическая стойкость и применение базальтопластиков // Коррозия: материалы, защита. 2005. №7. С. 39-46.
15. Далинкевич А.А., Булдаков В.П., Гумаргалиева К.З., Мараховский С.С., Суханов А.А. Кинетика щелочной коррозии базальтовых волокон // Коррозия: материалы, защита. 2012. №2. С. 33-41.
16. Chunlin Ding, Chao Wu, Zhewei Meng and Gang Fang. Mechanical properties and characteristic analysis of the new concave-convex polypropylene macro fiber. Journal of Engineered Fibers and Fabrics Volume 14.
17. Dehong Wang, Yanzhong Ju, Hao Shen, Libin Xu. Mechanical properties of high performance concrete reinforced with basalt fiber and polypropylene fiber. Construction and Building Materials 197 (2019). Pp. 464-473.
18. Mehran Khan, Mingli Cao, Majid Ali. Effect of basalt fibers on mechanical properties of calcium carbonate whisker-steel fiber reinforced concrete. China. Construction and Building Materials 192. 2018. pp.742-753.
19. Chaohua Jiang, Ke Fan, Fei Wu, Da Chen. Experimental study on the mechanical properties and microstructure of chopped basalt fibre reinforced concrete. China. Materials and Design 58. 2014. pp.187-193.
20. Karim Attia, Wael Alnahhal, Ahmed Elrefai, Yousef Rihan. Flexural behavior of basalt fiber-reinforced concrete slab strips reinforced with BFRP and GFRP bars. Canada. Composite Structures 211. 2019. Pp.1-12.
21. Ю. А. Черняева, Ю. Н. Огурцова, И. С. Колбасин. К вопросу выбора методов анализа и испытаний гидрофобизиро-ванного фибробетона. Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова. 2017.
22. Г.М. Соболев, А.Н. Зотов. Морозостойкость и водонепроницаемость модифицированного мелкозернистого бетона с полипропиленовой фиброй. Костромская государственная сельскохозяйственная академия. 2018.
23. В.В. Ушаков. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование морозостойкости дорожных фиброцемен-тов». ООО «ПРОГРЕСС-ЦЕНТР». Москва. 2016.
24. В.И. Толибова. Полипропиленовая фибра-эффективная армирующая добавка. ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». сборник материалов XVII Международной молодежной научно-практической конференции. Под общей редакцией С.С. Чернова. 2017. С.123-126.
25. Werther N. Brandversuche an Tunnelinnenschalenbetonen für den M 30-Nordtunnel in Madrid IIBeton- und Stahlbetonbau. 2006. Vol. 101, Issue Q. Pp. 729-731.
26. В.В. Ушаков. Отчет о научно-исследовательской работе «Сравнительные испытания истираемости под действием шипованной резины дорожных покрытий из фиброцементо-бетона на универсальном комплексе для испытания дорожных покрытий и автомобильных шин». Москва. 2017.
27. В.И. Голованов, Н.С. Новиков, В.В. Павлов, Е.В. Кузнецова. Прочностные и теплофизические свойства бетона с полипропиленовой фиброй в условиях температурного режима стандартного пожара II Пожаровзрывоопасность, том 26, №5, С.37-44. 2017.
2B. В.И. Голованов, Н.С. Новиков, В.В. Павлов, С.П. Антонов. Прочностные характеристики фибробетона для тоннельных сооружений в условиях высоких температур ИПожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. №2. С. 63-67. 2017.
29. Werther N. Brandversuche an Tunnelinnenschalenbetonen für den M 30-Nordtunnel in Madrid II Beton- und Stahlbetonbau. 2006. Vol. 101, Issue 9. Pp. 729-731.
30. Young-Sun Heo, Jay G. Sanjayan, Cheon-Goo Han, Min-Che-ol Han. Synergistic effect of combined fibers for spalling protection of concrete in fire II Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40, No. 10. Pp. 1547-1554.
REFERENCES
1. F.U.A. Shaikh, Review of mechanical properties of short fiber reinforced geopolymer composites, Constr. Build. Mater. 43 (2013), 37-49.
2. A.B. Kizilkanat, N. Kabay, V. Akyuncu, S. Chowdhury, A.H. Akga, Mechanical properties and fracture behavior of basalt and glass fiber reinforced concrete: an experimental study, Constr. Build. Mater. 100 (2015), 218-224.
3. Jiri Militky, Mohanapriya Venkataraman, Rajesh Mishra. The chemistry, manufacture, and tensile behavior of polyamide fibers. Technical University of Liberec, Liberec, Czech Republic. Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. Pp.408. 2018.
4. Shcherban E.M., Stelmakh S.A., Nazhuev M.P., Nasevich A.S., Geraskina V.E., Poshev A.U.-B. The influence of various types of fiber on the physical and mechanical properties of centrifuged concrete // Bulletin of Eurasian Science, 2018 No. 6.
5. M.O. Korovkin, N.A. Eroshkina, A.R. Yanbukova. Research on the effectiveness of polymer fiber in fine-grained concrete. Penza State University of Architecture and Construction. Engineering Bulletin of the Don, No. 2 (2017)
6. J. Thomas, A. Ramaswamy. Mechanical properties of steel fiber-reinforced concrete, J. Mater. Civ. Eng. 19 (5) (2007) 385-392.
7. M.G. Alberti, A. Enfedaque, J.C. Galvez, Fiber reinforced concrete with a combination of polyolefin and steel-hooked fibers, Compos. Struct. 171 (2017) 317-325.
8. P. Soroushian, A. Tlili, A. Khan, Development and characterization of hybrid polyethylene fiber reinforced cement composites, Neurosci. Res. Suppl. 90 (2) (1993) 182-190.
9. V.N. Shishkanova, Yu.A. Prokofiev. Properties and features of fiber-reinforced concrete. Tolyatti State University. Issues of modern technical sciences: a fresh look and new solutions // Collection of scientific papers based on the results of the international scientific and practical conference. No. 2. Ekaterinburg, 2015.
10. V.A. Rybin, A.V. Utkin, N.I. Baklanova. Corrosion of uncoat-ed and oxide-coated basalt fiber in different alkaline media. Novosibirsk, Russia. Corrosion Science 102 (2016) pp.503-509.
11. Zhuo Li, Tongliang Xiao, Qingyan Pan, Junmei Cheng, Shugao i Zhao. Corrosion behavior and mechanism of basalt fibers in acidic and 5 alkaline environments. China. Corrosion Science 110. 2016. pp.15-22. 5
CT5
12. Rybin V. A. Physico-chemical study of basalt fiber with pro- M tective alkali-resistant coatings: Dis. Ph.D. chem. Sciences: 02.00.21 ^
m
/ Rybin Vyacheslav Andreevich; Federal State Budgetary Institution i of Science Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemis- i—
try of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. -Novosibirsk, 2016. 143 p.
13. Garshev A.V., Knotko A.V., Pulkin M.N. Corrosion of basalt fiber // Corrosion: materials, protection. 2005. No. 7. pp. 33-39.
14. Dalinkevich A.A., Gumargalieva K.Z., Marakhovsky S.S., Aseev A.V. Basalt-fiber polymer composites as promising corrosion-resistant materials. Part 2. Chemical resistance and use of basalt plastics // Corrosion: materials, protection. 2005. No. 7. pp. 39-46.
15. Dalinkevich A.A., Buldakov V.P., Gumargalieva K.Z., Marakhovsky S.S., Sukhanov A.A. Kinetics of alkaline corrosion of basalt fibers // Corrosion: materials, protection. 2012. No. 2. pp. 33-41.
16. Chunlin Ding, Chao Wu, Zhewei Meng and Gang Fang. Mechanical properties and characteristic analysis of the new concave-convex polypropylene macro fiber. Journal of Engineered Fibers and Fabrics Volume 14.
17. Dehong Wang, Yanzhong Ju, Hao Shen, Libin Xu. Mechanical properties of high performance concrete reinforced with basalt fiber and polypropylene fiber. Construction and Building Materials 197 (2019). pp. 464-473.
18. Mehran Khan, Mingli Cao, Majid Ali. Effect of basalt fibers on mechanical properties of calcium carbonate whisker-steel fiber reinforced concrete. China. Construction and Building Materials 192. 2018. pp.742-753.
19. Chaohua Jiang, Ke Fan, Fei Wu, Da Chen. Experimental study on the mechanical properties and microstructure of chopped basalt fiber reinforced concrete. China. Materials and Design 58. 2014. pp.187-193.
20. Karim Attia, Wael Alnahhal, Ahmed Elrefai, Yousef Rihan. Flexur-al behavior of basalt fiber-reinforced concrete slab strips reinforced with BFRP and GFRP bars. Canada. Composite Structures 211. 2019. pp. 1-12.
21. Yu. A. Chernyaeva, Yu. N. Ogurtsova, I. S. Kolbasin. On the issue of choosing methods of analysis and testing of hydropho-bized fiber-reinforced concrete. Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov. 2017.
22. G.M. Sobolev, A.N. Zotov. Frost resistance and water resistance of modified fine-grained concrete with polypropylene fiber. Kostroma State Agricultural Academy. 2018.
23. V.V. Ushakov. Report on the research work "Study of frost resistance of road fiber cements." PROGRESS CENTER LLC. Moscow. 2016.
24. V.I. Tolibova. Polypropylene fiber is an effective reinforcing additive. Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «National Research Moscow State University of Civil Engineering». Collection of materials from the XVII International Youth Scientific and Practical Conference. Under the general editorship of S.S. Chernova. 2017. pp. 123-126.
25. Werther N. Brandversuche an Tunnelinnenschalenbetonen für den M 30-Nordtunnel in Madrid //Beton- und Stahlbetonbau. 2006. Vol. 101, Issue 9. Pp. 729-731.
26. V.V. Ushakov. Report on the research work "Comparative tests of abrasion under the influence of studded rubber on road surfaces made of fiber cement concrete on a universal complex for testing road surfaces and car tires." Moscow. 2017.
27. V.I. Golovanov, N.S. Novikov, V.V. Pavlov, E.V. Kuznetsova. Strength and thermophysical properties of concrete with polypropylene fiber under the temperature conditions of a standard fire // Fire and Explosion Hazard, volume 26, no. 5, pp. 37-44. 2017.
28. V.I. Golovanov, N.S. Novikov, V.V. Pavlov, S.P. Antonov. Strength characteristics of fiber-reinforced concrete for tunnel structures at high temperatures //Fires and emergency situations: prevention, liquidation. No. 2. pp. 63-67. 2017.
29. Werther N. Brandversuche an Tunnelinnenschalenbetonen für den M 30-Nordtunnel in Madrid // Beton- und Stahlbetonbau. 2006. Vol. 101, Issue 9. Pp. 729-731.
30. Young-Sun Heo, Jay G. Sanjayan, Cheon-Goo Han, Min-Cheol Han. Synergistic effect of combined fibers for spalling protection of concrete in fire // Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40, No. 10.Pp. 1547-1554.
ОБ АВТОРАХ
Пустовгар Андрей Петрович - канд. техн. наук. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26. 1.
Абрамова Анастасия Юрьевна - заведующий научно-исследовательской лабораторией. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26. 1.
BIONOTES
Pustovgar Andrey Petrovich - Candidate of Technical Sciences, Moscow State University of Civil Engineering, 26, Yaroslavskoye Sh., Moscow, 129337, Russia.
Abramova Anastasia Yurievna - Head of Research Laboratory. Moscow State University of Civil Engineering, 26, Yaroslavskoye Sh., Moscow, 129337, Russia.
Авторы заявляет об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interests.
Поступила в редакцию 19.07.2023. Одобрено после рецензирования 24.08.2023. Одобрена к публикации 28.09.2023.
The article was submitted 19.07.2023. Approved after peer review 24.08.2023. Approved for publication 28.09.2023.
<
s &
ш 2
о
