Научная статья на тему 'ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ БЕТОНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ'

ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ БЕТОНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
588
62
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БЕТОННАЯ МАТРИЦА / ПРОЧНОСТЬ / РАСТЯЖЕНИЕ / ИЗГИБ / ПОРОШКОВО-АКТИВИРОВАННЫЕ БЕТОНЫ / УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО / ФИБРОБЕТОН

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Булгаков Алексей Григорьевич, Ерофеева Ирина Владимировна, Ишутин Андрей Александрович, Афонин Виктор Васильевич, Моисеев Владислав Валентинович

Предметом исследования являются прочностные показатели порошково-активированных бетонов и их повышение за счет армирования углеродными волокнами. Сущность метода испытания бетонов заключалась в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью нарастания нагрузки, и последующем вычислении напряжений при этих усилиях. При проведении экспериментального исследования использовались бездобавочные цементы, на основе которых были сформированы два состава, в одном из которых в качестве заполнителя использовался только мелкий заполнитель (матрица №1), а во втором - мелкий и крупный (матрица №2). Первая матрица для получения образцов порошково-активированного бетона была сформирована из следующих компонентов: портландцемент ПЦ-500 (ООО»Ульяновскцемент г. Ульяновск), кварцевый песок Ичалковского месторождения (Республика Мордовия), фракции 0-0,63 мм кварцевый песок Храмцовского месторождения (Ивановская область), фракции 0,63-2,5 мм. Количественное содержание вяжущего и заполнителей в смесях было принято равным 1: 2,065 : 1,760. В качестве второй матрицы для получения образцов-балок, армированных фиброволокнами использовался мелкозернистый бетон класса В20 (М250). Составляющие компоненты в бетонной смеси были выбраны в следующих количественных содержаниях: портландцемент ПЦ500 II/А-К марки М500 (ОАО «Осколцемент», г. Старый Оскол), песок строительный по ГОСТ 8736-93 (ООО «Керамзит НТ»), щебень фракции 5-20 мм по ГОСТ 8267-93 (ООО ТК «Технострой»). Количественное содержание цемента (Ц), песка (П) и щебня (Щ) было принято в следующем соотношении: 1:2,1:3,9. Размер образцов при исследовании порошково-активированных бетонов составлял 40х40х160 мм, а при испытании дисперсно-армированных составов 150х150х600 мм. Испытания образцов проводились после истечения 28 суток твердения в нормальных температурно-влажностных условиях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Булгаков Алексей Григорьевич, Ерофеева Ирина Владимировна, Ишутин Андрей Александрович, Афонин Виктор Васильевич, Моисеев Владислав Валентинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TENSILE STRENGTH DURING BENDING OF NEW GENERATION CONCRETE

The subject of the study is the strength indicators of powder-activated concretes and their increase due to carbon fiber reinforcement. The essence of the concrete testing method was to measure the minimum forces that destroy specially made control concrete samples when they are statically loaded with a constant rate of load increase, and then calculate the stresses during these efforts. During the experimental study, additive-free cements were used, on the basis of which two compositions were formed, in one of which only a small filler (matrix No. 1) was used as a filler, and in the second - a small and large one (matrix No. 2). The first matrix for obtaining samples of powder-activated concrete was formed from the following components: Portland cement PC-500 (LLC"Ulyanovsk cement, Ulyanovsk), quartz sand of the Ichalkovsky deposit (Republic of Mordovia), fractions 0-0.63 mm quartz sand of the Khramtsovsky deposit (Ivanovo region), fractions 0.63-2.5 mm. The quantitative content of the binder and fillers in the mixtures was assumed to be 1: 2,065 : 1,760. Fine-grained concrete of class B20 (M250) was used as the second matrix for obtaining fiber-reinforced beam samples. The components in the concrete mixture were selected in the following quantitative contents: Portland cement PC500 II/A-K of the M500 brand (JSC "Oskolcement", Stary Oskol), construction sand according to GOST 8736-93 (LLC "Keramzit NT"), crushed stone fractions of 5-20 mm according to GOST 8267-93 (LLC TC "Technostroy"). The quantitative content of cement (C), sand (P) and crushed stone (Sh) was taken in the following ratio: 1:2.1:3.9. The size of the samples in the study of powder-activated concrete was 40x40x160 mm, and in the testing of dispersed-reinforced compounds 150x150x600 mm. The samples were tested after 28 days of hardening in normal temperature and humidity conditions.

Текст научной работы на тему «ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ БЕТОНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ»

Научная статья

УДК 691.31:691.261.1:620.173 ГРНТИ: 67. Строительство и архитектура

ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия, 2.1.9. Строительная механика doi:10.51608/26867818_2022_2_21

ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ БЕТОНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

© Авторы 2022 БУЛГАКОВ Алексей Григорьевич, доктор технических наук, SPIN: 7984-8836 профессор кафедры строительных материалов и технологий AuthorID: 281778 Юго-Западный государственный университет

(305040, Россия, Курск, ул. 50 лет Октября, 94, e-mail: agi.bulgakov@mail.ru)

SPIN: 5569-3057 ЕРОФЕЕВА Ирина Владимировна, кандидат технических наук, AuthorID: 761852 старший научный сотрудник кафедры строительных материалов и технологий Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (430005, Россия, Саранск, ул. Большевистская, 68, e-mail: ira.erofeeva.90@mail.ru)

SPIN: 7945-9399 ИШУТИН Андрей Александрович, аспирант кафедры теплогазоснабжения AuthorID: 942955 Юго-Западный государственный университет

(305040, Россия, Курск, ул. 50 лет Октября, 94, e-mail: andrei11295@yandex.ru)

SPIN: 2877-0785 АФОНИН Виктор Васильевич, кандидат технических наук,

AuthorID: 101166 доцент кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления

МОИСЕЕВ Владислав Валентинович, аспирант кафедры строительных материалов и технологий Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (430005, Россия, Саранск, ул. Большевистская, 68)

Аннотация. Предметом исследования являются прочностные показатели порошково-активированных бетонов и их повышение за счет армирования углеродными волокнами. Сущность метода испытания бетонов заключалась в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью нарастания нагрузки, и последующем вычислении напряжений при этих усилиях. При проведении экспериментального исследования использовались бездобавочные цементы, на основе которых были сформированы два состава, в одном из которых в качестве заполнителя использовался только мелкий заполнитель (матрица №1), а во втором - мелкий и крупный (матрица №2).

Первая матрица для получения образцов порошково-активированного бетона была сформирована из следующих компонентов: портландцемент ПЦ-500 (ООО»Ульяновскцемент г. Ульяновск), кварцевый песок Ичалковского месторождения (Республика Мордовия), фракции 0-0,63 мм кварцевый песок Храмцовского месторождения (Ивановская область), фракции 0,63-2,5 мм. Количественное содержание вяжущего и заполнителей в смесях было принято равным 1: 2,065 : 1,760.

В качестве второй матрицы для получения образцов-балок, армированных фиброволокнами использовался мелкозернистый бетон класса В20 (М250). Составляющие компоненты в бетонной смеси были выбраны в следующих количественных содержаниях: портландцемент ПЦ500 И/А-К марки М500 (ОАО «Осколцемент», г. Старый Оскол), песок строительный по ГОСТ 8736-93 (ООО «Керамзит НТ»), щебень фракции 5-20 мм по ГОСТ 8267-93 (ООО ТК «Технострой»). Количественное содержание цемента (Ц), песка (П) и щебня (Щ) было принято в следующем соотношении: 1:2,1:3,9. Размер образцов при исследовании порошково-активированных бетонов составлял 40х40х160 мм, а при испытании дисперсно-армированных составов 150х150х600 мм. Испытания образцов проводились после истечения 28 суток твердения в нормальных температурно-влажностных условиях.

Ключевые слова: бетонная матрица, прочность, растяжение, изгиб, порошково-активированные бетоны, углеродное волокно, фибробетон

Для цитирования: Прочность на растяжение при изгибе бетонов нового поколения / А.Г. Булгаков, И.В. Ерофеева, А.А. Ишутин, В.В. Афонин, В.В. Моисеев // Эксперт: теория и практика. 2022. № 2 (17). С. 21-27. Сок10.51608/26867818_2022_2_21.

Original article

TENSILE STRENGTH DURING BENDING OF NEW GENERATION CONCRETE

© The Author(s) 2022 BULGAKOV Aleksey Grigorievich, Doctor of Technical Sciences,

Professor of the Department of Building Materials and Technologies Southwestern State University (305040, Russia, Kursk, st. 50 years of October, 94)

EROFEEVA Irina Vladimirovna, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Department of Building Materials and Technologies Mordovian State University N.P. Ogaryova (430005, Russia, Saransk, Bolshevistskaya st., 68, e-mail: ira.erofeeva.90@mail.ru)

ISHUTIN Andrey Alexandrovich, Post-graduate Student, Department of Heat and Gas Supply Southwestern State University

(305040, Russia, Kursk, st. 50 years of October, 94, e-mail: andrei11295@yandex.ru)

AFONIN Viktor Vasilievich, Candidate of Technical Sciences,

Associate Professor of the Department of Automated Information Processing

and Control Systems

MOISEEV Vladislav Valentinovich, Post-Graduate Student Department of Building Materials And Technologies Mordovian State University N.P. Ogaryova (430005, Russia, Saransk, Bolshevistskaya st., 68)

Annotation. The subject of the study is the strength indicators of powder-activated concretes and their increase due to carbon fiber reinforcement. The essence of the concrete testing method was to measure the minimum forces that destroy specially made control concrete samples when they are statically loaded with a constant rate of load increase, and then calculate the stresses during these efforts.

During the experimental study, additive-free cements were used, on the basis of which two compositions were formed, in one of which only a small filler (matrix No. 1) was used as a filler, and in the second - a small and large one (matrix No. 2). The first matrix for obtaining samples of powder-activated concrete was formed from the following components: Portland cement PC-500 (LLC "Ulyanovsk cement, Ulyanovsk), quartz sand of the Ichalkovsky deposit (Republic of Mordovia), fractions 00.63 mm quartz sand of the Khramtsovsky deposit (Ivanovo region), fractions 0.63-2.5 mm. The quantitative content of the binder and fillers in the mixtures was assumed to be 1: 2,065 : 1,760.

Fine-grained concrete of class B20 (M250) was used as the second matrix for obtaining fiber-reinforced beam samples. The components in the concrete mixture were selected in the following quantitative contents: Portland cement PC500 II/A-K of the M500 brand (JSC "Oskolcement", Stary Oskol), construction sand according to GOST 8736-93 (LLC "Keramzit NT"), crushed stone fractions of 5-20 mm according to GOST 8267-93 (LLC TC "Technostroy"). The quantitative content of cement (C), sand (P) and crushed stone (Sh) was taken in the following ratio: 1:2.1:3.9.

The size of the samples in the study of powder-activated concrete was 40x40x160 mm, and in the testing of dispersed-rein-forced compounds 150x150x600 mm. The samples were tested after 28 days of hardening in normal temperature and humidity conditions.

Keywords: concrete matrix, strength, tensile strength, bending, powder-activated concretes, fillers, carbon fiber, fiber concrete

For citation: Tensile strength during bending of new generation concrete / A.G. Bulgakov, I.V. Erofeeva, A.A. Ishutin, V.V. Afonin, V.V. Moiseev // Expert: theory and practice. 2022. No. 2 (17). Рр. 21-27. (In Russ.). doi:10.51608/26867818_2022_2_21.

Введение. В мировой практике большое вни- фиброармированный и др. [1-6]. Из изучения

мание уделяется повышению прочности бетона и научно-технической литературы как российских, так

снижению его себестоимости без потери несущей и зарубежных авторов следует, что в настоящее

способности. Известны различные виды бетонов но- время проводится большое количество исследова-

вого поколения: реакционно-активный, порошково- ний по установлению прочностных характеристик

активированный, пониженной ауточенной усадкой, порошково-активированных бетонов с различными

наполнителями и фибробетонов, армированных различными волокнами. Основой создания высококачественных бетонов нового поколения служат гиперсу-перпластификаторы в сочетании с новой рецептурой сухих компонентов, взаимно-усиливающих друг друга при превращении геля в золь. Присутствие микрокремнезема нанометрического масштабного уровня усиливает этот переход. Согласно Калашникову В.И. [4, 7], содержание тонкомолотых, реологически активных в смеси с цементом и суперпластификатором нового поколения наполнителей варьируется в пределах от 40 до 110 % увеличиваясь при уменьшении содержания цемента. В новой рецептуре должен присутствовать тонкий песок фракции 0,1-0,5-0,16-0,63мм, который в смеси с цементом и суперпластификатором усиливает реологическое действие последнего.

В последние годы на основе бетонов различных видов был создан фибробетон [8-12]. Применение фибробетонов в строительной отрасли с позиции ресурсосбережения и оптимизации состава бетона является актуальной задачей, т. к. фибра придает усиление физико-механических и других характеристик строительных материалов, благодаря которым существует возможность изменить их количественный состав. Дисперсное армирование позволяет эффективно повысить прочностные и улучшить деформационные характеристики бетона [16-20]. В качестве армирующих фибр применяют различные по составу, происхождению, геометрическим характеристикам и физико-механическим свойствам волокна (углеродное волокно, металлическая фибра, базальтовое волокно, полипропиленовое волокно и др.) [13-15].

Широкое применение находят при производстве фибробетоновуглеродные волокна. Оптимальное процентное содержание фибры, которая положительно влияет на прочностные характеристики фиб-робетона варьируется в пределах от 0,2 % до 0,5 % от сухой массы связующего [13, 16]. Ниже приводятся результаты экспериментальных исследований порош-ково-активированных бетонов и фибробетонов.

Значительный интерес представляют исследования направленные на установление влияния реологических и реакционных наполнителей на свойства порошковых бетонов. В то же время оптимальный состав фибробетона с углеродным волокном, который отвечает всем требованиях по прочности на сжатие и растяжение является также недостаточно установленным.

В связи с тем, что в Российской Федерации нет общих рекомендаций и нормативов по армированию и использованию фибробетона армированного углеродным волокном для изгибаемых строительных конструкций возникает сложность при приготовлении смеси строительного материала.

Цель работы - исследование прочности по-рошково-активированных бетонов и оптимизация процентного количества углеродной фибры в них для придания максимальной прочности на растяжение при изгибе.

Задачи исследований:

1. Установление влияния основных рецептурных факторов на прочность при сжатии и при изгибе порошково-активированных бетонов и фибробетонов.

2. Определение влияния углеродной фибры на прочность при изгибе фибробетонов.

Методика экспериментальной части и применяемые материалы для исследований. Сущность метода испытания бетонов на силовые нагрузки состояла в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью нарастания нагрузки, и последующем вычислении напряжений при этих усилиях (ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам») [16, 17]. Методика испытания фибробетонных образцов на растяжение при изгибе включала в себя: подбор составляющих компонентов фибробетона; подбор оборудования для механического испытания образцов; технология и методику изготовления образцов;ис-пытание образцов; обработку экспериментальных данных.

В зависимости от метода определения прочности бетона подбирались форма и оптимальные размеры образцов, которые должны соответствовать определенным параметрам. Прочностные свойства порошково-активированных бетонов определили на образцах призмах размером 4х4х16см, а фиброармированных - 150х150х600 мм. Форма фиб-роармированных образцов для определения прочности на растяжение при изгибе представлена на рис. 1.

Рис. 1. Образцы фибробетонных балок

Нескольких серий образцов, которые предназначались для определения прочностных характеристик бетона, изготавливались из одной пробы бетонной смеси, уплотняются и твердели в одинаковых условиях.

Образцы призмы размером 4х4х16см испытывали на прочность согласно ГОСТ 10180-2012. При

механическом испытании образец-призму из бетона устанавливали в пресс по схеме, приведенной на рис. 2, и нагружают до полного разрушения при постоянной скорости нарастания нагрузки (0,05±0,01) МПа/с (рис. 2).

(матрица № 1), а во втором - мелкий и крупный (матрица № 2). Составы исследуемых композитов по матрице № 1 приведены в табл. 1.

Рис. 2. Схема испытания на изгиб и сжатие образцов из порошково-активированного бетона:

а - длина накладки (6,25 см); Ь - ширина образца (4 см); Л - высота образца (4 см); I - длина образца (16 см); 1 - образец; 2 - шарнирно-подвижная опора; 3 - шарнирно-неподвижная опора; 4 - металлическая пластина

При испытании образцов из фиброармиро-ванного бетона расстояние между опорами составляло 450 мм. Сосредоточенная нагрузка прикладывалась в третях пролета между осями опор, данное расстояние составляло 150 мм. Расстояние от торца балки до оси опоры - 75 мм с двух сторон. Расчетная схема испытания образцов представлена на рис. 3.

Рис. 4. Проведение экспериментальной части с использованием пресса Toni Technik 2078

Таблица 1 - Составы порошково-активированных бетонов для испытаний

Рис. 3. Схема испытания образцов из фиброармированного бетона

Испытание образцов проводилили по истечению 28 суток твердения в нормальных темпера-турно-влажностных условиях. Нагружение образцов проводят непрерывно с постоянной скоростью нарастания нагрузки до его разрушения. Время нагружения образца до его разрушения составляло не менее 30 с. Испытание бетонных образцов изображено на рис. 4.

При проведении экспериментального исследования использовались два вида бездобавочного цемента, на основе которых были сформированы два состава, в одном из которых в качестве заполнителя использовался только мелкий заполнитель

Компоненты Содержание массовых частей в составе

3 4 5 6

Портландцемент 1,000 1,000 1,000 1,000

Каменная мука - 1,100 0,75 -

Микрокремнезем - - 0,120 0

Кварцевый наполнитель - 2,753 1,775 2,065

фракции 0-0,63 мм

Кварцевый наполнитель - 2,347 1,875 1,760

фракции 0,63-2,5 мм

Суперпластификатор 0,009 0,009 0,009 0,009

Вода 0,171 0,600 0,475 0,525

В качестве реакционно-химической добавки использовали микрокремнезем с удельной поверхностью 55000 см2/г, а в качестве реалогически активного дисперсного наполнителя - микрокварц с

удельной поверхностью 3450 см2/г. Оба вида наполнителя произведены на Липецком горно-обогатительном комбинате.

Для дисперсного армирования бетонов применяется углеродная фибра марки FibARMfiber С с длиной волокон - 6 мм. Углеродное волокно FibARMfiber С представляет собой углеродные нити, состоящие из тончайших углеродных волокон. В свою очередь углеродные волокна это нанострукту-рированный неорганический материал, содержащий 92-99,9 % углерода. Углеродные волокна получают путем ступенчатой термообработки волокон на основе полиакрилонитрила - ПАН, при температуре до 3200оС .

Наши исследования показали, что превышение расхода фиброволокна более 5.0 кг/м3 (1.5 % от массы цемента) приводит к неоправданному удорожанию углефибробетона, без значимого увеличения прочности. При этом выявлено, что наибольшего эффекта можно добиться, используя углеродную фибру при ее введении в следующем процентном количестве - 0,3 % от массы цемента.

Прочность бетона на сжатие К, МПа, вычисляли с точностью до 0,1 МПа по формуле

F

R = Kw

A

(1)

ab1

(2)

1 n

X = -Z X ' n t!

R = Xmax -Xmin' 1 П

a = "Zl-XI-n ti

1 n

D = -L- - X)2 n-1 и

(4)

(5)

(6)

(7)

Прочность бетона на растяжение при изгибе Rtb, МПа, вычисляли с точностью до 0,01 МПа по формуле

а = +Jd- (8)

Результаты исследований и их анализ. Влияние тонкодисперсного кварца - микрокварца (состав №4) или смеси микрокварца с микрокремнеземом (состав №5) на свойства песчаного бетона изучали сравнением с контрольным составом №6, не содержащим тонкодисперсный кварц и микрокремнезем. Во всех исследуемых составах, помимо цемента и воды, применялись гиперпластификатор марки «Melflux 1641F» и двухфракционный кварцевый песок. Для обеспечения равноподвижности цементно-песчаного раствора водоцементное отношение контрольного состава было на 14 % ниже, чем у состава № 4 на микрокварце, и выше на 9,5 %, чем у состава № 5 на смеси микрокварца и микрокремнезема. Последнее объясняется пластифицирующим эффектом микрокварца. Результаты прочностных испытаний образцов приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты испытаний порошково-активированных бетонов

где F - разрушающая нагрузка, Н; A - площадь рабочего сечения образца, мм2; a, Ь, l- ширина, высота поперечного сечения призмы и расстояние между опорами соответственно при испытании образцов на растяжение при изгибе, мм; а, 5 - масштабные коэффициенты для приведения прочности бетона к прочности бетона в образцах базовых размера и формы; Kw - поправочный коэффициент, учитывающий влажность образцов в момент испытания.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

После испытания образцов проводилось статистическая обработка результатов эксперимента. При этом были определены: коэффициент вариации (V, показатель относительной изменчивости значения величины признаков у единиц совокупности, характеризующий ее однородность); среднее значение (х); размах вариации (R, разница между максимумом и минимумом значений); среднее линейное отклонение (a); - дисперсия (О); - средне-квадратическое отклонение (о, квадратный корень из дисперсии).

Ниже приведены формулы для расчета перечисленных показателей.

а

Номер состава Р, кг/м3 Предел прочности

на сжатие при изгибе

R, МПа отн. ед. Rtb, МПа отн. ед.

3 - 133 0,7 11,2 0,42

4 2300 103 2,06 9,84 1,63

5 2 270 110,5 2,25 11,87 1,97

6 2 100 50 1,00 6,02 1,00

V =-100%, x

(3)

Из табл. 2 следует, что применение тонкодисперсного кварца в составах песчаного бетона приводит к повышению прочностных показателей от 1,62 до 2,55 раза, что объясняется ростом плотности упаковки кварцевого заполнителя и находит подтверждение в увеличении плотности таких образцов на 9,5 %. В то же время уменьшение плотности на 1,3 % состава № 5 по отношению к составу № 4 не только не снизило прочностные показатели, но и привело к росту прочности на сжатие - на 9,1 %,. Показатели у данного состава соизмеримы с показателями пластифицированного цементного камня (состав № 3).

Из табл. 2 следует, что введение тонкодисперсного кварца в виде микрокварца (молотого песка) и микрокремнезема (аморфная форма с удельной поверхностью 50000 см2/г) оказало существенное влияние на прочность песчаного бетона при изгибе (табл. 2): добавка микрокварца (состав № 4) привела к увеличению прочностив 1,7 раза, а сов-

местно микрокварца и микрокремнезема (состав № 5) - в 2 раза. Использование тонкодисперсного кварца повлияло и на характер деформирования образцов - повысилась их упругость от 1,3 до 1,7 раза, но при этом на 20 % снизилась величина предельных деформаций, т.е. образцы песчаного бетона становятся более упругими и менее деформативными, что согласуется с общими представлениями о повышении хрупкости цементных образцов с повышением их прочности [23]. Исследованиями также установлено, что применение тонкодисперсного кварца существенно - от 1,3 до 5,8 раза повышает параметры трещиностойкости песчаного бетона.

Одним из эффективных способов повышения прочности бетонов, в том числе при изгибе, является введение в их состав дисперсной арматуры. Результаты разрушения образцов серии 1 из обычного бетона (без добавления фибры) и серии 2 (с добавкой фибры), представлены на рис. 5.

% от сухой массы цемента на весь объём раствора. Опираясь на изученную наших данных и научно-техническую литературу, можно сделать вывод, что при добавлении фибры более 0,4 % от массы цемента прочность бетона при растяжении практически не изменятся, а в некоторых случаях уменьшается. На основании проведенного эксперимента можно предложить рекомендовать использовать данные фибробетонов в строительстве при изготовлении ответственных конструкций.

Выводы. Установлено, что введение тонкодисперсного кварца и микрокремнезема в состав песчаного бетона привело к росту прочности при сжатии и изгибе от 1,62 до 2,55 раза. Выявлено, также что бетон, армированный углеродной фиброй (0,3 % от сухой массы цемента на весь объём раствора), превосходит по прочности на растяжение при изгибе обычный бетон примерно в 1,4 раза. Прочность наполненных составов оказалась соизмеримой с прочностью цементного камня.

Рис. 5. Прочность образцов 1-й (слева) и 2-й (справа) серии на растяжение при изгибе

Наглядное изображение влияния процент- Бетон, армированный углеродной фиброй,

ного содержания фибры на прочностные характери- превосходит по прочности на растяжение при изгибе стики бетона показаны на рис. 6. обычный бетон примерно в 1,4 раза. Углеродная

0,0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5% 0,6% Рис. 6. Зависимость прочности фибробетона от процентного содержания фибры

Проанализировав данные испытаний, можно сделать вывод, что бетон, армированный углеродной фиброй, превосходит по прочности на растяжение при изгибе обычный бетон примерно в 1,4 раза. В этом случае содержание углеродного волокна составляло - 0,3

фибра при ее использовании в составе бетона служит для полного предотвращения появления усадочных трещин как в процессе твердения бетона, так и в дальнейшем, делая бетон более долговечным, ударопрочным и морозостойким. При армировании бе-

тонных мелкоштучных декоративных изделий углеродной фиброй практически до нуля снижается процент брака вызванный усадочными микротрещинами и связанный с повреждением при извлечении изделия из формы.

Полученные результаты исследования позволяют рекомендовать фибробетоны для использования в конструкциях, подверженных воздействию изгибающих нагрузок.

Список источников

1. Травуш, В.И. Циклическая прочность бетонов нового поколения / В.И. Травуш, Н.И. Карпенко, В.Т. Ерофеев, И.В. Ерофеева [и др.] // Строительные материалы. 2020. № 1-2. С. 88-94.

2. Ерофеев, В.Т. Повышение коррозионной стойко-стицементных композитов активными добавками / В.Т. Ерофеев, А.П. Федорцов, В.А. Федорцов // Строительство и реконструкция. 2020. № 2 (88). С. 51-60.

3. Ерофеев, В.Т. Интеллектуальные композиты и их использование для получения самовосстанавливающихся бетонов / В.Т. Ерофеев [и др.] // Транспортные сооружения. 2019. Т. 6, № 4. С. 11.

4. Калашников, В.И. Суспензионно-наполненные бетонные смеси для порошково-активированных бетонов нового поколения/ В.И. Калашников, В.Т. Ерофеев, О.В. Тараканов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2016. № 4 (688). С. 30-37.

5. Ерофеев, В.Т. Ударная прочность цементных композитов / В.Т. Ерофеев [и др.] // Academia.Архитектура и строительство. 2017. № 4. С. 89-94.

6. Шарафутдинов, К.Б. Изучение эффективности суперабсорбирующей полимерной добавки для уменьшения аутогенной усадки бетона без снижения его прочности / К.Б. Шарафутдинов [и др.] // Строительные материалы. 2021. № 12. С. 61-68. DOI: https:/doi.org/10.31659/0585-430Х-2021-798-12-00-00.

7. Калашников, В.И. Супер- и гиперпластификаторы. Микрокремнеземы. Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности / В..И. Калашников [и др.] // Молодой ученый. 2014. № 19 (78). С. 207-210.

8. Белов, Н.Н. Расчет прочности фибробетонных плит на высокоскоростной удар / Н.Н. Белов, В.Т. Ерофеев, Н.Т. Югов [и др.] // Приволжский научный журнал. 2017. № 2 (42). С. 34-41.

9. СП 297.1325800.2017 «Конструкции фибробетон-ные с неметалличе-ской фиброй. Правила проектирования» - Введ. 2017-10-18. М.: Стандартин-форм, 2017.

10. Holschemacher K. GrundlagendesFaserbetons / K. Holschemacher, F.Dehn, F.Lobisch // Betonkalender. Berlin, 2017. Pp. 384-472.

11. Войлоков, И.А. Фибробетон - история вопроса. Нормативная база, проблемы и решения/ ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2009. №2. С. 44-53.

12. Калашников, В.И. Высокоэффективные самоуплотняющиеся порошково-активированные песчаные бетоны и фибробетоны / В.И. Калашников, В.М. Володин, И.В. Ерофеева [и др.] // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-2. С. 110. URL: http://vvwvv.sci-ence-education.ru/ru/article/view?id=20136.

13. Дроков, А.В. Исследование влияния многослойных углеродных нанотрубок на прочностные характеристики фибробетонов / А.В. Дроков, В.Л. Курбатов // Электронный сборник докладов: Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова. Белгород, 2016. C. 710-715.

14. Соловьева, Т.А. Оценка возможности использования отходов углеволокна в качестве армирующего элемента цементных композиций / Т.А. Соловьева, Т.К. Акчу-рин, О.Ю. Пушкарская // Вестник ВолгГасу. Сер.: стр-во и архит. Волгоград, 2013. Вып. 30 (49). С. 197-200.

15. Schladitz, F. Carbon Concretecomposite / F. Schladitz, M.Curbach, K. Holschemacher // Neue Herausforderungen im Betonbau. Berlin, 2017. Pp. 121-138.

16. Дроков, А.В. Исследование влияния многослойных углеродных нанотрубок на прочностные характеристики фибробетонов, изготовленных с применением сырья Северного Кавказа / А.В. Дроков // Вестник БГТУ. Белгород, 2017. №2. C. 13-17.

17. Зулпуев, А.М. Работа железобетонных конструкций с фибровым армированием / А.М. Зулпуев, К.Те-микеев, А.М. Ганыев [и др.] // Устойчивое развитие науки и образования. 2018. №1. С. 188-194.

18. Кудяков, А.И. Технология и состав углеродофиб-робетона с повышенной однородностью прочностных показателей / А.И. Кудяков [и др.] // Вопросы материаловедения. 2016. № 1 (85). С. 66-72.

19. Ахмеднабиев Р.М. Влияние различных волокон на свойства фибробетонов «Технические науки - от теории к практике»: материалы 22 международной заочной научно-практической конференции. (11 июня 2013 г.). Новосибирск: Изд. «СибАК», 2013. С. 34-43.

20. Буторов И.А. Анализ прочности композиционных материалов, армированных дискретными волокнами // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 8-1 (52). С. 55-59.

21. ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» - Введ. 201307-01. - М.: Стандартинформ, 2018.

22. ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Методы определения плотности» - Введ. 1980-01-01. М.: Стандартинформ, 2018.

23. Ерофеева И.В. Физико-механические свойства, биологическая и климатическая стойкость порошково-ак-тивированных бетонов. - Пенза, 2018. 28 с.

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила в редакцию 10.03.2022; одобрена после рецензирования 22.03.2022; принята к публикации 22.03.2022.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.

The article was submitted 10.03.2022; approved after reviewing 22.03.2022; accepted for publication 22.03.2022.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.