CC BY
135
УДК 69
ВЛИЯНИЕ БАЗАЛЬТОВОЙ ФИБРЫ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
Г.Э. Окольникова, Н.В. Новиков, А.Ю. Старчевская, Г.С. Пронин Департамент архитектуры и строительства, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов
Аннотация
В этом исследовании рассмотрено влияние базальтового волокна на прочностные характеристики бетона, проведены испытания на сжатие. Исследовано влияние добавления базальтового волокна (длиной 6 мм и 12 мм) в объеме 0,5 и 1% в трех разных составах бетона и проведено сравнение с эталонными образцами без фибры. Результаты экспериментов показали, что применение базальтового волокна длиной 6 мм в объеме 0,5 % значительно повышает прочность бетона на сжатие.
Ключевые слова:
Высокопрочный бетон, фибробе-тон, базальтовая фибра, длина волокон, процент армирования. История статьи:
Дата поступления в редакцию: 05.05.19
Дата принятия к печати: 07.05.19
03
г
м О
-I
м
Э СО
Введение
Одной из первостепенных задач современных научных исследований в области строительства является улучшение прочностных характеристик строительных материалов. Одним из самых распространённых строительных материалов на сегодняшний день является бетон. Однако этот материал и его прочностные характеристики очень сильно зависят от исходного сырья, технологии замешивания и множества прочих факторов, возникающих на этапе создания и укладки бетонной смеси. Исследователи со всего мира задаются вопросом, как подобрать идеальный состав бетонной смеси, чтобы в конечном итоге, полученный материал обладал наилучшими свойствами и мог применяться в самых ответственных конструкциях. Благодаря использованию химических добавок и фибры, стало возможным получение высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов, которые сегодня активно используются при возведении сооружений, несущих колоссальные нагрузки.
К высокопрочным относятся бетоны прочностью 60-100 МПа. Бетоны прочностью свыше 100 МПа относятся к особо высокопрочным.
Фибробетоны
Фибробетон — композиционный материал, получаемый путём добавления в бетонную смесь дисперсной арматуры из коротких волокон (фибры), которая равномерно распределяется в объеме бетона. Такой материал отличается от обычного бетона высокой прочностью при изгибе и растяжении, повышенной трещиностойкостью и ударной прочностью. Добавление в бетон фибры помогает снизить микропластическую усадку и трещинообразование в процессе твердения. Достигаются эти эффекты благодаря относительно жёсткой матрице волокон. Нагрузки, воздействующие на бетонную матрицу, передаются на волокна посредством касательных сил, действующих по поверхности раздела, и в том случае, когда модуль упругости фибры превышает модуль упругости бетонной матрицы, большую часть приложенных напряжений воспринимает фибра [1].
^ л ЕС I"
и
3 о
I»
СО О ш а У с
£10 5 =
и .0 ■ а
0 *о < ■&
СО > 5
1 I
са £ О £ X т
. га са ю
X £ 1
о *
* а
-о 5
с; х
о о
* а
О С
т и
В качестве дисперсной арматуры могут использоваться волокна с определёнными характеристиками. Эти волокна могут быть как металлические, так и не металлические. В качестве металлической фибры как правило используют стальную проволоку диаметром от 0,1 до 0,5 мм, длинной от 10 до 50 мм. При увеличении диаметра фибры свыше 0,6 мм наблюдается резкое снижение эффективности армирования дисперсной арматурой на прочность бетона [2].
Помимо традиционных стальных волокон для армирования бетонов могут применяться различные синтетические волокна.
Таблица 1.
Технические характеристики различных волокон
Техническая характеристика Базальтовое волокно Стекловолокно Полиамидное волокно Углеродное волокно
Прочность на растяжение, МПа 3000-4840 3100-4650 2900-3450 3500-6000
Модуль упругости, Гпа 79,3-93,1 72,5-86 70-140 230-600
Удлинение при разрыве, % 3,1-6,0 4,7-5,3 2,8-3,6 1,5-2,0
Удельный вес, Н/м3 2,65-2,8 2,46-2,62 1,44 1,75-1,95
Диаметр волокна, мкм 6-21 6-21 5-15 5-15
Температура плавления, °С 1450 1120-1550 250 Не плавится
Плотность, г/м3 2,65 2,6 0,95 2,0
Стеклофибробетон меньше подвержен коррозии в отличии от сталефибробетона, однако обладает низкой стойкостью к щелочной среде, возникающей в твердеющих цементных вяжущих. Этого недостатка лишены углеродные волокна - они показывают отличные показатели сопротивляемости любой агрессивной среде. Главным недостатком углеродного волокна является его высокая стоимость, не позволяющая ему полноценно конкурировать на рынке [1]. Хорошей альтернативой может стать базальтовое волокно. При хороших физико-механических свойствах и высокой сопротивляемости к агрессивной среде и химическим веществам оно обладает более конкурентной ценой по сравнению с волокнами из углерода. Производство базальтового волокна включает следующие этапы:
Горная вулканическая порода (базальт) дробится до получения крошки фракцией 5-12мм. Полученная крошка очищается и переплавляется в печи при температуре 1500°С, после чего расплав формируется в непрерывные нити путём намотки на тянущее устройство.
Цели исследования
Основной целью данного исследования было выяснить влияние базальтовой фибры на прочностные характеристики бетона, а также проследить их зависимость от процентного соотношения к общему объему бетона.
В данной работе представлены результаты для бетонных смесей с содержанием фибры в объеме 0,5 % (образцы с волокнами 12 мм) и 1,0 % (образцы с волокнами 6 и 12 мм). Испытания проводились на образцах в виде кубов размерами 10х10х10 см. Компоненты бетонной смеси:
портландцемент ПЦ500 производитель ООО «Холсим (РУС) СМ», Московская область, Г. Коломна; щебень фракции 5-10мм и фракции 10-20мм в соотношении 1:1; вода;
комплексный модификатор МБ 10-50С;
микрокремнезем МК-85 ТУ 14-106-709-2004 производства ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»; • песок.
Составы бетона на 1 м3
Таблица 2.
Маркировка Цемент кг Щебень кг Портландцемент кг Вода кг Модификатор кг МК-85 кг Фибра 6 мм кг Фибра 12 мм кг
С1 450 1060 850 235 75 50 - -
С2 445,5 1049,4 841,5 232,65 74,25 49,5 24 -
С3 447,75 1054,7 845,75 233,825 74,625 49,75 - 12
С4 445,5 1049,4 841,5 232,65 74,25 49,5 - 24
Результаты проведенных испытаний по прочности на сжатие
Таблица 3.
Результаты испытаний
Дни Маркировка Нагрузка Кубиковая Модуль Фактический
состава кН прочность МПа упругости МПа класс бетона
С1 343,563 34,356 17,273
7 С2 404,884 40,488 16,068
С3 348,206 34,820 15,293
С4 331,707 33,170 16,774
С1 522,814 52,281 26,285
14 С2 579,914 57,991 23,010
С3 541,492 54,194 23,782
С4 493,968 49,396 24,979
С1 746,877 74,687 37,55 В59
28 С2 851,313 85,131 33,785 В68
С3 774,135 77,413 34,0 В61
С4 691,057 69,105 34,945 В55
С1 786,4 78,64 39,537
60 С2 878,183 87,818 34,851
С3 820,922 82,092 36,055
С4 712,5 71,25
Рис. 1. График набора прочности образцов Системные технологии 2 (№31) 2019
03
г
м О
-I
м
Э СО
, л ЕС I"
и
3 о
I»
СО О ш а у с
и .0 ■ а
О *о < ■&
СП > 5 §§
5
Ц
га т га са ю
х I» 1
о *
-0 5
с; I
о о
* а
О С
т и
со О
Из таблицы 3 видно, что наилучшие результаты показали образцы из высокопрочного бетона с добавлением базальтовой фибры с длиной волокон 6 мм. При добавлении 1% базальтовой фибры прочность образца на сжатие возросла на 14%, а при добавлении 0,5% фибры — на 4%.
Заключение
В результате экспериментальных исследований было установлено, что образцы, в составе которых была фибра, имели более высокую прочность по сравнению с эталонными образцами без фибры, кроме образцов с фиброй 12 мм в объеме 1% - их результаты оказались хуже эталонных. Сравнивая между собой образцы из базальтобетона, можно отметить, что образцы С2 (фибра 6 мм, 0,5%) обладают большей прочностью на сжатие.
Основываясь на экспериментальных данных, мы можем сделать следующие выводы:
• Применение базальтовой фибры в бетоне увеличивет его прочностные характеристики на сжатие в сравнении с обычным бетоном.
• Образцы из базальтобетона с фиброй длиной 6 мм показывают прочность выше, чем образцы с фиброй длиной 12 мм.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Окольникова Г.Э., Белов А.П., Слинькова Е.В. Анализ свойств различных видов фибробетонов. — Системные технологии. — 2018. — № 26. — С. 206—210.
2. Баженов Ю.М. Технология бетона. уч. пос. для вузов ,1987 г
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Г.Э. Окольникова, Н.В. Новиков, А.Ю. Старчевская, Г.С. Пронин. Влияние базальтовой фибры на прочность бетона — Системные технологии. — 2019. — № 31. — С. 37—40.
IMPACT OF BASALT FIBER ON CONCRETE STRENGTH 'G.E. Okolnikova, 2N.V. Novikov, 2A.Y. Starchevskaya, 2G.S. Pronin
Department of Architecture and Construction, Academy of Engineering, RUDN University
Abstract:
This study addressed the effect of basalt fiber on the strength characteristics of concrete, the compressive strength was tested. The effect of adding basalt fiber (6 mm and 12 mm long) in 0.5 and 1% in three different compositions was studied and compared with a reference sample without fiber. The experimental results showed that the addition of basalt fiber 6 mm long in a volume of 0.5% in the concrete mix significantly improved the compressive strength.
Key words:
hgh-strength concrete, fiber concrete, basalt fiber, fiber length, the percentage of reinforcement.
Date of receipt in edition: 05.05.19 Date of acceptance for printing: 07.05.19
