CC BY
27
http://vestnik-nauki.ru
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2016, Т 2, №3
УДК 625.142
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОГО АРМИРОВАНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИМ МАКРОВОЛОКНОМ НА ПРОЧНОСТЬ ДОРОЖНОГО БЕТОНА
О.М. Смирнова
INFLUENCE OF DISPERSED REINFORCEMENT WITH SYNTHETIC MACRO-FIBER
ON STRENGTH OF ROAD CONCRETE
O.M. Smirnova
Аннотация. Дисперсное армирование бетона синтетическим макроволокном позволяет компенсировать недостатки бетона - низкие значения предела прочности при изгибе, хрупкость разрушения высокопрочного бетона, ползучесть бетона. В результате сравнительных испытаний установлено, что введение макроволокна Concrix ES в тяжелый бетон классов прочности В25-В35 повышает предел прочности при сжатии по сравнению с контрольным составом, значительно увеличивается предел прочности на растяжение при изгибе (до 20%). Наиболее приемлемый расход макроволокна для повышения предела прочности на растяжение при изгибе составляет 4,5 кг/м3.
Ключевые слова: дисперсное армирование; дорожный бетон; синтетическое макроволокно; предел прочности на растяжение при изгибе; предел прочности при сжатии.
Abstract: Disperse reinforcement of concrete with synthetic macro-fiber allows compensate the concrete shortcomings - low values of tensile strength, brittle fracture of high-strength concrete, creep of concrete. It is established that the introduction of macro-fiber Concrix ES in road concrete of classes B25-B35 increases the compressive strength compared to control samples, significantly increases tensile strength at bending (up to 20%). The most appropriate quantity of macro-fiber is 4.5 kg/m3 to improve the tensile strength in bending.
Key words: dispersed reinforcement; road concrete; synthetic macro-fiber; tensile strength in bending; compressive strength.
Свойства дисперсно-армированного бетона значительно зависят от свойств армирующих волокон (состав, длина, диаметр и их расход) [1-4]. В области разработок дисперсно-армированных бетонов проведено много исследований, но эта тема требует дальнейшего изучения при использовании синтетических макроволокон.
На эффективность дисперсного армирования оказывает влияние отношение модулей упругости материала макроволокна и цементной матрицы, расход волокон, химическая стойкость волокон по отношению к материалу матрицы, геометрические характеристики макроволокна (длина, диаметр, рельеф поверхности), соотношение размеров армирующих волокон с размерами неоднородностей структуры матрицы.
Синтетические макроволокна характеризуются более низким модулем упругости и повышенной деформативностью по сравнению со стальной фиброй. Однако стальная фибра подвержена коррозии. Из-за отсутствия коррозии синтетические волокна могут успешно использоваться для ряда задач, например на открытых площадках и дорогах с бетонным покрытием.
Необходимо установить количественное влияние синтетического макроволокна на прочностные характеристики дорожных бетонов. Дорожные бетоны изготавливаются из тяжелого бетона класса прочности В25-В35. В литературе, посвященной дисперсному армированию, этому вопросу уделено недостаточно внимания. Это определило направление исследований. Целью работы является изучение влияния синтетического макроволокна на прочностные свойства дорожного бетона.
http://vestnik-nauki.ru
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2016, Т 2, №3
В работе использовано синтетическое двухкомпонентное макроволокно Сопспх ББ на основе полиолефинов со следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 600 МПа, модуль упругости 11000 МПа, длина волокон 50 мм, диаметр волокна 0,5 мм, отношение длины волокна к его диаметру более 100, содержание волокон в 1кг - около 130000 шт., температура плавления 150°С (рис. 1-2).
Исследования по модифицированию синтетических волокон с целью их эффективного использования в составах цементных композитов проводятся многими учеными. Например, вопросы повышения модуля упругости, теплостойкости и гидрофильности полипропиленового волокна представлены в работе [5].
Таким образом, сегодня предлагаются технические решения по получению синтетических волокон, направленные на повышение теплостойкости, прочности, снижения деформа-тивности, повышения адгезии к цементной матрице. В настоящее время разработаны принципиально новые синтетические макроволокна, применение которых в составах тяжелого бетона требует дополнительных исследований.
Технологический процесс производства макроволокна Сопспх ББ предполагает направленную физическую и химическую модификацию с целью придания механической прочности самому волокну и химически реакционной активности поверхности волокна к продуктам гидратации цемента. Ядро и оболочка данного макроволокна состоят из различных синтетических полимеров (рисунок 3).
Материал ядра макроволокна имеет высокие прочностные характеристики, высокий модуль упругости. Материал оболочки макроволокна имеет высокую адгезию к цементному камню. Такие двухкомпонентные синтетические макроволокна были разработаны с целью повышения предела прочности при изгибе, снижения ползучести бетона.
Изучено влияние расхода макроволокна на удобоукладываемость и сохраняемость смеси. Для оценки удобоукладываемости пробы бетонной смеси для испытаний отбирались на месте ее приготовления согласно ГОСТ 10181-2014 из средней части замеса. Испытание начиналось не позднее чем через 10 минут после отбора пробы. При контроле определялась удобоукладываемость и плотность смеси.
Рисунок 1 - Внешний вид макроволокна Сопспх ББ
Рисунок 2 - Удобная упаковка макроволокон с помощью водорастворимой пленки
http://vestnik-nauki.ru
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2016, Т. 2, №3
Рисунок 3 - Строение макроволокна Сопспх ББ
Для определения влияния расхода макроволокна на удобоукладываемость и «живучесть» бетонной смеси были проведены эксперименты, результаты которых представлены на рис. 4. Расход цемента составил 430 кг/м3, В/Ц=0,44, суперпластификатор в количестве 0,6% [6-9]; расход синтетического макроволокна - 3 и 4,5 г/м3.
И я
Я о и ^
14 13 12 11
10 мин 1 час 1,5 час
■ без макроволокна 14 14 12
3 кг/ м3 14 14 13
4,5 кг/ м3 14 13 12
Рисунок 4 - Влияние расхода макроволокна на удобоукладываемость и сохраняемость
бетонной смеси
Согласно рис. 4 введение макроволокна в количестве 3-4,5 кг/м не приводит к увеличению водопотребности смеси и марка по удобоукладываемости смесей осталась прежней ПЗ.
Исследование влияния двухкомпонентного синтетического макроволокна Сопспх ББ на прочностные характеристики бетона было проведено на бетонной смеси состава БСТ В25 П3; а также на смесях для бетона классов прочности В30 и В35. Расход макроволокна составлял 3 и 4,5 кг/м3. Образцы бетона имели гладкую поверхность, при испытаниях на изгиб макроволокна в основном не рвались, а выдергивались из бетона (рис.5).
Результаты определения предела прочности при сжатии и на растяжение при изгибе образцов бетона с различным содержанием макроволокна в возрасте 28 суток представлены на рисунках 6-7.
Рисунок 5 - Образцы бетона 10^10x40 см после испытаний на растяжение при изгибе
В25 В30 В35
!й без машоволокна и3 кг/м3 л 4,5 кг/м3 Вид бетона
Рисунок 6 - Предел прочности при сжатии образцов бетона с различным содержанием
макроволокна
В25 В30 В35
% без машоволокна в3 кг/м3 с 4,5 кг/м3 Вид бетона
Рисунок 7 - Предел прочности на растяжении при изгибе образцов бетона с различным содержанием макроволокна
Введение в состав бетона синтетического двухкомпонентного макроволокна Concrix ES 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. Однако, 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 20%.
Таким образом, дисперсное армирование бетона макроволокном позволяет повысить прочность на растяжение при изгибе. В результате сравнительных испытаний установлен расход макроволокна для исследованного бетона В25-В35, который составил 4,5 кг/м3. Для дальнейших исследований эффективности применения синтетического макроволокна Concrix ES в составе дорожного бетона необходимо провести испытания по определению водонепроницаемости, морозостойкости, истираемости.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д. А., Морозов В.И., Магдеев У.Х. Прочность и де-формативность полиармированного фибробетона с применением аморфной металлической фибры // Academia. Архитектура и строительство, 2016. № 1. С. 107-111.
2. Шангина Н.Н., Харитонов А.М. Опыт применения стеклофибробетона для реставрации декорированного подвесного потолка станции метрополитена // Материалы семинара
Вестник науки и образования Северо-Запада России http://vestnik-nauki.ru -L--- 2016 Т. 2 №3
«Проблемы реставрации и обеспечения сохранности памятников культуры и истории» (Санкт-Петербург, 28-29.06.2012). СПб, 2012. С. 18-27.
3. Сарайкина К.А., Голубев В.А., Яковлев Г.И., Сычугов С.В., Первушин Г.Н. Повышение коррозионной стойкости базальтового волокна в цементных бетонах // Строительные материалы, 2016. № 1-2. С. 27-31.
4. Лукашев Д.В., Смирнова О.М. К вопросу о деформационно-упрочненных цементных композитах // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона, 2014. № 4. С. 410-412.
5. Angel M. Lopez-Buendiaa, Maria Dolores Romero-Sanchezb, Veronica Climentc, Celia Guillemb. Surface treated polypropylene (PP) fibres for reinforced concrete // Cement and Concrete Research, 2013. Vol. 54. P. 29-35.
6. Смирнова О.М. Высококачественные бетоны для предварительно напряженных железобетонных подрельсовых конструкций: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.23.05 -Строительные материалы и изделия; СПбГАСУ. Санкт-Петербург, 2013. 22 с.
7. Смирнова О. М. Высококачественные бетоны для сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций: монография. Санкт-Петербург: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2014. 67 c.
8. Смирнова О.М., Макаревич О.Е. Выбор водоредуцирующих добавок и их расходов для высокопрочных бетонов сборных конструкций // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона, 2014. № 4. С. 74-77.
9. Смирнова О.М. Использование минерального микронаполнителя для повышения активности портландцемента // Строительные материалы, 2015. № 3. С. 30-33.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Смирнова Ольга Михайловна ФГБОУ ВО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I», к.т.н., доцент кафедры «Строительные материалы и технологии», E-mail: [email protected]
Smirnova Olga Michailovna FSEI HE «Petersburg State Transport University», Sain-Petersburg, Department of Buildings Materials and Technology, PhD, Assoc. Professor, E-mail: [email protected]
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с автором статьи: 190031, Санкт-Петербург, пр.Московский, д.9, ФГБОУ ВО ПГУПС, кафедра «Строительные
материалы и технологии», Смирновой О. М. +7-9052826022
