Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 19(63)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Архитектура, Строительство

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4

Библиографическое описание:
Магасумова А.Т., Руднов В.С., Беляков В.А. ДИСПЕРСНЫЕ ВОЛОКНА КАК ДОБАВКА, ПОВЫШАЮЩАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА // Студенческий: электрон. научн. журн. 2019. № 19(63). URL: https://sibac.info/journal/student/63/141621 (дата обращения: 19.09.2019).

ДИСПЕРСНЫЕ ВОЛОКНА КАК ДОБАВКА, ПОВЫШАЮЩАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

Магасумова Альвина Тансуровна

магистрант, кафедра Материаловедения в строительстве, УрФУ,

РФ, г. Екатеринбург

Руднов Василий Сергеевич

канд. геол.-минерал. наук., доцент кафедры Материаловедения в строительстве, УрФУ,

РФ, г. Екатеринбург

Беляков Владимир Александрович

канд. тех. наук., доцент кафедры Материаловедения в строительстве, УрФУ,

РФ, г. Екатеринбург

ВВЕДЕНИЕ

Ужесточение требований к безопасности зданий и сооружений привело к необходимости повышения показателей физико-технических свойств и долговечности строительных материалов, применяемых при строительстве, реконструкции и ремонте. Известно, что цементные бетоны, наиболее широко применяемые среди всех других материалов, обладая высокой прочностью на сжатие, имеют сравнительно низкие показатели прочности при растяжении и изгибе, трещиностойкости. Для улучшения показателей перечисленных свойств бетонов применяются различные способы армирования.

При традиционном армировании производство и эксплуатация бетонных сооружений сопровождаются трещинообразованием, обусловленным комплексом причин. Трещины, деформации или разрушения могут быть вызваны ударными, вибрационными, другими динамическими нагрузками; упущениями в расчетах и армировании; использованием некачественных материалов; нарушениями режимов тепловой обработки и технологии монтажа; разнородностью прочности, упругости и жесткости используемых материалов; потерей прочности основания [4].

Предупредить все вышеназванные причины трещинообразования в бетоне или снизить степень их влияния на свойства материала можно разными способами, одним из которых является дисперсное армирование бетона волокнами – стальными, стеклянными, базальтовыми, целлюлозными, синтетическими, углеродными и др. При введении в бетон волокна повышается прочность, поэтому фибру можно классифицировать по ГОСТ 24211-2008 как добавка повышающая прочность бетона. Армированный дисперсными волокнами бетон называют фибробетоном [1].

Такие бетоны представляют собой одну из разновидностей обширного класса композиционных материалов, которые на сегодняшний день все более широко применяются в различных отраслях промышленности. Дисперсное армирование осуществляется волокнами - фибрами, равномерно рассредоточиваемыми в объеме бетонной матрицы [5].

Использование волокон в качестве арматуры с целью преодоления недостаточной прочности при растяжении бетонных материалов может создать предпосылки для получения бетонов нового типа, с более широкими возможностями их применения в строительстве [7]. Как и в традиционно армированных структурах, упрочнение волокнами основывается на предположении, что материал бетонной матрицы передает волокнам приложенную нагрузку посредством касательных сил, действующих по поверхности раздела, и таким образом, основную долю напряжений воспринимают волокна.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В данной исследовательской работе выбраны следующие исходные материалы:

- портландцемент ЦЕМ I 42,5Н (ОАО «Сухоложскцемент»);

- песок речной (ООО «Brozex»);

- полипропиленовая фибра длиной 6 и 12 мм (ООО «Си Айрлайд»);

- базальтовая фибра длиной 6 и 12 мм (ООО «ГК Композитная Долина»);

- щебень 10-20 мм.

Характеристики волокна представлены в таблице 1 [6]. Рекомендация по расходу фибры от производителя: от 0,3 до 2,7 кг/м³ готовой бетонной смеси.

Таблица 1

Характеристики волокон.

Свойство

Полипропиленовое

Базальтовое

Материал

Полипропилен

Базальт

Плотность средняя, кг/м3

910

2800

Длина волокна, мм

6 и 12

6 и 12

Диаметр волокна, мкм

20

17

Температура плавления, оС

160

1450

Стойкость к щелочам и коррозии

Низкая

Высокая

Модуль упругости, МПа

(4-6)*103

>105

R разрыва, МПа

150-200

450-600

 

Эксперимент по изучению влияния размера, дозировки и вида дисперсного армирования на свойства мелкозернистого бетона заключается в формовании образцов мелкозернистого бетона с различным процентным содержанием волокна, но с одинаковым водоцементным отношением. За основу мы взяли контрольный состав из мелкозернистого бетона без добавления волокна в соответствии с ГОСТ 30459-2008: 500 кг/м3 цемента, 1500 кг/м3 песка, 350 л/м3 воды, с которым сравнивали прочностные свойства мелкозернистого бетона с добавлением полипропиленового волокна, а именно: Rсж и Rизг, и в будущем эффективность введения волокна ΔR28 [2].

После изготовления образцы хранили 24 часа в формах. По истечении времени образцы аккуратно расформовали и уложили в камеру с водой и оставили их набирать прочность для обеспечения условий твердения: температура Т=20±2 оС, влажность W=95±5 %.

После истечения срока твердения, в нашем случае это было 28 суток, испытывали образцы на прессе сначала на изгиб, а затем половинки на сжатие по методике согласно ГОСТ 310.4-81 [3].

На рисунке 1 представлены фотографии после испытаний прочности на изгиб образцов с полипропиленовым волокном.

 

   

Рисунок 1. Полипропиленовое волокно в мелкозернистом бетоне.

 

Результаты, полученные при испытании образцов с полипропиленовым и базальтовым волокном и без него на изгиб и на сжатие в возрасте 28 суток указаны в таблице 2. Номер состава определяет вид волокна (ПП- полипропиленовое, Б - базальтовое) и размеры (6 и 12 мм длиной).

По данным из таблицы 2 при добавлении ПП волокна 0,05 % объема по сравнению с контрольным образцом отмечается незначительное увеличение прочности на изгиб на 3 %. При добавлении ПП волокна 0,2 % прочность на изгиб увеличивается на 22 %.

Таблица 2

Результаты прочности образцов с полипропиленовым волокном

Состав

Содержание волокна, % об.

Средняя прочность Rизг, МПа

длиной 6 мм

длиной 12 мм

0-0

0

6,80

26,5

ПП

0,05

7,20

7,20

0,10

7,60

7,40

0,15

8,00

8,10

0,20

8,10

8,30

Б

0,05

7,30

7,30

0,10

7,60

7,80

0,15

8,20

8,40

0,20

8,50

8,80

 

При добавлении Б волокна 0,05 % объема по сравнению с контрольным образцом отмечается незначительное увеличение прочности на изгиб на 7 %. При добавлении Б волокна 0,2 % прочность на изгиб увеличивается на 29 %, доказывая, что волокно является добавкой, повышающей прочность в соответствии с ГОСТ 24211-2008 [1]. Дополнительно, можно отметить, что длина волокна так же положительно влияет на увеличение прочности на изгиб. Прочность на сжатие меняется не значительно.

Так как волокна являются добавками, повышающими прочность, то их эффективность оценивается по ГОСТ 30459-2008, по формуле [2]:

       .                                                      (1)

Результаты эффективности введения волокон приведены на рисунке 3.

Исходя из полученных результатов исследований влияния введения полипропиленовых и базальтовых волокон в мелкозернистый бетон можно уверенно говорить о значительном повышении прочности на изгиб, так как эффективность добавки с максимальной дозировкой составляет 22,10 % и 29,41 % соответственно, доказывая, что волокно является добавкой, повышающей прочность в соответствии с ГОСТ 24211-2008 [1]. Результаты прочности на сжатие с введением фибры значительно не меняются.

 

Рисунок 3. Оценка эффективности введения волокон в зависимости от дозировки, вида и длины волокна.

 

Исходя из результатов и цены, рациональнее использовать базальтовую фибру длиной 12 мм с дозировкой 0,20 % об.

 

Список литературы:

  1. ГОСТ 24211-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. Москва: Изд-во стандартов, 2011. 11 с.
  2. ГОСТ 30459-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности. Москва: Изд-во стандартов, 2011. 14 с.
  3. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии. Москва: Госстрой СССР, 1981. 11 с.
  4. Клюев С.В. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон с использованием полипропиленового волокна / С.В. Клюев, Р.В. Лесовик // Бетон и железобетон. 2011. № 3. С. 24-28.
  5. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов / Ф.Н. Рабинович. Москва: Стройиздат, 2011. 642 с.
  6. Руднов В.С. Влияние дисперсного армирования на деформационно-прочностные свойства бетона / С.В. Московский, А.С. Носков, В.С. Руднов, В.Н. Алехин // Академический вестник УралНИИПроект РААСН. 2016. № 3. С. 67-71
  7. V. Rudnov, V. Belyakov, S. Moskovsky Properties and Design Characteristics of the Fiber Concrete // Procedia Engineering. 2016. № 150. С. 1536-1540

Оставить комментарий