ДИСПЕРСНЫЕ ВОЛОКНА КАК ДОБАВКА, ПОВЫШАЮЩАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

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.

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

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.