Материал: Химия, физика и механика материалов. Рудаков О.Б., Перцев В.Т

Химия, физика и механика материалов № 3 (22), 2019

In work offers on structures of a fibrobeton are developed for floors. The possibility of replacement of a basalt fibrovolokn by polypropylene is studied. It is established that use of polypropylene fiber of the Fibra No. 1 brand (manufacturer LLC INKOMSTROY) allows to receive concrete for floors and couplers with the characteristics set by normative documents. The optimum expense of a fibrovolokn made 2 kg on 1 m3 of mix.

Keywords: fibrovolokno, concrete for the device of floors, durability at compression, durability at a bend, an istirayemost, crack resistance

Введение.Несмотря на большое количество современных строительных материалов для устройства полов и стяжек бетоны и растворы на основе цемента широко используются для этих целей. Основные характеристики таких обусловлены видом и интенсивностью воздействий на них. Так, в зависимости от интенсивности механических воздействий на пол (согласно СП 29.13330.2011 [1]) класс бетона по прочности на сжатие должен быть не ниже В15 (для слабой интенсивности воздействий) до В40 (для значительной). При этом класс бетона по прочности на растяжение при изгибе соответственно от Вtb 2,0 до Вtb 4,0. Показатель истираемости полов из цементных бетонов – не более 0,4 г/см2 (полы малопылящие). Помимо этого, к бе-

тонам для полов и стяжек предъявляются особые требования по показателям деформативности (трещиностойкости и усадки), а также по износостойкости и долговечности. Как показывает практика классические составы цементного бетона не в полной мере отвечают этим требованиям.

Современные исследования [2-4] показывают возможность решения

поставленной задачи путем введения в бетон сочетания компонентов, обладающих различной прочностью и деформативными свойствами органического и неорганического происхождения. В частности, имеются ввиду компоненты в виде дисперсно-распределенных в объеме бетона армирующих волокон диаметром от 10-5 до 10-8 м. Композиционный материалсостоящий

из цементной (плотной или поризованной, с заполнителем или без него)

5

матрицы равномерным или заданным распределением по ее объему ориен-

тированных или хаотично расположенных дискретных волокон (фибр) различного происхождения называют фибробетоном.

Исследования, проводимые на протяжении последних трех десятилетий, убедительно показывают, что дисперсное армирование улучшает механические характеристики бетонов: повышает трещиностойкость, ударостойкость, прочность при растяжении и изгибе;способствует стойкости бетона к воздействию агрессивной среды; позволяет сократить рабочие сечения конструкций и в ряде случаев отказаться от использованиястержневой арматуры или уменьшить ее расход. Таким образом, применение фибробетонов создает условия для снижения материалоемкости и трудоемкости строительной продукции, расширения ее номенклатуры, повышения архитектурно-

художественной выразительности вновь строящихся или реконструируемыхобъектов[5, 6].

Всвязи с вышесказанным достаточно актуальным является использование фибробетона для обустройства стяжек и полов задний как промышленного, так и гражданского назначения.

Внастоящее время для производства фибробетона используются как металлические (чаще всего стальные), так и неметаллические (минеральные

исинтетические) волокна. Наиболее широкое распространение среди минеральных фибр получили базальтные волокна. Разработано большое количество составов фибробетона с базальтными волокнами [7-9]. Однако, как показывают исследования [10], длительное воздействие щелочной среды, ха-

рактерной для цементного камня, способствует растворению базальтной фибры и, как следствие, возможному снижению характеристик бетона. Альтернативой базальтной фибры являются полимерные (полиамидные, полипропиленовый, полиэфирные и т.п.) волокна [11]. Настоящие исследования

посвящены разработке составов фибробетона для полов и стяжек с различными армирующими волокнами.

6

Химия, физика и механика материалов № 3 (22), 2019

Экспериментальная часть

В работе использовали следующие сырьевые материалы: портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Н, ГОСТ 31108-2003, щебень гранитный фракции 5- 20 мм ОАО «Павловск неруд», песок с модулем крупности 1,9-2,2 Тамбов-

ского песчаного карьера (ООО ДСО «Калачеевская»). В качестве армирующего добавки использовалось фиброволокно марки Fibra №1 (изготовитель

ООО «ИНКОМСТРОЙ») с характеристиками, приведенными в таблице.

Характеристики фиброволокна

Состав бетона принят в соответствии с нормативными документами для класса по прочности на сжатие В 25. На первом этапе определялся оптимальный расход фиброволокна, критериями оптимальности являлись прочность бетона при сжатии и изгибе. Расход фиброволокна варьировался от 1 до 5 кг на 1 м3 смеси с шагом 1 кг. Образцы для испытания изготавливались согласно требованиям ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения

прочности по контрольным образцам». На втором этапе для бетона оптимального состава определялись показатели истираемости и трещиностойкости.

Испытания образцов на прочность на сжатии и на растяжение при изгибе проводились в соответствии с требованиям ГОСТ 10180-2012 «Бетоны.

Методы определения прочности по контрольным образцам».

Испытания образцов на истираемость проводились в соответствии с требованиям ГОСТ 13087-81 «Бетоны. Методы определения истираемости». Тре-

щиностойкость бетона определялась по показателю критического коэффициента интенсивности напряжений при нормальном отрыве (вязкость разрушения)

7

ячеистого бетона путем испытания специальных образцов-призм с надрезом,

выполняющим роль инициатора развитии магистральной трещины в образце при нагружении его по схеме трехточечного сосредоточенного изгиба.

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследований осуществлялся подбор оптимального расхода армирующего фиброволокна. Результаты исследований приведены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Зависимость прочности при сжатии от вида и расхода фиброволокна.

Из полученных данных видно, что введение фиброволокна любого типа повышает прочностные показатели бетона. При этом прочность при сжатии увеличивается всего на 20-40 %, а прочность при изгибе в 2-2,5 раза, что

объясняется армирующим действием волокон, которые создают армирующую сетку.

8

Химия, физика и механика материалов № 3 (22), 2019

Рис. 2. Зависимость прочности при изгибе от вида и расхода фиброволокна

Что касается влияния типа фиброволокон на основные характеристики бетона, то бетон с полипропиленовыми волокнами показывает большие значения прочности при сжатии при одинаковом расходе фибры. Так при расходе волокна 3 кг на 1 м3 смеси прочность бетона с полипропиленовой фиб-

рой на 25% выше, чем с базальтной. То есть полипропиленова фибра лучше армирует, «сшивает» структуру бетона и препятствует продвижению и росту трещин в теле материала. Показатели прочности при изгибе для фиброволокна различного типа отличаются незначительно и находятся в пределах ошибки опыта. В целом можно определить, что оптимальный расход фиброволокна любого типа, как с точки зрения свойств бетона, так и по изменению стоимости бетона, составляет 2 кг на 1 м3 смеси.

На рис. 3 и 4 приведены результаты определения показателей истираемости и критического коэффициента интенсивности напряжений KIC для

бетонов с оптимальным расходом фиброволокна.

9