Прочностные и деформативные свойства фибробетона с макрофиброй на основе полиолефинов

Дисперсное армирование бетонов является эффективным методом повышения его предела прочности при растяжении. С этой целью можно использовать фибру на стальной, полимерной или минеральной основе. Актуален вопрос применения в составах цементных тяжелых бетонов макрофибры на полимерной основе, преимуществом которой является хорошая коррозионная стойкость по сравнению со стальной фиброй. В работе исследовано влияние макрофибры на основе полиолефинов на механические свойства тяжелого бетона классов прочности В25–В50. Установлены корреляционные зависимости прочностных свойств бетона (предел прочности при сжатии, растяжение при изгибе, прочность при одноосном растяжении) и деформативных свойств (модуль упругости, коэффициент Пуассона) от водоцементного отношения и продолжительности твердения. Повышение прочности на растяжение при изгибе у образцов с фиброй наблюдалось на всем исследованном диапазоне водоцементных отношений от 0,5 до 0,31 по сравнению с контрольным составом. При этом более интенсивный прирост повышения прочности на растяжение при изгибе происходил при снижении водоцементного отношения. Это можно объяснить тем, что плотность цементного камня повышалась с уменьшением водоцементного отношения, и это приводило к повышению сил трения между цементным камнем и фиброй. Анализ характера разрушений образцов с фиброй при разном водоцементном отношении показал, что разорванная фибра отсутствует, наблюдается выдергивание макрофибры из бетона при его разрушении. Можно предположить, что сопротивление силам трения между фиброй и цементным камнем меньше сопротивления материала фибры растяжению. Следовательно, для повышения эффективности полиолефиновой макрофибры в тяжелом бетоне необходимо совершенствовать структуру цементного камня и бетона с целью повышения его плотности.

О.М. СМИРНОВА¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
А.М. ХАРИТОНОВ², д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Санкт-Петербургский горный университет (199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21-я линия, 2)
² Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, 4)

1. Weber Wolfgang E., Viktor Mechtcherine. Modeling the dynamic properties of fibre-reinforced concrete with different coating technologies of multifilament yarns. Cement and Concrete Composites. 2016. Vol. 73, pp. 257–266.
2. Смирнова О.М. Влияние дисперсного армирования синтетическим макроволокном на прочность дорожного бетона // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2016. Т. 2. № 3. С. 15–19.
2. Smirnova О.М. Influence of dispersed reinforcement with synthetic macrofibre on the strength of road concrete. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii. 2016. Vol. 2. No. 3, pp. 15–19. (In Russian).
3. Weber W., Zastrau B.W. Analytical description of FRC subjected to transient loads. Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2013. 51 (1), pp. 183–194.
4. Шангина Н.Н., Харитонов А.М. Опыт применения стеклофибробетона для реставрации декорированного подвесного потолка станции метрополитена. Материалы семинара «Проблемы реставрации и обеспечения сохранности памятников культуры и истории». Санкт-Петербург. 2012. № 2011. С. 18–27.
4. Shangina N.N., Kharitonov A.M. Experience of the use of glass fiber reinforced concrete for the restoration of the decorated suspended ceiling of the metro station. Materials of the seminar «Problems of restoration and preservation of monuments of culture and history». Saint-Petersburg. 2012. No. 2011, pp. 18–27. (In Russian).
5. Пухаренко Ю.В., Голубев В.Ю. О вязкости разрушения фибробетона // Вестник гражданских инженеров. 2008. № 3. С. 80–83.
5. Pukharenko Yu.V., Golubev V.Yu. On the fracture toughness of fiber reinforced concrete. Vestnik grazhdanskix inzhenerov. 2008. No. 3, pp. 80–83. (In Russian).
6. Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Морозов В.И., Магдеев У.Х. Прочность и деформативность полиармированного фибробетона с применением аморфной металлической фибры // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 1. С. 107–111.
6. Pukharenko Yu.V., Panteleev D.A., Morozov I.V., Magdeev W.H. Strength and deformability of poly-reinforced fiber concrete with the use of amorphous metal fiber. Academia. Arxitektura i stroitel’stvo. 2016. No. 1, pp. 107–111. (In Russian).
7. Kharitonov A., Shangina N., Glass Fibre Reinforced concrete as a material for large hanging ceiling designs in underground station restorations. Proceedings of the International Conference, Concrete in the Low Carbon Era. Scotland, UK. University of Dundee. 9–11 July 2012, pp. 823–831.
8. Смирнова О.М., Андреева Е.В. Свойства тяжелого бетона, дисперсно-армированного синтетическим микроволокном // Строительные материалы. 2016. № 11. С. 17–20.
8. Smirnova О.М., Andreeva E.V. Properties of heavy concrete disperse-reinforced with synthetic micro-fiber. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 11, pp. 17–20. (In Russian).
9. Yan L., Pendleton R.L., Jenkins C.H. Interface morphologies in polyolefin fiber reinforced concrete composites. Composites, Part A. 1998. Vol. 29A, pp. 643– 650.
10. Yan L., Jenkins C.H., Pendleton R.L. Polyоlefin fiber-reinforced concrete composites: Part II. Damping and interface debonding. Cement and Concrete Research. 2000. Vol. 30 (3), pp. 403–410.
11. Tagnit-Hamou A., Vanhove Y., Petrov N. Microstructural analysis of the bond mechanism between polyolefin fibers and cement pastes. Cement and Concrete research. 2005. Vol. 35 (2), pp. 364–370.
12. Конференция «Полиолефины 2017» // Полимерные трубы. 2017. № 4 (58). С. 44–46.
12. Conference «Polyolefins 2017». Polimernye truby. 2017. No. 4 (58), pp. 44–46. (In Russian).
13. Zhao Ron (Rongguo), Wadsworth Larry C. Study of polypropylene/poly(ethylene terephthalate) bicomponent melt-blowing process: The fiber temperature and elongational viscosity profiles of the spinline. Journal of Applied Polymer Science. 2003. Vol. 89, pp. 1145–1150. https://doi.org/10.1002/app.12321
14. Cho H.H., Kang K.H., Ito H., Kikutani T. Fine structure and physical properties of polyethylene/poly(ethylene terephthalate) bicomponent fibers in high-speed spinning. I. Polyethylene sheath/poly(ethylene terephthalate) core fibers. Journal of Applied Polymer Science. 2000. Vol. 77, pp. 2254–2266. https://doi.org/10.1002/1097-4628(20000906)77:10<2254::AID-APP19>3.0.CO;2-M
15. Kaufmann Josef, Lübben Jörn, Eugen Schwitter. Mechanical reinforcement of concrete with bi-component fibers. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2007. Vol. 38 (9), pp. 1975–1984.
16. Pyle Russell W. Product and method for incorporating synthetic polymer fibers into cement mixtures. U.S. Patent No. 6,258,159. 10 Jul. 2001.
17. Chatterji Jiten, et al. Cementing wells with crack and shatter resistant cement. U.S. Patent No. 6,308,777. 30 Oct. 2001.
18. Linfa Yan, Pendleton R.L., Jenkins C.H.M.. «Interface morphologies in polyolefin fiber reinforced concrete composites.» Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 1998. Vol. 29.5, pp. 643–650.
19. Ta-Yuan Han, et al. Influence of polyolefin fibers on the engineering properties of cement-based composites containing silica fume. Materials&Design. 2012. Vol. 37, pp. 569–576.
20. Liberato Ferrara, Ozyurt Nilufer, Prisco Marco Di. High mechanical performance of fibre reinforced cementitious composites: the role of “casting-flow induced” fibre orientation. Materials and Structures. 2011. Vol. 44 (1), pp. 109–128.