Зміцнення бетону за допомогою фібри

- щебінь гранітний фракцій від 5 до 20 мм виробництва ВАТ «Пенізевицький кар’єр» – 1150…1170 кг/м3;

- пісок річковий дніпровський з модулем крупності 1, 55 – 650…700 кг/м3;

- хімічна добавка Sika Plast 520 – 0, 5…1, 4%;

- водо-цементне відношення В/Ц≤ 0, 5;

- осадка конуса – 10±2 см;

- металева фібра вмістом від 25 до 45 кг/м3;

- поліпропіленова фібра – 0, 9 кг/м3;

- базальтова фібра – від 2 до 6 кг/м3;

- сополімерна фібра – від 2 до 6 кг/м3;

- полімерна армувальна фібра – від 2 до 6 кг/м3;

Усього було виготовлено 20 серій фібробетонних зразків з такою кількістю: у кожній серії по 3 зразки розмірами 100х100х100 мм і 100х100х400 мм відповідно для випробувань міцності на стиск і розтяг при згині. Вибіркові партії зразків розмірами 70, 7х70, 7х70, 7 мм випробувані на стираність.

Виготовлення дослідних зразків проводили у чотири етапи:

1) перемішували суху суміш цементу, піску і щебеню;

2) у процесі перемішування вводили відповідну фібру, після досягнення однорідності суміші додавали воду і хімічну добавку;

3) визначали осадку конуса та щільність отриманої суміші;

4) виготовляли дослідні зразки на лабораторному вібростенді.

5) при відхиленні від нормативних величин вносили корективи у відповідні величини: (вміст води, добавки Sika Plast 520, щебінь, пісок), для отримання необхідних результатів.

Для перемішування суміші використовували бетонозмішувачі примусової дії моделі IPEРBET (Італія). Ущільнювали зразки на лабораторному вібростолі CONTROLS (Італія).

Зберігання та тверднення зразків відбувалося у камері нормального тверднення з середньою температурою +220С і вологістю 95% згідно з вимогами чинних норм [1]. Розпалублення зразків, призначених для випробування на стиск і стиранність проводили через 24 години, а зразки для визначення міцності на розтяг при згині – через 96 год.

Випробування міцності бетону на стиск проводили відповідно до вимог чинних норм [1] на випробувальному пресі 50-С46F/S виробництва фірми CONTROLS (Італія).

Збільшення міцності, отримане за результатами дослідження фібробетонних зразків представлено у табл. 1.

 

Таблиця 1

Збільшення максимальної міцності фібробетонів у порівнянні з неармованим бетоном

Примітки: 1. За даними КНУБА міцність фібробетону з базальтовою фіброю на розтяг при згині при матриці В30 зростає на 29%, а при матриці – розчині М100, для міцності на стиск – на 58%. 2. Для фібробетону з базальтовою фіброю і матрицею В7, 5 – В30 наведені середні дані. 3. Зростання міцності в залежності від довжини фібри наведено на рис. 2

Окрім міцності виконані дослідження розподілення у тілі фібробетону різних видів фібри. Так, при використанні фібробетону підвищеної рухомості пластичності П4, П5 за умови подавання фібробетону бетононасосом при укладанні, перевезенні і перекачуванні фібробетону відбувається суттєве розшарування сталефібробетону. Встановлено, що концентрація металевої фібри у верхніх шарах покриття, які найбільш динамічно напружені, зменшується у 10…12, 5 разів. Це суттєво погіршує протидію тріщиноутворенню. При використанні базальтової фібри такого не спостерігається. 

 

На рис. 3 наведені результати досліджень розподілення металевої фібри на поверхні підлоги. Сліди розташування фібри визначали після фрезерування на глибину 5…7 мм поверхні підлоги. З наведених рисунків можна переконатися у край нерівномірному розподіленню фібри на поверхні сталефібробетонної підлоги.

Якщо розглянути рис. 3, а, то можна засвідчити, що кількість наявної фібри у різних місцях підлоги може відрізнятися більш ніж у 3 рази. Іще разючіша різниця у щільності розташування фібри наведена на рис. 3, в. Тут різниця у кількості фібри у різних місцях підлоги сягає 6 разів.

Великий власний досвід виготовлення підлог та узагальнення і аналіз роботи багатьох організацій дозволили авторам визначити економічний ефект використання різних видів фібр. За результатами цих досліджень встановлено, що найбільш ефективною з точки зору вартості є базальтова фібра. Так, вартість на 1 м3 бетону фібри ТОВ «Технобазальтінвест» (Україна) виявився майже у 2 рази дешевшою за полімерну армувальну (ТОВ «Пульсар», Польща), у 3 рази – за металеву (ТОВ «Стальканат», Україна) та більш, ніж у 4 рази – за сополімерну (ТОВ «Альпі-Львів», США).

 

Висновки. 1. Найбільш ефективними слід вважати базальтову, полімерну армувальну та сополімерну фібри. При найбільш ефективному вмісті такої фібри у бетонну матрицю класу В30, П3, F150, W2 міцність на розтяг при згині збільшується на 30…50% у порівнянні з бетонними зразками.

2. Фібробетон на базі металевої фібри показує приріст міцності на розтяг при згині при аналогічній матриці до 20%.

3. Базальтова – єдина фібра у класі неметалевих фібр, яка не дає зменшення міцності на розтяг при згині при ефективному вмісті фібри. У той же час використання полімерної армувальної фібри може знизити міцність на 6%, а сополімерної – на 7, 6%.

4. Водопоглинання у базальтобетонній суміші майже на порядок менше, ніж у поліпропіленової.

5. При низьких класах бетонної матриці (наприклад, для В7, 5) введення базальтової фібри може підвищити міцність на стиск більше, ніж на 50-60%.

6. Дослідження засвідчили суттєве розшарування сталефібробетону при підвищеній рухомості. Так, концентрація металевої фібри у верхніх шарах бетонного покриття зменшується у 10…12, 5 разів при максимально допустимому  15%.

7. При проектуванні складу фібробетону необхідний комплексний підхід до урахування різних його властивостей таких, як довговічність, трищіностійкість, морозостійкість, ударна міцність, опір стиранності, водонепроникності, міцності на розтяг при згині і на стиск.

Вкрай бажано оптимізувати вміст фібри, що підвищить ефективність комплексного матеріалу та знизить його вартість.

8. Результати проведених досліджень, а також критичний аналіз досліджень інших авторів і організацій, дозволяє дійти висновку про переваги базальтової фібри виробництва ТОВ «Технобазальт – Інвест» для виробництва базальтофібробетону з матриць класів В7, 5…В40 без обмежень, за критеріями стійкості, довговічності та експлуатаційної надійності..

 

1. ДСТУ БВ. 2. 7-214: 2009. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками.

2. Войлоков И. А., Кожаєв С. Ф. Базальтофібробетон. Исторический экскурс. //Инженерно-строительный журнал, №4, 2009 – С. 26-31.

3. Рабинович Ф. Н. Композиты на основе дисперсно – армированных бетонов. -М. -2004 – 550с.

4. Малик М. М., Мельник В. К., Барашиков А. Я. Шляхи удосконалення методів контролю якості при влаштуванні промислових фібробетонних підлог //Вісник ДонНАБА. -Вип. 2005-8 (5) – С. 165-171.