Исходные материалы
В качестве исходных материалов для экспериментального состава мелкозернистого бетона использовали следующие материалы:
- композиционный портландцемент со шлаком и известняком до 20% ЦЕМ II/ А-К(Ш-И) 42,5Н ГОСТ 31108-2016ООО «Холсим (Рус)СМ»;
- песок кварцево-полевошпатовый с модулем крупности Мкр=2,3;
- щебень гранитный фракции 5…20 мм;
- вода по ГОСТ 23732;
- суперпластификатор С-3;
- воздухововлекающая добавка раствор СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая);
- базальтовая фибра;
- микрофибра Fibrofor High Grade 190 швейцарской компании ContecFiber AG, материал фибры – чистый полиолефин со сплетенными между собой волокнами, тип «сота», предел прочности на растяжение не менее 400 Н/мм2;
- макрофибра Concrix ES50, производитель ContecFiber AG, – двухкомпонентное (синтетическое) макроволокно, материал фибры – чистый полиолефин, предел прочности при растяжении – не менее 600 Н/мм2.
Минералогический состав и некоторые физико-механические характеристики используемого цемента, принятые согласно протоколу качественных сырьевых характеристик от производителя LafargeHolcim, приведены в табл. 3 и на рис. 11.
Результаты испытаний
Подбор оптимальных дозировок полипропиленовых фибр
Для подбора оптимального содержания полипропиленовых фибр Concrix ES50 и Fibrofor High Grade 190 в составе мелкозернистого бетона были определены следующие параметры:
- удобоукладываемость;
- сохраняемость бетонной смеси;
- предел прочности при изгибе;
- предел прочности при сжатии.
Экспериментальные рецептуры бетона с макрофиброй Concrix ES50 и микрофиброй Fibrofor High Grade 190 представлены в табл. 4.
При контроле определялись следующие параметры: удобоукладываемость и сохраняемость бетонной смеси. Для оценки удобоукладываемости пробы бетонной смеси для испытаний отбирались на месте ее приготовления согласно ГОСТ 10181-2014 из средней части замеса. Испытание начиналось не позднее чем через 10 минут после отбора пробы. Полученные результаты представлены на рис. 12.
Исследование влияния макроволокна Concrix ES50 и микрофибры Fibrofor High Grade 190 на прочностные характеристики бетона было проведено в составах бетонных смесей, принятых по табл. 4. Бетонные образцы обладали гладкой поверхностью. При проведении испытаний на изгиб волокна в основном не рвались, а выдергивались из бетона. Результаты определения предела прочности при изгибе и сжатии образцов бетона с различным содержанием макроволокна Concrix ES50 (CES)и микроволокна Fibrofor High Grade 190 (FHG)в возрасте 28 суток представлены на рисунке 13.
По результатам проведенных испытаний было получено, что введение макроволокна Concrix ES50 в количестве 3 и 4,5 кг/м3 не приводит к увеличению водопотребности смеси, а марка по удобоукладываемости остается без изменений.
Введение в состав бетона макроволокна Concrix ES50 в количестве 3 кг/м3 повышает предел прочности при сжатии в большей степени по сравнению с составом, содержащим макроволокно в количестве 4,5 кг/м3.
Исходя из условия повышения предела прочности на растяжении при изгибе, следует выбирать состав бетона, содержащий макроволокно в количестве 4,5 кг/м3. С таким содержанием макроволокна предел прочности на растяжение при изгибе увеличивается до 42%, в то время как 3 кг/мЗ увеличивает предел прочности при изгибе до 23%.
При введении синтетического микроволокна Fibrofor High Grade 190 с расходом 0,9 и 1,0 кг/мЗ осадка конуса несколько уменьшилась, марка по удобоукладываемости смеси осталась прежней ПЗ. Таким образом, из условия сохранения водопотребности смеси, целесообразно назначать расход волокна 0,9-1,0 кг/мЗ.
Введение в состав бетона микроволокна Fibrofor High Grade 190 в количестве 1,1 кг/м3 повышает предел прочности при сжатии и предел прочности на растяжение при изгибе в большей степени по сравнению с составами, содержащими микроволокно в количестве 0,9 и 1,0 кг/м3. Однако разница между значениями физикомеханических показателей рецептуры с микроволокном в количестве 1,0 кг/м3 и 1,1 кг/м3 не значительна.
Сравнение полипропиленовой фибры Concrix ES50, FibroforHighGrade 190 и базовой базальтовой фибры
Для испытания бетона на прочность при сжатии и растяжении при изгибе были изготовлены образцы – кубы размером 100x100x100 мм и балки размером 100x100x240 мм. В табл. 5 представлены экспериментальные составы исследуемых рецептур бетона с добавками микроволокон Fibrofor High Grade 190, макроволокон Concrix ES50 и базового базальтового волокна.
Результаты испытания бетонных образцов на прочность при сжатии и прочность на растяжение при изгибе в возрасте 7 и 28 суток представлены на рис. 14-15.
Введение микрофибры Fibrofor High Grade 190 (1 кг/м3) позволило увеличить прочность бетона при сжатии в возрасте 7 суток на 9%, а в возрасте 28 суток на 14,5%.
Применение макрофибры Concrix ES50 (4,5 кг/м3) увеличило прочность бетона при сжатии в возрасте 7 суток на 5%, а в возрасте 28 суток – на 4%.
Содержание базальтовой фибры 1,4 кг/м3 снизило прочность бетона при сжатии в возрасте 7 суток на 3%, а в возрасте 28 суток – на 8%.
Введение микрофибры Fibrofor High Grade 190 (1 кг/м3) позволило увеличить прочность бетона на растяжение при изгибе в возрасте 7 суток на 9%, а в возрасте 28 суток – на 23%.
Применение макрофибры Concrix ES50 (4,5 кг/м3) при приготовлении бетонной смеси в значительной степени повлияло на увеличение прочности бетона на растяжение при изгибе. В возрасте 7 суток прочность бетона на растяжение при изгибе увеличилась на 18% по сравнению с контрольными образцами бетона без фибры, а в возрасте 28 суток возросла на 33%.
Содержание базальтовой фибры 1,4 кг/м3 повысило прочность бетона при изгибе в возрасте 7 суток на 15%, а в возрасте 28 суток – на 31%.
Выводы
По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы:
− многочисленные исследования, проведенные учеными из различных стран, не дают однозначного ответа об абсолютных преимуществах того или иного вида фибры, однако большинство исследователей отмечают преимущественное использование в бетоне стальной, базальтовой и полипропиленовой фибры;
− выбор фибры для армирования бетонов следует определять, исходя из функционального назначения конструкций и условий эксплуатации с учетом видов коррозионных воздействий: при эксплуатации в условиях воздействия кислот предпочтение следует отдавать базальтовой и полипропиленовой фибре, в условиях воздействия щелочей – стальной и полипропиленовой;
− эффективность применения фибры для армирования бетонов определяется, прежде всего, оптимально подобранной дозировкой для каждого вида фибры, при этом оптимальные дозировки фибры различных видов могут существенно отличаться для одинаковых технологических составов бетона.
