Повышение эффективности дисперсного армирования в высокопрочных самоуплотняющихся и каркасных бетонах

Приведены результаты экспериментально-теоретических исследований дисперсно-армированных бетонов. Цель исследования состояла в установлении физико-механических свойств самоуплотняющихся, каркасных бетонов и фибробетонов. При выполнении исследований использованы: вяжущее – белый цемент; реакционно-активная добавка – белая сажа БС-100; добавки-пластификаторы – суперпластификатор на поликарбоксилатной основе. Для увеличения объема дисперсной фазы применялся комбинированный наполнитель из реологически-активных тонкомолотых пород: кварцевая мука R-6 и микрокальцит RM-5. Для формирования наполненной структуры композита также использовался песок мелкий ПБ-150, а в качестве дисперсной арматуры на первом этапе применялась стальная микрофибра «БМЗ» и стеклянная фибра «Антикрек шп». Дисперсное армирование стеклянной фиброй диаметром 0,15 мм и длиной 18 мм при объемном армировании 0,8% увеличило прочность композита при сжатии на 13,4%, прочность на растяжение при изгибе на 12,6%. Дисперсное армирование металлической фиброй диаметром 0,15 мм и длиной 15 мм при объемном армировании 4,2% способствовало увеличению прочности при сжатии на 46,5%, прочности на растяжение при изгибе на 186,7%. Дальнейшее повышение прочности фибробетонов возможно за счет усиления анкеровки фибры в матрице. Поэтому на втором этапе установлено влияние различных видов металлической арматуры, отличающихся формой и типом анкера, на свойства дисперсно-армированного бетона. Показано повышение прочности при изгибе и сжатии от введения дисперсной арматуры типов «Весна», «Волна» и «Драмикс». Выдвинуто предположение об эффективности применения фибры гантелеобразной формы в современных реакционно-порошковых композитах, а также изготовления материалов с применением каркасной технологии, заключающейся сначала в формировании каркаса из склеенных зерен крупного заполнителя и затем в пропитке его пустот матричной составляющей. Выполнено сравнение расчетной и фактической прочности фибробетонов.

В.Т. ЕРОФЕЕВ¹, академик РААСН, д-р техн. наук, профессор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
О.В. ТАРАКАНОВ², д-р техн. наук, (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
С.В. АНАНЬЕВ³, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.В. ЛЕСНОВ⁴, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
И.В. ЕРОФЕЕВА¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Я.А. САНЯГИНА⁵, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Н.С. СИДОРОВ³, студент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Ю.С. АНАНЬЕВА³, студентка (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
² Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28)
³ Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (600000, г. Владимир, ул. Горького, 87)
⁴ Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68)
⁵ Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)

1. Морозов В.И., Пухаренко Ю.В. Эффективность применения фибробетона в конструкциях при динамических воздействиях // Вестник МГСУ. 2014. № 3. С. 189–196.
1. Morozov V.I., Pukharenko Yu.V. Efficiency of using fiber-reinforced concrete in structures under dynamic influences. Vestnik MGSU. 2014. No. 3, pp. 189–196. (In Russian).
2. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И. и др. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях. Ч. 2 // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 9–13.
2. Kaprielov S.S., Travush V.I., Karpenko N.I. et al. Modified high-strength concrete of classes B80 and B90 in monolithic structures. Part 2. Stroitel’nye Materialy [Construction Materialy]. 2008. No. 3, pp. 9–13. (In Russian).
3. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции: Монография. М.: АСВ, 2011. 642 с.
3. Rabinovich F.N. Kompozity na osnove dispersno armirovannykh betonov. Voprosy teorii i proyektirovaniya, tekhnologiya, konstruktsii: Monografiya [Composites based on dispersed reinforced concrete. Questions of theory and design, technology, structures: Monograph]. Mosocw: ASV. 2011. 642 p.
4. Клюев С.В. Высокопрочный фибробетон для промышленного и гражданского строительства // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 61–66.
4. Klyuev S.V. High-strength fiber-reinforced concrete for industrial and civil construction. Magazine of Civil Engineering. 2012. No. 8 (34), pp. 61–66.
5. Зерцалов М.Г., Хотеев Е.А. Экспериментальное определение характеристик трещиностойкости фибробетона // Вестник МГСУ. 2014. № 5. С. 91–99.
5. Zertsalov M.G., Khoteev E.A. Experimental determination of the crack resistance characteristics of fiber-reinforced concrete. Vestnik MGSU. 2014. No. 5, pp. 91–99. (In Russian).
6. Леснов В.В., Борискин А.С., Ерофеев В.Т., Коняшин А.А. Дисперсно-армированные композиты для дорожных покрытий и транспортных сооружений // Транспортное строительство. 2007. № 5. С. 24–27.
6. Lesnov V.V., Boriskin A.S., Erofeev V.T., Konyashin A.A. Dispersion-reinforced composites for road surfaces and transport structures. Transportnoye stroitel’stvo. 2007. No. 5, pp. 24–27. (In Russian).
7. Lesovik R.V., Klyuyev S.V., Klyuyev A.V., Erofeev V.T., Durachenko A.V. Fine-grain concrete reinforced by polypropylene fiber. Research Journal of Applied Sciences. 2015. Vol. 10 (10), pp. 624–628.
8. ASTM C1856/C1856M-17 Standard practice for fabricating and testing specimens of ultra-high performance concrete. 2017. DOI: 10.1520/C1856_C1856M-17
9. Wang D., Shi C., Wu Z., Xiao J., Huang Z., Fang Z. A review on ultra high performance concrete: Part II. Hydration, microstructure and properties. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 96, pp. 368–377. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.08.095
10. Mayhoub O.A., Nasr E.S.A.R., Ali Y.A., Kohail M. The influence of ingredients on the properties of reactive powder concrete: a review, Ain Shams Engineering Journal. 2021. Vol. 12. Iss. 1, pp. 145–158. https://doi.org/10.1016/j.asej.2020.07.016
11. Song J., Liu S. Properties of reactive powder concrete and its application in highway bridge. Advances in Materials Science and Engineering. 2016. 5460241. https://doi.org/10.1155/2016/5460241
12. Seok Jang H., Seok So H., So S. The properties of reactive powder concrete using PP fiber and pozzolanic materials at elevated temperature. Journal of Building Engineering. 2016. Vol. 8, pp. 225–230. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2016.09.010
13. Abid M., Hou X., Zheng W., Hussain R.R. High temperature and residual properties of reactive powder concrete – a review. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 147, pp. 339–351. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.083
14. Chen X., Wei Wan D., Zhi Jin L., Qian K., Fu F. Experimental studies and microstructure analysis for ultra high-performance reactive powder concrete. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 229. 116924. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116924
15. Shi C., Wu Z., Xiao J., Wang D., Huang Z., Fang Z. A review on ultra high performance concrete: Part I. Raw materials and mixture design. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 101. P. 1, pp. 741–751. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.10.088
16. Gamal I.K., Elsayed K.M., Makhlouf M.H., Alaa M. Properties of reactive powder concrete using local materials and various curing conditions. European Journal of Engineering and Technology Research. 2019. Vol. 4 (6), pp. 74–83. DOI:10.24018/ejers.2019.4.6.1370
17. Zhang W., Han B., Yu X., Ruan Y., Ou J. Nano boron nitride modified reactive powder concrete. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 179, pp. 186–197. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.244
18. Li Z., Di S. The microstructure and wear resistance of microarc oxidation composite coatings containing nano-hexagonal boron nitride (HBN) particles. Journal of Materials Engineering and Performance. 2017. Vol. 26, pp. 1551–1561. https://doi.org/10.1007/s11665-017-2582-1
19. Wang, T., Wang, M., Fu, L. et al. Enhanced Thermal Conductivity of Polyimide Composites with Boron Nitride Nanosheets. Scientific Reports. 2018. Vol. 8. 1557. https://doi.org/10.1038/s41598-018-19945-3
20. Wang D., Zhang W., Ruan Y., Yu X., Han B. Enhancements and mechanisms of nanoparticles on wear resistance and chloride penetration resistance of reactive powder concrete. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 189, pp. 487–497. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.09.041
21. Han B.B., Li Z., Zhang L., Zeng S., Yu X., Han B.B. et al. Reactive powder concrete reinforced with nano SiO₂-coated TiO₂. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 148, pp. 104–112. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.065
22. Zhang R., Cheng X., Hou P., Ye Z. Influences of nano-TiO₂ on the properties of cement-based materials: hydration and drying shrinkage. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 81, pp. 35–41. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.02.003
23. Irshidat M.R., Al-Saleh M.H. Thermal performance and fire resistance of nanoclay modified cementitious materials. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 159, pp. 213–219. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.10.127
24. Reches Y. Nanoparticles as concrete additives: review and perspectives. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 175, pp. 483–495. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.214
25. Hou P.K., Kawashima S., Wang K.J., Corr D.J., Qian J.S., Shah S.P. Effects of colloidal nanosilica on rheological and mechanical properties of fly ash-cement mortar. Cement and Concrete Composites. 2013. Vol. 35. Iss. 1, pp. 12–22. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.08.027
26. Kawashima S., Seo J.W.T., Corr D., Hersam M.C., Shah S.P. Dispersion of CaCO₃ nanoparticles by sonication and surfactant treatment for application in fly ash-cement systems. Materials and Structures. 2014. Vol. 47, pp. 1011–1023. https://doi.org/ 10.1617/s11527-013-0110-9
27. Barkoula N.M., Ioannou C., Aggelis D.G., Matikas T.E. Optimization of nano-silica’s addition in cement mortars and assessment of the failure process using acoustic emission monitoring. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125, pp. 546–552 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.055
28. Cwirzen A., Penttala V., Vornanen C. Reactive powder based concretes: mechanical properties, durability and hybrid use with OPC. Cement and Concrete Research. 2008. Vol. 38. Iss. 10, pp. 1217–1226. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2008.03.013
29. Cwirzen A., Penttala V., Vornanen C. RPC mix optimization by determination of the minimum water requirement of binary and polydisperse mixtures. Conference: International Symposium on Innovation & Sustainability of Structures in Civil Engineering – Including Seismic Engineering. Vol. 3, pp. 2191–2201. November 20–22, 2005. Nanjing, China.
30. Erofeev V., Bobryshev A., Lakhno A., Sibgatullin K., Igtisamov R. Theoretical evaluation of rheological state of sand cement composite systems with polyoxyethylene additive using topological dynamics concept. Materials Science Forum. Vol. 871, pp. 96–103. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.871.96
31. Xiaoying L., Jun L., Zhongyuan L., Li H., Jiakun C. Preparation and properties of reactive powder concrete by using titanium slag aggregates. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 234. 117342. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117342
32. Wang H., Gao X., Liu J., Ren M., Lu A. Multi-functional properties of carbon nanofiber reinforced reactive powder concrete. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 187, pp. 699–707. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.229
33. Nadiger A., Madhavan M.K. Influence of mineral admixtures and fibers on workability and mechanical properties of reactive powder concrete. Journal of Materials in Civil Engineering. Vol. 31 (2). DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002596
34. Ерофеев В.Т., Баженов Ю.М., Завалишин Е.В. и др. Силикатные и полимерсиликатные композиты каркасной структуры роликового формования. М.: АСВ, 2009. 160 с.
34. Erofeev V.T., Bazhenov Yu.M., Zavalishin E.V. et al. Silikatnyye i polimersilikatnyye kompozity karkasnoy struktury rolikovogo formovaniya [Silicate and polymer-silicate composites of frame structure of roller molding]. Moscow: ASV. 2009. 160 p.
35. Ерофеев В.Т., Богатова С.Н., Богатов А.Д., Казначеев С.В., Родин А.И. Биостойкие строительные композиты на смешанных вяжущих // Региональная архитектура и строительство. 2012. № 1. С. 32–38.
35. Erofeev V.T., Bogatova S.N., Bogatov A.D., Kaznacheev S.V., Rodin A.I. Biostable building composites with mixed binders. Regional’naya arkhitektura i stroitel’stvo. 2012. No. 1, pp. 32–38. (In Russian).
36. Ерофеев В.Т., Баженов Ю.М., Богатов А.Д. и др. Строительные материалы на основе отходов стекла: Монография. Саранск: Издательство Мордовского университета, 2005. 120 с.
36. Erofeev V.T., Bazhenov Yu.M., Bogatov A.D. et al. Stroitel’nyye materialy na osnove otkhodov stekla: monografiya [Construction materials based on glass waste: monograph]. Saransk: Mordovian University Publishing House, 2005. 120 p.
37. Калашников В.И., Ананьев С.В. Высокопрочные и особовысокопрочные бетоны с дисперсным армированием // Строительные материалы. 2009. № 6. С. 59–61.
37. Kalashnikov V.I., Ananyev S.V. High-strength and extra-high-strength concrete with dispersed reinforcement. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2009. No. 6, pp. 59–61. (In Russian).