bzhbБетон и железобетонConcrete and Reinforced Concrete0005-98893034-1302АО «НИЦ «Строительство»bzhb-23Research ArticleСтатьиПрименение композиционной фибры в тяжелых бетонахThe use of composite fibers in heavy concreteНуртдиновМ. Р.NurtdinovM. R.

инженер 

e-mail: nikerunner@yandex.ru 

Engineer

e-mail: nikerunner@yandex.ru

nikerunner@yandex.ruСоловьевВ. Г.SolovievV. G.

канд. техн. наук

e-mail: s_vadim_g@mail.ru 

Candidate of Sciences (Engineering)

e-mail: s_vadim_g@mail.ru 

s_vadim_g@mail.ruБурьяновА. Ф.BuryanovA. F.

д-р техн. наук

e-mail: rga-service@mail.ru 

Doctor of Sciences (Engineering)

e-mail: rga-service@mail.ru 

rga-service@mail.ruООО «ВЕЛЕССТРОЙ»РоссияVELESSTROY” LLCRussian FederationНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияNational Research Moscow State University of Civil EngineeringRussian Federation20210809202360533339Copyright © Нуртдинов М.Р., Соловьев В.Г., Бурьянов А.Ф., 20232023Нуртдинов М.Р., Соловьев В.Г., Бурьянов А.Ф.Nurtdinov M.R., Soloviev V.G., Buryanov A.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bzhb.ru/jour/article/view/23

Разработаны оптимальные составы фибробетона со стеклопластиковой композитной фиброй по прочности при сжатии классов B20, B40 и B60. Их комплексные исследования показывают, что на основе бетонных смесей со средней плотностью 2320–2360 кг/м3, воздухововлечением 2,5–3,5 % и удобоукладываемостью (осадкой) 21–22 см можно получить бетон со следующими свойствами: средняя прочность при сжатии – 28; 54,7 и 83,3 МПа; прочность на растяжение при изгибе – 3,5; 4,4 и 5,6 МПа; прочность при растяжении – 2,92; 5,78 и 6,92 МПа; призматическая прочность при сжатии – 20,1; 40,4 и 60,4 МПа; модуль упругости – 35393; 46146 и 51366 МПа; Коэффициент Пуассона – 0,17; 0,18 и 0,18 соответственно. Введение стеклопластиковой композитной фибры в бетонные смеси в количестве 0,5; 1,5 и 2,5 об. % незначительно снижает среднюю плотность смеси – на 7–72 кг/м3, увеличивает содержание воздуха в смесях на 0,1–0,6 %, снижает осадку на 3–8 см, практически не влияя на прочность при сжатии. Получены данные о прочности на растяжении при изгибе в момент образования трещин, а также об остаточном сопротивлении растяжению при изгибе, соответствующем раскрытию трещин в диапазоне 0,5–3,5 мм. Форма поверхности волокон была определяющим фактором, влияющим на момент вырыва из матрицы бетона. Выявлены три основных типа механизма деформации. Определены характеристики прочности стеклопластиковой композитной фибры. В целом результаты показывают, что стеклопластиковую композитную фибру возможно выпускать массово со свойствами, допускающими ее широкое применение.

The optimum compositions of fiber-reinforced concrete with glass-polymer composite fiber of compressive strength classes B20, B40 and B60 have been developed. Their complex studies demonstrate that based on concrete mixtures with an average density of 2320–2360 kg/m3, air entrainment of 2.5–3.5 %, and workability (slump) of 21–22 cm, the concrete with the following properties can be obtained: average compressive strength of concrete – 28, 54.7 and 83.3 MPa; the average bending tensile strength – 3.5, 4.4 and 5.6 MPa; the breaking strength – 2.92, 5.78 and 6.92 MPa; prismatic strength – 20.1, 40.4 and 60.4 MPa; modulus of elasticity – 35393, 46146 and 51366 MPa; Poisson’s ratio – 0.17, 0.18 and 0.18, respectively. The addition of glass-polymer composite fiber into concrete mixtures in an amount of 0.5, 1.5 and 2.5 % vol. slightly reduces the average density of the mixture by 7–72 kg/m3, increases the air content of mixtures by 0.1–0.6 %, reduces slump by 3–8 cm, and has little influence on the compressive strength. The data on the ultimate bending tensile strength at the moment of crack formation, as well as residual bending tensile strength corresponding to the crack opening in the range 0.5–3.5 mm, were obtained. The shape of a single fiber surface was the determining factor when it broke out of concrete matrix. Three main types of deformation mechanism were identified. The characteristics of fiber-reinforced concrete durability were determined. Overall, the results indicate that fiber-reinforced concrete can be produced with properties that are suitable for wide application.

стеклопластиковая композитная фибрафибробетонбетонная смесьадгезияустойчивостьglass-polymer composite fiberfiber-reinforced concreteperformanceadhesionsustainabilityReferencesДроф В.А., Красновский Р.О., Султыгова П.С., Капустин Д.Е. Экспериментальное определение теплофизических свойств сталефибробетона // <i>Вестник гражданских инженеров.</i> 2019. № 1 (72). С. 120–124.Drof V.A., Krasnovsky R.O., Sultygova P.S., Kapustin D.E. Experimental determination of thermophysical properties of steel fiber reinforced concrete. <i>Vestnik grazhdanskikh inzhenerov.</i> 2019. No. 1 (72), pp. 120–124. (In Russian).Умнякова Н.П., Потапова Г.А., Потапова Е.Д., Султыгова П.С. Исследование теплозащитных качеств сталефибробетона // <i>Строительство и реконструкция.</i> 2018. № 3. С. 105–111.Umnyakova N.P., Potapova G.A., Potapova E.D., Sultygova P.S. Investigation of heat-shielding qualities of steel fiber reinforced concrete. <i>Stroitel’stvo i rekonstruktsiya.</i> 2018. No. 3, pp. 105–111. (In Russian).Буршина Н.А. Химическая устойчивость стекол в цементной среде. <i>Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова.</i> 1–3 мая 2015 г. Белгород. С. 47–53.Burshina N.A. Chemical resistance of glasses in a cement environment. <i>International Scientific and Technical Conference of Young Scientists BSTU named after V.G. Shukhov.</i> May 1–3, 2015. Belgorod, pp. 47–53. (In Russian).Ельшаева Д.М. Исследование коррозионной стойкости базальтовой фибры в среде гидратирующегося цемента // <i>Научные исследования и инновации.</i> 2021. №. 4. С. 48–52.Elshaeva D. M. Investigation of the corrosion resistance of basalt fiber in the environment of hydrating cement. <i>Nauchnyye issledovaniya i innovatsii.</i> 2021. No. 4, pp. 48–52. (In Russian).Rangelov M., Nassiri S., Haselbach L., Englund K. Using carbon fiber composites for reinforcing pervious concrete. <i>Construction and Building Materials.</i> 2016. Vol. 126, pp. 875–885. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.06.035Rangelov M., Nassiri S., Haselbach L., Englund K. Using carbon fiber composites for reinforcing pervious concrete. <i>Construction and Building Materials.</i> 2016. Vol. 126, pp. 875–885. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.06.035El-Nemr A., Ahmed E.A., Barris C., Benmokrane B. Bond-dependent coefficient of glass- and carbon-FRP bars in normal- and high-strength concretes. <i>Construction and Building Materials.</i> 2016. Vol. 113, pp. 77–89. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2016.03.005El-Nemr A., Ahmed E.A., Barris C., Benmokrane B. Bond-dependent coefficient of glass- and carbon-FRP bars in normal- and high-strength concretes. <i>Construction and Building Materials.</i> 2016. Vol. 113, pp. 77–89. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.03.005Хотеев Е.А. О перспективах применения в Росcии стеклоплаcтиковых армирующих элементов на основе европейского опыта // <i>Транспортное строительство.</i> 2015. № 1. С. 10–13.Khoteev E.A. On the prospects for the use In Russia of fiberglass reinforcing elements based on European experience. <i>Transportnoe stroitel’stvo.</i> 2015. No. 1, pp. 10–13. (In Russian).Сорокин А.Е., Сагомонова В.А., Петрова А.П., Соловьянчик Л.В. Технологии получения полимерных композиционных материалов на основе термопластичной матрицы (обзор) // <i>Труды ВИАМ.</i> 2021. № 3 (97). С. 78–86.Sorokin A.E., Sagomonova V.A., Petrova A.P., Solovyanchik L.V. Technologies for obtaining polymer composite materials based on a thermoplastic matrix (review). <i>Trudi VIAM.</i> 2021. No. 3 (97), pp. 78–86. (In Russian).Колосова А.С. и др. Современные методы получения полимерных композиционных материалов и изделий из них // <i>Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований.</i> 2018. № 8. С. 123–129.Kolosova A.S. and other Modern methods of obtaining polymer composite materials and products from them. <i>Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy.</i> 2018. No. 8, pp. 123–129. (In Russian).Павловский К.А., Серкова Е.А., Мельников Д.А., Гуняева А.Г. Производство изделий из полимерных композиционных материалов методом пултрузии для гражданских отраслей промышленности // <i>Вопросы материаловедения.</i> 2017. № 4 (92). С. 81–89. DOI: 10.22349/1994-6716-2017-92-4-81-89.Pavlovsky K.A., Serkova E.A., Melnikov D.A., Gunyaeva A.G. Production of products from polymer composite materials by pultrusion for civilian industries. <i>Voprosy materialovedeniya.</i> 2017. No. 4 (92), pp. 81–89. DOI: 10.22349 / 1994-6716-2017-92-4-81-89Ненашкина П.А., Гусев А.Л. Применение современных композиционных материалов при создании высокотехнологичного производства // <i>Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте (ИИТМА-2020): Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции с онлайн-участием.</i> 07–10 декабря 2020 г. Кемерово. С. 339–342.Nenashkina P.A., Gusev A.L. The use of modern composite materials in the creation of high-tech production. <i>Innovations in information technologies, mechanical engineering and vehicles (IITMA-2020): a collection of materials of the IV International scientific-practical conference with online participation.</i> December 7–10, 2020. Kemerovo, pp. 339–342. (In Russian).Степанова В.Ф., Бучкин А.В., Ильин Д.А. Исследование особенности работы бетонных конструкций с комбинированным армированием (арматурой композитной полимерной и неметаллической фиброй) // <i>Academia. Архитектура и строительство.</i> 2017. № 1. С. 124–128. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-osobennosti-raboty-betonnyhkonstruktsiy-s-kombinirovannym-armirovaniemarmaturoy-kompozitnoy-polimernoy-iStepanova V.F., Buchkin A.V., Ilyin D.A. Investigation of the peculiarities of the work of concrete structures with combined reinforcement (reinforcement composite polymer and non-metallic fiber). <i>Academia. Arkhitektura i stroitel’stvo.</i> 2017. No. 1, pp. 124–128. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-osobennosti-raboty-betonnyh-konstruktsiy-s-kombinirovannym-armirovaniem-armaturoy-kompozitnoy-polimernoy-iРябченкова В.Г. и др. Исследование бетонных конструкций, армированных фиброй композитной полимерной и арматурой композитной полимерной (АКП), на воздействие пожара. Отчет о НИР/НИОКР. М.: НИЦ «Строительство», 2019. 370 с.Ryabchenkova V.G. and others. Investigation of concrete structures, reinforced with polymer composite fiber and polymer composite reinforcement (ACP), on the effect of fire. Report on Scientific research work. Moscow: Research Center “Stroitel’stvo”. 2019. 370 p.Дудов Д.О., Михайлов Д.А. Фибробетон. Фибра: виды материалов и их классификация. <i>Сборник Международной научно-практической конференции «Наука и образование: сохраняя прошлое, создаем будущее».</i> 2019. С. 49–52.Dudov D.O., Mikhailov D.A. Fiber concrete. Fiber: types of materials and their classification. <i>Collection of the International Scientific and Practical Conference “Science and Education: preserving the past, creating the future”</i>. 2019, pp. 49–52. (In Russian).Панкратьева У.В., Кудяков К.Л. Опыт применения стекловолокна и стеклокомпозитов для армирования бетонных конструкций // <i>Избранные доклады 65-й юбилейной Университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых: Сборник докладов.</i> 25 апреля 2019 г. Томск. С. 90–92.Pankratieva U.V., Kudyakov K.L. Experience of using fiberglass and glass composites for reinforcing concrete structures. <i>Selected reports of the 65th Anniversary University Scientific and Technical Conference of Students and Young Scientists: Collection of reports.</i> April 25, 2019. Tomsk, pp. 90–92. (In Russian).Клюев С.В. К вопросу фибрового армирования // <i>Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.</i> 2018. № 3–4 (230–231). С. 42–47.Klyuev S.V. On the issue of fiber reinforcement. <i>Stroitel’nyye materialy, oborudovaniye, tekhnologii XXI veka.</i> 2018. No. 3–4 (230–231), pp. 42–47. (In Russian).Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Жаворонков М.И. Исследование процесса деформирования бетона, армированного низкомодульной фиброй. <i>Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования Российской академии архитектуры и строительных наук по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2019 г.: Сборник научных трудов РААСН.</i> М.: АСВ, 2020. С. 358–366.Pukharenko Yu.V., Panteleev D.A., Zhavoronkov M.I. Investigation of the process of deformation of concrete reinforced with low-modulus fiber. <i>Fundamental, exploratory and applied research of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences on the scientific support of the development of architecture, urban planning and the construction industry of the Russian Federation in 2019: Collection of scientific papers of the RAACS.</i> Moscow: ASV. 2020, pp. 358–366. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.