Исследование улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств базальтофибробетона

Investigation of improvement of physical, mechanical and operational properties of basalt fiber concrete

Автор: Мусин Равиль Фаязович

ФГБОУ ВО "Уральский государственный лесотехнический университет", Екатеринбург, Россия

e-mail: musinravil06@gmail.com 

Musin Ravil Fajazovich 

Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia

e-mail: musinravil06@gmail.com

Аннотация: Ключевым направлением развития бетоноведения является переход от традиционных составов бетона к многокомпонентным. Одним из результатов данных тенденций является разработка материала под названием базальтофибробетон, обладающего улучшенными физическими и эксплуатационными свойствами относительно обычного бетона. Основной целью представленной статьи является исследование вопроса улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств базальтофибробетона. Автором применяются теоретические методы исследования, а также используются результаты зарубежных и отечественных научных исследований. Преимущественная часть работы посвящена именно вопросам улучшения качеств и свойств базальтофибробетона.

Annotation. The key direction of the development of concrete science is the transition from traditional concrete compositions to multicomponent ones. One of the results of these trends is the development of a material called basalt fiber concrete, which has improved physical and operational properties relative to conventional concrete. The main purpose of the presented article is to study the issue of improving the physical, mechanical and operational properties of basalt fiber concrete. The author applies theoretical research methods, and uses the results of foreign and domestic scientific research. The predominant part of the work is devoted specifically to improving the qualities and properties of basalt fiber concrete.

Ключевые слова: базальтофибробетон, физико-механические свойства бетона, эксплуатационные свойства.

Keywords: Basalt fiber concrete, physical and mechanical properties concrete, operational properties.

Тематическая рубрика: Технические науки и технологии.

Базальтофибробетон является широко используемым в производстве материалом. Его применение наблюдается при возведении фундаментов, цоколей многоэтажных зданий и другом. Данный вид бетона отличается повышенными эксплуатационными свойствами, высокой прочностью при изгибе и растяжении, а также ударной прочностью и стойкостью к трещинам. Одной из актуальных на сегодняшний день задач из данной области является повышение физико-механических и эксплуатационных свойств материала [1].

Одним из инструментов улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств базальтофибробетона является использование волокна со стабильными свойствами. Данными свойствами являются: средний размер частиц; коррозионная стойкость; отсутствие «корольков». Одним из ключевых и наиболее эффективных для дисперсного армирования бетона является применения базальтового ровинга с тонким штапельным волокном.

Особый интерес представляет использование базальтового волокна при дисперсном армировании фибробетона с помощью центробежно-дутьевого способа, основанного на расплавлении сырьевых материалов в электромагнитном технологическом реакторе. Помимо этого, базальтовое волокна должно иметь менее однородные и стабильные качественные характеристики относительно базальтового ровинга и тонкого штапельного волокна [2].

Наряду с этим, для повышения стойкости к коррозии базальтовых волокон в состав бетона вводятся различные минеральные и органические добавки. Одними из них являются микрокремнезем, добавка МБ-10-01, которая состоит из органической части с суперпластификатором и минеральной части, которая, в свою очередь, содержит микрокремнезем и золу-унос.

Использование данных материалов в составе фибробетона основывается на том, что именно они имеют намного большую активность относительно базальтового волокна к среде гидратирующегося цемента. Данный процесс происходит в результате связывания извести, обеспечивающей сохранность базальтового волокна и, как следствие, повышающее физико-механические и эксплуатационные свойства базальтофибробетона [3].

Во время подбора состава базальтофибробетона необходимо определять оптимальное соотношение базальтовых нитей, нанодисперсного кремнезема, а также использовать наиболее эффективный способ их распределения в цементной матрице.

Исследования показывают, что оптимальное содержание базальтовых нитей в составе цемента составляет 4 % от массы смеси, а нанодисперсного и микроволокнистого кремнезема 0.5 % при введении базальтовой фибры посредством совместного смешивания помола в энергонапряженном аппарате в течение 30 суток (рис. 1-2) [4].

Рис. 1. Прочность базальтофиброцементных композиций при сжатии.

Рис. 2. Прочность базальтофиброцементных композиций при изгибе.

Введение базальтового волокна вызывает повышение показателей прочности: на сжатие – на 13%, на изгиб – на 40%. Необходимо отметить, что в составе базальтофибробетона с применением нанодисперсного кремнезема отмечается наибольшее улучшение прочности относительно контрольного бездобавочного состава: на сжатие – на 35%, на изгиб – на 65% [5].

Такие бетоны характеризуются высокими эксплуатационными показателями. Нанодисперсный кремнезем, взаимодействуя с известью, способствует коррозионной стойкости БВ, благоприятно сказывающейся на улучшении характеристик бетона.

Таким образом, основной целью представленной статьи являлось исследование вопроса улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств базальтофибробетона. В заключение необходимо отметить, что использование базальтового волокна, полученного центробежно-дутьевым способом и характеризующегося неоднородностью по основным характеристикам, позволяет получать высокопрочный базальтофибробетон с улучшенными свойствами.

Список литературы:

1. Сарайкина К.А., Шаманов В.А., Голубев В.А., Яковлев Г.И. Прогнозирование долговечности базальтофибробетона, модифицированного наноструктурными добавками // Construction materials. 2017. 

2. Федюк Р.С., Смоляков А.К., Черкасов А.В., Гиневский В.С., Баранов А.В., Лисей Ю.Л. Повышение динамической прочности фибробетонов // Вестник ИШ ДВФУ. 2019. 

3. Mailyan L.R., Stelmakh S.A., Kholodnyak M.G., Shcherban E.M. The choice of types of fibers for dispersed reinforcement of products from centrifuged concrete // Bulletin of Eurasian Science. 2017.

4. Матус Е.П. Влияние нанодобавок на физико-механические свойства диспесно-армированного бетона // Современное строительство и архитектура. 2018. 

5. Демьяненко О.В., Копаница Н.О., Сорокина Е.А., Ничинский А.Н. Физико - технические свойства фибробетонов с использованием вторичного минераловатного сырья // Construction materials. 2019.