ВПЛИВ КІЛЬКОСТІ ПОЛІПРОПІЛЕНОВОЇ ФІБРИ І СУПЕРПЛАСТИФІКАТОРУ НА МІЦНІСТЬ БЕТОНІВ ЖОРСТКИХ ДОРОЖНІХ ПОКРИТТІВ ТА ТРАНСПОРТНИХ СПОРУД
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2025-11-88-97Ключові слова:
дорожнє покриття, поліпропіленова фібра, суперпластифікатор, міцність, планований експеримент.Анотація
У статті наведено аналіз впливу кількості поліпропіленової фібри, цементу і суперпластифікатору полікарбоксилатного типу на міцнісні характеристики бетонів для жорстких дорожніх покриттів та транспортних споруд. Використовувались портландцемент ПЦ ІІ/А-Ш-500Р-Н, поліпропіленова фібра Baumesh з довжиною волокон 36 мм і діаметром 0,68 мм, суперпластифікатор полікарбоксилатного типу MC-PowerFlow 3200.
Проведений 3-х факторний експеримент, у якому варіювалися наступні фактори складу: кількість портландцементу, від 300 до 380 кг/м3; кількість поліпропіленової фібри Baumesh, від 2,5 до 3,5 кг/м3; кількість суперпластифікатору, від 1,0 до 1,6% від маси цементу. Визначалася міцність фібробетонів на стиск у віці 3 та 28 діб, міцність на розтяг при згині у віці 28 суток. Всі досліджувані бетонні суміші мали рівну рухомість П2.
Оцінено вплив варійованих факторів на В/Ц сумішей. Найбільший вплив на даний показник має кількість портландцементу. Збільшення дозування суперпластифікатору з 1,0% до 1,6% дозволяє знизити В/Ц на 8–24%. Кількість поліпропіленової фібри має обмежений вплив на В/Ц.
Кількість портландцементу має найбільший вплив на міцність досліджених фібробетонів на стиск. При збільшенні дозування в’яжучого з 300 кг/м3 до 380 кг/м3 міцність фібробетонів на 3 добу збільшується на 74–80%, міцність у проєктному віці збільшується 38–47%. Збільшення кількості суперпластифікатору забезпечує зростання міцності на стиск у ранньому віці на 10–12%, у проєктному віці на 12–14%. Збільшення кількості армуючих волокон з 2,5 до 3,5 кг/м3 при високому вмісті у суміші в’яжучого та пластифікатору впливає не суттєво. За рахунок збільшення кількості фібри при невисокій кількості цементу та суперпластифікатору рання і проєктна міцність фібробетонів на стиск несуттєво зростає.
За рахунок збільшенні дозування в’яжучого до 380 кг/м3 міцність фібробетонів на розтяг при згині зростає на 9–12%. Аналогічне зростання міцності на розтяг при згині досягається при збільшенні дозування суперпластифікатору з 1,0 до 1,6%. Характер впливу поліпропіленової фібри на цей показник міцності є нелінійним. Підвищення міцності на 9–12% спостерігається при зростанні дозування волокон з 2,5 кг/м3 до 3,0 кг/м3 як при високих так і при низьких кількостях в’яжучого та суперпластифікатору.
Встановлено, що в цілому з точки зору досягнення найбільшої міцності на стиск і на розтяг при згині раціональним є введення поліпропіленової фібри Baumesh у кількості близько 3,0 кг/м3 та добавки MC-PowerFlow 3200 у кількості 1,5-1,6 % від маси цементу.
Посилання
[1] A. Vaitkus, J. Gražulytė, O. Šernas, M. Karbočius, R. Mickevič, "Concrete Modular Pavement Structures with Optimized Thickness Based on Characteristics of High-Performance Concrete Mixtures with Fibers and Silica Fume", Materials, 14, 3423, 2021. https://doi.org/10.3390/ma14123423.
[2] J. Santhosh, S. Samal, V. Ganesh, D. Pavani, R. Sridhar, "Experimental investigation on the effect of polypropylene fibers with respect to the fatigue behavior of rigid pavement", Lecture Notes in Civil Engineering, 207, 383–395, 2022. https://doi.org/10.1007/978-981-16-7509-6_31.
[3] Ž. Kos, S. Kroviakov, A. Mishutin, A. Poltorapavlov, "An experimental study on the properties of concrete and fiber-reinforced concrete in rigid pavements", Materials, 16 (17), 5886, 2023. https://doi.org/10.3390/ma16175886.
[4] Yu. Turba, S. Solodkyi, "Pidvyshchennia trishchynostiikosti dyspersno armovanykh polipropilenovoiu fibroiu betoniv tekhnolohichnymy chynnykamy", Visnyk Odeskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury, vyp. 66, pp. 99–105, 2017.
[5] Yu. Turba, S. Solodkyy, "Crack resistance of concretes reinforced with polypropylene fiber", Lecture Notes in Civil Engineering, 100, 474–481, 2020. https://doi.org/10.1007/978-3-030-57340-9_58.
[6] U. Marushchak, N. Sydor, S. Braichenko, M. Hohol, "Effect of Dry–Wet Cycles on Properties of High Strength Fiber-Reinforced Concrete", Lecture Notes in Civil Engineering, 438, 265–272, 2024. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44955-0_27.
[7] S. Drobyshynets, M. Kyrychuk, "Perspektyvy vykorystannia stalefibrobetonu v dorozhnomu budivnytstvi", Suchasni tekhnolohii ta metody rozrakhunkiv u budivnytstvi, vyp. 6., pp. 90-98, 2017.
[8] N. Zajchenko, S. Lahtarina, "Samouplotnyayushchiesya betony, dispersnoarmirovannye polimernymi voloknami", Resursoekonomni materiali, konstrukcii, budivli ta sporudi, 22, 63–70, 2011.
[9] N. Liang, S. Geng, J. Mao, X. Liu, X. Zhou, "Investigation on cracking resistance mechanism of basalt-polypropylene fiber reinforced concrete based on SEM test", Construction and Building Materials, 411, 134102, 2024. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134102.
[10] Y. Luchko, Yu. Bodnar, "Trishchynostiikist betoniv z pozytsii mekhaniky ruinuvannia (ohliad)", Suchasni tekhnolohii, materialy i konstruktsii v budivnytstvi, no. 2, pp. 46-53, 2022. https://doi.org/10.31649/2311-1429-2022-2-46-53.
[11] U. Sheikh, C. Avani, K. Aditya, "Finite element analysis of high-strength concrete pavement made with the addition of fibres", IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1110, 012025, 2023. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1110/1/012025.
[12] V. Kryzhanovskyi, C. Umbach, J. Orlowsky, B. Middendorf, M. Auras, P. Grillich, "Denkmalkonforme Instandsetzung der Beton-Glas-Fenster der St.-Mauritius-Kirche", Bautechnik, 101(5), 299-308, 2024. https://doi.org/10.1002/bate.202300117.
[13] O. Doroshenko, Yu. Doroshenko, "Dyspersno-armovanyi beton – nadiinyi ta efektyvnyi material dlia transportnoho budivnytstva", Transportnoe stroytelstvo Ukrayni, no. 5, pp. 16-20, 2007.
[14] N. Liang, J. Mao, R. Yan, X. Liu, X. Zhou, "Corrosion resistance of multiscale polypropylene fiber-reinforced concrete under sulfate attack", Case Studies in Construction Materials, 16, e01065, 2022. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01065.
[15] K. Krayushkina, T. Khymerik, O. Skrypchenko, I. Moshkovskyi, V. Pershakov, "Investigation of fiber concrete for road and bridge building", Procedia Engineering, vol. 187, pp. 620-627, 2017.
[16] S. Tolmachev, E. Belychenko, A. Brazhnyk, "Sposoby zashchyty dorozhnykh betonov pry deistvyy ahressyvnykh faktorov", Visnyk Odeskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury, no. 62, pp. 176–181, 2016.
[17] K. Krayushkina, T. Khymeryk, A. Bieliatynskyi, "Basalt fiber concrete as a new construction material for roads and airfields", IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 708, 012088, 2019. https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012088.
[18] N. Chusai, P. Jitsangiam, T. Suwan, "Mechanical Performance of Steel-Fiber-Incorporated Rubberized Concrete for Rigid Pavement Applications", IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 1332, no. 1, pp. 012003, 2024. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1332/1/012003.
[19] M. Nasir, M. Taher, "Mechanical Properties of Rigid Pavements Incorporating Different Percentage of Steel Fiber", Journal of Advanced Research in Applied Mechanics, vol. 113, no. 1, pp. 152–161, 2024. https://doi.org/10.37934/aram.113.1.152161.
[20] W. Yang, "Damage prediction and long-term cost performance analysis of glass fiber recycled concrete under freeze-thaw cycles", Case Studies in Construction Materials, vol. 21, e03795, 2024. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03795.
[21] Z. Li, "Influence of basalt fiber and polypropylene fiber on the mechanical and durability properties of cement-based composite materials", Journal of Building Engineering, 109335, 2024. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.109335.
[22] L. Dvorkin, Ye. Babych, V. Zhytkovskyi, Vysokomitsni shvydkotverdnuiuchi betony ta fibro betony, Rivne, NUVHP, 2017.
[23] J. Bosnjak, A. Sharma, K. Grauf, "Temperature-dependent behavior of fiber reinforced concrete", 19 Internationale Baustofftagung, Tagungsbericht, Weimar, 2015, pp. 1236–1243.
[24] Ž. Kos, S. Kroviakov, V. Kryzhanovskyi, D. Hedulian, "Strength, frost resistance, and resistance to acid attacks on fiber-reinforced concrete for industrial floors and road pavements with steel and polypropylene fibers", Materials, 15(23), 8339, 2022. https://doi.org/10.3390/ma15238339.
[25] S. Kroviakov, V. Kryzhanovskyi, D. Hedulian, "Comparison of the Corrosion Resistance of Fiber-Reinforced Concrete with Steel and Polypropylene Fibers in an Acidic Environment", Construction Materials, 5(1), 6, 2025. https://doi.org/10.3390/constrmater5010006.
[26] S. Lin, T. Kanstad, S. Jacobsen S., G. Ji, "Bonding property between fiber and cementitious matrix: A critical review", Construction and Building Materials, vol. 378, pp. 131169, 2023. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131169.
[27] T. Lyashenko, V. Voznesenskiy, Composition-process fields methodology in computational building materials science, Astroprint, 2017.
[28] DSTU B V.2.7-214:2009. Budivelni materialy. Betony. Metody vyznachennia mitsnosti za kontrolnymy zrazkamy. Nats. standart Ukrainy. Kyiv: DP NDIBK, Minrehionbud Ukrainy, 2010.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
