ANALYSIS AND EXPERIMENTAL STATISTICAL MODELING OF THE COMPOSITION EFFECT ON THE FROZEN RESISTANCE OF FIBRE CONCRETS FOR ROAD PAVEMENTS
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2025-11-98-106Keywords:
road pavement, modified fiber concrete, polypropylene fiber, frost resistance.Abstract
In the climatic conditions of Ukraine, the most destructive effect on the structure of concrete pavements of hard roads is the repeated cycles of freezing and thawing.
In this work, the effectiveness of the inclusion of dispersed reinforcement fibers to increase the frost resistance of plasticizer-modified fiber-reinforced concrete was experimentally investigated. Concrete mixes with a Portland cement content of 300 kg/m3. to 380 kg/m3 were used. Dispersed reinforcement was carried out using Fiber X Mesh synthetic microfibers made of oriented polypropylene copolymer in the form of twisted hard fibers with a length of 39 mm. The fiber content varied from 0 to 3.0 kg/m3. The concrete mixtures were modified with a lignosulfonate-based plasticizer Sika® Plastiment®-1230. The plasticizer content varied from 0.6 to 1.0% of the cement weight. The compositions of the experimental mixtures were adjusted considering the need to provide their equal mobility S1 (at OK = 2 - 3 cm). Experimental studies were conducted according to a 3-factor optimal plan.
The dimensions, weight, and compressive strength of the control samples of fiber-reinforced concrete and samples after freezing and thawing were determined. The results of the experimental data made it possible to assess the effect of the composition of concrete mixtures on the frost resistance of cement concrete pavements. The results showed that fiber concrete compares favorably with unreinforced concrete, having about 50 cycles more frost resistance compared to it. Increasing the amount of Sika® Plastiment®-1230 plasticizer from 0.6 to 0.9-1.0% of the cement weight also has a positive effect on the frost resistance level. The frost resistance of concrete increases by about 50 cycles when the dosage of Portland cement is increased from 300 to 360-380 kg/m3. The obtained experimental results make it possible to conclude that the dispersed reinforcement and plasticizer modification of concrete play a significant role in their ability to resist frost damage when used in road construction. The experimental and statistical modeling allowed selecting the optimal compositions of modified fiber concrete. The use of concretes with such compositions will allow obtaining high technical and economic efficiency when used in cement concrete pavements of highways.
References
1. Про внесення зміни до п.2 : Постанова Кабінету Міністрів України від 09.02. 2022 № 105. Офіційний вісник України. 2022. № 16. С. 860.
2. ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2017. Захист від небезпечних геологічних процесів, шкідливих експлуатаційних впливів, від пожежі. Будівельна кліматологія. [Чинний від 2017-02-01]. К.: Мінрегіонбуд України, 2016. 127 с. (Національний стандарт України).
3. Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л., Чорна І.В. Композиційні в’яжучі низької водопотреби, що містять цементний пил. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Одеса, Зовнішрекламсервіс, 2012. Вип. 48. C. 121–129.
4. Матяш А.В., Толмачев С.Н., Кондратьева И.Г., Вялых А.Ю. Взаимосвязь воздухосодержания бетонной смеси и морозостойкости бетона. Науковий вісник будівництва. Харківський національний університет будівництва та архітектури. Харків, 2010. Вип. 57. С. 195-202.
5. Nili M., Azarioon A., Danesh A. et al. Experimental study and modeling of fiber volume effects on frost resistance of fiber reinforced concrete. International Journal of Civil Engineering, 2018, 16, 263–272. https://doi.org/10.1007/s40999-016-0122-2.
6. Zeng H., Zhang J., Li Y. et al. Mechanical Properties and Microstructure of Basalt Fiber Reinforced Concrete Under the Single-Side Salt-Freezing–Drying–Wetting Cycles. International Journal of Concrete Structures and Materials, 2022, 16, 44. https://doi.org/10.1186/s40069-022-00535-7.
7. Kos Ž., Kroviakov S., Mishutin A., Poltorapavlov A. An experimental study on the properties of concrete and fiber-reinforced concrete in rigid pavements. Materials, 2023, 16 (17), 5886 https://doi.org/10.3390/ma16175886.
8. Kos Ž., Kroviakov S., Kryzhanovskyi V., Grynyova I. Research of Strength, Frost Resistance, Abrasion Resistance and Shrinkage of Steel Fiber Concrete for Rigid Highways and Airfields Pavement Repair. Applied Sciences, 2022, 12, 1174. https://doi.org/10.3390/app12031174.
9. Солодкий С.Й., Ковальчик П.І. Вплив морозної деструкції на тріщиностійкість дорожнього бетону. Вісник НУ “Львівська політехніка”. Львів, 2013. Вип. 54. –С.402-405.
10. ДБН В.2.3-4:2015. Автомобільні дороги. Частина I. Проектування. Частина II. Будівництво. [Чинний від 2016-04-01]. К.: Мінрегіонбуд України, 2015. 113 с. (Державні будівельні норми України).
11. ДСТУ-Н Б В.2.6-218:2016. Настанова з проектування та виготовлення конструкцій з дисперсноармованого бетону. [Чинний від 2017-04-01]. К.: ДП «УкрНДНЦ», 2016. 45 с. (Національний стандарт України).
12. ДСТУ 8858:2019. Суміші цементобетонні дорожні та цементобетон дорожній. Технічні умови. [Чинний від 2020-07-01]. К.: ДП «УкрНДНЦ», 2019. 34 с. (Національний стандарт України).
13. ГБН В.2.3-37641918-557:2016. Автомобільні дороги. Дорожній одяг жорсткий. Проектування. [Чинний від 2017-04-01]. К.: Мінінфраструктури України, 2016. 75 с. (Галузеві будівельні норми).
14. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Огаков Б.Л. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ: підручник / за ред.. В.А.Вознесенського. К.: Вища школа, 1989. 328 с.
15. Kroviakov S.O., Finohenov O.I. Comparison of the effectiveness of superplasticizers in concretes for rigid pavement. Modern construction and architecture, 2024, 8, 65-71. https://doi.org/10.31650/2786-6696-2024-8-65-71
16. Кровяков С.О., Фіногенов О.І., Ігнатенко А.В. Вплив кількості поліпропіленової фібри і лігносульфонатного пластифікатору на В/Ц бетонної суміші і ранню міцність бетону. Матеріали міжнародної науково-технічної конференції «Моделювання та оптимізація будівельних композитів». Одеса: ОДАБА, 2024, C. 55-58
17. ДСТУ Б В.2.7-47-96. Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення морозостiйкостi. Загальні вимоги. [Чинний від 1997-04-01]. К.: Держкоммістобудування, 1997. 9 с. (Державний стандарт України).
18. ДСТУ Б В.2.7-114-2002. Будівельні матеріали. Суміші бетонні. Методи випробувань. [Чинний від 1997-07-01]. К.: (НДІЗБ), 2002. 27 с. (Державний стандарт України).
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 MODERN CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
