CC BY
0
УДК 691.32
doi: 10.55287/22275398_2023_2_117
РАЗНОВИДНОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛИДИСПЕРСНОГО АРМИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Г. Э. Окольникова * ' ** Е. О. Краюшкина* К. П. Куликова* М. И. Бочукова*
* Российский университет дружбы народов (РУДН), г. Москва
** Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва
О
г
м О
Аннотация
Сбор экспериментальной информации, её обобщение, совершенствование производственных мощностей, повышение стандартов качества материалов для строительства - всё вышеперечисленное позволяет дополнять теоретический пласт в сфере строительства, сочетания строительных материалов и так далее. Данная исследовательская работа рассматривает ключевые разновидности полидисперсного армирования строительных сооружений, также анализу подлежат наиболее важные характеристики данного материала.
Ключевые слова
разновидности, полидисперсное армирование, строительные конструкции, применение, преимущества
Дата поступления в редакцию
05.03.2023
Дата принятия к печати
10.04.2023
Армирование представляет собой процесс повышения надёжности и прочности строительного сооружения при помощи фиксации жёсткими стержнями или сеткой. Вполне естественно, что любое строительное сооружения требует крепкой фиксации в целях сохранения устойчивости при воздействии веса, грунтовом движении, нагрузке от ветра или удара [1]. Раннее для достижения поставленной задачи применялась арматура, однако за последнее время появилось множество инноваций в данной области. Дисперсное (объёмное) армирование предполагает внедрение небольших волокон (фибры) в бетонную смесь. В зависимости от разновидности волокна различаются формой, параметрами, материалом, плотностью, особенностями сечения, внешней фактурой.
Волокна ложатся по всей площади бетонной поверхности, формируя тем самым трёхмерную структуру. Благодаря этому фибра своевременно предотвращает сколы и трещины. Введение фибры способствует фиксации, повышению плотности, ударной вязкости бетонной поверхности, стойкости при изгибах. Волокна также защищают бетон от усадки, они проявляют стойкость к холоду, обильной
■ о
а г
* &
< 5
X 5
□ о
2 я
г?2
£1 н
* и
<и
6 Г
ш 2
, 5
< Ш
* а ° ^
-о о
с; I
о «
о о
^ 1
Л т
. га
|_ а
влаге, высоким температурам. Как показывает практический опыт, фибра используется в различных объёмах. В зависимости от требований применяется фибра разной геометрической формы, плотности, упругости. Таким образом, различают несколько типов армирования строительных сооружений [2].
Согласно содержанию различных научных работ, дополнение бетонных волокон другими материалами способствует повышению качественных характеристик композитного материала. К примеру, в целях избежания ржавчин и разрушений добавляется микро- или нанокремнез. Разнообразные ПАВы позволяют повысить стойкость материала [3]. Однако нельзя забывать о том, что при взаимодействии с другими веществами и материалами фибра может демонстрировать обратный эффект. По данной причине необходимо заранее проводить тестовые испытания материала. В целях достижения максимального эффекта в процессе армирования бетонной поверхности волокнами необходимо соблюдать следующие требования для формирования высокопрочных сооружений:
• Регулярность волоконной прочности в ходе производственного процесса.
• Блокировка воздуха на контактном участке.
• Максимально плотное взаимодействие бетона и фибры.
• Равное распределение фибры на бетонной поверхности.
Далее рассмотрены преимущества полиармирования [4]:
• Достижение двойной прочности материала.
• Повышение качества поровой структуры композита, эксплуатационные характеристики.
• Достижение рационального регулирования характеристик материала, грамотной эксплуатации дисперсной арматуры.
В современной строительной практике для дисперсного армирования бетонной поверхности применяются: металлические фибры (как правило, на основе стали), минеральные/полимерные волокна, высокомодульные и низкомодульные фибры с различными параметрами и поперечными сечениями [5, 6]. При условии, что модуль волокна превышает модуль бетонной поверхности, достигается повышение механических характеристик, устойчивости к трещинам и сколам, динамическая/статическая прочность. Кроме того, появляется возможность уменьшения действующих сечений сооружения, полного или частичного устранения стержневой арматуры. Волоконное армирование бетонной поверхности способствует повышению эксплуатационной прочности сооружения даже в условиях деструктивного воздействия внешних факторов. Производственные процессы реализуются быстрее, упрощаются строительные операции, сокращается трудоёмкость [7].
В рамках применения полиармирования достигается максимальная прочность материала, повышается качество поровой основы композита, его эксплуатационных характеристик. Помимо этого, комбинированное армирование позволяет контролировать характеристики материала, грамотно использовать дисперсную арматуру [8].
Так как фибра отличается устойчивостью к воздействию влаги, она часто используется при строительстве гидроэлектростанций. Таким образом, можно говорить о высокой эффективности волокон, покрывающих бетонную поверхность элементов ГЭС. Стойкость бетона повышается посредством дисперсного армирования с применением высокомодульных волокон. В частности, его прочность увеличивается в условиях изгиба или растяжения. Если верить статистическим показателям, прочность бетонной поверхности повышается в пятикратном объёме в условиях применения стальной фибры при армировании (диаметр 0.3 миллиметра, насыщение 3 процента). Если насыщение объёма составляет 2 процента, стойкость увеличивается вдвое [8].
Не менее важным аспектом в сочетании различных строительных материалов является техника смешения. Пневмосмесители непрерывного действия применяются в целях оптимального смешения
сухих строительных смесей. Пневмосмесители непрерывного действия позволяют получить однородную текстуру в процессе сочетания строительных материалов. В результате достигается высокое качества конечного продукта. На сегодняшний день различают множество видов пневмосмесителей непрерывного действия, использующих как в России, так и в других странах [9].
Следует подчеркнуть, что на сегодняшний день наиболее распространённым типом дисперсного армирования является применение низкомодульных волокон. Используя такой материал, появляется возможность получить композит, объединяющий характеристики высокой стойкости как фибры, так и бетона [10]. Также современные исследователи рассматривают возможности расширенного применения базальтовых, стеклянных, стальных волокон, а также волокон органической основы. Армирование бетонной поверхности может осуществляться единовременно с армированием посредством стальных или композитных стержней, фиксируемых в элементах сооружения, подверженных давлению. Бетонные волокна могут иметь случайное распределение либо в соответствии с уровнем напряжения. Взаимодействие фибры с бетоном основано на поверхностном соединении.
В условиях армирования фиброй характер распределения волокон на бетонной поверхности приобретает ключевое значение. Как правило, их распределение по сечению носит случайных характер. Однако формование элемента сооружения может повлиять на волоконное распределение. Распределение фибры вдоль траектории давления характерно для горизонтального формования. Это обусловлено тем, что при вертикальной формовке основная доля волокон располагается под прямым углом, ориентируясь на давление. В этом случае эффект повышения стойкости при изгибе незначительный.
Прочность фиксации волокна с бетонной поверхностью приобретает особую значимость для механических характеристик армированного бетона. В процессе формовки следует уделить внимание повышению плотности бетонной смеси для достижения прочного соединения цементного теста и фибры. В особенности это важно для минеральных волокон, выполненных в виде фибровых пучков. При таких условиях рационально использовать бетонные смеси высокой подвижности в целях всестороннего обхвата волокон бетонным тестом.
Металлическая фибра характеризуется физико-механическим взаимодействием с бетонной поверхностью при наличии неровностей. В целях повышения прочности соединения стальная проволока приобретает конкретный профиль, искривление продольной оси. Также конечные анкерные отгибы устраняются. В определённых ситуациях допускается использование химического метода обработки проволочной поверхности в целях достижения шероховатой текстуры. Параметры бетонного соединения увеличиваются в пятикратном размере при проволочной обработке [11]. Между бетонной поверхностью и обработанной проволокой отсутствуют какие-либо химические взаимодействия. Аналогичная ситуация наблюдается с нейлоном, полипропиленом и так далее.
Стеклянные волокна взаимодействуют с бетонной поверхностью определённым образом. Допускается возникновение химического эффекта, преобразования на молекулярном уровне в ходе выдерживания бетонного материала до определённого показателя стойкости. Как правило, при уложении стеклянных волокон применяются линзы или ленты с различными параметрами. Подобные ленты характеризуются разной плотностью. Из-за этого некоторые элементы не имеют полноценного бетонного заполнения. При дальнейшем затвердевании пустые участки заполняются кристаллизованными компонентами (кальциевой гидроокисью). На первичных стадиях затвердевания участки действующего соединения характеризуются меньшей площадью, нежели геометрическая площадь фибровой поверхности, что обусловлено дискретностью образования структур гидросиликата кальция. В ходе цементной гидратации данное соединение упрочняется. Устойчивое к щёлочи волокно должно использоваться в качестве стеклянных волокон армирования. Это связано с высоким воздействием волоконной коррозии на характеристики стойкости.
03
г
м О
-I
м
Э СО
■ о
а г
* а
< 5
X 5
□ о
2 я
г?2
£1 н
* и
<и
6 Г
ш 2
, 5
< Ш
* а ° ^
-о о
с; I
о «
о о
^ 1
Л т
. га
|_ а
Базальтовое волокно также характеризуется контактами с продуктами гидратации цементной основы. Однако в этом случае реакция минимальная. Контакт базальтового волокна с цементной матрицей носит угасающий характер. Адсорбция труднорастворимых гидросиликатов и гидроалюминатов на волоконной поверхности обуславливает характер взаимодействия волокон с раствором щелочи. Данные процессы способствуют увеличению размеров внешних деструкций, провоцируют появление новых. Из-за это заметно снижается характеристика стойкости. Со временем диаметр волокна уменьшается, что способствует сокращению армирующего эффекта посредством волокон [12].
На данный момент различают несколько вариантов противодействия волоконной деструкции: применение полимербетона, малощелочных вяжущих, минеральных компонентов, способствующих сокращению агрессивного внешнего воздействия, изменению волоконной структуры. Добавление материалов с содержанием кремния, учитывая их контакт с щелочной средой, является наиболее распространённым методом [12].
Введение дисперсных волокон в бетонную поверхность способствует существенному повышению стойкости бетона.
В данном случае особую значимость приобретает структура, материал, форма дисперсного волокна, их процент содержания в бетонной поверхности. Как известно, фибры на основе базальтового и стального волокна способствуют наиболее эффективному армированию бетонной поверхности. Именно поэтому особую актуальность представляют исследования, направленные на рассмотрение волоконных сочетаний, соединения различных добавок для повышения характеристик прочности и надёжности строительных сооружений.
При наличии информации о характеристиках прочности и надёжности появляется возможность выбрать наиболее подходящий материал для строительной конструкции, её защиты от внешних воздействий. Как правило, такие сооружение функционируют на растяжение, изгибах: полов промышленных объектов, оснований ледовых площадок, взлётно-посадочных полос, автомобильных дорог, тоннелей метро, водоканалов. Учитывая тот факт, что армированный полидисперсный материал характеризуется высокой прочностью, в дальнейшем его целесообразно использовать для конструкций, находящихся под воздействием сейсмического/ударного давления. Сюда следует отнести: сейсмостойкие здания, оборонные объекты, железные дороги, тротуары, бортовые дорожные объекты.
Получается, что полидисперсное армирование представляет собой процесс применения в строительстве разнообразных армирующих материалов, характеризующихся различной стойкостью, параметрами, особенностями и так далее. Наиболее значимым преимуществом армирующего материала является придание объекту прочности, жёсткости, стойкости к вибрациям, износу, продление эксплуатационного срока. Кроме того, применение армирующего материала позволяет существенно сократить затраты на строительный процесс. Также это даёт возможность сократить массу конструкций для дальнейшего переноса или монтажа.
Однако стоит учесть, что использование армирующих материалов требует своевременного расчёта параметров строительного сооружения, а также исполнения требований по их эксплуатации. Полидисперсное армирование строительных сооружений предполагает применение сочетания армирующих материалов (стеклянное, углеродное, стальное волокно) в целях повышения прочности бетонной поверхности.
Заключение
Повышение стойкости и продление эксплуатационного срока объекта выступает ключевым преимуществом полидисперсного армирования. К примеру, использование стеклянного волокна при
взаимодействии с углеродным способствует повышению стойкости объекта к различным ржавчинам и повреждениям. Помимо этого, применение полидисперсного армирования позволяет сократить расходы на строительные операции путём более рационального подбора материалов и повышения их эффективности. Однако армирующие материалы могут заметно усложнить производственный процесс ввиду необходимости использования специальных технологий и инструментов. Несмотря на наличие недостатков полидисперсного армирования, данный метод является довольно эффективным, доказательством чего служит повышение стойкости строительных объектов к внешним воздействиям.
Библиографический список
1. Строительство и реконструкция = Building and reconstruction: научно-технический журнал / учредитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет им. И. С. Тургенева». — Орел: ОГУ им. И. С. Тургенева, 2009-. — 29 см. 2022, № 3 (101). — 2022. — 130, [2] с.
2. Красный И. М. О механизме повышения прочности бетона при введении микронаполнителей // Бетон и железобетон. — 1987—№ 5 — С. 10 - 1.
3. Разновидности материалов для дисперсного армирования бетона. В. И. Клещевникова,
A. С. Логвинова, С. В. Беляева. AlfaBuild, 59 - 74, 2018.
4. Пухаренко Ю. В. Полидисперсное армирование строительных композитов / Ю. В. Пухаренко, И. У. Аубакирова. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века: информационный научно-технический журнал Construction materials, equipment, technologies of the XXI century. М. 2011. № 2 (145) С. 25 - 26.
5. Прокофьева Ю. А. Исследование свойств фибробетонов с использованием фибры различного вида: магистерская диссертация: 08.04.01 — Тольятти., 2019. С. 8 - 24.
6. Окольникова Г. Э., Белов А. П., Слинькова Е. В. Анализ свойств различных видов фибробетонов // Системные технологии. 2018. № 26 С. 206 - 210.
7. Магасумова А. Т. Технология изготовления и физико-механические свойства дисперсно-армированного бетона: магистерская диссертация, пояснительная записка: 08.04.01 / Магасумова Альвина Тансуровна. Екатеринбург, 2019. С. 14 - 40.
8. . Окольникова Г. Э., Йочич М., Курлин М. Перспективы применения полидисперсно-армированных фибробетонов. Системные технологии. 2021. № 38. С. 86 - 88.
9. . Качаев А. Е., Орехова Т. Н., Окушко В. В., Шестаков Ю. Г. Механика взвешенного слоя с полидисперсными частицами в пневмосмесителях непрерывного действия // Вестник БГТУ имени
B. Г. Шухова. 2020. № 3.
10. Кострикин М. П. Дисперсно армированные бетоны с применением синтетической макрофибры : диссертация ... кандидата технических наук : 2.1.5. / Кострикин Максим Павлович; [Место защиты: ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»]. — Санкт-Петербург, 2022. — 191 с.
11. Рабинович Ф. Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. М.: Издательство АСВ, 2011.
и
Z м
О
-I
м
D CD
■ о
О. I
* ä
S и
< 5
X S
□ о
2 я
2 s
tL н
* и
<и
d г
ш Z , S
< (U
m а
° ^
S S
-о о
с; I
о «
V s
о о
^ 1
Л m
. га
l_ CL
12. Маркович А. С., Милосердова Д. А. Свойства дисперсных волокон для эффективного армирования бетонов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2022. № 2.
VARIETIES AND ADVANTAGES OF POLYDISPERSE REINFORCEMENT OF BUILDING STRUCTURES
G. E. Okolnikova* ** E. O. Krayushkina * K. P. Kulikova * M. I. Bochukova*
* Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow
** Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Abstract
The accumulation of experimental data, their generalization, the development of production technologies and increasing requirements for the quality of building materials contribute to the development of scientific and applied foundations of building materials science, methodological principles of materials synthesis. Within the framework of the article, the author examines the main types of polydisperse reinforcement of building structures, identifies the key advantages of the practical application of these materials.
The Keywords
varieties, polydisperse reinforcement, building structures, application, advantages
Date of receipt in edition
05.03.2023
Date of acceptance for printing
10.04.2023
Ссылка для цитирования:
Г. Э. Окольникова, Е. О. Краюшкина, К. П. Куликова, М. И. Бочукова. Разновидности и преимущества полидисперсного армирования строительных конструкций. — Системные технологии. — 2023. — № 2 (47). — С. 117 - 122.
