Разработка мелкозернистого ударопрочного фибробетона для применения в условиях рудников криолитозоны

Изложены результаты исследований по определению влияния полипропиленовой и базальтовой фибры диаметром 10÷23 мкм на физико-механические характеристики мелкозернистого бетона. Приведены закономерности влияния циклов замораживания-оттаивания (температура замораживания минус 50±2 °С ГОСТ 10060—2012) на прочность при изгибе и сжатии, а также энергоемкость разрушения фибробетона. Установлено оптимальное содержание фибр марок ВСМ-6 и ВС23—6-61 в матрице мелкозернистого бетона. Обнаружено, что введение базальтовой фибры в матрицу бетона способно увеличить его морозостойкость. Так, при содержании 2% волокна после воздействия пяти циклов замораживания-оттаивания среднее значение прочности фиброармированных образцов оказалось только на 5% ниже контрольной серии образцов, не содержащих фибры и не подвергавшихся замораживанию-оттаиванию (0%, 0 ЦЗО), а неармированные снизили прочность на 47%. Образцы фибро-армированных серий обладают большей способностью сохранять сопротивляемость статической нагрузке после воздействия циклов замораживания-оттаивания. Приведены закономерности изменения сопротивляемости фибробетона динамическим (ударным) нагрузкам на вертикальном и маятниковом копрах после воздействия циклов замораживания-оттаивания (ЦЗО). Установлено, что введение в матрицу бетона полипропиленовой фибры ВСМ-6 способно обеспечить существенный прирост вязкости разрушения (сопротивляемости динамической изгибающей нагрузке). Так, после двенадцати циклов энергоемкость разрушения образцов, содержащих фибру в количестве 1 и 2%, превышает контрольную в 1,9÷2,1 раза. При испытаниях на вертикальном копре введение фибры ВС23—6-61 обеспечивает прирост удельной энергоемкости разрушения в 1,7÷1,8 раза, кроме того, воздействие пяти циклов не снижает энергоемкость разрушения фибро-армированных образцов. Полученные результаты свидетельствуют, что армирование мелкозернистого бетона короткими базальтовыми и полипропиленовыми волокнами может повышать безопасность труда горнорабочих, а также расширять область применения бетонных конструкций на Севере и рудниках криолитозоны.

Алексеев К. Н., Курилко А. С. Разработка мелкозернистого ударопрочного фибробетона для применения в условиях рудников криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. № 12—1. — С. 15—28. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2021_121_0_15.

Алексеев Константин Николаевич¹ — мл. науч. сотр., const1711@mail.ru;
Курилко Александр Сардокович¹ — докт. техн. наук, профессор, зав. лабораторией горной теплофизики;
¹ Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», 677980, г. Якутск, пр. Ленина, 43.

1. Dobshits L. M. Physico-mathematical model of destruction of concrete during cyclic freezing and thawing // Housing construction. — 2017. № 12. pp. 30—36.

2. Боровских И. В. Высокопрочный тонкозернистый базальтофибробетон : дисс. ... канд. техн. наук. — Казань: Казан. гос. архитектур.-строит. ун-т., 2009. — 168 с.

3. Соловьев В. Г. Эффективность взаимодействия различных видов фибры с бетонной матрицей / Соловьев В. Г., Бамматов А. А., Кухарь И. Д., Нуртдинов М. Р. // Наука и бизнес: пути развития. — 2018. №5. — С. 57—61.

4. Saber Fallah. Mechanical properties and durability of high-strength concrete containing macro-polymeric and polypropylene fibers with nano-silica and silica fume / Saber F., Mahdi N. // Construction and Building Materials. — 2017. Vol. 132. pp. 170—187.

5. Козлов С. Д. Стеклофибробетон / Козлов С. Д., Матюхина М. А., Абрамов Н. М., Захарченко О. В. // «Инновационное подходы в современной науке» матер. I междунар. науч-практ. конф. — Москва: Изд-во ООО «Интернаука». — 2017. — С. 9—13.

6. Клюев С. В. Фибробетон для строительной индустрии / Клюев С. В., Клюев А. В., Ватин Н. И. // Инженерно-строительный журнал. — 2018. № 8(84). — С. 41–47. doi: 10.18720/MCE.84.4.

7. Islam MS. Influence of jute fiber on concrete properties / Islam MS, Ahmed SJU // Construction and Building Materials. — 2018. Vol. 189. pp 768—776.

8. Lee Jong-Han. Influence of concrete strength combined with fiber content in the residual flexural strengths of fiber reinforced concrete // Composite Structures. — 2017. Vol. 168. pp 216—225.

9. Урханова Л. А. Применение композиционных вяжущих и наномодификаторов для получения фибробетона / Урханова Л. А., Лхасаранов С. А., Буянтуев С. Л., Хардаев П. К. // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. — 2018. Т. 10. № 6. — С. 91—107.

10. Нажуев М. П. Эффективность применения различных видов фибры и крупного заполнителя в виброцентрифугированных бетонах / Нажуев М. П., Халюшев А. К., Ткач П. С., Ефимов И. И., Санин И. С., Курбанов Н. С., Орлов М. Г. // Вестник евразийской науки. — 2020. Т. 12. № 2. — С. 11.

11. Алексеев К. Н. Влияние базальтового волокна (фибры) на вязкость и энергоемкость разрушения мелкозернистого бетона / Алексеев К. Н., Курилко А. С., Захаров Е. В. // Горн. Информ.-аналит. Бюллетень. — 2017. №12. — С. 56—63.

12. Захаров Е. В. Влияние знакопеременных температурных воздействий на энергоемкость процесса дробления горных пород. Автореф. дис канд. техн. наук. — Якутск: Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, 2011. — С. 21.

13. Алексеев К. Н. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочностные характеристики мелкозернистого бетона дисперсно-армированного базальтовой фиброй / Алексеев К. Н., Курилко А. С. // Горн. Информ.-аналит. Бюллетень. — 2018. №11. — С. 56—62.

14. Галкин А. Ф., Киселев В. В., Курилко А. С. Набрызгбетонная теплозащитная крепь. — Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1992. — 164с.