Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ФИБРОБЕТОНЫ ДЛЯ РЕМОНТА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СТЕКЛЯННОЙ ФИБРЫ

Клюев А.В. 1 Дураченко А.В. 1
1 ФБГОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»
В данной статье рассматривается современное состояние вопроса покрытий для дорог в России и в зарубежье, проблемы существующих дорог и перспективы строительства новых бетонных покрытий в нашей стране. В связи с этим, поднимается вопрос разработки для них новых современных ремонтных составов. Представлены оптимальные варианты ремонтных составов для бетонных дорог, в частности, фибробетонов с применением стеклянной фибры. Проведено сравнительное изучение различных видов волокон для ремонтных составов, их физико-механических характеристик, целесообразность применения в данной области строительства. Приведены данные по выявлению оптимальных составов, процента армирования и длины фибры. Проведено сравнение физико-механических характеристик предлагаемых составов с уже активно применяемыми в области фибрового армирования и описаны их преимущества.
фибробетон
стеклянная фибра
1. Клюев С.В. Высокопрочный мелкозернистый фибробетон на техногенном сырье и композиционных вяжущих с использованием нанодисперсного порошка // Бетон и железобетон. – 2014. – №4. – С. 14 – 16.
2. Клюев С.В. Высокопрочный сталефибробетон на техногенных песках КМА // Технологии бетонов. – 2012. – № 5 – 6. – С. 33 – 35.
3. Клюев С.В., Клюев А.В. Исследование физико-механических свойств композиционных вяжущих // Успехи современной науки. – 2015. – №1. – С. 21 – 24.
4. Клюев С.В., Клюев А.В. Техногенное сырье – эффективный заполнитель для фибробетонов // Успехи современной науки. – 2015. – №1. – С. 33 – 35.
5. Клюев С.В., Гурьянов Ю.В. Внешнее армирование изгибаемых фибробетонных изделий углеволокном // Инженерно-строительный журнал. – 2013. – №1(36). – С. 21 – 26.
6. Клюев С.В. Ползучесть и деформативность дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2010. – № 4. – С. 85 – 87.
7. Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В., Пикалова Е.К. Фиброармированные композиты на техногенном сырье // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 19; №1. – С. 34 – 36.
8. Клюев С.В. Усиление и восстановление конструкций с использованием композитов на основе углеволокна // Бетон и железобетон. – 2012. – №3. – С. 23 – 26.
9. Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В., Пикалова Е.К. Монолитный фибробетон для полов промышленных зданий // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 19; №1. – С. 29 – 32.
10. Клюев С.В. Разработка дисперсно-армированного мелкозернистого бетона на основе техногенного песка и композиционного вяжущего // Международный научно-исследовательский журнал. – 2014. – Т. 11; Ч.2. – С. 27 – 29.
11. Клюев С.В. Высококачественный фибробетон для монолитного строительства // Международный научно-исследовательский журнал. – 2014. – Т. 11; Ч.2. – С. 29 – 32.
12. Клюев С.В. Экспериментальные исследования фибробетонных конструкций с различными видами фибр // Международный научно-исследовательский журнал. – 2015. – Т. 2; Ч.1. – С. 39 – 44.
13. Клюев С.В. Особенности формирования фибробетонных композитов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2015. – №5. – С. 32 – 35.
14. Клюев С.В. Фибробетон и изделия на его основе // Международный научно-исследовательский журнал. – 2015. – Т. 3; Ч.1. – С. 70 – 73.
15. Клюев С.В., Дураченко А.В. О применении синтетической фибры для дисперсного армирования бетонов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 95–летию ФГБОУ ВПО «ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова» (24–26 марта 2015 г., г. Грозный). В 2-х томах. Т.1. – Грозный: ФГУП «Издательско-полиграфический комплекс «Грозненский рабочий», 2015. – С. 324 – 328.
16. Клюев С.В., Гафарова Н.Е. Фибробетон для монолитного строительства в условиях крыма // Интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора Валерия Станиславовича Лесовика, 2016. – С. 49 – 53.
17. Клюев С.В., Клюев А.В., Кузик Е.С. Аддитивные технологии в строительной индустрии // Интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора Валерия Станиславовича Лесовика, 2016. – С. 54 – 58.
18. Данилов А.М., Гарькина И.А., Клюев С.В. Принципы проектирования строительных материалов для агропромышленного комплекса // Успехи современной науки. – 2016. – Т. 2. № 10. – С. 150 – 155.
19. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В., Пикалова Е.К. К вопросу применения техногенных песков для производства мелкозернистого фибробетона // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 19. №1. – С. 32 – 34.
20. Клюев А.В. Усиление изгибаемых конструкций композитами на основе углеволокна // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 38 – 41.
21. Клюев А.В. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон на техногенном песке КМА для изгибаемых изделий: автореф. дис. … к.т.н. – Белгород, 2012. – 24 с.
22. Клюев А.В. Свойства бетонной матрицы при дисперсном армировании фибрами / А.В. Клюев, А.В. Нетребенко, А.В. Дураченко // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 16. №2. – С. 96 – 99.
23. Клюев А.В. Ориентация и распределение фибр в цементной матрице / А.В. Клюев, А.В. Нетребенко, А.В. Дураченко // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 16. №2. – С. 99 – 102.
24. Клюев С.В., Клюев А.В. Оптимальное проектирование строительных конструкций на основе эволюционных и генетических алгоритмов: монография. – Germany, 2011. – 128 с.
25. Клюев С.В., Клюев А.В. Оптимальное проектирование стержневой пространственной конструкции // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2007. – №1 (7). – С. 17 – 22.
26. Клюев С.В., Клюев А.В. Оптимальное проектирование стержневых систем на основе энергетического критерия при силовых и температурных воздействиях с учетом безопасной устойчивости // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2009. – № 1. – С. 60 – 63.
27. Клюев С.В. Оптимальное проектирование конструкций башенного типа: дисс. … канд. техн. наук. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2006. – 153 с.
28. Юрьев А.Г., Клюев С.В., Клюев А.В. Устойчивость равновесия в природе и технике // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2007. – № 3. – С. 86 – 88.
29. Юрьев А.Г., Клюев С.В. Эволюционные и генетические алгоритмы оптимизации строительных конструкций. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2006. – 134 с.
30. Абсиметов В.Э., Клюев С.В., Клюев А.В. Оптимальное проектирование динамически нагруженных стержневых систем // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2009. – №3–4. – С. 100 – 105.
31. Юрьев А.Г., Клюев С.В. Энергетический критерий структурообразования несущих конструкций // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2006. – №2. – С. 90 – 91.
32. Юрьев А.Г., Клюев С.В., Клюев А.В. Особенности проектирования высотных стержневых конструкций из стали // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2008. – № 4. – С. 42 – 45.
33. Клюев С.В., Клюев А.В. Оптимальное проектирование стержневых конструкций // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2009. – №3. – С. 31 – 36.

В условиях современности автомобильный транспорт является самым востребованным. С каждым днем растет количество автомобилей, а, соответственно, увеличиваются и нагрузки на дорожное полотно. В связи с этим, несмотря на постоянное совершенствование технологий и материалов, асфальтовые дороги в нашей стране не справляется с объемами транспорта и выходят из строя раньше проектного срока.

Во многих зарубежных странах, таких как США, Германия, Япония, для строительства дорог довольно давно в большинстве случаев применяют бетон. Это связано с тем, что бетонные дороги способны выдерживать более высокие нагрузки, их срок службы составляет 40–50 лет, а у асфальтовых 8–10, соответственно. Несмотря на то, что строительство бетонных дорог обходится немного дороже, затраты на эксплуатацию и ремонт – минимальны, ввиду того, что и межремонтный срок больше, чем у асфальтовых покрытий. В связи с этим, в нашей стране активно поднимается вопрос о строительстве и последующей реконструкции дорог с применением бетона.

Безусловно, своевременный ремонт дорожного полотна, позволяет увеличить срок эксплуатации дороги. Не менее важным аспектом является качество и физико-механические характеристики применяемых для ремонта материалов и составов.

В области ремонтных составов в настоящее время активно изучается и применяется фибробетон. Это обусловлено тем, что он имеет прочностные характеристики значительно превосходящие характеристики обычных бетонов. Фибра, как известно, обеспечивает высокую прочность бетоны не только при сжатии, но и при изгибе. Широкое применение фибробетонные составы получили при ремонте мостовых конструкций, полов промышленных зданий, гидротехнических сооружений и др. При этом, применяются самые различные виды фиброволокна, постоянно разрабатываются новые с целью повышения физико-механических характеристик бетона [1 – 23].

При проектировании материалов и конструкций на их основе, в том числе и их фибробетонов, необходимо выбирать оптимальное их проектирование с целью снижения их себестоимости [24 – 33].

Таким образом, стеклянная фибра (рис. 1) является одной из самых прочных и имеет малую величину удлинения при разрыве. При этом ее стоимость сопоставима со стоимостью других видов фибр. Различают стеклянную фибру длиной 6, 12,18, 24 мм и диаметром 10–15 микрон.

В ходе проведения экспериментальной части, было выяснено, что оптимальным процентом армирования являются 0,3 % от массы вяжущего. Таким образом, содержание фибры составило порядка 10,5 кг/м3.

Для фибробетонной смеси использовался товарный цемент портландцемент АО «Себряковцемент» марки ЦЕМ I 42,5H и молотый гранит. Продукция этого предприятия отличается стабильностью качества. Основные строительно-технические показатели цемента приведены в табл. 1. На рис. 2 приведен микроснимок ЦЕМ I 42,5H.

kluev1.tif

Рис.1. Стеклянная фибра

Таблица 1

Химический состав цемента

Марка цемента

Химический состав, % по массе

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

К2O

Na2O

TiO2

ЦЕМ I 42,5Н

21,67 ±0,21

5,69 ±0,12

3,08 ±0,09

59,37 ±0,25

3,7 ±0,09

4,28 ±0,1

0,69 ±0,03

0,52 ±0,03

0,38 ±0,2

Преимущества этого цемента были так же выявлены в ходе проведения исследовательской работы.

kluev2.tif

Рис. 2. Микроснимок ЦЕМ I 42,5H

Также, для снижения водопотребности смеси и, соответственно увеличения прочностных характеристик бетона, был применен суперпластификатор ПФМ-НЛК последней модификации. Более того, он позволяет бетону набрать прочность в более короткие сроки, что, безусловно, играет важную роль в ремонте дорожных покрытий.

В проводимом исследовании, удалось добиться повышения физико-механических характеристик бетона за счет применения высокоплотной упаковки заполнителя. Такой эффект возник из-за применения гранита разных фракций. Так, применялись фракции 2,5 – 5 мм, 1,25 – 2,5 мм, 0,625 – 1,25 мм. Был рассчитан модуль крупности гранита:

Мкр. = (A2,5 + A1,25 +A0,63)/100,

где A2,5 ; A1,25 ;A0,63 – полные остатки, %

Мкр. = (49,2 + 66 +96,3)/100=2,12.

В результате проведенных испытаний полученных опытных образцов были получены значения активности вяжущего, пределов прочности при растяжении и сжатии полученных бетонов. Для опытов использовались балки размерами 4×4×16 мм. В качестве вяжущего использовались разработанные композиционные вяжущие на основе ЦЕМ I 42,5H, его активность оказалась 56 МПа, предел прочности на растяжение при изгибе 13,5 МПа, предел прочности при сжатии 72,3 МПа.

Таким образом, можно сделать вывод, что физико-механические характеристики полученного фибробетона значительно превышают характеристики обычных бетонов, чего удалось добиться за счет применения стеклянной фибры и суперпластификатора ПФМ-НЛК. Также созданные опытные образцы полностью соответствуют требованиям по прочности, предъявляемым к материалам, применяемым для строительства и ремонта дорожных покрытий. Нужно отметить, что себестоимость фибробетона ЦЕМ I 42,5H не на много отличается от аналогичного бетона, но при этом имеет ряд преимуществ и позволит сэкономить средства на последующем ремонте и эксплуатации дорожного полотна.

Статья выполнена при финансовой поддержке стипендии Президента СП-340.2016.1.


Библиографическая ссылка

Клюев А.В., Дураченко А.В. ФИБРОБЕТОНЫ ДЛЯ РЕМОНТА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ СТЕКЛЯННОЙ ФИБРЫ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 1-2. – С. 207-210;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=11168 (дата обращения: 21.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074