Міцність, зносостійкість і морозостійкість фібробетонів жорстких дорожніх покриттів з базальтовою фіброю та повітровтягуючою добавкою

Опубліковано:
Номер: Випуск 28(2023)
Розділ: Будівництво та цивільна інженерія
Cторінковий інтервал статті: 144–158
Ключові слова: базальтова фібра, повітровтягуюча добавка, жорстке дорожнє покриття, міцність, морозостійкість, стиранність
Як цитувати статтю: Кровяков С. О., Шестакова С. Є. Міцність, зносостійкість і морозостійкість фібробетонів жорстких дорожніх покриттів з базальтовою фіброю та повітровтягуючою добавкою. Дороги і мости. Київ, 2023. Вип. 28. С. 144–158.
Як цитувати статтю (references): Sergii Kroviakov, Lyubov Shestakova. Strength, abrasion resistance and frost resistance of fiber concrete of hard pavement with basalt fiber and air-entraining admixture. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2023. Iss. 28. P. 144–158 [in Ukrainian].

Автори

Одеська державна академія будівництва та архітектури, м. Одеса, Україна
http://orcid.org/0000-0002-0800-0123
Одеська державна академія будівництва та архітектури, м. Одеса, Україна
http://orcid.org/0000-0002-3449-8498

Анотація

Вступ. Підвищення довговічності жорстких дорожніх покриттів дозволяє знизити витрати на утримання доріг за рахунок подовження міжремонтних інтервалів. Дисперсне армування є відомим методом підвищення морозостійкості та зносостійкості бетону, що позитивно впливає на довговічність дорожніх покриттів в типових для України кліматичних умовах. Базальтова фібра є стійкою до корозії та відносно недорогою, що робить її перспективною для використання у дорожній галузі. Також при приготуванні бетонів жорстких покриттів необхідно використовувати пластифікуючі та повітровтягуючі добавки.

Проблематика. В сучасних економічних умовах та з врахуванням технологічних особливостей приготування сумішей актуальним є порівняння ефективності застосування відомих методів покращення властивостей бетонів жорстких дорожніх покриттів: дисперсного армування і використання повітровтягуючої добавки. Також важливою з науковою та практичної точок зору є задача вивчення доцільності одночасного використання даних методів модифікування бетонної суміші.     

Мета. Визначення впливу базальтової фібри і повітровтягуючої добавки на міцність, морозостійкість і стиранність бетонів жорстких дорожніх покриттів.

Результати. Досліджено вплив базальтової фібри довжиною 12 мм і діаметром 18 мкм та повітровтягуючої добавки MICROPORAN на властивості бетонів жорстких дорожніх покриттів. Досліджувалися бетони без фібри, а також з фіброю у кількості 0,50 кг/м3, 0,75 кг/м3 і 1,0 кг/м3. Всі суміші мали рухомість S1 і модифікувалися суперпластифікатором STACHEMENT 2570/5/G у кількості 0,6 % від маси цементу. При використанні 0,05 % MICROPORAN кількість залученого до суміші повітря зростає до (4,8–5,4) % а середня густина бетонів знижується на до (2 401–2 430) кг/м3. При використанні MICROPORAN у кількості 0,15 % до суміші залучається (10,2–11) % повітря, а середня густина бетону знижується приблизно до (2 320–2 351) кг/м3. Міцність бетонів на стиск знаходилася в діапазоні від 46,3 МПа до 63,2 МПа, міцність на розтяг при згині – в діапазоні від 5,83 МПа до 7,63 МПа. За рахунок дисперсного армування міцність бетонів на стиск зростає на 13–24 %, міцність на розтяг при згині – на (21–29) %. Повітровтягуюча добавка практично не впливає на міцність на розтяг при згині бетону, але викликає зниження міцності на стиск на (2–16) % при використанні 0,05 % MICROPORAN і на (9–21) % при використанні 0,15 % MICROPORAN. Стиранність бетону при використанні повітровтягуючої добавки практично не змінюється, а за рахунок введення базальтової фібри знижується на (14–15) %, що сприяє підвищенню довговічності матеріалу. Бетон без дисперсного армування і MICROPORAN мав морозостійкість F200. За рахунок дисперсного армування морозостійкість бетону досягає F300. При застосуванні 0,05 % повітровтягуючої добавки морозостійкість не змінюється або навіть дещо знижується, а при застосуванні 0,15 % для бетону без фібри зростає з F200 до F300 при фактичному зниженні витрати цементу.

Висновки. Завдяки використанню базальтової фібри а також комплексній модифікації суперпластифікатором полікарбоксилатного типу та повітровтягувальною добавкою MICROPORAN отримано бетон для жорстких дорожніх покриттів з високою довговічністю та необхідною міцністю.

Посилання

  1. Hoxha E., Vignisdottir H.R., Barbieri D.M., Wang F., Bohne R.A., Kristensen T., Passer A. Life cycle assessment of roads: Exploring research trends and harmonization challenges. Science of the total environment. 2021, 759, 143506. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143506.
  2. ГБН В.2.3-37641918-557:2016. Автомобільні дороги. Дорожній одяг жорсткий. Проектування. Київ, 2017. 75 с. (Інформація та документація).
  3. Толмачев С.Н., Солодкий С.Й. Факторы обеспечения долговечности дорожного цементного бетона. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. 2013. 52. С. 275–280.
  4. Толмачев С.Н., Беличенко Е.А., Бражник А.В. Способы защиты дорожных бетонов при действии агрессивных факторов. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. 2016. 62. С. 176–181.
  5. Ziari H., Hayati P., Sobhani J. Air-entrained air field self-consolidating concrete pavements: strength and durability. International Journal of Civil Engineering. 2017. 15. P. 21–33 DOI: https://doi.org/10.1007/s40999-016-0104-4.
  6. Толмачов С.М. Особливості повітроутягнення у дорожні бетони та фібробетони. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. 2017. Вип. 99. С. 67–76. URL: http://publications.ntu.edu.ua/avtodorogi_i_stroitelstvo/99/067-076.pdf (дата звернення: 13.09.2023).
  7. ДБН В.2.3-4:2015. Автомобільні дороги. Частина I. Проектування. Частина II. Будівництво. Київ, 2016. 104 с. (Інформація та документація).
  8. Толмачев С.Н., Беличенко Е.А. Влияние вовлеченного воздуха на свойства дорожных бетонов и фибробетонов. Строительные материалы. 2017. № 1-2. С. 68–72.
  9. Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л. Проектування складів бетонів. Рівне: НУВГП, 2015. 353 c. URL: https://ep3.nuwm.edu.ua/3150/1/Документ5.pdf (дата звернення: 13.09.2023).
  10. Lai Y., Liu Y., Wang P., Ma D.X., Guo B., Sun K., Hou S. Effect of aircraft deicer on deicer-scaling resistance and frost resistance of airport pavement concrete. Journal of Physics: Conference Series. 2020. 1605, 012178. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1605/1/012178.
  11. Pham L.T., Cramer S.M. Effects of air-entraining admixtures on stability of air bubbles in concrete. Journal of Materials in Civil Engineering. 2021. Vol. 33, Issue 4. 04021018. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003628.
  12. Wu H., Qin X., Huang X., Kaewunruen S. Engineering, mechanical and dynamic properties of basalt fiber reinforced concrete. Materials. 2023. 16, 623. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16020623.
  13. Kos Z., Kroviakov S., Kryzhanovskyi V., Hedulian D. Strength, frost resistance, and resistance to acid attacks on fiber-reinforced concrete for industrial floors and road pavements with steel and polypropylene fibers. Materials. 2022. 15 (23), 8339. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15238339.
  14. Vaitkus A., Gražulytė J., Šernas O., Karbočius M., Mickevič R. Concrete modular pavement structures with optimized thickness based on characteristics of high performance concrete mixtures with fibers and silica fume. Materials. 2021. 14 (12), 3423. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14123423.
  15. Jin Sj., Yang Yh., Sun Ym, Li X., Xu Jy. Experimental research on anti-freezing and thawing performance of basalt fiber reinforced fly ash concrete in the corrosive conditions. KSCE Journal of Civil Engineering. 2023. 27. P. 3455–3470. DOI: https://doi.org/10.1007/s12205-023-1969-9.
  16. Марущак У.Д., Саницький М.А., Королько С.В. Наномодифіковані швидкотверднучі бетони, армовані дисперсними волокнами. Вісник НУ «Львівська політехніка». Серія: Теорія і практика будівництва. 2017. 877. С. 137–143.
  17. Kaya Y., Biricik Ö., Bayqra S.H., Mardani A. Effect of fibre type and utilisation rate on dimensional stability and frost resistance of pavement mortar mixture. International Journal of Pavement Engineering. 2023. 24 (1), 2154351. DOI: https://doi.org/10.1080/10298436.2022.2154351.
  18. Lyu Z., Shen A., Meng W. Properties, mechanism, and optimization of superabsorbent polymers and basalt fibers modified cementitious composite. Construction and Building Materials, 2021. 276, 122212. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.122212.
  19. Sarkar A., Hajihosseini M. The effect of basalt fibre on the mechanical performance of concrete pavement. Road Materials and Pavement Design. 2018. 21 (6). P. 1726–1737. DOI: https://doi.org/10.1080/14680629.2018.1561379.
  20. Iyer P., Kenno S.Y., Das S. Mechanical properties of fiber-reinforced concrete made with basalt filament fibers. Journal of Materials in Civil Engineering, 2015. 27 (11), 04015015. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001272.
  21. ПРАТ «Дікергофф Цемент Україна». Портландцемент ПЦ І-500Р-Н. URL: https://www.dyckerhoff.com.ua/pc-i-500 (дата звернення 11.08.2023).
  22. ТОВ «Стахема ЛЬВІВ-СЕРВІС». URL: https://stachema.ua (дата звернення 11.08.2023).
  23. ТОВ «Баутех-Україна». BAUCON® Basalt. URL: https://bautech.com.ua/product/baucon-basalt (дата звернення 11.08.2023).
  24. ДСТУ Б В.2.7-114-2002 Будівельні матеріали. Суміші бетонні. Методи випробувань. Київ, 2002. 32 с. (Інформація та документація).
  25. ДСТУ Б В.2.7-170:2008 Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення середньої густини, вологості, водопоглинання, пористості і водонепроникності. Київ, 2008. 38 с. (Інформація та документація).
  26. ДСТУ Б В.2.7-214:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками. Київ, 2010. 43 с. (Інформація та документація).
  27. ДСТУ Б В.2.7-49-96 Будівельні матеріали. Бетони. Прискорені методи визначення морозостiйкостi при багаторазовому заморожуванні та відтаванні. Київ, 1996. 9 с. (Інформація та документація).
  28. Du L., Folliard K.J. Mechanisms of air entrainment in concrete. Cement and Concrete Research, 2005. 35 (8). P. 1463–1471. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.07.026.
  29. Hussain I., Ali B., Akhtar T., Jameel M.S., Raza S.S. Comparison of mechanical properties of concrete and design thickness of pavement with different types of fiber-reinforcements (steel, glass, and polypropylene). Case Studies in Construction Materials, 2020. 13, e00429. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2020.e00429.
  30. Tolegenova A., Skripkiunas G., Rishko L., Akmalaiuly K. Both plasticizing and air-entraining effect on cement-based material porosity and durability. Materials, 2022. 15, 4382. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15134382.
  31. 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. 12(3), 1174. DOI: https://doi.org/10.3390/app12031174.