ВПЛИВ ДИСПЕРСНОГО АРМУВАННЯ НА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНУ: ОГЛЯД
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2026-15-51-67Ключові слова:
фібробетон, дисперсне армування, фізико-механічні властивості, тріщиностійкість, довговічність, динамічні навантаженняАнотація
Сучасні умови експлуатації бетонних конструкцій зумовлюють підвищені вимоги до фізико-механічних характеристик матеріалів, зокрема міцності, тріщиностійкості, ударної в’язкості та зносостійкості, а також до їх стійкості в умовах впливу агресивних середовищ. Перспективним способом удосконалення експлуатаційної надійності бетонних конструкцій є застосування дисперсного армування – рівномірне додавання коротких волокон у бетонну матрицю. Таке технологічне рішення зменшує інтенсивність розвитку тріщин і їх ширину, підвищує енергоємність руйнування, покращує розподіл напруження в матеріалі та забезпечує надійну роботу конструкцій в умовах динамічного або ударного навантаження.
У статті подано огляд результатів вітчизняних та зарубіжних досліджень щодо впливу різних типів фібри: сталевої, полімерної, базальтової, скляної та вуглецевої на основні показники міцності бетону (стиск, осьовий розтяг, розтяг при згині, стійкість до ударних навантажень), а також на пов’язані експлуатаційні характеристики (водонепроникність, морозостійкість, хімічна стійкість). Показано, що ефективність такого типу армування значною мірою визначається геометрією та механічними властивостями волокон, видом навантаження, умовами експлуатації, орієнтацією волокон і якістю їх зчеплення з бетонною матрицею. Здійснено узагальнення експериментальних результатів щодо використання фібри в дорожніх конструкціях (водовідвідні лотки, безнапірні труби, оболонки), залізничних шпалах, а також у конструкціях з підвищеною вибухостійкістю.
Окрему увагу приділено комбінованому застосуванню фібри та класичного армування для підвищення несучої здатності та оптимізації розмірів конструктивних елементів. Розглянуто перспективи поєднання дисперсного армування з наномодифікованою цементною матрицею, яка має покращену мікроструктуру та підвищені тріщиностійкість і швидкість твердіння.
Посилання
1. Keras V., Augonis M., Adamukaitis N., Vaitekūnaitė E. Research of local compression concrete reinforced by steel fibers. Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering. 2015. Vol. 2, No. 11. P. 72–78. https://doi.org/10.5755/j01.sace.11.2.12568.
2. Житковський В.В., Дворкін Л.Й. Вплив дисперсного армування на властивості дорожніх бетонів, отриманих шляхом вібропресування наджорстких сумішей. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. 2021. № 2(92). С. 24–31. https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2021.92.0.24.
3. Кінаш Р., Білозір В., Біденко І. Деформативність і міцність дрібнозернистого сталефібробетону за осьового розтягу. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві. 2023. Вип. 20. С. 45–62. URL: https://files.znu.edu.ua/files/2024/STMRB/STMRB2023n20/STMRB2023n20.pdf. (дата звернення: 06.05.2025).
4. Vijayan D. S., Sivasuriyan A., Parthiban D., Jakimiuk A., Bayat H., Podlasek A., Vaverková M. D., Koda E. A comprehensive analysis of the use of SFRC in structures and its current state of development in the construction industry. Materials. 2022. Vol. 15, No. 19. Art. 7012. https://doi.org/10.3390/ma15197012.
5. Дорошенко О. Ю. Базальтове волокно як компонент цементобетону. Збірник наукових праць УкрДУЗТ. 2021. Вип. 198. С. 22–29. https://doi.org/10.18664/1994-7852.198.2021.256504.
6. Дорошенко О. Ю. Вивчення властивостей дрібнозернистих цементобетонів із використанням пластифікаторів і базальтового волокна. Збірник наукових праць УкрДУЗТ. 2023. Вип. 206. С. 72–82. DOI: 10.18664/1994-7852.206.2023.
7. Ramezanianpour A. A., Esmaeili M., Ghahari S. A., Najafi M. H. Laboratory study on the effect of polypropylene fiber on durability, and physical and mechanical characteristic of concrete for application in sleepers. Construction and Building Materials. 2013. Vol. 44. P. 411–418. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.02.076.
8. Bagherzadeh R., Sadeghi A.-H., Latifi M. Utilizing polypropylene fibers to improve physical and mechanical properties of concrete. Textile Research Journal. 2011. Vol. 82, No. 1. P. 88–96. DOI: 10.1177/0040517511420767.
9. Марущак У. Д., Саницький М. А., Королько С. В. Наномодифіковані швидкотверднучі бетони, армовані дисперсними волокнами. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Серія: Теорія і практика будівництва. 2017. № 877. С. 137–143. URL: https://ena.lpnu.ua/handle/ntb/44189 (дата звернення: 06.05.2025).
10. Breitenbücher R., Meschke G., Song F., Hofmann M., Zhan Y. Experimental and numerical study on the load-bearing behavior of steel fiber reinforced concrete for precast tunnel lining segments under concentrated loads. Proceedings of the FRC 2014 Joint ACI-fib International Workshop: Fiber Reinforced Concrete: from Design to Structural Applications. 2014. P. 417–429.
11. Андрійчук О. В., Кислюк Д. Я., Нінічук М. В. Визначення несучої здатності нормальних перерізів комбіновано-армованих сталефібробетонних згинальних елементів. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві. 2020. Вип. 13. С. 13–23. DOI: 10.36910/6775-2410-6208-2020-3(13)-02.
12. Awoyera P. O., Effiong J. U., Olalusi O. B., Arunachalam K. P., de Azevedo A. R. G., Martinelli F. R. B., Monteiro S. N. Experimental Findings and Validation on Torsional Behavior of Fibre-Reinforced Concrete Beams: A Review. Polymers. 2022. Vol. 14, No. 6. Art. 1171. DOI: 10.3390/polym14061171.
13. ДСТУ-Н Б В.2.6-218:2016. Настанова з проєктування та виготовлення конструкцій з дисперсноармованого бетону. Київ : Мінрегіон України, 2016.
14. Andriichuk O. V., Babych E. M. Strength of elements with annular cross sections made of steel-fiber-reinforced concrete under one-time loads. Materials Science. 2017. Vol. 52, No. 4. P. 509–513. DOI: 10.1007/s11003-017-9983-z.
15. Бабич Є. М., Андрійчук О. В. Проєктування та виготовлення безнапірних труб із сталефібробетону : рекомендації. Луцьк : ЛНТУ, 2012. 32 с.
16. Андрійчук О. В., Ясюк І. М. Виготовлення придорожніх лотків водовідводу зі сталефібробетону. Наукові нотатки: Луцький НТУ, 2014. Вип. 45. С. 7–14.
17. Андрійчук О. В. Робота і розрахунок елементів кільцевого перерізу зі сталефібробетону при повторних навантаженнях : дис. канд. техн. наук : 05.23.01. Львів, 2011. 156 с.
18. Xue W., Chen J., Xie F., Feng B. Orientation of steel fibers in magnetically driven concrete and mortar. Materials. 2018. Vol. 11, No. 1. Art. 170. DOI: 10.3390/ma11010170.
19. Дворкін Л. Й., Ковальчук Т. В. Оптимізація складу високоміцного сталефібробетону. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2016. № 32. С. 45–54.
20. Korneeva I., Neutov S., Suriyaninov M. Experimental studies of fiber concrete creep. MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 116. Art. 02021. 6 p. DOI: 10.1051/matecconf/201711602021.
21. Сур’янінов М. Г., Неутов С. П., Корнеєва І. Б., Величко Д. В. Несуча здатність сталефібробетону з фіброю різного типу. Науковий вісник ІФНТУНГ. 2020. № 2(49). С. 18–24. DOI: 10.31471/1993-9965-2020-2(49)-18-24.
22. Біденко І. Механічні характеристики сталефібробетону, армованого фіброю типу НЕ1050, за короткотривалого стиску. Вісник Львівського національного університету природокористування. Серія: Архітектура та будівництво. 2023. Вип. 24. С. 65–73. DOI: 10.31734/architecture2023.24.065.
23. Yusof M. A., Norazman N., Ariffin A., Mohd Zain F., Risby R., Ng C. Normal strength steel fiber reinforced concrete subjected to explosive loading. International Journal of Sustainable Construction Engineering and Technology. 2011. Vol. 1, No. 2. P. 127–136.
24. Bowling J. Mechanical properties of carbon-fiber–reinforced concrete. Advances in Civil Engineering Materials. 2019. Vol. 8. Art. ID 20180089. DOI: 10.1520/ACEM20180089.
25. Ahmad J., González-Lezcano R. A., Majdi A., Ben Kahla N., Deifalla A. F., El-Shorbagy M. A. Glass fibers reinforced concrete: overview on mechanical, durability and microstructure analysis. Materials. 2022. Vol. 15. Art. 5111. DOI: 10.3390/ma15155111.
26. Blazy J., Blazy R., Drobiec Ł. Glass fiber reinforced concrete as a durable and enhanced material for structural and architectural elements in smart city–a review. Materials. 2022. Vol. 15, No. 8. Art. 2754. DOI: 10.3390/ma15082754.
27. Bolat H., Şimşek O., Çullu M., Durmuş G., Can Ö. The effects of macro synthetic fiber reinforcement use on physical and mechanical properties of concrete. Composites: Part B. 2014. Vol. 61. P. 191–198. DOI: 10.1016/j.compositesb.2014.01.043.
28. Chajec A., Sadowski Ł. The effect of steel and polypropylene fibers on the properties of horizontally formed concrete. Materials. 2020. Vol. 13. Art. 5827. DOI: 10.3390/ma13245827.
29. Memon I. A., Jhatial A. A., Sohu S., Lakhiar M. T., Hussain Z. Influence of fibre length on the behaviour of polypropylene fibre reinforced cement concrete. Civil Engineering Journal. 2018. Vol. 4, No. 9. P. 2138–2147. DOI: 10.28991/cej-03091144.
30. Hadiprama J., Abdul Samad A. A., Zhao Z. J., Mohammad N., Wirdawati W. Compressive strength of foamed concrete reinforced with polypropylene fibre. Advanced Materials Research. 2012. Vols. 488–489. P. 253–257. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.488-489.253.
31. Wang X., He J., Mosallam A. S., Li C., Xin H. The effects of fiber length and volume on material properties and crack resistance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC). Advances in Materials Science and Engineering. 2019. Art. ID 7520549. 17 p. DOI: 10.1155/2019/7520549.
32. Behera G. C., Panda S., Kanda P. Effect of length of fibers on mechanical properties of normal strength concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 970. Art. 012020. DOI: 10.1088/1757-899X/970/1/012020.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
