Совершенствование теоретических концепций проектирования составов дисперсно-армированных бетонов

Введение. В строительном материаловедении важной задачей является получение дисперсно-армированных бетонов с заданными свойствами. На сегодняшний день имеется большой опыт экспериментальных и теоретических исследований в области проектирования составов дисперсно-армированных бетонов. Имеющиеся работы в большей степени решают задачи моделирования структуры дисперсно-армированных систем с позиций механики разрушения. Важной задачей является определение минимального объемного коэффициента армирования строительного композита. Разработанные различными исследователями модели пригодны для воспроизведения только в условиях ограниченных рецептурно-технологических факторов. Целью исследования является совершенствование теоретических подходов и разработка аналитической модели определения объемного содержания волокон в композите. В данной работе предлагается рассмотреть свойства дисперсно-армированных бетонов с позиций теории перколяции и фрактальной геометрии.

Материалы и методы. В настоящей статье проведен литературный анализ значительного количества экспериментальных данных из информационных ресурсов по теме дисперсного армирования бетонов. В работе применялся статистический анализ полученных данных и их аппроксимация. На основании полученных функций построены графики зависимостей фрактальной размерности волокон от анализируемых факторов.

Результаты исследования. В работе приведено теоретическое обоснование определения объемного коэффициента армирования фибробетона c помощью положений теории протекания. Проведен анализ и сравнение экспериментальных значений коэффициента армирования с теоретическими, полученными с помощью решения задачи сфер. Предложена модель для определения фрактальной размерности волокон в дисперсно-армированном бетоне. Проведен анализ имеющихся экспериментальных данных различных исследователей для установления степени влияния удельной поверхности волокон на показатель фрактальной размерности. Приведены зависимости для различных по материалу видов волокон, полученные аппроксимацией данных методом наименьших квадратов.

Обсуждение и заключения. Предложено определять фрактальную размерность композита аналитическим способом. Показано влияние относительной длины волокон и их удельной поверхности на показатель фрактальной размерности. Работа в данном направлении представляет определенный научный интерес, связанный с прогнозированием свойств дисперсно-армированных бетонов и проектированием их составов. Это, безусловно, способствует дальнейшему развитию теоретических концепций получения композитов на основе фибробетонов.

1. Rusanov VE, Maslov PS, Alekseev VA. The Effectiveness of Using Fibre-Reinforced Concrete in Underground Construction: Experience and Prospects. Nanotechnologies in Construction. 2024;16(3):276–287. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2024-16-3-276-287 (In Russ.)

2. Нажуев М.П., Самофалова М.С., Ельшаева Д.М., Жеребцов Ю.В., Доценко Н.А., Курбанов Н.С. и др. Влияние рецептурных факторов на прочностные характеристики базальтофибробетонов. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2021;(7):24–32. http://doi.org/10.34031/2071-7318-2021-6-7-24-32

3. Ибэ Е.Е., Шибаева Г.Н., Артемьев Н.А., Миколайчик А.А. Дисперсно-армированные бетоны на основе базальтового волокна. Инженерный вестник Дона. 2021;(2(74)):245–260. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_45485957_89333321.pdf (дата обращения: 01.11.2024).

4. Park JJ, Yoo DY, Kim S, Kim SW. Benefits of Synthetic Fibers on the Residual Mechanical Performance of UHPFRC after Exposure to ISO Standard Fire. Cement and Concrete Composites. 2019;104:103401. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2019.103401

5. Althoey F, Zaid O, Serbanoiu AA, Gradinaru CM, Sun Y, Arbili MM, et al. Properties of Ultra-Perfomance Selfcompacting Fiber-Reinforced Concrete Modified with Nanomaterials. Nanotechnology Reviews. 2023;12(1):20230118. https://doi.org/10.1515/ntrev-2023-0118

6. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкция. М.: Издательство АСВ; 2011. 642 с.

7. Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Жаворонков М.И. Оценка эффективности дисперсного армирования бетонов по показателям прочности и трещиностойкости. Вестник СибАДИ. 2022;19(5(87)):752–761. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-5-752-761

8. Коротких Д.Н. Многоуровневое дисперсное армирование структуры мелкозернистого бетона и повышение его трещиностойкости. Автореф. дис. канд. техн. наук. Воронеж; 2001. 21 с.

9. Пухаренко Ю.В. Инчик В.В. Пантелеев Д.А., Жаворонков М.И. Проектирование составов полиармированных фибробетонов. Вестник гражданских инженеров. 2018;3(68):118–122. https://doi.org/10.23968/1999-5571-2018-15-3-118-122

10. Федер Е. Фракталы. М.: Мир; 1991. 254 с.

11. Терехов С.В. Фракталы и физика подобия. Донецк: Цифровая типография; 2011. 255 с.

12. Эфрос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. М.: Наука; 1982. 270 с.

13. Зыонг Тхань Куй. Высокопрочные легкие фибробетоны конструкционного назначения. Дис. канд. техн. наук. Москва; 2020. 201 с.

14. Омурбекова Г.К., Жапаркулов А.М., Салиева М.Г. Моделирование зависимости прочности бетона от фрактальной размерности кварцевого песка. Наука. Образование. Техника. 2024;2(80):29–33. https://doi.org/10.54834/.vi2/.370