ПРИМЕНЕНИЕ ФИБРОБЕТОНА С ДОБАВКАМИ ДЛЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 63 http://nauko-sfera.ru/ УДК 628.145 DOI 10.5281/zenodo.17192270 Научная статья ПРИМЕНЕНИЕ ФИБРОБЕТОНА С ДОБАВКАМИ ДЛЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ THE USE OF FIBER-REINFORCED CONCRETE FOR LOAD-BEARING STRUCTURES КАНЦУРОВА ОКСАНА ВАСИЛЬЕВНА, Дальневосточный государственный аграрный университет. ТУРОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ, кандидат технических наук, доцент, Дальневосточный государственный аграрный университет. KANTSUROVA OKSANA VASILYEVNA, Far Eastern State Agrarian University. TUROV ALEXANDER IVANOVICH, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Far Eastern State Agrarian University. В статье приводятся результаты испытания фибробетонных образцов с различными пластифицирующими добавками и различными видами фибры на прочность, морозостойкость и водонепроницаемость. В работе представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных в условиях строительной лаборатории. Осуществлен сравнительный анализ полученных данных, приведено описание опытных образцов, сделано заключение о возможности применения фибробетона с добавкой реламикс для несущих конструкций зданий и сооружений. Установлено, что наибольшее увеличение прочности (до 24,2 %) обеспечивает комбинация фибры из стекловолокна с пластификатором Реламикс. Сделан вывод о высокой эффективности применения фибробетона, особенно с комбинацией фибры и высокоэффективных пластификаторов, в несущих конструкциях для строительства в условиях сурового климата. The article presents the results of testing fiber-reinforced concrete samples with various plasticizing additives and various types of fiber for strength, frost resistance and water resistance. The paper presents the results of experimental studies conducted in a construction laboratory. A comparative analysis of the data obtained is made, a description of the prototypes is given, and a conclusion is made about the possibility of using fiber-reinforced concrete with the addition of relamix for load-bearing structures of buildings and structures. It was found that the greatest increase in strength (up to 24,2 %) is provided by a combination of fiberglass fiber with Relamix plasticizer. The conclusion is made about the high efficiency of the use of fibrocrete, especially with a combination of fiber and highly effective plasticizers, in load-bearing structures for construction in harsh climates. Ключевые слова: фибробетон, фибра, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, добавки, пластификаторы, ЛСТ, реламикс, сроки твердения, несущие конструкции. Key words: fiber concrete, fiber, strength, frost resistance, water resistance, additives, plasticizers, LST, relamix, curing time, load-bearing structure. Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 64 http://nauko-sfera.ru/ ибробетон представляет собой композитный материал, в котором в традиционную цементно-песчаную матрицу вводятся различные виды волокон (стальные, полипропиленовые, базальтовые, стеклянные и др.). Бетон, армированный дисперсными волокнами, в России прочно занял нишу инновационных материалов благодаря сочетанию высокой прочности, трещиностойкости и износостойкости. В качестве фибр в составе фибробетона используются стальные элементы (отрезки проволоки или троса, нарезки из стального листа, элементы в виде стальных иголок, нитей и др.) [16; 21], стеклянные волокна [10; 21], базальтовые волокна [10], углеродные нити [20], полимерные элементы. Среди наиболее изученных видов армирования отечественными исследователями выделяются стекловолоконная, базальтовая и полипропиленовая фибра. Налаженные в России технологии производства и внедрения этих материалов позволяют существенно улучшать эксплуатационные характеристики железобетонных и монолитных конструкций. В последние десятилетия фибробетон всё шире применяется для изготовления несущих конструкций — колонн, свай, балок и плит перекрытий, особенно в условиях повышенных нагрузок и агрессивных внешних факторов. Перспективы данного материала обусловливаются постоянно расширяющейся номенклатурой изготавливать фибробетоны с различными свойствами путем армирования как отдельными волокнами фибры, так и ее все возможными комбинациями [17]. Объект исследования — фибробетон с различными добавками и разными видами фибры. Цель исследования состоит в определении влияния различных видов фибр на физико-механические характеристики фибробетонов. В начале XX века В. П. Некрасов впервые описал дисперсно-армированный бетон, проводя эксперименты по введению в смесь проволоки малого диаметра [11–13]. Завершением его работ стала научное издание «Новый Железобетон» (1925), в которой он систематизировал теоретические положения, представил результаты испытаний и обосновал перспективы применения такого армирования в бетонных конструкциях. Зарубежные исследователи также обратили внимание на дисперсное армирование бетонных смесей. Хари Портер в 1910 году показал, что добавление стальной проволоки и гвоздей увеличивает прочностные свойства бетона почти в восемь раз [22]. В 1918 году во Франции, Х. Альфонсен описал способ повышения прочности бетона при растяжении путём добавления в смесь коротких волокон металла и древесины. В работе Н.В. Софиенко, Н.Н. Пелярчука и О.Н. Попова [18] рассмотрено применение фибробетона как перспективного материала в строительстве. В то же время многочисленные исследования, проводимые в течение многих лет в России и за рубежом, убедительно показывают, что и в других случаях, независимо от средней плотности матрицы и вида применяемых волокон, ударостойкость бетона в результате дисперсного армирования возрастает в несколько раз [9]. По своим характеристикам фибробетон обладает высокой прочностью и стойкостью к динамическим нагрузкам, что делает его пригодным для использования в конструкциях, подвергающихся динамическим воздействиям, а также в тонкостенных структурах с повышенной долговечностью. Экономический эффект достигается за счет модификации технологий производства и монтажа сооружений из фибробетона, а также благодаря его новым эксплуатационным свойствам. Например, А.Г. Новицким в работе [14] установлено, что изделия с дисперсным армированием базальтовым волокном характеризуются повышенной прочностью на изгиб, растяжение и срез. В строительной лаборатории завода железобетонных изделий «Компания «Блок» выполнены исследования для определения оптимального состава фибробетона, с целью дальнейшего его применения в несущих конструкциях при строительстве зданий и сооружений в Ф Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 65 http://nauko-sfera.ru/ г. Благовещенске Амурской области. В лабораторных условиях были проведены испытания образцов по подбору состава фибробетона на сжатие, морозостойкость и водопроницаемость. В процессе подборов составов использовалась неметаллическая фибра, а именно: базальтовая, полипропиленовая и стекловолокно. Добавками в бетон являлись пластификаторы реламикс и ЛСТ (лигносульфонат). Лабораторные подборы проходили в несколько этапов. Первый этап — это подготовка инертных материалов, а именно завоз их в лабораторию, высушивание материалов, рассев щебня по фракциям 5–20 и 20–40 на стандартных ситах. Выбранные для проведения научных разработок исходные материалы предварительно были исследованы на соответствие требованиям нормативных документов. В составах бетонов применялись следующие материалы:  Щебень смесь фракций 5–20 кубовидный, карьер «Михайловский», ООО «Горная компания».  Щебень 20-40 карьер ООО «Гравелон» по ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных и горных пород для строительных работ» [5].  Природный песок косы р. Зея по ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ» [6]. Основной метод определения зернового состава песка — ситовой метод. Песок просеивался через сито 5 мм, так как подборы выполнялись на идеально чистых материалах.  Вяжущее вещество — портландцемент АО «Спасскцемент» тип ЦЕМ I с классом прочности 42,5Н (М500-Д0) по ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные» [7]. Данный цемент является нормально-твердеющим цементом общестроительного назначения ПЦ–500 Д0 и обладает повышенной прочностью конечной конструкции, составляющую 500 кг на 1 см2.  Пластификаторы реламикс ПК и ЛСТ.  Фиброволокно использовалось 12 мм производства ООО «ИнРес». Далее был выполнен пробный замес, чтобы определить оптимальный расход воды и оптимальную подвижность бетонной смеси. Затем были определены контролируемые параметры смеси, а именно его удобоукладываемость, подвижность через 10 минут с момента приготовления смеси, плотность и температура. Второй этап заключался в отборе образцов. Из каждого замеса были отобраны образцы кубики 100х100х100 мм для определения прочности на сжатие в возрасте 1 сутки, 7 суток и 28 суток. Условия хранения образцов, согласно ГОСТ [1] нормальные, влажность 90 ±5 %, температура 20 ±2 °С. После этого данные образцы были испытаны на прочность. Прочность бетона определялась по ГОСТ 18105-2018 [2], в соответствии с которым, партия бетонной смеси подлежит приёмке по прочности бетона, если фактическая прочность бетона в партии Rm не ниже требуемой прочности Rт, а минимальное единичное значение прочности Rimin – не менее нормируемого класса бетона по прочности. Данные исследования приведены ниже в таблицах 1–3 [1]. Таблица 1. Прочность бетона с применением фибры базальтовой с длиной волокон 12 мм Наименование добавки Дата отбора / номер Прочность при сжатии, МПа 1 сутки 7 суток 28 суток Реламикс +фибра 11.12.24 (1788/24) 47,6 (149 %) 57,5 (180 %) 69,7 (218 %) ЛСТ+фибра базальтовая 11.12.24 (1790/24) 28,4 (89 %) 47,8 (149 %) 60,9 (190 %) Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 66 http://nauko-sfera.ru/ Фибра базальтовая 11.12.24 (1791/24) 26,0 (81 %) 48,6 (152 %) 59,6 (186 %) Таблица 2. Прочность бетона с применением фибры полипропиленовой с длиной волокон 12 мм Наименование добавки Дата отбора / номер Прочность при сжатии, МПа 1 сутки 7 суток 28 суток Реламикс +фибра 16.12.24 (1803/24) 43,5 (136 %) 58,2 (182 %) 74,2 (232 %) ЛСТ+фибра полипропиленовая 17.12.24 (1813/24) 29,7 (93 %) 50,9 (149 %) 63,4 (198 %) Фибра полипропиленовая 19.12.24 (1826/24) 26,9 (84 %) 45,9 (143 %) 58,6 (183 %) Таблица 3. Прочность бетона с применением фибры из стекловолокна с длиной волокон 12 мм Наименование добавки Дата отбора / номер Прочность при сжатии, МПа 1 сутки 7 суток 28 суток Реламикс +фибра из стекловолокна 16.12.24 (1807/24) 51,9 (162 %) 58,7 (183 %) 74,9 (234 %) ЛСТ+фибра из стекловолокна 17.12.24 (1814/24) 26,3 (82 %) 42,8 (134 %) 58,1 (182 %) Фибра из стекловолокна 19.12.24 (1827/24) 25,9 (79 %) 43,2 (135 %) 52,9 (165 %) Испытание на сжатие образцов проводилось на гидравлическом прессе для испытания строительных материалов П-125. Рис. 1. Испытание фибробетонных образцов на гидравлическом прессе Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 67 http://nauko-sfera.ru/ Прочность фибробетона определяется его способностью выдерживать механические нагрузки без разрушения. Исследования включало испытание на сжатие, что позволило определить его предел прочности, а добавление волокон повысило устойчивость к образованию трещин и разрушению. Расход данных фиброволокон происходил на основании рекомендаций по применению материалов, представленных поставщиками. На третьем этапе произведён отбор образцов для морозостойкости. Морозостойкость фибробетона — это его способность выдерживать многократное замерзание и оттаивание без существенного разрушения структуры. Эта характеристика определяется проектными показателями, такими как число циклов замораживания и оттаивания, при которых материал сохраняет свои свойства. Проверка проводилась третьим ускоренным методом в 5 % водном растворе хлорида натрия (20±2 °С), в воздушной среде (-50±2 °С). Испытания образцов проводилось с использованием климатической камеры [3]. Данные исследования приведены ниже в таблицах 4–6. Таблица 4. Прочность бетона с применением фибры из полипропилена с длиной волокон 12 мм при испытании на морозостойкость Наименование добавки Шифр образца Нижняя граница доверительного интервала контрольных образцов (XminI)*0,9, МПа Коэффициент вариации прочности контрольных образцов Vm, % Нижняя граница доверительного интервала основных образцов (XminII), МПа Коэффициент вариации прочности основных образцов Vm, % Без добавки 110/25 55,1 3,23 61,5 1,68 ЛСТ 54/25 36 6,4 44,8 5,3 Реламикс 30 / 25 55,8 3,91 72 2,01 Таблица 5. Прочность бетона с применением базальтовой фибры с длиной волокон 12 мм при испытании на морозостойкость Наименование добавки Шифр образца Нижняя граница доверительного интервала контрольных образцов (XminI)*0,9, МПа Коэффициент вариации прочности контрольных образцов Vm, % Нижняя граница доверительного интервала основных образцов (XminII), МПа Коэффициент вариации прочности основных образцов Vm, % Без добавки 121/25 46,8 8,32 50,9 8,1 ЛСТ 76/25 43,5 6,2 49,4 5,4 Реламикс 66/ 25 54,9 6,8 71,5 3,6 Исходя из данных таблиц 4-6, можно сделать следующие выводы, наилучшие показатели по морозостойкости у образцов с добавкой пластификатором реламикс. Также образцы, затворенные только с использованием фиброволокон без добавки, показали хорошие результаты. Наименьшие показатели у образцов с использованием добавки ЛСТ. Но, несмотря на это, соотношение XminII ≥0,9XminI доверительных интервалов выдержано, все испытанные образцы бетона соответствуют марке по морозостойкости F300 согласно требованиям ГОСТ 10060-2012 [3]. Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 68 http://nauko-sfera.ru/ Таблица 6. Прочность бетона с применением фибры из стекловолокна с длиной волокон 12 мм при испытании на морозостойкость Наименование добавки Шифр образца Нижняя граница доверительного интервала контрольных образцов (XminI)*0,9, МПа Коэффициент вариации прочности контрольных образцов Vm, % Нижняя граница доверительного интервала основных образцов (XminII), МПа Коэффициент вариации прочности основных образцов Vm, % Без добавки 140/25 52,6 3,09 58 2,64 ЛСТ 105 / 25 41,6 2,1 43,1 3,6 Реламикс 69 / 25 56,8 7,6 63,6 4,5 Четвертый этап заключался в исследовании образцов на водопроницаемость. Водонепроницаемость фибробетона — это его способность противостоять проникновению воды. Хорошая водонепроницаемость достигается за счет правильного вида состава, использования специальных добавок и уменьшения пористости бетона. Водонепроницаемость критична для долговечности конструкции, особенно для элементов, подвергающихся воздействию влаги и воды. В ходе исследования было отобрано 6 цилиндров размером 150х150 мм каждого замеса с различными видами волокон. Образцы исследовались по методу «мокрого пятна» согласно ГОСТ 12730.5-2018 [4]. По результатам испытаний на поверхности всех бетонных образцов при максимальном давлении не наблюдалась фильтрация воды через образец. Бетонные образцы-цилиндры соответствуют марке по водонепроницаемости W8 согласно требованиям ГОСТ 12730.52018 [4]. Испытание образцов проводилось на установке для испытания на водонепроницаемость УВБ-МГ4.01. Рис. 2. Испытание фибробетонных цилиндров на водонепроницаемость на установке УВБ-МГ4.01 Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 69 http://nauko-sfera.ru/ Опыт применения фибробетонов в зарубежной и отечественной практике показывает, что рациональными областями использования таких бетонов является широкая номенклатура монолитных и сборных бетонных конструкций. Наиболее эффективно их использование при изготовлении ударостойких и изгибаемых конструкций с целью исключения дополнительной арматуры и связанных с ней работ [15]. Таким образом, добавление волокон в бетон способствует уменьшению растрескивания, повышая его устойчивость к воздействию агрессивной среды, морозам и влаге, что является важным фактором при строительстве в суровых климатических условиях. Также определено влияние добавок и фиброволокон в бетон на прочность, морозостойкость и водонепроницаемость. Добавки ЛСТ лишь незначительно повышают прочность фибробетона, тогда как введение добавки Реламикс увеличивают прочность соответственно:  для бетона с базальтовыми фибрами — на 17,1 %;  для бетона с полипропиленовыми фибрами — на 20,9 %;  для бетона с фибрами из стекловолокна — на 24,2 %. Кроме того, необходимо отметить, что морозостойкость фибробетона с добавками и без них соответствует марке F300, а водонепроницаемость марке W8. Применение фибробетона с различными наполнителями в несущих конструкциях позволяет существенно повысить их эксплуатационные характеристики. Особенно перспективным является использование комбинированной фибры, обеспечивающей оптимальное сочетание прочности, трещиностойкости, морозои водостойкости. Опытные данные подтверждают эффективность применения фибробетона в колоннах, сваях и балках, что делает данный материал конкурентоспособной альтернативой традиционному железобетону [8; 19]. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам М. Стандартинформ, 2013. 30 с. 2. ГОСТ 18105-2018 Правила контроля и оценки прочности. М. Стандартинформ, 2018. 20 с. 3. ГОСТ 10060-2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости. М. Стандартинформ, 2014. 11 с. 4. ГОСТ 12730.5-2018 Бетоны. Методы определения водопроницаемости М. Стандартинформ, 2019. 19 с. 5. ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных и горных пород для строительных работ. М. Стандартинформ, 2018. 11 с. 6. ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. М. Стандартинформ, 2015. 7 с. 7. ГОСТ 31108-2020 Цементы общестроительные. М. Стандартинформ, 2020. 29 с. 8. Канцурова О. В. Фибробетон с различными добавками для изготовления конструкций // Актуальные исследования молодых ученых – результаты и перспективы: материалы 2-ой всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых (Благовещенск, 12 февраля 2025 г.). Благовещенск: Дальневосточный ГАУ, 2025. С. 118–122. 9. Морозов В.Л., Пухаренко Ю.В. Эффективность применения фибробетона в конструкциях при динамических воздействиях // Вестник МГСУ. 2014. N:3.0. 196 с. 10. Нажуев М.П., Самофалова М.С., Эльшаева Д.М., Жеребцов Ю.В., Доценко Н.А., Курбанов Н.С., Ефимов И.И. Влияние рецептурных факторов на прочностные характеристики базальтофибробетона / Вестник Белгородского государственного технологического университета. Университет им. В. Г. Шухова, 2021. Т. 7. С. 24–32. DOI 10.34031/2071-7318-2021-6-7-24-32. 11. Некрасов В.П. Метод косвенного вооружения бетона. М., Транспечать, 1925. 12. Некрасов В.П. Новейшие приемы и задачи железобетонной техники: система свободных связей // Цемент, его производные и применение: XII Съезд русских цементных техников. СПб., 1909. С. 294–348. Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 70 http://nauko-sfera.ru/ 13. Некрасов В.П. Новейшие приемы и задачи железобетонной техники. СПб.: Электропечатня К. Четверикова, 1909. 86 с. 14. Новицкий А.Г., Ефремов М.В. Аспекты применения базальтовой фибры для армирования бетонов // Строительные материалы, изделия для санитарной техники. 2010. №36. С. 22–26. 15. Окольникова Г.Э., Белов А.П., Саннькова Е.В. Анализ свойств различных видов фибробетона // Системные техпологик. 2018. №25. С. 206–210. 16. Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Жаворонков М.И. Влияние типа волокна и состава матрицы на адгезионную прочность фибробетона // Российский Журнал автомобильной и шоссейной промышленности, 2022. Т. 19. С. 436–445. DOI 10.26518/2071-7296-2022-19-3-436-445. 17. Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Жаворонков М.И. Влияние вида фибры и состава матрицы на их сцепление в фибробетоне // Научный рецензируемый журнал «Вестник СибАДИ». 2022. С. 436–445. 18. Софиенко Н.В., Пелярчук Н.Н., Попов О.Н. Перспективные материалы в технике и строительстве / Фибробетон. Томск, 2015. 528 с. 19. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: Минстрой России, 2018. 149 с. 20. Талалаева В.Ф. Применение фибробетона для ремонта конструкций гидромелиоративных сооружений // Пути повышения эффективности орошаемогоземледелия, 2021. № 3. С. 41–46. 21. Травуш В.И., Конин Д.В., Крылов А.С., Каприелов С.С., Чилин И.А. Экспериментальное исследование композитных конструкций для изгибаемых элементов, теория инженерных сооружений // Строительное дело, 2017. Т. 4. № 72. С. 63–71. 22. Porter H.F. Preparation of concrete from selection of materials to final disposition // Proceedings of the National Association of Cement Users. 1910. Поступила в редакцию: 23.09.2025 © Канцурова О. В., Туров А. И., 2025. Принята в печать: 28.10.2025