mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.12.1920-1934mgssuvest-816Research ArticleСтроительное материаловедениеConstruction material engineeringВлияние полипропиленовой фибры на физико-механические свойства стеклодоломитовых листовThe influence of polypropylene fibre on the physical and mechanical properties of glass-dolomite sheetshttps://orcid.org/0000-0003-2382-1023БикаеваЮ. В.BikaevaYu. V.

Юлия Вячеславовна Бикаева — аспирант

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 1045930, Scopus: 57213838597

Yuliya V. Bikaeva — postgraduate student

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

uliyaevstigneeva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8879-1190ИбрагимовР. А.IbragimovR. A.

Руслан Абдирашитович Ибрагимов — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологии строительного производства

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 619018, Scopus: 56504969400, ResearcherID: O-5968-2017

Ruslan A. Ibragimov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Construction Production Technology

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

rusmag007@yandex.comhttps://orcid.org/0000-0003-1728-1825ГимрановЛ. Р.GimranovL. R.

Линур Рафаилевич Гимранов — кандидат технических наук, доцент

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 745548, Scopus: 57210968788

Linur R. Gimranov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

leenuur@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3600-812XКоролевЕ. В.KorolevE. V.

Евгений Валерьевич Королев — доктор технических наук, профессор, проректор по научной деятельности, заведующий кафедрой технологий строительных материалов и метрологии

190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-я Красно-армейская, д. 4

РИНЦ AuthorID: 351849, Scopus: 37099331400, ResearcherID: K-8134-2013

Evgenii V. Korolev — Doctor of Technical Sciences, Professor, Vice-Rector for Research, Head of the Department of Building Materials Technologies and Metrology

4, 2nd Krasnoarmeiskaya st., 190005, St. Petersburg

korolev@nocnt.ruКазанский государственный архитектурно- строительный университет (КГАСУ)РоссияKazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)Russian FederationКазанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ)РоссияKazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)Russian FederationКазанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ)РоссияKazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)Russian FederationСанкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ)РоссияSaint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU)Russian Federation202530122025201219201934Copyright © Бикаева Ю.В., Ибрагимов Р.А., Гимранов Л.Р., Королев Е.В., 20252025Бикаева Ю.В., Ибрагимов Р.А., Гимранов Л.Р., Королев Е.В.Bikaeva Y.V., Ibragimov R.A., Gimranov L.R., Korolev E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/816Введение

Введение. Одним из перспективных направлений развития строительного материаловедения является использование карбонатных материалов с невысоким содержанием оксида магния в качестве сырья для производства вяжущих и материалов на их основе. Актуальность применения фибрового армирования связана с необходимостью в значительной мере повысить физико-механические свойства стеклодоломитовых листов (СДЛ) на магнезиальном вяжущем. Введение полипропиленовой фибры позволит улучшить работу композиционного материала на изгиб, повысить трещиностойкость в процессе эксплуатации, снизить усадку при твердении. Цель исследования — определение оптимальной концентрации фибры и ее влияния на физико-механические свойства СДЛ.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследуемые материалы — СДЛ, получаемые путем смешивания обожженного доломита, водного раствора хлорида магния, добавок и фибрового армирования. Механическую активацию каустического доломита производили в аппарате вихревого слоя. Структура композита, морфология поверхности изучались с помощью электронной микроскопии. Оценка влияния параметров фибры на прочность модифицированных СДЛ выполнялась по смоделированной расчетной модели в программном комплексе Ansys.

Результаты

Результаты. Представлены результаты зависимости прочности при изгибе и плотности, пористости образцов от концентрации, длины полипропиленовых волокон. Определены предельные значения напряжений при изгибе, вертикальные перемещения контрольных составов, армированных фиброй на исходном и механоактивированном вяжущем. Введен индекс пластичности для сравнения пластических деформаций материала и рассчитана величина сцепления фибрового волокна с матрицей.

Выводы

Выводы. Установлено, что механомагнитная обработка магнезиального вяжущего в аппарате вихревого слоя способствует повышению предельной прочности на изгиб и остаточной прочности, повышает механические силы сцепления, а введение фибры исключает хрупкое разрушение образца.

Introduction

Introduction. One of the promising areas for the development of construction materials is to use carbonated materials with a low magnesium oxide content as raw materials for the production of binders and the manufacture of materials based on them. The relevance of the application of fibreglass reinforcement is related to the need to significantly increase the physical and mechanical properties of fibreglass dolomite sheets from magnesia binder. The introduction of polypropylene fibres will improve bending performance of composite material, increase in-service crack resistance and reduce shrinkage during hardening. The aim of the study was to select the optimal fibre concentration and determine its influence on the physical and mechanical properties of glass fibre dolomite sheets.

Materials and methods

Materials and methods. The materials studied are glass dolomite sheets obtained by mixing burned dolomite, water solution of magnesium chloride, additives and fibrous reinforcement. The mechanical activation of the caustic dolomite was produced in a vortex layer device. The structure of the composite and the surface morphology were investigated by electron microscopic analysis. The influence of fibre parameters on the strength of the reinforced sheet was evaluated by a designed calculation model in the Ansys software complex.

Results

Results. The results of the dependence of bending strength and specimen density on by concentration, length of polypropylene fibres are presented. The limit values of the stresses when bending, vertical movements of the unreinforced sheet, reinforced by fibres on the non-activated and mechanical activated binder are determined. A plasticity index for comparing the plastic deformations of the material was introduced and the value of fibre adhesion to the matrix was calculated.

Conclusions

Conclusions. It was established that the mechanical treatment of magnesium binder in a vortex layer device increases bending and residual strength, increases impact force, and the introduction of fibre prevents brittle fracture of the specimen.

полипропиленовая фибракаустический доломитмагнезиальный каменьфиброволокносцеплениеиндекс пластичностиpolypropylene fibrecaustic dolomitemagnesia stonefibreadhesionplasticity indexРабота выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00524 (URL: https://rscf.ru/project/24-29-00524/).The work was carried out with a grant from the Russian Science Foundation № 24-29-00524 (URL: https://rscf.ru/project/24-29-00524/).ReferencesHaque M.A., Dai J.G., Zhao X.L. Magnesium cements and their carbonation curing : а state-of-the-art review // Low-carbon Materials and Green Construction. 2024. Vol. 2. Issue 1. P. 2. DOI: 10.1007/s44242-023-00033-3. EDN MTEOPG.Haque M.A., Dai J.G., Zhao X.L. Magnesium cements and their carbonation curing : а state-of-the-art review. Low-carbon Materials and Green Construction. 2024; 2(1):2. DOI: 10.1007/s44242-023-00033-3. EDN MTEOPG.Dushevina A.M. Study of the strength of caustic dolomite-based materials // Механика и технологии. 2024. № 2 (84). С. 228–237. DOI: 10.55956/GTER6622. EDN HXMMPH.Dushevina A.M. Study of the strength of caustic dolomite-based materials. Mechanics and Technology. 2024; 2(84):228-237. DOI: 10.55956/GTER6622. EDN HXMMPH.Аверина Г.Ф., Кошелев В.А., Крамар Л.Я. Влияние добавок — регуляторов сроков схватывания на стойкость хлормагнезиальных композитов к растрескиванию при длительном водонасыщении // Строительные материалы. 2024. № 1–2. С. 110–114. DOI: 10.31659/0585-430X-2024-821-1-2-110-114. EDN CMBXML.Averina G.F., Koshelev V.A., Kramar L.Ya. The effect of additives regulating the setting time on the resistance of chloromagnesial composites to cracking during prolonged water saturation. Construction Materials. 2024; 1-2:110-114. DOI: 10.31659/0585-430X-2024-821-1-2-110-114. EDN CMBXML. (rus.).Жуков С.В., Чемеков А.М., Черевко С.А., Чистякова Е.А. Магнезиальное вяжущее на основе техногенного сырья // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 3 (92). С. 95–103. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-3-95-103. EDN JAEVQZ.Zhukov S.V., Chemekov A.M., Cherevko S.A., Chistjakova E.A. Magnesia cement based on technogenic raw materials. Bulletin of Civil Engineers. 2022; 3(92):95-103. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-3-95-103. EDN JAEVQZ. (rus.).Yu W., Yu H., Ma H., Shi T., Wen J., Ma H. Durability of Magnesium Oxychloride Cement in Application: Phase Composition Transition and Microstructure Characteristics // Journal of Materials in Civil Engineering. 2024. Vol. 36. Issue 1. DOI: 10.1061/jmcee7.mteng-16643. EDN CBRMDH.Yu W., Yu H., Ma H., Shi T., Wen J., Ma H. Durability of Magnesium Oxychloride Cement in Application: Phase Composition Transition and Microstructure Characteristics. Journal of Materials in Civil Engineering. 2024; 36(1). DOI: 10.1061/jmcee7.mteng-16643. EDN CBRMDH.An L., Chang Ch., Yan F., Peng J. Study on the Deterioration Mechanism of Magnesium Oxychloride Cement under an Alkaline Environment // Materials. 2023. Vol. 16. Issue 17. P. 5924. DOI: 10.3390/ma16175924. EDN DQKYWP.An L., Chang Ch., Yan F., Peng J. Study on the Deterioration Mechanism of Magnesium Oxychloride Cement under an Alkaline Environment. Materials. 2023; 16(17):5924. DOI: 10.3390/ma16175924. EDN DQKYWP.Wang L., Tang Sh. High-performance fiber-reinforced composites: latest advances and prospects // Buildings. 2023. Vol. 13. Issue 4. P. 1094. DOI: 10.3390/buildings13041094. EDN QQZLCU.Wang L., Tang Sh. High-performance fiber-reinforced composites: latest advances and prospects. Buildings. 2023; 13(4):1094. DOI: 10.3390/buildings13041094. EDN QQZLCU.Aiken T.A., Kwasny Ja., Russell M., Mcpolin D., Bagnall L. Effect of partial MgO replacement on the properties of magnesium oxychloride cement // Cement and Concrete Composites. 2022. Vol. 134. P. 104791. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2022.104791. EDN WNNBCP.Aiken T.A., Kwasny Ja., Russell M., Mcpolin D., Bagnall L. Effect of partial MgO replacement on the properties of magnesium oxychloride cement. Cement and Concrete Composites. 2022; 134:104791. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2022.104791. EDN WNNBCP.Attari N., Amziane S., Chemrouk M. Flexural strengthening of concrete beams using CFRP, GFRP and hybrid FRP sheets // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 37. Pp. 746–757. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.07.052Attari N., Amziane S., Chemrouk M. Flexural strengthening of concrete beams using CFRP, GFRP and hybrid FRP sheets. Construction and Building Materials. 2012; 37:746-757. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.07.052Soumya S. Strengthening of RC continuous beam using FRP sheet. Department of Civil Engineering, National Institute of Technology Rourkela, Odisha, India, 2012.Soumya S. Strengthening of RC continuous beam using FRP sheet. Department of Civil Engineering, National Institute of Technology Rourkela, Odisha, India, 2012.Guo P., Moghaddas S.A., Liu Y., Meng W., Li V.C., Bao Y. Applications of machine learning methods for design and characterization of high-performance fiber-reinforced cementitious composite (HPFRCC) : a review // Journal of Sustainable Cement-Based Materials. 2025. Vol. 14. Issue 9. Pp. 1726–1749. DOI: 10.1080/21650373.2025.2462183Guo P., Moghaddas S.A., Liu Y., Meng W., Li V.C., Bao Y. Applications of machine learning methods for design and characterization of high-performance fiber-reinforced cementitious composite (HPFRCC) : a review. Journal of Sustainable Cement-Based Materials. 2025; 14(9):1726-1749. DOI: 10.1080/21650373.2025.2462183Nguyễn H.H., Nguyễn Ph.H., Lương Q.Hi. U., Meng W., Lee B.Ye. Mechanical and autogenous healing properties of high-strength and ultra-ductility engineered geopolymer composites reinforced by PE-PVA hybrid fibers // Cement and Concrete Composites. 2023. Vol. 142. P. 105155. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2023.105155. EDN LTFSVQ.Nguyễn H.H., Nguyễn Ph.H., Lương Q.Hi. U., Meng W., Lee B.Ye. Mechanical and autogenous healing properties of high-strength and ultra-ductility engineered geopolymer composites reinforced by PE-PVA hybrid fibers. Cement and Concrete Composites. 2023; 142:105155. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2023.105155. EDN LTFSVQ.He Zh., Han X., Zhang Yu., Zhang Z., Shi J., Gencel O. Development of a new magnesium oxychloride cement board by recycling of waste wood, rice husk ash and flue gas desulfurization gypsum // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 61. P. 105206. DOI: 10.1016/j.jobe.2022.105206. EDN JHXPFV.He Zh., Han X., Zhang Yu., Zhang Z., Shi J., Gencel O. Development of a new magnesium oxychloride cement board by recycling of waste wood, rice husk ash and flue gas desulfurization gypsum. Journal of Building Engineering. 2022; 61:105206. DOI: 10.1016/j.jobe.2022.105206. EDN JHXPFV.Yufei H., Xiangming K. Biomimetic organic-inorganic hybrid magnesium oxychloride cement as green adhesive for wood industry // 16th International Conference on Durability of Building Materials and Components. 2023. DOI: 10.23967/c.dbmc.2023.100Yufei H., Xiangming K. Biomimetic organic-inorganic hybrid magnesium oxychloride cement as green adhesive for wood industry. 16th International Conference on Durability of Building Materials and Components. 2023. DOI: 10.23967/c.dbmc.2023.100Liu Ya., Cao Yu., Wang L., Chen Zh.S., Qin Ya. Prediction of the durability of high-performance concrete using an integrated RF-LSSVM model // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 356. P. 129232. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129232. EDN YNYRWQ.Liu Ya., Cao Yu., Wang L., Chen Zh.S., Qin Ya. Prediction of the durability of high-performance concrete using an integrated RF-LSSVM model. Construction and Building Materials. 2022; 356:129232. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129232. EDN YNYRWQ.He P., Hossain U., Poon C.S., Tsang D.C.W. Mechanical, durability and environmental aspects of magnesium oxychloride cement boards incorporating waste wood // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 207. Pp. 391–399. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.10.015He P., Hossain U., Poon C.S., Tsang D.C.W. Mechanical, durability and environmental aspects of magnesium oxychloride cement boards incorporating waste wood. Journal of Cleaner Production. 2019; 207:391-399. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.10.015Alghamdi H., Shoukry H., Abdel-Gawwad H.A., Hossain Md.U., Abadel A.A., Eltawil Kh.A. et al. Development of limestone calcined clay cement-based lightweight bricks incorporating waste rockwool: A step into leading the way in low-carbon bricks // Buildings. 2024. Vol. 14. Issue 12. P. 3937. DOI: 10.3390/buildings14123937. EDN WDQADB.Alghamdi H., Shoukry H., Abdel-Gawwad H.A., Hossain Md.U., Abadel A.A., Eltawil Kh.A. et al. Development of limestone calcined clay cement-based lightweight bricks incorporating waste rockwool: A step into leading the way in low-carbon bricks. Buildings. 2024; 14(12):3937. DOI: 10.3390/buildings14123937. EDN WDQADB.Wei L., Wang Y., Yu J., Xiao J., Xu S. Feasibility study of strain hardening magnesium oxychloride cement-based composites // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 165. Pp. 750–760. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.01.041Wei L., Wang Y., Yu J., Xiao J., Xu S. Feasibility study of strain hardening magnesium oxychloride cement-based composites. Construction and Building Materials. 2018; 165:750-760. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.01.041Wang Y., Wei L., Yu J., Yu K. Mechanical properties of high ductile magnesium oxychloride cement-based composites after water soaking // Cement and Concrete Composites. 2019. Vol. 97. Pp. 248–258. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.12.028Wang Y., Wei L., Yu J., Yu K. Mechanical properties of high ductile magnesium oxychloride cement-based composites after water soaking. Cement and Concrete Composites. 2019; 97:248-258. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.12.028Yu K., Guo Y., Zhang Y.X., Soe Kh. Magnesium oxychloride cement-based strain-hardening cementitious composite: Mechanical property and water resistance // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 261. P. 119970. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119970. EDN AFVKKG.Yu K., Guo Y., Zhang Y.X., Soe Kh. Magnesium oxychloride cement-based strain-hardening cementitious composite: Mechanical property and water resistance. Construction and Building Materials. 2020; 261:119970. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119970. EDN AFVKKG.Li Ke., Zhang A., Wang Q., Wu B., Liu R., Wang Yu. Et al. Study on the mechanical characteristics of magnesium oxychloride cement composites reinforced with polyformaldehyde fibers // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 409. P. 134048. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134048. EDN AMTKHU.Li Ke., Zhang A., Wang Q., Wu B., Liu R., Wang Yu. et al. Study on the mechanical characteristics of magnesium oxychloride cement composites reinforced with polyformaldehyde fibers. Construction and Building Materials. 2023; 409:134048. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134048. EDN AMTKHU.Ahmad F., Rawat S., Yang R.Ch., Zhang L., Guo Y., Fanna D.J. et al. Effect of hybrid fibres on mechanical behaviour of magnesium oxychloride cement-based composites // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 424. P. 135937. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.135937. EDN YAODUE.Ahmad F., Rawat S., Yang R.Ch., Zhang L., Guo Y., Fanna D.J. et al. Effect of hybrid fibres on mechanical behaviour of magnesium oxychloride cement-based composites. Construction and Building Materials. 2024; 424:135937. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.135937. EDN YAODUE.Rawat S., Saliba P., Estephan P.Ch., Ahmad F., Zhang Y. Mechanical performance of Hybrid Fibre Reinforced Magnesium Oxychloride Cement-based composites at ambient and elevated temperature // Buildings. 2024. Vol. 14. Issue 1. P. 270. DOI: 10.3390/buildings14010270. EDN IMYPBR.Rawat S., Saliba P., Estephan P.Ch., Ahmad F., Zhang Y. Mechanical performance of Hybrid Fibre Reinforced Magnesium Oxychloride Cement-based composites at ambient and elevated temperature. Buildings. 2024; 14(1):270. DOI: 10.3390/buildings14010270. EDN IMYPBR.Wang L., He T., Liu Z., Su J., Zhou Y., Tang S. et al. The influence of fiber type and length on the cracking resistance, durability and pore structure of face slab concrete // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 282. P. 122706. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122706. EDN HOWGYE.Wang L., He T., Liu Z., Su J., Zhou Y., Tang S. et al. The influence of fiber type and length on the cracking resistance, durability and pore structure of face slab concrete. Construction and Building Materials. 2021; 282:122706. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122706. EDN HOWGYE.Бикаева Ю.В., Ибрагимов Р.А., Потапова Л.И., Исламова Г.Г. Фазовый анализ магнезиального камня, модифицированного добавками различной природы // Техника и технология силикатов. 2023. Т. 30. № 4. С. 334–342. EDN IRZLDK.Bikaeva Yu.V., Ibragimov R.A., Potapova L.I., Islamova G.G. Phase analysis of magnesium stone modified by additives of different nature. Technique and Technology of Silicates. 2023; 30(4):334-342. EDN IRZLDK. (rus.).Савельев А.А., Тарасова А.Ю. Роль модифицирующих волокон в формировании структуры цементного камня // Технологии бетонов. 2011. № 11–12. С. 50–51. EDN TKANNT.Savelyev A.A., Tarasova A.Yu. The role of modified fibres in the formation of a cement stone the structure. Concrete Technologies. 2011; 11-12:50-51. EDN TKANNT. (rus.).Ходаков Г.С. Физика измельчения. М. : Наука, 1972. 308 c.Xodakov G.S. Particle physics. Moscow, Nauka, 1972; 308. (rus.).Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Жаворонков М.И. Влияние вида фибры и состава матрицы на их сцепление в фибробетоне // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2022. Т. 19. № 3 (85). С. 436–445. DOI: 10.26518/2071-7296-2022-19-3-436-445. EDN OZZCHD.Pukharenko Yu.V., Panteleev D.A., Zhavoronkov M.I. Influence of fiber type and matrix composition on adhesive strength in fiber reinforced concrete. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2022; 19(3)(85):436-445. DOI: 10.26518/2071-7296-2022-19-3-436-445. EDN OZZCHD. (rus.).Pukharenko Yu.V., Khrenov G.M., Klyuev S.V., Khezhev T.A., Eshanzada S.M. Design of steel fiber-reinforced concrete for slip forming // Construction Materials and Products. 2024. Vol. 7. Issue 5. DOI: 10.58224/2618-7183-2024-7-5-2. EDN IWJVLU.Pukharenko Yu.V., Khrenov G.M., Klyuev S.V., Khezhev T.A., Eshanzada S.M. Design of steel fiber-reinforced concrete for slip forming. Construction Materials and Products. 2024; 7(5). DOI: 10.58224/2618-7183-2024-7-5-2. EDN IWJVLU.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.