Влияние полипропиленовой фибры на физико-механические свойства стеклодоломитовых листов

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. 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. 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. 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.

1. 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. Vol. 2. Issue 1. P. 2. DOI: 10.1007/s44242-023-00033-3. EDN MTEOPG.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.2012.07.052

10. Soumya S. Strengthening of RC continuous beam using FRP sheet. Department of Civil Engineering, National Institute of Technology Rourkela, Odisha, India, 2012.

11. 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: 10.1080/21650373.2025.2462183

12. 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. Vol. 142. P. 105155. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2023.105155. EDN LTFSVQ.

13. 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.

14. 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.2023.100

15. 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. Vol. 356. P. 129232. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129232. EDN YNYRWQ.

16. 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.2018.10.015

17. 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. Vol. 14. Issue 12. P. 3937. DOI: 10.3390/buildings14123937. EDN WDQADB.

18. 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.2018.01.041

19. Wang 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.2018.12.028

20. 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. Vol. 261. P. 119970. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119970. EDN AFVKKG.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. Савельев А.А., Тарасова А.Ю. Роль модифицирующих волокон в формировании структуры цементного камня // Технологии бетонов. 2011. № 11–12. С. 50–51. EDN TKANNT.

27. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М. : Наука, 1972. 308 c.

28. 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.

29. 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.