Mechanical properties of cement composites reinforced with ceramic fiber

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Reinforcing components and chemical additives are significant in modifying the structure of cement composites. Ceramic fibers, as a disperse-reinforcing component in cement systems, provide increased tensile strength in bending, crack resistance and durability of the material. The results of the research have revealed that such a concrete structure-forming component as ceramic mullite-silica fiber 0.02 to 0.06 mm across is rational to combine with a carboxylates-based chemical additive. Optimal dosages of mullite-silica fiber that influence the structure and physical-mechanical properties of the cement stone were determined. The method of scanning electron microscopy and spectral analysis was used to examine processes on the interface cement matrix – fiber. It has been underlined that fibers are covered by phase-forming hydrates due to structural and chemical correspondence. The use of ceramic fibers of high-temperature synthesis and water-reducing additive made it possible to increase the compressive strength of cement composites by 1.9 times compared to the control sample, as well as to improve the resistance of cement stone to destruction by increasing the bending tensile strength by 3.9 times and crack resistance by 2 times compared to the control composition.

About the authors

G. A. Zimakova

Industrial University of Tyumen

Email: ga.winter@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6437-1941

E. A. Kasper

Industrial University of Tyumen

Email: elena-kasper@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9260-6189

O. S. Bochkareva

Industrial University of Tyumen

Email: olga_bos09@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4549-1424

References

  1. Демьяненко О. В., Куликова А. А., Копаница Н. О., Петров А. Г. Влияние комплексных модифицирующих добавок на эксплуатационные свойства тяжелого бетона. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2021;(5):23–32. Режим доступа: http://www.izvuzstr.sibstrin.ru/uploads/publications/39c72d50004de06966c6fd461b11881f5fb73167.pdf.
  2. Ильина Л. В., Молодин В. В., Гичко Н. О., Туляганов А. К. Повышение прочностных характеристик цементных конгломератов добавками направленного действия. Строительные материалы. 2023;(7):36–42. Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_54325920_90334451.pdf.
  3. Куликова А. А., Копаница Н. О., Дмитриева М. А., Демьяненко О. В., Петров А. Г. Влияние бинарных модифицирующих добавок на процессы гидратации цементных систем. Строительные материалы. 2023;(9):83–88. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=54718506.
  4. Крамар Л. Я., Кудяков А. И., Трофимов Б. Я., Шулдяков К. В. Цементные тяжелые бетоны для строительства скоростных автомобильных дорог. Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017;(4):147–157. Режим доступа: https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/334/335.
  5. Кудяков А. И., Симакова А. С., Кондратенко В. А., Стешенко А. Б., Латыпов А. Д. Влияние органических добавок на свойства цементного теста и камня. Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018;(6):138–147. https://doi.org/10.31675/1607-1859-2018-20-6-138-147
  6. Zimakova G., Kasper E., Bochkareva O. Strengthening of concrete composites using polycarboxylate and aluminosilicate materials. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020;1116:316–328. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37919-3_31
  7. Ткач Е. В., Темирканов Р. И., Ткач С. А. Комплексное исследование модифицированного бетона на основе активированного микрокремнезема совместно с микроармирущим волокном для повышения эксплуатационных характеристик. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021;332(5):215–226. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/5/3204
  8. Смирнова О. М., Харитонов А. М. Деформационно-упрочняющиеся фиброкомпозиты гидратационного твердения: определение, принципы получения и перспективы применения. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2022;10(766):14–22. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2022-766-10-14-22
  9. Рабинович Ф. Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов: вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. Москва: Ассоциация строительных вузов; 2011. 639 с.
  10. Al-Kharabsheh B. N., Arbili M. M., Majdi A., Alogla S. M., Hakamy A., Ahmad J., Deifalla A. F. Basalt fiber reinforced concrete: a compressive review on durability aspects. Materials (Basel). 2023;16(1):429. '' target='_blank'>10.3390/ma16010429' target='_blank'>https://doi: 10.3390/ma16010429
  11. Белова Т. К., Гурьева В. А., Турчанинов В. И. Исследование влияния дисперсного армирования модифицированным базальтовым микроволокном на прочностные свойства цементного раствора. Инженерный вестник Дона. 2015;(2-1):35. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24068208.
  12. Серова, Р. Ф., Рахимова Г. М., Стасилович Е. А., Айдарбекова С. Ж. Исследование физико-механических свойств дисперсно-армированных бетонов. Эпоха науки. 2018;(14):192–200. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=usqweo.
  13. Yang J., Chen B., Nuti C. Influence of steel fiber on compressive properties of ultra-high performance fiber-reinforced concrete. Construction and Building Materials. 2021;302:124104. '' target='_blank'>10.1016/j.conbuildmat.2021.124104' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124104
  14. Агамов Р. Э., Гончарова М. А., Пачин А. Р. Высокопрочные фибробетоны в конструкциях общестроительного и специального назначения. Строительные материалы. 2023;(1-2):39–43. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-810-1-2-39-43
  15. Мальцева Т. В., Набоков А. В., Черных А. В. Применение песчаных армированных свай при строительстве малоэтажных зданий. Вестник Тюменского государственного архитектурно-строительного университета. 2015;(2):34–39. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24389410.
  16. Yang J., Chen B., Wu X., Xu G. Quantitative analysis of steel fibers on UHPFRC uniaxial tensile behavior using X-CT and UTT. Construction and Building Materials. 2023;368(5):130349. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130349
  17. Zhang H., Ji T., Lin X. Pullout behavior of steel fibers with different shapes from ultra-high performance concrete (UHPC) prepared with granite powder under different curing conditions. Construction and Building Materials. 2019;211:688–702. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.274
  18. Соловьев В. Г., Матюшин Е. В., Ефишов Л. И. Влияние вида и объемного содержания стальной фибры на прочность сверхвысокопрочного сталефибробетона при сжатии. Строительные материалы. 2023;(11):20–27. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-819-11-20-27
  19. Sharma R., Jang J. G., Bansal P. P. A comprehensive review on effects of mineral admixtures and fibers on engineering properties of ultra-high-performance concrete. Journal of Building Engineering. 2022;45:103314. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103314
  20. Ahmad J., Gonzalez-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;15:5111. https://doi.org/10.3390/ma15155111
  21. Zheng Y., Zhang Yu, Zhuo J., Zhang Ya., Wan C. A review of the mechanical properties and durability of basalt fiber-reinforced concrete. Construction and Building Materials. 2022;359:129360. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129360

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).