Введение

Современное строительство многоуровневых паркингов предъявляет высокие требования к напольным конструкциям. Бетонные полы должны обладать высокой прочностью на сжатие и растяжение при изгибе, трещиностойкостью, водонепроницаемостью и износостойкостью, поскольку подвергаются интенсивным механическим нагрузкам от автомобильного транспорта, ударным воздействиям и циклам замораживания-оттаивания [7].

Актуальность настоящего исследования обусловлена возрастающими требованиями к эксплуатационному сроку напольных покрытий паркингов и необходимостью применения материалов, демонстрирующих повышенную устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Дополнительным фактором, негативно влияющим на целостность верхнего слоя покрытия, является механическое воздействие, в частности, обусловленное эксплуатацией транспортных средств, оснащенных шипованными шинами. Образование трещин в паркинге на прямую влияет на прочность, долговечность покрытия (Рисунок 1). Необходимо правильно подобрать состав бетона и добавок, чтобы избежать усадки бетона и образование усадочных трещин. На рисунке 1 представлены полы паркингов без добавок (БСТ В25П4F150W8 [3]), через 3 года после заливки. Образовавшиеся напряжения в бетоне, образуют трещины, которые разрушают поверхность полов паркинга [8,9], для уменьшения напряжений в бетоне, нарезают деформационные швы [10]. Однако данный способ не до конца позволяет уберечь полы паркингов от образования трещин.

Одним из распространенных в наше время способов повышения трещиностойкости бетона является дисперсное армирование стальной (металлической) или полипропиленовой фиброй [6]. Металлическая фибра Dramix (стальная, анкерного типа) и полипропиленовая фибра Strofiber широко применяются в современном монолитном строительстве, особенно при возведении конструкций, подверженных динамическим нагрузкам или требующих повышенной водонепроницаемости.

Технология укладки бетона в условиях паркинга часто предусматривает подачу смеси автобетононасосом на значительные расстояния и высоты. Перекачивание через бетононасос сопровождается интенсивным механическим воздействием (сдвигом, давлением, трением о стенки трубопровода), что может изменять реологические свойства смеси, ориентацию фибры, плотность и, как следствие, прочностные и эксплуатационные характеристики затвердевшего бетона.

Важным технологическим аспектом является сохранение свойств бетонной смеси при транспортировке бетононасосом, когда происходят механические воздействия, приводящие к возможному расслоению, потере подвижности и изменению плотности.

Рис. 1. Трещины в паркинге

1. Материалы и методы исследований.

Таблица 1

Характеристика волокн Dramix 3D 45/50 BL и Strofiber

Для экспериментальной части исследовались три вида бетонной смеси:

1. Состав № 1. Контрольный, без фибры,
2. Состав № 2. С металлической фиброй Dramix 3D 45/50 BL в соотношении 20 кг/м3,
3. Состав № 3. С Полипропиленовая фибра Strofiber в соотношении 1 кг/м3. В таблице 2 приведены все составы.

В качестве вяжущего использовался портландцемент ЦЕМ I 42,5Н (средняя прочность 58 МПа), песок II класса (модуль крупности 2,2), гранитный щебень фракции 5–20 мм [13]. Добавка — суперпластификатор Оптима-Люкс21м (Polycon R-303.15), металлическая фибра Dramix 3D 45/50 BL а также полипропиленовая фибра Strofiber. Характеристики волокн представлены в таблице 1.

Таблица 2

Карта подбора 3 составов.

Комплекс испытаний включал определение прочности при изгибе, прочности при сжатии, плотности, водонепроницаемости, подвижности, температуры, сохраняемость подвижности бетонной смеси через 2 часа [1–4]. Каждый показатель определялся по 30 образцам с расчетом среднего значения. Водонепроницаемость определялась по методу «Мокрое пятно» на установке УВБ-МГ4. В качестве образцов были изготовлены цилиндры размерами 150х150 мм. Подвижность, сохраняемость подвижности бетонной смеси через 2 часа, температура, определялись на объекте укладки бетона автобетононасосом.

2. Результаты исследований.

Средние результаты по реологическим характеристикам приведены в таблице 3.

Таблица 3

Средние значения реологически

После прохождения через автобетононасос осадка конуса всех составов незначительно увеличилась (на 1,4–2,0 см), что связано с тиксотропным разжижением смеси при интенсивном механическом воздействии.

Через 2 часа сохраняемость подвижности бетонной смеси оказалась выше у состава № 1 (15,2 см) и состава № 2 (14,9 см), тогда как состав № 3 показал большее падение — до 12,7 см (снижение на 31,4 % от до/после автобетононасоса). Это указывает на то, что полипропиленовая фибра может ускорять потерю удобоукладываемости во времени, что требует корректировки режима доставки и укладки [1,2].

Таблица 4

Средние прочностные характеристики бетона.

Прочность на сжатии. Наибольшие значения прочности при сжатии как до, так и после перекачивания зафиксированы для состава № 2 (38,2 и 39,2 МПа). Это превышает состав № 1 (33,5 и 34,7 МПа) на 12–14 %. Состав № 3 занял промежуточное положение (34,8 и 35,7 МПа), однако его преимущество перед контролем составляет лишь 3–4 %.

Такое различие объясняется прежде всего высоким модулем упругости стали (210 000 МПа), который близок к модулю упругости цементного камня. Металлическая фибра, особенно анкерного типа (Dramix 3D 45/50 BL), создаёт прочную пространственную арматуру, эффективно перераспределяющую сжимающие напряжения и препятствующую образованию продольных трещин. Напротив, полипропиленовая фибра имеет модуль упругости на порядок ниже (16 000–17 000 МПа) и не может воспринимать значительные сжимающие усилия — её вклад в прочность при сжатии минимален и связан главным образом с улучшением структуры на микроуровне (предотвращение усадочных микротрещин, повышение однородности) [14,15].

Полученные данные схожи с работами [6, 8], где показано, что стальная фибра повышает прочность на сжатие на 10–20 % при дозировке 20–40 кг/м³, тогда как полипропиленовая фибра в типичных дозировках (0,9–1,5 кг/м³) практически не влияет на сжатие.

Прочность на растяжении при изгибе. Наилучший результат достигнут для состава № 3: 5,2 МПа (до прохождения автобетононасоса) и 5,4 МПа (после прохождения автобетононасоса), что на 30–32 % выше Состава № 1 (4,0–4,1 МПа). Состав № 2, также повышает изгибную прочность, но в меньшей степени (4,1–4,3 МПа, т. е. на 2–5 % относительно состава № 1).

Это объясняется различным механизмом работы волокон при изгибе. При растяжении зоны бетона под нагрузкой полипропиленовая фибра, обладая высокой гибкостью и большим количеством волокон в единице объёма (при дозировке 1 кг/м³ количество волокон составляет миллионы), эффективно перекрывает микротрещины на ранней стадии их зарождения, препятствуя их росту в магистральные трещины. Металлическая фибра, несмотря на высокую прочность на разрыв (1100 МПа), имеет значительно меньшее количество волокон при той же массовой дозировке из-за высокой плотности стали. Кроме того, крупные стальные волокна (длина 50 мм, эквивалентный диаметр 1,05 мм) хуже работают на микроуровне, особенно при небольших деформациях [16].

Полученный результат чрезвычайно важен для полов паркингов, где именно изгибные нагрузки (от проезда автомобилей, динамические воздействия) являются основным фактором разрушения. Повышение прочности при изгибе на 30 % напрямую снижает риск образования трещин и увеличивает межремонтный срок службы.

Коэффициенты вариации прочности при сжатии находятся в диапазоне 10,2–10,9 %, что соответствует удовлетворительной однородности для тяжёлого бетона. Существенных различий между составами нет, влияние насоса незначительно (изменение в пределах 0,4 %). Это говорит о стабильности свойств бетонной смеси и бетона [5].

Температура смеси варьировалась от 8,9 до 28 °С. В пределах исследованного диапазона существенного влияния на свойства не выявлено [1–2].

Заключение

– Прочность при сжатии. Максимальные значения получены для состава № 2–39,2 МПа после насоса, что на 12–14 % выше состава № 1. Это объясняется высоким модулем упругости стали (210 000 МПа), сопоставимым с модулем цементного камня, и анкерной формой волокон Dramix, обеспечивающей эффективное перераспределение сжимающих напряжений. Полипропиленовая фибра, напротив, практически не влияет на сжатие (прирост 3–4 %), что согласуется с данными [6, 8] и связано с её низким модулем упругости.

– Прочность при растяжении при изгибе. Здесь лидирует состав № 3–5,4 МПа после прохождения через автобетононасос, что на 30–32 % выше состава № 1. Несмотря на более низкую прочность на разрыв (620–670 МПа против 1100 МПа у стали), полипропилен создаёт колоссальное количество волокон (миллионы в 1 м³), которые перекрывают микротрещины на ранней стадии, эффективно работая при малых деформациях. Металлическая фибра, имея в 96 раз меньше волокон, даёт прирост изгибной прочности лишь 2–5 %. Этот результат критичен для полов паркингов, где изгибные нагрузки от транспорта — основной фактор разрушения.

– Влияние автобетононасоса. После перекачивания прочность всех составов незначительно увеличилась (на 2,6–3,6 % для сжатия, 2,5–4,9 % для изгиба). Тиксотропное разжижение и дополнительное уплотнение смеси в насосе способствуют удалению воздуха и более плотной упаковке. При этом фибра не разрушается, а ориентация волокон не ухудшается критически.

– Однородность. Коэффициент вариации прочности при сжатии (10,2–10,9 %) соответствует удовлетворительной однородности по ГОСТ 18105–2018 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые «Технические условия». Технология стабильна, влияние насоса пренебрежимо мало.

– Подвижность. Состав № 3 показывает худшую сохраняемость через 2 ч (ОК снижается до 12,7 см против 15,2 см у состава № 1). Это важно для логистики — требуется сокращение времени укладки или корректировка рецептуры.

Таким образом, полипропиленовая фибра оптимальна для повышения трещиностойкости и изгибной прочности полов паркинга, металлическая — для увеличения сжатия и стойкости к продавливанию, как показана на (Рисунке 2).

Дисперсное армирование позволило снизить напряжения в бетоне, что уменьшает шанс возникновения трещин в паркинге. Однако для более лучшего конечного результата, необходимо доработать/оптимизировать состав для полов паркинга. Возможно комбинированное применение дисперсного армирования может дать синергетический эффект и улучшить показания на трещиностойкость, долговечность, прочность при сжатии, прочность на растяжении при изгибе.

Рис. 2. Паркинг с дисперным армированием

Литература:

1. ГОСТ 10180–2012 «БЕТОНЫ «Методы определения прочности по контрольным образцам».
2. ГОСТ 10181 -2014 «СМЕСИ БЕТОННЫЕ «Методы испытаний».
3. ГОСТ 7473–2010 «СМЕСИ БЕТОННЫЕ «Технические условия».
4. ГОСТ 12730.5–2018 «БЕТОНЫ Методы определения водонепроницаемости».
5. ГОСТ 18105–2018 «БЕТОНЫ ТЯЖЕЛЫЕ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ «Технические условия».
6. Калиновский, М. И. Применение фибры для повышения трещиностойкости бетона / М. И. Калиновский // Транспортное строительство. — 2008. — № 3. — С. 7–9. — EDN TMPNOV.
7. Питиримов, В. В. Проблематика строительства паркингов / В. В. Питиримов // Актуальные проблемы строительства, природообустройства, кадастра и землепользования: Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции, Махачкала, 14 мая 2022 года. — Махачкала: Общество с ограниченной ответственностью «Издательство АЛЕФ», 2022. — С. 200–203. — EDN SBULCD.
8. Кострикин, М. П. Характер и степень взаимодействия синтетической макрофибры с цементным камнем / М. П. Кострикин // Вестник гражданских инженеров. — 2018. — № 4(69). — С. 116–120. — DOI 10.23968/1999–5571–2018–15–4–116–120. — EDN YLHKSL.
9. Пухаренко, Ю. В. Анализ поведения фибробетона, армированного различными видами фибры, под нагрузкой / Ю. В. Пухаренко, Д. А. Пантелеев, М. И. Жаворонков // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2021 году: Сборник научных трудов РААСН / Российская академия архитектуры и строительных наук. Том 2. — Москва: Издательство АСВ, 2022. — С. 358–363. — EDN MKUTUS.
10. СП 113.13330.2023 «Стоянки автомобилей».
11. Ковалева, А. Ю. Влияние времени перемешивания на однородность свойств бетонных смесей и бетона / А. Ю. Ковалева // Вестник гражданских инженеров. — 2024. — № 5(106). — С. 66–75. — DOI 10.23968/1999–5571–2024–21–5–66–75. — EDN ULSLDW.
12. Методы контроля и оценки удобоукладывемости бетонных смесей / И. У. Аубакирова, А. Ю. Ковалева, В. А. Скобликов, О. Ю. Пухаренко // Архитектура — строительство — транспорт: Материалы 74-й научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов университета, в 2-х частях, Санкт-Петербург, 03–05 октября 2018 года. Том Часть I. — Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2018. — С. 119–122. — EDN MBODDN.
13. Ковалева, А. Ю. Влияние качества крупного заполнителя на однородность свойств бетонной смеси и бетона / А. Ю. Ковалева, И. У. Аубакирова // Жилищное строительство. — 2024. — № 1–2. — С. 109–113. — DOI 10.31659/0044–4472–2024–1–2–109–113. — EDN FECBAC.
14. Перцев, В. Т. Повышение качества бетона путем применения металлических фибр / В. Т. Перцев, С. Д. Николенко, С. А. Сазонова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2024. — № 3. — С. 480–484. — DOI 10.24412/2071–6168–2024–3–480–481. — EDN TJXBCE.
15. Жаворонков, М. И. Результаты испытаний модуля упругости сталефибробетона / М. И. Жаворонков, Д. А. Пантелеев, А. Е. Малиновская // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. — 2025. — № 11–1(110). — С. 188–193. — DOI 10.24412/2500–1000–2025–11–1–188–193. — EDN XWMLCF.
16. Ефремов, Д. В. Трещиностойкость в полипропиленовых фибробетонных строительных конструкциях / Д. В. Ефремов // Молодой ученый. — 2024. — № 46(545). — С. 42–46. — EDN CRMKJD.