Введение. На сегодняшний день дисперсно-армированные бетоны достаточно широко распространены в различных видах строительства. Фибробетоны в сравнении с традиционными бетонами имеют ряд преимуществ, а именно: более высокую ударную прочность, прочность на растяжение, по таким показателям как водонепроницаемость, истираемость, морозостойкость, жаропрочность, трещиностойкость они также превосходят традиционные бетоны [1–3].Основываясь на опыте зарубежной и отечественной строительной практики применение фибробетона наиболее эффективно при изготовлении конструкций и изделий, имеющих криволинейную поверхность, при изготовлении изгибаемых и ударостойких конструкций, а также в тонкостенных плоских конструкциях.Существуют различные виды фибр, на современном рынке их номенклатура довольно обширна, начиная от менее распространённых и дорогостоящих – углерода, вольфрама, карбида, нитрида кремния, до широко распространенных – полимерных, стальных, базальтовых и стеклянных [4].Для достижения наилучшего эффекта от фибрового армирования при нагружении важно учитывать ряд факторов, а именно: процентное содержание фибры, степень ее сцепления с бетоном, отношение длины волокна фибры к диаметру волокна. Установлено, что при l/d = 100 и более достигается наилучший эффект от фибрового армирования, а также возрастает число разрываемых фибр по отношении к выдернутым, что свою очередь положительно сказывается на прочностных характеристиках фибробетона [5].Положительное влияние фибрового армирования на прочностные характеристики бетонов возможно, когда достигается минимальная критическая объёмная концентрация дисперсной фазы, данная концентрация описывается зависимостью, представленной в формуле 1.   Vcr=27 ν(47+34ν)(2ν+1) ,                   (1)где ν – коэффициент, определяется как отношение продольного размера частицы к поперечному [6].В процессе разрушения фибробетона можно выделить ряд деструктивных процессов, которые протекают в следующей последовательности: микротрещинообразование, растрескивание, разрывы фиброволокон, потеря связи между компонентами и разрушение межфазовых границ. Наибольший эффект от дисперсного армирования прослеживается на стадии образования и раскрытия трещин [6–8]. Основным отличием при разрушении неармированного бетона в сравнении с фибробетонами является то, что разрушение неармированного бетона происходит с образованием магистральной вертикальной трещины, а у фибробетонов процесс разрушения протекает с формированием множественных разветвленных трещин [9].При дисперсном армировании бетонов возможно получение направленной и свободной ориентации волокон фибр. Получить направленную ориентацию волокон возможно за счет применения непрерывных нитей, а также при воздействии магнитного поля в процессе формования изделий, содержащих стальную фибру. Произвольная ориентация реализуется за счет применения коротких фиброволокон. Также выделяют плоскопроизвольную ориентацию, которая характеризуется беспорядочным расположение фибр в плоскости и объёмно-произвольную, характеризующуюся хаотичным распределение фибр по всему объёму бетона [10].Наибольшее распространение в отечественной строительной практике получила стальная фибра. Применение стальных волокон обеспечивает повышение прочности на растяжение при изгибе на 15–20 %, а также позволяет снизить внутренние напряжения, но из-за малой удельной поверхности стальной фибры, невысокой адгезии к ней цементного камня и недостаточной прочности самого бетона, приводящей к «продергиванию» фибр при его разрушении, потенциал дисперсного армирования полностью реализовать не удается. В связи с этим применение базальтовой фибры является более перспективным, базальтовая фибра по прочности превосходит стальную, а значения относительного удлинения базальтовой фибры при разрыве в два раза ниже, чем у стальной, что позволяет ей более эффективно препятствовать образованию микротрещин в бетоне при нагружении [11–14].Базальтовую фибру изготавливают из расплавов изверженных горных пород (базальт, диабаз, габбро и т. д.). Базальтовая фибра имеет высокий модуль упругости, а также она не вступает в реакцию с солями, это позволяет использовать базальтофибробетоны при строительстве морских сооружений [6, 15]. Целью исследования является изучение изменения основных прочностных характеристик базальтофибробетона (прочность на сжатие и прочность на растяжение при изгибе) за счет варьирования рецептурных факторов, а именно: изменения процентного соотношения фракций крупного заполнителя и процента фибрового армирования.Методы и материалы. В данном исследовании была применена базальтовая фибра, основные физико-механические характеристики которой представлены в таблице 1.  Таблица 1Физико-механические характеристики базальтовой фибры Прочность волокон на растяжение, МПаДиаметр фиброволокна, мкмДлина фиброволокна, ммМодуль упругости, ГПаКоэффициент удлинения фибры, %Плотность фибры, г/см335009-123,3-15,7703,52,6 В качестве вяжущего использовался портландцемент марки ПЦ 500 Д0 производства ОАО «Новоросцемент», в таблице 2 представлены физико-механические характеристики портландцемента. Таблица 2Физико-механические характеристики портландцемента ПЦ 500 Д0 Наименование свойстваЗначение и размерностьИстинная плотность3,14 г/см3Насыпная плотность1,052 кг/м3Удельная поверхностьне менее 311 м2/гНормальная густота цементного тестане более 26,6 %Сроки схватыванияначало – 225 мин, конец – 345 минАктивность цемента42 МПа В качестве мелкого заполнителя применялся кварцевый песок с модулем крупности Мкр = 2,27 и насыпной плотностью ρн = 1650 кг/м3. Гранулометрический состав представлен в таблице 3. Таблица 3Гранулометрический состав песка Остатки на ситахдиаметр сит, %2,51,250,630,3150,16<0,16Частные1,894,7124,5259,186,670,31Полные1,896,6031,1390,3096,97 В качестве крупного заполнителя применялся гранитный щебень, физико-механические характеристики щебня представлены в таблице 4. Таблице 4Физико-механические характеристики щебня ФракцияНасыпная плотность, кг/м3Пустотность, %Содержаниепылеватых и глинистых частиц, % по массеСодержание зерен пластинчатой (лещадной)и игловатой форм, % по массеДробимость, % по массе5–1014700,4570,652312,710–2014300,4680,612413,1 Для регулирования подвижности бетонных смесей использовался суперпластификатор Schomburg Remicrete SP-10 (FM) – это высокоэффективный пластификатор на основе полиэфиркарбоксилата, который, воздействуя на процессы гидратации, способствует ускоренному раннему и конечному набору прочности. Технические характеристики суперпластификатора приведены в таблице 5. Таблица 5Технические характеристики суперпластификатора СуперпластификаторSchomburg RemicreteSP-10 (FM)Сырьевая основаЦветФизическоесостояниеПлотность, г/см³полиэфиркарбоксилатсветло-желтыйжидкость1,1 Всего было изготовлено и испытано 18 серий базовых образцов стандартного размера:- кубы 27 шт. с размерами 100×100×100 мм для испытаний на сжатие;- призмы 27 шт. с размерами 100×100×400 мм для испытаний на растяжение при изгибе.Все образцы были изготовлены из бетона одинакового состава, расход материалов на 1 м3 составил: Ц = 315 кг, Щ = 1205 кг, П = 689 кг,В = 190 л, суперпластификатор – 2 л.Для исследований применялось: технологическое оборудование (бетоносмеситель лабораторный БЛ-10), средства измерений (весы лабораторные и линейки) и испытательное оборудование (пресс гидравлический) [16–20].Испытания на сжатие и растяжение при изгибе проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 10180.Также были проведены расчеты прочностных характеристик базальтофибробетона в зависимости от рецептурных факторов. Расчеты производились методом математического планирования эксперимента (ПФЭ 2к) с использованием программы «MathCAD».Результаты и их обсуждение. Результаты экспериментальных исследований влияния рецептурных факторов на прочностные характеристики базальтофибробетона представлены в таблице 7.Определение прочностных характеристик базальтофибробетона произведено с помощью регрессионных зависимостей, вид и значения коэффициентов которых определяются методами математического планирования эксперимента.В качестве функций были приняты изменяющиеся из-за рецептурных факторов характеристики базальтофибробетона (прочность на сжатие и прочность на растяжение при изгибе).В качестве же аргументов были приняты рецептурные факторы (процент фибрового армирования; соотношение фракций заполнителя 5-10 и 10-20) в абсолютных показателях с различными уровнями варьирования.Расчеты производились методом математического планирования эксперимента – полнофакторный эксперимент (ПФЭ 22). Значения рецептурных факторов представлены в таблице 6.За функцию отклика были приняты параметры:- Rсж (µ, ɑ) – прочность на сжатие – МПа;- Rизг (µ, ɑ) – прочность на растяжение при изгибе – МПа.          Таблица 6Значения рецептурных факторов ПФЭ 2к № п/пКод фактораФизический смысл фактораЕд. измеренияИнтервалварьированияУровни фактора-10+11µфибровое армирование%±0,53,544,52ɑсоотношение фракций заполнителя5–10 и 10–20%±0,10,40,50,6Таблица 7 Результаты экспериментальных исследований влияния рецептурных факторовна прочностные характеристики базальтофибробетона НомеропытаФибровое армирование, %Соотношение фракций5-10/10-20Прочность базальтофибробетона на сжатие, МПаПрочность базальтофибробетона на растяжение при изгибе, МПа13,50,446,73,924,50,448,84,233,50,646,64,144,50,658,14,653,50,546,14,264,50,550,34,4740,450,14,3840,648,34,2940,547,84,0 По результатам исследования методом наименьших квадратов были получены базовые уравнения регрессии, которые представлены в виде полиномов 2-ой степени:    Rсжμ;α=49,2+0,3297∙μ+0,1371∙α+4,7∙α∙μ+0,2309∙μ2+0,5643∙α2            (1)Rизгμ;α=4,21+0,0185∙μ+0,0093∙α+0,1∙α∙μ+0,022∙μ2+0,0053∙α2             (2) Графическая интерпретация математических зависимостей представлена на рисунках 1 и 2.   Рис. 1. Зависимость изменения прочности на сжатие базальтофибробетона от процентного содержания фракций заполнителя (фр. 5-10/10-20) и процента фибрового армирования Риc. 2. Зависимость изменения прочности на растяжение при изгибе базальтофибробетона от процентного содержания фракций заполнителя (фр. 5-10/10-20) и процента фибрового армированияПо результатам экспериментальных исследований прочностных характеристик базальтофибробетона были получены их значения в зависимости от влияния процента фибрового армирования базальтовой фиброй и процентного содержания фракций крупного заполнителя с размерами 5–10 мм и 10–20 мм. Как видно на рисунках 1 и 2 максимальные значения прочности на сжатие и прочности на растяжение при изгибе достигаются при проценте фибрового армирования базальтовой фиброй равном 4,5 %, и содержанием фракции5–10 мм в количестве 40 %, а фракции 10–20 мм в количестве 60 %. Данный положительный эффект обусловлен, по всей видимости, наиболее равномерным и рациональным распределение фибры в теле бетона.Полученные в ходе расчетов полиномиальные уравнения регрессии оценивали по значимости коэффициентов, среднеквадратичному отклонению, также с помощью критерия Фишера была приведена оценка адекватности.Отметим, что, проанализировав полученные результаты исследования, выявлено рациональное значение такого рецептурно-технологического фактора, как процент фибрового армирования, что немаловажно, так как остро стоит проблема повышения качества структурообразования бетона и усиления его несущей способности за счет дополнительного армирования без существенного увеличения веса конструкций и изделий, получаемых из таких бетонов. Вследствие этого выглядит перспективным именно дисперсное армирование, которое, с одной стороны приводит к существенному улучшению характеристик, а с другой стороны – не приводит к утяжелению таких конструкций и поэтому является актуальным и перспективным направлением.Вывод. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что наиболее эффективным будет применение базальтовой фибры в количестве 4,5 % от массы бетонной смеси и применение крупного заполнителя с содержанием фракции 5–10 мм в количестве40 % и фракции 10–20 мм в количестве 60 %. Прочностные характеристики базальтофибробетона и их стабильность определяются равномерностью распределения волокон в объёме всей смеси. Полученные результаты показывают перспективность и целесообразность проведенных исследований, а данные о прочностных свойствах базальтофибробетона расширяют информационную базу проектирования бетонов данного вида. Полученные экспериментальные данные в дальнейшем будут применены в работе по изучению влияния технологических факторов на прочностные характеристики базальтофибробетона. Планируется изучение различных способов распределения базальтового волокна в составе бетонной смеси, в частности постадийное введение и раздельное перемешивание волокон с компонентами бетонной смеси.