№83-16

Методичні засади вибору скловолоконних композитних матеріалів для застосування у армованих конструкціях

Є.Д. Пілюгін¹ https://orcid.org/0000-0002-3639-0085

¹Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна

Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 83:183–191

Full text (PDF)

АНОТАЦІЯ

Мета. Сформулювати матеріалознавчо орієнтоване порівняння між сталевою та скловолоконною композитною арматурою в бетонних конструкціях із встановленням впливу хімічного складу, частки волокон на механічну поведінку, довговічність, втому та термостійкість, із подальшою ідентифікацією мікроструктурних стратегій підвищення ефективності скловолоконного композитного матеріалу.

Методика. Інтегрує порівняльний матеріалознавчий аналіз із використанням мікромеханічного моделювання (правило сумішей, коефіцієнти ефективності міцності), нормалізованих показників властивостей та даних щодо довговічності у поєднанні з експериментальними результатами з літератури стосовно механічних, теплових та втомних характеристик сталі й скловолоконного композитного матеріалу.

Результати. Дослідження показало, що сталь зберігає вищу жорсткість, пластичність і вогнестійкість, тоді як скловолоконний композитний матеріал забезпечує вищу міцність на розтяг відносно маси, імунітет до корозії та електромагнітну нейтральність. Механічне моделювання підтверджує, що хімія волокон, їхня частка та вибір матриці визначають характеристики скловолоконного композитного матеріалу; застосування S- або AR-волокна, високотемпературних матриць, наномодифікаторів та гібридних архітектур волокон суттєво покращує втомну міцність і термостійкість..

Наукова новизна. Полягає у порівнянні сталевої та скловолоконної композитної арматури не лише на механічному рівні, але й на мікроструктурному та хімічному, із встановленням зв’язку між складом волокон, вибором полімерної матриці та механічними властивостями, втомною та термостійкісними характеристиками. Науково обгрунтовано, що високотемпературні матриці, наномодифікатори та гібридні архітектури волокон підвищують експлуатаційну надійність і безпеку використання в різних експлуатаційних умовах скловолконного композитного матеріалу у кінцевих виробах, де традиційно застосовується сталевий матеріал.

Практична цінність. Практичне значення результатів дослідження полягає у сформлюваних інженерних рекомендаціях щодо використання мікроструктурно оптимізованої скловолоконної композитної арматури з покращеною втомною та термостійкою характеристиками, що забезпечує підвищенні показники безпеки експлуатації та довговічності у бетонних конструкціях, у яких сталева арматура проявляє ознаки деградації початкових характеристик.

Ключові слова: залізобетон, сталева арматура, скловолоконний композитний матеріал, мікроструктурний стан, довговічність.

Перелік посилань

1. Пілюгін, Є.Д., & Ротт, Н.О. (2024). Перспективи застосування композитної арматури в будівельній галузі. Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету, 107, 62–68. https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2024.107.0.62

2. Гремляк, І.П., Тимошенко, О.В., & Кулак, В.В. (2020). Порівняння властивостей металевої та склопластикової арматури для дорожнього будівництва. Збірник наукових праць Українського інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського, 25–26.

3. Baliram, S., Nithisha, G., Ganesh, S., Divya, Y., & Kumar, M. P. (2021). Characterization of GFRP material. Journal of Ceramics and Concrete Technology, 6(3), 25–37.

4. Muhammad, M. S. (2019). Comparative study of glass fiber reinforced polymer (GFRP) and steel bars in reinforced concrete (RC) members (Master’s thesis). Near East University, Graduate School of Applied Sciences, Nicosia.

5. Porter M.L., & Barnes B.A. (1998). Accelerated aging degradation of glasses fiber composites, Proceeding of the Second International Conference on Composites in Infrastructure ICCI’ 98, 2, 446–459.

6. Hosseini, S.M., Mousa, S., Mohamed, H., & Benmokrane, B. (2024). Long-term durability of nonpultruded curvilinear GFRP bars exposed to an alkaline environment: experimental studies and modeling. J. Compos. Constr., 28(3), 04024005, https://doi.org/10.1061/JCCOF2.CCENG-4454

7. Lei, Z., Luo, J., Zhang, S., Wang, E., & Huang, H. (2024). Mechanical properties of GFRP bars exposed to natural erosion environment: A case study. Case Studies in Construction Materials, 21, e03734. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03734

8. Sathishkumar, T. P., Satheeshkumar, S., & Naveen, J. (2014). Glass fiber-reinforced polymer composites – A review. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 33(13), 1258–1275. https://doi.org/10.1177/0731684414530790

дата першого надходження статті до видання – 06.10.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 08.11.2025
дата публікації (оприлюднення) – 29.12.2025