Введение. Постоянно растущие требования к теплоизоляции зданий и сооружений определяют необходимость в современных строительных композитах соответствующей области назначения. На рынке теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов лидирующие позиции занимают ячеистые бетоны. Основная особенность материалов данного вида – закрытая пористая структура, которая как раз и определяет теплотехнические показатели композита. Актуальность их использования и, в частности пенобетона, обоснована широким распространением и увеличивающейся областью применения за счет высокой экономической эффективности, вызванной сочетанием повышенной комфортности и минимальных строительных затрат. Несмотря на перспективность и ряд положительных сторон, пенобетон требует улучшения физико-механических свойств, которые связаны с его высокой пористостью и развитой системой связанных пор. В результате чего пенобетон не применяется для изготовления основных несущих элементов конструкций зданий, исключение может составлять индивидуальное и малоэтажное строительство [1].Решением может являться применение дисперсного армирования [2–5], которое позволяет повысить прочностные характеристики, преимущественно прочность на растяжение, трещиностойкость, ударную вязкость, усадку [6, 7], а также интенсифицировать процессы структурообразования и твердения бетона. Как правило, в литературных источниках под дисперсно-армированными композитами понимают моноармированные материалы на классическом, т.е. цементном вяжущем, создающие произвольно направленную каркасную структуру упрочненных связей, влияние которых направлено на повышение физико-механических характеристик. В данном случае, основным показателем контроля выступает прочность на растяжение при изгибе, которая может увеличиваться более чем в 2 раза. Отмечается также повышение прочности на сжатие, но в значительно меньшей степени. При этом интенсивность роста физико-механических свойств зависит от вида фиброволокна, конкретного состава ячеистобетонной смеси с определенным значением водотвердого отношения [8], технологических режимов производства. На рынке представлено большое количество видов фибр, отличающихся химическим составом, физико-механическими характеристиками, размерами и морфоструктурными особенностями поверхности волокон. Армирование бетонов выполняется металлическими, минеральными, органическими волокнами фибр [1, 9]. Наиболее востребованными в технологии дисперсно-армированных бетонов являются базальтовая, полипропиленовая, полиамидная, стеклянная фибры. Меньшее распространение получили хризотиловое, целлюлозно-полимерное, целлюлозное, углеродное, поливиниловое, капроновое и другие волокна. В литературе зарубежных авторов часто встречаются упоминания об использовании в качестве армирующих компонентов натуральных волокон. Армирование данными волокнами позволяет получать материалы с высокими механическими свойствами, низкой плотностью и стоимостью. Кроме того, данные волокна являются биоразлагаемыми, возобновляемыми и экологичными [10, 11]. Их примером являются древесные и льняные волокна, волокна сизаля, кокосовой пальмы, джута, бамбука, крафт-целлюлозы и др., использование которых обеспечивает повышение прочности на изгиб, удар, растяжение, сжатие и вязкости разрушения [12, 13]. Однако применение натуральных волокон в строительных материалах на цементной основе ограничено в виду низкой стойкости к щелочной среде цементной матрицы, что приводит к деградации волокон, снижению гибкости и деформирующей способности из-за повышенной хрупкости, связанной с минерализацией волокон, что в совокупности вызывает снижение прочности и долговечности композита [14]. Способами борьбы с данным негативным фактором является предварительное нанесение полимерных покрытий, химическая и термическая обработка волокон [15]. Также возможно применение комплексного дисперсного армирования (полиармирования), заключающегося в сочетание волокон не только различных видов, но и геометрических параметров (преимущественно разной длины), обеспечивающих оптимальную комбинацию низкомодульных и высокомодульных армирующих волокон, что позволяет достичь уменьшения усадочных деформаций при одновременном росте прочность на изгиб [8, 16, 17]. Данное направление дисперсного армирования нашло отражение во многих работах зарубежных авторов, сочетающих натуральные волокна с другими типами фибр. Так комплексное влияние различных синтетических и натуральных волокон сводится к росту физико-механических свойств пенобетона на цементном вяжущем, а именно незначительно увеличивает его прочность на сжатие, одновременно повышая прочность на растяжение до 3 раз, прочность на изгиб до 4 раз и ударную вязкость до 6 раз [8]. Также отмечается повышение прочности, функциональных характеристик и долговечности пенобетона за счет введения фибры из поливинилового спирта и кокосового волокна [18]. Следует отметить, что дисперсно-армирующие компоненты оказывают влияние не только на качественные характеристики готового изделия, но и на растворные смеси, которые отличаются повышенной стабильностью, агрегативной и седиментационной устойчивостью [19, 20]. Применение фибры в процессе приготовления пенобетонной смеси воздействует на реологические свойства в ранний период твердения. Фибра является фактором, влияющим на процессы массопереноса, управляя качеством и периодом фазового перехода от вязкого состояния к твердому, несколько снижая среднюю плотность при условии ограничения трещиностойкости [6].Материалы и методы. Основными сырьевыми компонентами при выполнении исследования являлись:1) портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Н (ЗАО «Белгородский цемент»), химического состава: CaO – 66,43 %, SiO2 – 22,05 %, Al2O3 – 5,11 %, Fe2O3 – 4,38 %, MgO – 0,48 %, SO3 – 0,23 %, прочее – 1,32 % и минералогического состава: 3CaO·SiO2 – 61,9 %, 2CaO·SiO2-β 17,2 %, 3CaO·Al2O3 – 6,8 %, 4CaO·Al2O3·Fe2O3 – 13,5 %, прочее – 0,6 %;2) бесцементная высококонцентрированная вяжущая суспензия силикатного состава, получаемая при постадийном помоле кварцевого песка (Корочанского месторождения Белгородской области) по мокрому способу в шаровой мельнице. Наличие нанодисперсной составляющей (менее 0,1 мкм) в количестве 10–14 % обуславливает принадлежность к наноструктурированным вяжущим (НВ). Твердение ВВС осуществляется по негидратационному типу, а именно поликонденсационно-кристаллизационному механизму, заключающемуся в протекании на первом этапе процесса поликонденсации с участием водной составляющей в сшивке силоксановых связей и автоэпитаксиальной кристаллизацией аморфной составляющей на кристаллических частицах α-кварца на втором этапе. При этом исходный кремнезем является кварцем первой генерации, а новообразованный в процессе твердения – кварцем второй генерации [21]. Характеристики ВВС в естественном суспендированном состоянии: остаток на сите № 0063 – 0,7 %, вязкость – 12–14 Па·с, рН – 7,7, влажность 17 % и характеристики камня: предел прочности при сжатии – 3,4 МПа, предел прочности при изгибе – 1,5 МПа, средняя плотность – 1800–2000 кг/м3;3) дисперсно-армирующие добавки для пенобетона представлены базальтовой фиброй (ООО «Каменный век», Россия, Московская область, г. Дубна), стекловолокном (ООО «Альянс – Строительные технологии», Россия, Московская область, г. Дзержинский), целлюлозно-полимерной фиброй Buckeye UltraFiber 500 (компания «Buckeye Techologies Inc», США), фиброй на основе поливинилового спирта (ПВС-фиброй) («Курарай», Япония, г. Осака). Данные по размерным параметрам волокон предоставлены производителями (таблица 1). Поверхность волокон была изучена с помощью сканирующего электронного микроскопа Mira 3 FesSem (рис. 1). Таблица 1Основные характеристики применяемой фибрыФибра БазальтоваяСтекляннаяЦеллюлозно-полимернаяПВС-фибра Длина волокна, мм12,7122,112Диаметр волокна, мкм10–226–211838   аб  вг Рис. 1. Микроструктура поверхности волокон следующих фибр:а – базальтовой; б – стеклянной; в – ПВС; г – целлюлозно-полимерной  Для изучения реологических характеристик были приготовлены смеси модельных систем на основе вяжущих различного типа твердения (портландцемента и ВВС), моно- и полиармированных разными волокнами. Следует отметить, что обычно пенобетон выступает многокомпонентной системой. В данном случае, с целью переноса полученных результатов изучалось влияние армирующих компонентов только на вяжущее, на основе которого будут получены ячеистые композиты. Поэтому исследуемые системы именуются модельными. Водоцементное отношение (В/Ц) цементных смесей – 0,45. Дозировка фиброволокон составила 0,2 % от массы вяжущего, которая ориентирована на ранее выполненные исследования [22]. Полиармирование осуществлялось в соотношении 1:1. Съемка производилась на ротационном вискозиметре Rheotest RN4.1 при использовании измерительной системы «цилиндр–цилиндр». Суть измерений заключается в том, что свежеприготовленная смесь, помещенная в измерительный стакан, подвергается сдвиговым воздействиям в зазоре от вращающейся внутренней насадки (шпинделя) и неподвижного цилиндра. Съемка осуществлялась при скорости вращения 120 мин–1 в течение 2 минут. Исследована реология вяжущих систем с той позиции, что результаты влияния фибры являются более наглядными и проецируются на пенобетонные смеси, полученные на основе двух различных вяжущих систем – портландцементе и бесцементной ВВС.Прочностные характеристики армированных вяжущих определялись в соответствии с методикой ГОСТ 30744–2001.Основная часть. Как известно, фибробетоны характеризуются сложной морфологией и полиструктурностью, обусловленными их гетерогенностью. Использование дисперсно-армирующих добавок способствует повышению структурной стойкости на различных этапах формирования, улучшению основных физико-механических (прочностных и деформативных) и теплофизических характеристик [2–4, 23]. При этом влияние оказывает не только состав, но и геометрические параметры волокон. Полиармирование, т.е. одновременное армирование несколькими видами волокон, позволяет комплексно регулировать структурообразующие процессы и итоговые характеристики композита в широких пределах, исключая недостатки моноармирования. Особенность комбинированного армирования заключается в формировании пространственных ячеек на разных уровнях структуры композита, границы которых определяются параметрами армирования. При данном условии ограничивается формирование и распространение микродефектов на стадии трещинообразования. К тому же фиброволокна, с учетом высокой адгезии, эффективно работают в контактной зоне и приводят к снижению концентрации напряжений, воздействуя на весь композит в целом. Происходит рост прочностных характеристик [16, 17, 24]. При разработке фибробетонов следует руководствоваться рациональным выбором армирующих добавок, на который, в свою очередь, оказывают влияние следующие факторы: размер, вид и назначение готового изделия, предел прочности на растяжение при изгибе, предел прочности при сжатии, вязкость разрушения, удобоукладываемость смеси, в определенных случаях – морозостойкость, водонепроницаемость, истираемость и другие свойства. Важным является представление о дисперсной арматуре как о части своеобразного заполнителя, который обладает развитой боковой поверхностью и оказывает серьезное влияние на реологические и технологические характеристики [17]. В свою очередь, получение и транспортирование бетонных смесей различного состава целесообразно проводить в структурном режиме, что обеспечивает стабильность свойств. Именно поэтому реологические исследования могут являться важным и эффективным инструментом оптимизации и контроля технологии материалов. В работе были получены реограммы, которые указывают, что применение фибры не изменяет тиксотропный тип течения контрольных составов различных вяжущих систем, характеризующийся плавным снижением вязкости при одновременном росте градиента скорости сдвига до 25 с–1 (рис. 2 и 3). Цементные системы показывают поведение реологически сложного тела с достаточно небольшим напряжением сдвига и эффективной вязкостью, значение которой последовательно снижается (рис. 2). Максимальный эффект наблюдается у образцов с комбинированным армированием целлюлозно-полимерной и ПВС-фибрами, при этом на начальном участке вязкость уменьшается на 80 % относительно исходной системы, на конечном – на 90 %. Исключение составляет цементная суспензия с базальтовой фиброй, начальная вязкость которой увеличивается на 14 % и при градиенте скорости сдвига 18 с–1 приближается к значениям контрольного состава. Течение систем с практически постоянной наименьшей вязкостью указывает на полное разрушение структуры суспензии. Преимущественно криволинейные зависимости напряжения сдвига от градиента скорости указывают на проявление псевдопластических свойств.  ВВС проявляют вязкопластичное поведение. Анализ кривых армированного бесцементного вяжущего показал, что большая часть образцов характеризуются повышением вязкости в пределах 29 % (рис. 3). Прямолинейные участки реологических кривых указывают на структурный режим, сопровождающийся вязким течением суспензии (рис. 3, б). Максимальные значения аналогично с цементными образцами достигаются у смеси с базальтовой фиброй. Понижением вязкости при нарастающей сдвиговой нагрузки характеризуются смеси с целлюлозно-полимерной фиброй и полиармированные поливинилспиртовыми и целлюлозно-полимерными волокнами. Таким образом, прослеживается зависимость реологических характеристик от геометрических параметров дисперсно-армирующих компонентов. Использование фибры с более короткими волокнами способствует повышению подвижности смесей, что указывает на целесообразность полиармирования волокнами разной длины.   а бРис. 2. Реограмма цементного теста, армированного различными фиброволокнами: а – зависимость вязкости от градиента скорости сдвига; б – зависимость напряжения сдвига от градиента скорости сдвига;1 – контрольный состав, 2 – с целлюлозно-полимерной, 3 – с ПВС-фиброй, 4 – со стеклянной,5 – с базальтовой, 6 – с целлюлозно-полимерной и ПВС-фиброй, 7 – со стеклянной и ПВС-фиброй,8 – с базальтовой и ПВС-фиброй, 9 – со стеклянной и целлюлозно-полимерной, 10 – с базальтовой и целлюлозно-полимерной, 11 – с базальтовой и стеклянной  Можно предположить, что отличительные черты реологии вяжущих систем на основе цемента и ВВС обусловлены особенностями структурообразования. Повышенные значения начальной вязкости цементных смесей связаны со сроками твердения и протеканием структурообразующих процессов на начальном этапе за счет распределения твердой фазы в объеме дисперсионной среды и развития первичной гидратации портландцемента. Системы бесцементного вяжущего проявляют меньшую активность при формировании структурных элементов. Введение дисперсно-армирующих добавок способствует образованию зернисто-волокнистых агрегатов, что и объясняет повышение первоначальной вязкости. Следует отметить, что данное обстоятельство может являться инструментом при повышении пластической прочности получаемых изделий и материалов. Изучение основных физико-механических характеристик указывает на целесообразность применения дисперсно-армирующих добавок. Моноармирование бесцементных модельных систем повышает предел прочности при сжатии на 18–24 %, полиармирование – до 30 % (рис. 4). Данный результат находит объяснение в совместном действии использованных волокон, создавая многоуровневую структуру и сочетая преимущества каждой фибры. По сравнению с бездобавочным образцом ВВС, средняя плотность в зависимости от состава незначительно снижается.  а бРис. 3. Реограмма ВВС, армированной различными фиброволокнами: а – зависимость вязкости от градиента скорости сдвига; б – зависимость напряжения сдвига от градиента скорости сдвига;1 – контрольный состав, 2 – с целлюлозно-полимерной, 3 – с ПВС-фиброй, 4 – со стеклянной,5 – с базальтовой, 6 – с целлюлозно-полимерной и ПВС-фиброй, 7 – со стеклянной и ПВС-фиброй,8 – с базальтовой и ПВС-фиброй, 9 – со стеклянной и целлюлозно-полимерной, 10 – с базальтовой и целлюлозно-полимерной, 11 – с базальтовой и стеклянной Рис. 4. Влияние фибры на основные физико-механические характеристики бесцементной системы ВВС (расшифровка составов указана на рис. 3) Выводы1. Установлено, что применение волокон фибры различных видов не изменяет тип течения растворных смесей на основе портландцемента и бесцементной высококонцентрированной вяжущей суспензии силикатного состава. Преимущественно низкие концентрации дисперсно-армирующей добавки в системах увеличивают подвижность. 2. Определена зависимость реологических характеристик от геометрических параметров волокон. Использование фибры с более короткими волокнами способствует снижению вязкости смесей, что указывает на целесообразность полиармирования волокнами разной длины.  3. Результаты изучения реологических характеристик армированных вяжущих систем различного типа твердения являются базой для регулирования подвижности фибропенобетонных смесей, получаемых на их основе. 4. Дисперсное армирование бесцементных модельных систем повышает прочностные характеристики, максимальный эффект достигается при комбинированном армировании (до 30 %).