2. Влияние дисперсного армирования на свойства

цементных бетонов.

В настоящее время для дисперсного армирования бетонов применяют металлические (чаще всего стальные) и неметаллические (минеральные, синтетические и др.) высоко- и низкомодульные волокна различной длины и поперечного сечения. При этом стальную фибру получают резанием низкоуглеродистой проволоки, фольги или листовой стали, формованием из расплава, фрезерованием полос и слябов, а также в результате токарного процесса. Неметаллические фибры (стеклянные, базальтовые, синтетические и др.) представляют собой отрезки моноволокон, комплексных нитей и фибриллированных пленок, для изготовления которых в ряде случаев целесообразно использование промышленных отходов соответствующих производств.

Указанное многообразие оказалось достаточным для создания широкого спектра фибробетонов различного состава, плотности и прочности (рис. 1.1), что, в свою очередь, позволяет достаточно масштабно и объективно оценить влияние дисперсного армирования на физико-механические характеристика и долговечность получаемых материалов.

1.2.1. Механические характеристики

Наиболее полно механические свойства дисперсно-армированных бетонов отражают показатели их прочности и деформативности.

Анализ литературных источников [16, 23, 111, 114, 122] и результаты собственных исследований (рис.1.2) свидетельствуют о повышении трещиностойкости бетона при силовых воздействиях в результате введения высокомодульных волокон. При этом армирующий эффект определяется:

1. Степенью насыщения бетона волокнами. Так при введении стальных фибр размером d х l=(0,25х25,4)мм в количестве 2,3% по объему нагрузка в момент образования первой трещины удваивается по сравнению с неармированным бетоном, а при увеличении их содержания до 4%- возрастает примерно в 3 раза [108];

2. Уровнем дисперсности армирования, обусловленным, в частности, диаметром используемых волокон. Согласно [58], в случае армирования бетона стальными фибрами размером (0,3х25)мм момент трещинообразования увеличился в 1,25 раза по сравнению с бетоном, армированным волокнами размером (1,2х120)мм, при одинаковом содержании их в матрице (μ₀=2%);

3. Степенью однородности бетонной составляющей композита и дисперсностью входящих в ее состав компонентов. В [109] теоретически показано, что предел трещиностойкости фибробетона существенно повышается при уменьшении предельной крупности заполнителя.

Перечисленные факторы во многом определяют и начальную ширину трещин. Например, при использовании стальных фибр d=0,3мм трещины в момент образования носили характер местных разрывов, размер которых не превышал 1…3 мкм. В тех же условиях повышение диаметра волокон до d=0,9мм привело к увеличению начальной ширины трещины до 7…10 мкм [59].

Высокомодульные неметаллические волокна также повышают стойкость бетона к образованию и развитию трещин, хотя и в меньшей степени, чем стальные фибры. Так, при использовании в качестве дисперсной арматуры для мелкозернистого бетона волокон минеральной ваты (d=10…15 мм, l=0,5…12 мкм) зафиксировано увеличение трещиностойкости в изгибаемых элементах на 27…30% лишь при насыщении μ=10% от массы цемента [79]. Подобные результаты получены при введении в бетон низкосортного асбеста и базальтовых волокон диаметром 12…20 мкм [85].

Анализ данных, представленных на рис. 1.2., показывает, что в отличие от высокомодульных (типа СВМ) низкомодульные синтетические волокна (в данном случае капроновые) не оказывают заметного влияния на показатель трещиностойкости цементно-песчаного бетона при механическом нагружении. В этой связи следует отметить лишь некоторую тенденцию к снижению Ктр, наметившуюся по мере удаления от области, очерченной экспериментом, в сторону больших значений μ. В то же время имеется ряд сведений о существенном снижении собственных напряжений и деформаций в бетоне в экстремальных температурно-влажностных условиях при введении в него низкомодульных полимерных волокон [162, 1]. В данном случае позитивное влияние дисперсного армирования Комохов П.Г. связывает с эффектом демпфирования структуры бетона маложесткими включениями (фибрами), тормозящими или останавливающими рост усадочных трещин (рис. 1.3).

Однако наиболее эффективным является использование низкомодульных синтетических волокон для улучшения механических характеристик легких [78] и, особенно, ячеистых бетонов, модуль упругости которых в 2…5 раз меньше по сравнению с данным типом фибр [103, 69].

Исследование закономерностей разрушения фибропенобетона, выполненное Моргун Л.В. по методике и на установках, разработанных Остратом Л.И. (НИПИСиликатобетон), позволило установить следующее (рис. 1.4):