Области эффективного использования армирующих волокон

Армирующие волокна

высокомодульные

низкомодульные

стальные, минеральные, синтетические

синтетические

рабочая

конструктивно-технологическая

рабочая

тонкостенные, включая трубчатые элементы

ударо-, износо-стойкие

пористая

тяжелый

легкий

ячеистый

Класс волокон

вид волокон

вид конструкций

структура исходного бетона

вид исходного бетона

несущие, в т.ч. изгибаемые и густоарми-рованные

ограждающие, теплоизоляционные

плотная мелко- и крупнозернистая

назначение дисперсной арматуры

Рис. 1.1.

• дисперсное армирование капроновыми волокнами (d=0,02мм, l=20мм) повышает жесткость пенозолобетона (Ц:3=1:1) и его начальный модуль упругости на 15…19%;

• первые трещины, фиксируемые приборами в фиброармированных образцах, возникают при нагрузке, в 1,4…1,6 раза превышающей разрушающую для бетона без волокон, и при деформациях, на 50% превышающих его предельную растяжимость;

• магистральная трещина в фибропенозолобетоне образуется при нагрузках, которые в 1,5…2,0 раза выше нагрузок, соответствующих появлению первой трещины;

- разрушение фибробетона наступает в результате вытягивания волокон из матрицы, при этом уровень нагружения в 5…7 раз выше, чем в равноплотном исходном пенобетоне.

Одним из важнейших результатов проведенных исследований следует считать получение данных о повышении предела пропорциональности пенобетона в присутствии волокон и, соответственно, увеличении на 40…45% его растяжимости в момент микротрещинообразования. Подобная картина наблюдалась ранее и в сталефибробетоне, в том числе при ультразвуковом контроле процесса трещинообразования образцов состава Ц:П=1:2, армированных отрезками проволоки размером dxl=0,3х30мм (рис. 1.5). Однако в данном случае, как в прочем, и в других аналогичных [140], отмеченный эффект был менее заметным, что, видимо, связано с видом применяемых волокон и матрицы, а также их количественным соотношением. Вместе с тем, был сделан вывод о незначительном влиянии дисперсного армирования на поведение композиции в упругой стадии, а обнаруженное Ромуальди явление значительного упрочнения бетонов близко расположенными отрезками тонкой проволоки [161] объяснялось соответствующим увеличением нагрузки видимой трещины. Таким образом, модифицирующее воздействие армирующих волокон на цементные бетоны осталось без внимания, что приводит к определенным противоречиям в оценке их механических характеристик.

Зависимость трещиностойкости фибробетона от вида и количества

армирующих волокон.

Ц:П=1:2

В/Ц=0,4

Объемный процент армирования

Рис. 1.2

Сравнительные показатели усадочных трещин в растворе и бетоне

по Комохову П.Г.

Ц:П:Щ=1:2:3

Ц:П=1:2

μ₀=0.1%

Рис. 1.3

Вид армирующих волокон:

1-стальная проволока d=0,3мм, l=25мм;

2-то же d=1,0мм, l=75мм;

3-отрезки комплексных нитей СВМ l=20мм;

4-отрезки комплексных нитей капрона l=20мм.

1 –раствор и бетон без волокон;

2 –армирование пропиленовыми волокнами d=0,05мм, l=19мм;

3 –то же d=0,1мм, l=19мм;

4 –армирование акриловыми волокнами d=0,05мм, l=10мм.

Тем не менее, если в отношении трещиностойкости фибробетонов взгляды большинства специалистов сходятся, то вопросы их прочности требуют определенного обсуждения.

Стохастический характер структуры дисперсно-армированных бетонов затрудняет обобщение и разработку аналитических методов их расчета. Сложность проблемы определила многообразие теорий прочности фибробетона, использующих концепцию интервала Ромуальди (Павлов А.П.), статистическую теорию Вейбула (Харлаб В.Д.), критерий предельного напряжения сцепления (Соломин В.И.), методы математического моделирования (Янкелович Ф.Ц.), методы геометрических вероятностей (Романов В.П.), концепцию соответствия уровней дисперсности армирования и дефектности структуры бетонной матрицы (Рабинович Ф.Н.) и др.

Однако, несмотря на значимость отмеченных теоретических подходов для изучения свойств цементных композитов, большинство исследователей констатируют отсутствие приемлемой для практического использования теории прочности фибробетона и по-прежнему для качественного описания данного показателя применяют правило смесей, согласно которому:

R_фб=φ2τ_сц(l/d)μ+(1-μ)R_б, (1.1)

где:

R_фб –прочность фибробетона;

τ_сц –величина сцепления армирующих волокон с цементным камнем;

d и l – диаметр и длина фибр соответственно;

μ –коэффициент объемного армирования;

R_б –прочность исходного бетона;

φ –комплексный коэффициент, учитывающий эффект “фибра-фибра” взаимодействия, ориентацию волокон и вероятность пересечения ими расчетной плоскости, а также однородность и степень дефектности фибр.

Кривые деформирования пенозолобетона средней плотности