Модуль фибрового армирования по /56/

K=μ₀(l/d)

Вид стальной фибры:

-волнистая из проволоки круглого сечения;

-фрезерная гладкая постоянного сечения;

-то же волнистая;

-фрезерная гладкая переменного сечения –клиновидная;

-фрезерная прямоугольного сечения.

Рис. 1.9

в сочетании с синтетическими высоко- или низкомодульными волокнами [70, 30, 72, 69]. Сравнительные данные, представленные на рисунке 1.10, показывают, что плотный мелкозернистый бетон, содержащий в составе синтетические высокомодульные волокна (СВМ), не уступает по прочности сталефибробетону, армированному отрезками проволоки диаметром 0,3мм при относительной длине l/d=83. При этом характер нарастания прочности того и другого фибробетона по мере увеличения процентного содержания фибр практически одинаков.

При оценке изменения свойств пенозолобетона в зависимости от его средней плотности и количества дисперсной арматуры установлено, что введение низкомодульных капроновых волокон диаметром 0,02 мм и длиной 20мм во всех рассмотренных случаях приводит к повышению прочности исследуемого материала (рис. 1.11), причем зависимость механических характеристик фибробетона от величины средней плотности носит экстремальный характер. В пределах ρ_ср=500…800 кг/м³ эффективность дисперсного армирования повышается, что, по нашему мнению, является результатом увеличения толщины межпоровых перегородок и более рационального сочетания в них объемной доли волокон с количеством матричного материала. Одновременно с повышением средней плотности уменьшается разница между модулями упругости волокон и бетона. Когда отношение Е_в/Е_б становится критическим, коэффициент эффективности дисперсного армирования начинает снижаться, однако и при ρ_ср=1000кг/м³ прочность ячеистого фибробетона в 2,5…3,5 раза превышает прочность неармированного пенобетона, так как во всем исследуемом диапазоне отношение Е_в/Е_б остается больше единицы.

Таким образом, выполняется основной принцип дисперсного армирования, вытекающий из правила смесей: в независимости от вида исходного бетона его прочность возрастает пропорционально объемному содержанию волокон, если их модуль упругости выше модуля упругости матрицы. Исходя из этого считается, что низкомодульные, в том числе капроновые и другие волокнистые материалы органического происхождения, модуль упругости которых обычно не превышает 1/4 модуля тяжелых бетонов, не могут выполнят роль упрочнителя [108]. Однако это положение требует определенных оговорок в связи с нашими исследованиями, целью которых являлось изучение влияния низкомодульных синтетических волокон на прочностные характеристики мелкозернистого бетона [104].

В качестве исходных материалов для изготовления образцов размером (4х4х16)см и кубов с ребром 10см использовались портландцемент марки 400 Пикалевского завода, песок с модулем крупности 2,17, капроновые волокна диаметром 0,02мм. Состав мелкозернистого бетона характеризовался соотношением Ц:П=1:2 и водоцементным отношением В/Ц=0,35.

Приготовление фибробетонных смесей осуществлялось в двухвальном смесителе при следующей очередности загрузки компонентов: песок, цемент, волокна, вода. Общее время перемешивания составляло 3 минуты. Формование образцов производилось на стандартной лабораторной виброплощадке в течение 10с с пригрузом, равным 40 г/см². Образцы подвергались тепловой обработке в пропарочной камере при температуре изотермической выдержки 80⁰С, после чего испытывались с целью определения прочностных характеристик. Результаты испытаний представлены на рисунке 1.12, из которого следует, что прочность бетона не уменьшается при введении низкомодульных волокон, что соответствовало бы правилу смесей, а увеличивается, и ее прирост при оптимальных для данного случая параметрах армирования (μ₀=1…2%, l=20мм) достигает 15…18%. Подобный эффект при армировании цементного раствора полипропиленовыми волокнами наблюдали Мак-Чесны и Ханнант с сотрудниками, которые считают, что при использовании низкомодульных волокон могут быть получены композиты с повышенной прочностью на изгиб и вязкостью разрушения [157, 144]. Очевидно, отмеченный характер изменения свойств бетона является результатом не столько упрочняющего, сколько модифицирующего действия фибровых включений, улучшающего структуру и механические характеристики цементных матриц, что ранее оставалось незамеченным и может оказаться полезным при разработке новых видов материалов.

Отличительной особенностью фибробетонов является повышенная структурная вязкость, благодаря которой они приобретают значительную стойкость при динамических нагрузках, в том числе ударных. Высокая ударная прочность – одно из самых ярких качеств фибробетонов, обусловившее их применение в тяжелых эксплуатационных условиях, когда повышение долговечности конструкций оправдывает сравнительно высокую стоимость материала. В данном контексте считается, что одним из наиболее удачных приложений методов дисперсного армирования является область хрупких высокопористых материалов, каким является ячеистый бетон, для которого фибровое армирование целесообразно во всех случаях [80, 75].

Эффективность армирования плотного бетона стальными и

синтетическими высокомодульными волокнами