Длина волокон, мм

1 и 2 –процент армирования по объему 1,5% и 3,0% соответственно

-экспериментальные данные, соответствующие 1,0; 1,5; 2,0 и 3,0%

объемного армирования

Рис. 1.12

Многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых, а также данные натурных испытаний конструкций, убедительно показывают, что всегда, независимо от средней плотности матрицы и вида применяемых волокон, ударостойкость бетона в результате дисперсного армирования возрастает в несколько раз [30, 109, 26]. При этом отмечается, что степень повышения сопротивляемости ударным и другим динамическим воздействиям определенным образом зависит от геометрических характеристик используемых волокон, их количества в смеси, дисперсности минеральных компонентов в составе матрицы, а также от технологии изготовления изделий [61, 20, 44]. Одновременно установлено, что при определенном объемном насыщении тяжелого бетона дисперсной арматурой (в пределах μ=1…3%) применение низкомодульных синтетических волокон обеспечивает получение материала, не уступающего по ударостойкости сталефибробетону [73, 145, 110, 109] и при этом более экономичного. Вместе с тем, в [113] утверждается, что наиболее эффективным видом фибры, с точки зрения повышения ударостойкости бетона, являются высокомодульные волокна. Последнее отчасти подтверждается результатами наших исследований [27, 73], согласно которым введение в состав мелкозернистого бетона капроновых фибр с модулем упругости Е_в= 4650 МПа в количестве 1…2% по объему приводит к увеличению ударостойкости матричного материала в 2…5 раз, в то время как в ячеистом бетоне, по отношению к которому капроновые волокна являются высокомодульными, повышение сопротивляемости продольному удару при том же уровне армирования может достигать 10 раз.

Для составления более полного представления о влиянии параметров дисперсного армирования бетонов на их ударостойкость рамки экспериментирования были существенно расширены в части вида применяемых волокон, их физико-механических характеристик и количественного содержания в смеси.

Образцы размером 7х7х28см изготавливались из мелкозернистого бетона (Ц:П=1:2; В/Ц=0,28) с использованием портландцемента М400 Пикалевского завода, песка с Мкр=2,14 и 33%-ного раствора суперпластификатора С-3 для улучшения удобоукладываемости смесей. Для дисперсного армирования бетона применялись различные виды стальной и синтетической фибры, которая вводилась в смесь в процессе ее приготовления в двухвальном лотковом смесителе объемом по загрузке 20л. Формование образцов осуществлялось на лабораторной виброплощадке с гармоническими колебаниями. Время уплотнения, в зависимости от вида и количества волокон, составляло 20…80с. После пропаривания и последующей выдержки в воздушно-сухих условиях в течение 14 суток образцы подвергались испытанию на вертикальном копре. Для этого образец устанавливался на металлическое основание копра, сверху укладывалась металлическая пластина толщиной 10мм. Удар производился молотом массой 50кг, свободно падающим с высоты 0,3м. Ударостойкость оценивалась энергией, затраченной на образование трещин:

А^уд = (P g H n) / L_тр ,

где: P –масса молота;

g –ускорение свободного падения;

H –высота падения молота;

n –количество ударов;

L_тр –длина образовавшихся трещин (усредненное значение по всем гра- ням образца).

Результаты определения сопротивляемости фибробетонов продольному удару представлены в таблице 1.3 и на рисунке 1.13.

Таблица 1.3

Ударостойкость фибробетонов, армированных различными волокнами

N п/п	Вид фибры	Размеры волокон, мм		Объемный процент армирования μ0	Ауд, Дж/см	Коэффициент эффективн. Кэф=Аудфб\Ауд
		l	dэкв
1	Бетон без волокон	-	-	-	10,0	1,0
2	Отрезки комплексных капроновых нитей	10	0,02	0,10 0,92 1,84 2,80 3,70	11,5 30,0 52,0 65,0 74,0	1,1 3,0 5,2 6,5 7,4
3	Отрезки комплексных капроновых нитей	20	0,02	0,10 0,92 1,84 2,80 3,70	12,0 48,0 75,0 95,0 87,0	1,2 4,8 7,5 9,5 8,7
4	Фибра стальная из проволоки круглого сечения с волнистым анкером по длине	50	0,5	1,35	70,0	7,0
5	Фибра стальная фрезерная с волокнистым анкером по длине	36	0,6	2,92	97,5	9,8
6	Фибра стальная токарная гладкая	11	0,16	5,07 10,27	261,0 370,0	26,1 37,0

Анализ полученных данных позволяет отметить следующее:

- при сравнительно невысоком объемном насыщении в пределах μ₀=1,5…3,0% введение в мелкозернистый бетон низкомодульных синтетических волокон оказывается не менее эффективным, чем его армирование стальной фиброй. При этом сопротивляемость композита продольному удару возрастает по мере увеличения относительной длины фибр;

- при повышении содержания в смеси дисперсной арматуры до μ₀=5…10% значение модуля упругости применяемых волокон становится определяющим в обеспечении высокой ударостойкости фибробетона;

• в независимости от вида волокон уровень их работы при продольном ударе определяется не столько процентом армирования, сколько расстоянием между геометрическими центрами фибр в матрице. При этом зависимость между коэффициентом эффективности и дисперсностью армирования носит характер степенной функции типа:

К_эф = А S^{1/ n},

где: A и n –константы, зависящие от вида и свойств применяемых фибр.

Таким образом, стойкость фибробетона к динамическим воздействиям качественно зависит от тех же факторов и при их варьировании изменяется по тем же законам, что и его статическая прочность.