Дисперсно–армированный фибробетон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Реферат

по предмету: «Специальные строительные конструкции»

на тему: «дисперсно - армированный фибробетон»

Выполнил студент гр. ПЦБ -65мп:

Паращенко А.О.

Принял преподаватель:

Колесниченко С.В.

Краматорськ

2016

Дисперсно-армированный сталефибробетон

Приведен обзор состава сталефибробетона с использованием различного вида фибрового армирования.

Ключевые слова: сталефибробетон, фибра.

Актуальность темы

В настоящее время основными материалами для изготовления строительных конструкций и изделий является бетон. Однако, наряду с неоспоримыми достоинствами, такими, как простота изготовления, незначительная стоимость, достаточно высокая прочность на сжатие, он имеет много недостатков. Среди них можно назвать следующие: низкая прочность на растяжение при изгибе, значительные усадочные деформации, высокая газо- и водопроницаемость, незначительная морозостойкость и др.

Стержневое армирование бетона, в процессе изготовления железобетонных изделий, позволяет освободиться от некоторых перечисленных недостатков, но не исключает их полностью[1].

Армирование бетонов приводит к соответствующему повышению энергоемкости материала. Так как применение армированных сталью бетонов осуществляется в широких масштабах, становится существенной проблема максимального сокращения расхода металла и наиболее рационального его использования в бетоне. Например, во многих случаях армирование бетонов стальной арматурой осуществляется только исходя из действующих на конструкцию усилий во время транспортирования или монтажа. При этом толщина конструктивных элементов устанавливается, как правило, не менее 60 - 80 мм (поскольку необходимо предусматривать достаточную толщину бетонного защитного слоя для предохранения арматуры от коррозии). Вполне очевидно, что указанная толщина элементов с точки зрения прочности может оказаться неоправданной. Это приводит к неизбежному перерасходу конструкционных материалов, в том числе арматуры, которая при эксплуатации конструкций практически не выполняет своего прямого назначения. Кроме того, значительное количество стали в железобетонных конструкциях расходуется на монтажную, поперечную и распределительную арматуру. Дальнейшее совершенствование бетонных материалов должно предусматривать не только улучшение их механических характеристик, но и изыскание, путей наиболее рационального использования металлической арматуры, а также создание новых эффективных армирующих материалов.

С развитием современного градостроения стремительно растет потребность в специальных бетонах с новыми повышенными эксплуатационными характеристиками при экономии материальных ресурсов и использования вторичного сырья. Таким материалом признаны бетоны с дисперсным армированием - сталефибробетоны[2].

Широкое применение фибробетона обусловлено его высокими физико - механическими характеристиками, значительной трещиностойкостью, повышенным сопротивлением динамическим и вибрационным воздействиям, малой истираемостью, а также относительно простой технологией изготовления и незначительными затратами[1].

Основная часть работы

Согласно[3] сталефибробетон является разновидностью дисперсно -армированного железобетона и изготавливается из тяжелого или мелкозернистого бетона (бетон-матрица), в котором в качестве арматуры используются стальные фибры, дисперсно и равномерно распределенные по объему бетона. Совместная работа бетона и стальных фибр обеспечивается сцеплением по их поверхности, анкеровкой фибры в бетоне за счет ее периодического профиля, кривизны в продольном и поперечном направлениях, а также наличием анкеров на концах фибр.

Сталефибробетонные конструкции по виду армирования рассматриваются как:

1) фибробетонные - при расчетном армировании только фибрами, равномерно распределенными по объему элемента;

2) комбинированно армированные - при их расчетном совместном армировании стальными фибрами и стальной стержневой арматурой.

Сталефибробетон рекомендуется применять для изготовления конструкций, в которых наиболее эффективно могут быть использованы следующие его технические преимущества по сравнению с традиционным бетоном и железобетоном:

- повышенные трещиностойкость, ударная прочность, вязкость разрушения, износостойкость, морозостойкость, сопротивление кавитации;

- пониженные усадка и ползучесть;

- возможность использования технологически более эффективных конструктивных решений, чем при традиционном стержневом армировании, например, тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой распределительной, косвенной или поперечной арматуры;

- пониженные трудозатраты на арматурные работы;

- повышение степени механизации и автоматизации производства конструкций, например, в сборных тонкостенных оболочках, складках, ребристых плитах покрытий и перекрытий, сборных колоннах, балках, монолитных днищах и стенах емкостных сооружений, дорожных и аэродромных покрытиях; монолитных плитах основания пола промышленных и общественных зданий;

- возможность применения новых, более производительных приемов формования армированных конструкций, например, торкретирование, погиб свежеотформованных листовых изделий, роликовое прессование и др.

При выборе конструктивных решений сталефибробетонных конструкций следует учитывать методы их изготовления, монтажа и условия эксплуатации. Форму и размеры сечений элементов следует принимать исходя из наиболее полного учета свойств сталефибробетона, возможности заводского механизированного и автоматизированного изготовления, удобства транспортирования и монтажа элементов и конструкций.

Сталефибробетонные конструкции могут изготавливаться различными технологическими приемами: предварительным приготовлением смеси в заводских условиях или в бетоносмесителях на строительном объекте, уплотнением с помощью вибрирования и вакуумирования, роликовым формованием и прессованием, торкретированием и центрифугированием.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики сталефибробетона с обычным бетоном.

бетон строительный армирование дисперсный

Таблица 1

Сравнительные характеристики сталефибробетона с обычным бетоном.

Как показывают физико-механические свойства для достижения наибольшей эффективности фибробетона, как композита, необходим правильный подбор и сочетание компонентов.

Эффективность фиброармирования для изделий и конструкций, работающих на действие статических нагрузок, зависит от прочности бетона-матрицы, характеристик и объемной концентрации фибры. Главные параметры фибры, оказывающие влияние на физико-механические характеристики фибробетона - абсолютная длина If, диаметр df, относительная длина фибры lf/df, прочность фибры на растяжение Rfu, анкерующие способности фибры. [3]

Не все волокна отвечают требованиям, которые предъявляются к арматуре бетонов. Здесь, прежде всего, необходимо учитывать такие показатели, как прочность, деформативность, химическая стойкость армирующего материала, его адгезия к бетону, коэффициент линейного расширения и т. д. Важное значение, имеют также вопросы стоимости армирующих материалов и объемы их производства, которые в ряде случаев играют решающую роль. В то же время такие распространенные и освоенные промышленностью многих стран волокна, как, капрон, нейлон и др., не могут быть эффективно использованы и качестве несущей арматуры, главным образом из-за более низких (по сравнению с бетоном) значений модуля деформации.

Далее рассмотрены основные виды фибры, используемые для дисперсного армирования бетона.

Стальная фибра

Фибра стальная производится из стальной низкоуглеродистой проволоки [4], из холоднокатаного стального листа и из стальных слябов. Металлическая фибра бывает разных видов - волновая, анкерная, и в виде прямых отрезков. На рис.1 показаны основные виды стальной фибры.

а) б)

Рис.1. Основные виды стальной фибры:

а) анкерная; б) волновая; в) в виде прямых отрезков.

Применение стальной фибры в ряде случаев, имеет определенные преимущества перед традиционно армированным бетоном. Определенное количество стальной фибры (25-50 кг/м3) равномерно распределенной в бетонной смеси, в результате формирует трехмерную структуру. Эта структура из стальной фибры выдерживает усилия растяжения и препятствует раскрытию микротрещин, которые часто образуются от воздействия влаги или нагрузочных усилий.

Стальная фибра создает полезные свойства бетона: жесткость и прочность. Эти свойства бетона со стальной фиброй позволяют проектантам разрабатывать конструкции, которые выдерживают большие нагрузки. Бетон со стальной фиброй используется в фундаментах оборудования, плитах взлетно-посадочных полос аэродромов, скоростных автострад, в торкретбетоне, противооползневых плитах и береговых сооружениях, сейсмоустойчивых конструкциях, в гражданском строительстве, при устройстве наливных полов.

Стальная фибра имеет ряд существенных недостатков: высокий вес изделия, низкая коррозионная стойкость, низкое сцепление с бетонной матрицей, стальная фибра имеет свойства выходить на поверхность бетона в результате эрозии, что может угрожать безопасности конструкции и элементам, взаимодействующим с поверхностью. Чтобы избежать коррозии металлической фибры её могут обрабатывать специальными составами, оцинковывать, или изготавливать из легированной стали, что неминуемо ведет к удорожанию материала.

Прочностные показатели стальной фибры:

1) Плотность, г/ смз - 7,80;

2) Модуль упругости, МПа - 190000-210000;

3) Прочность на растяжение, мПа - 600-3150;

4) Удлинение при разрыве - 3-4 .

Полипропиленовая фибра

Изготавливается из синтетического термопластичного неполярного материала, полимер газа пропилена. Общий вид полипропиленовой фибры приведен на рис. 2.

Рис.2. Общий вид полипропиленовой фибры

Основные преимущества полипропиленовой фибры:

- повышает сопротивление механическим воздействиям;

- в отличии от металлической сетки армирует раствор по всем направлениям;

- обладает высокой адгезией к раствору и образует однородную массу;

- повышает устойчивость к истиранию;

- повышает прочность бетона на растяжении при изгибе;

- исключает появление пластических деформаций, трещин, отслаивание поверхности;

- увеличивает морозостойкость;

- бетон с содержанием полипропиленовых волокон обладает лучшим сцеплением, чем обычный бетон;

- увеличивает водонепроницаемость бетона - за счет блокировки волокнами фибры капилляров бетона;

Недостатки полипропиленовой фибры является низкая прочность волокна на растяжение, по сравнению с фиброй из других материалов, высокий коэффициент удлинения волокон, низкий модуль упругости - 3500 МПа, низкая температурная стойкость полипропиленовых волокон, трудности по введению фибры в бетонную смесь.

Волокно полимерное извилистое

Жёсткое полимерное волокно используется вместо стальных волокон для армирования цементных растворов. По сравнению со стальными волокнами оно легче распределяется и смешивается в цементных замесах, не принося ущерба смешивающему и подающему бетоны оборудованию. В качестве сырья для производства жёсткого полимерного волокна используется первичный полипропилен. Данный вид волокна обладает повышенной прочностью на разрыв. Учитывая указанные особенности, жёсткое полимерное волокно может широко использоваться вместо стальных волокон для армирования цементных растворов, придавая получаемому бетону повышенную трещиноустойчивость.

Общий вид фибры из полимерный волокон показан на рис.3

Рис.3. Общий вид полимерной извилистой фибры

Применяется для повышение прочностных характеристик промышленных стяжек, усиление конструкционных характеристик фундаментов, мостовых перекрытий и др.

Использование жёсткого полимерного волокна позволяет значительно сократить затраты в сравнении с использованием стального волокна (удельная масса стального волокна примерно в 9 раз больше, соответственно количество отдельных волокон - меньше). Полимерное волокно не оказывает негативного влияния на смесители и раздатчики бетона, а также не подвержено коррозии.

Недостатками полимерной извилистой фибры является низкая температурная стойкость, не высокий модуль прогости по сравнению со стальной фиброй.

Углеродная фибра

Углеродная фибра - резаные углеродные волокна, изготавливаются из углерода, химического элемента, посредством его термической обработки при температуре 3200єС. Обладают очень высокими прочностными характеристиками, имеют низкий коэффициент удлинения, стойки к любой агрессивной среде и химическим элементам. Общий вид углеродной фибры показан на рис.4.

Рис.4. Общий вид углеродной фибры

Преимущества углеродной фибры:

- высокая адгезия к цементной матрице;

- полимерные волокна не подвержена коррозии;

- стойкость к кислотам, щелочам, солям;

- волокна обладают высокими теплоизоляционными характеристиками;

- высокая прочность и долговечность бетонов;

- высокая термостойкость, негорючесть;

Основным недостатком углеродной фибры является ее высокая стоимость.

Базальтовая фибра

Базальтовая фибра - короткие отрезки базальтового волокна, предназначенные для дисперсного армирования вяжущих смесей, типа бетона, в строительстве. Диаметр волокна -- от 20 мкм до 500 мкм. Длина волокна -- от 1 мм до 150 мм. Базальтовая фибра производится из расплава горных пород типа базальта при температуре выше 1400°С. Назначение -- объёмное дисперсное армирование бетонных и других изделий на основе вяжущих.

Общий вид базальтовой фибры показан на рис.5.

Рис.5 Общий вид базальтовой фибры

Базальтовая фибра повышает трещиностойкость в 3 раза, прочность на раскалывание -- в 2 раза, ударную прочность -- в 5 раз, что даёт возможность эффективно использовать её при возведении сейсмостойких сооружений, взрывобезопасных объектов и военных укреплений. Ни один из материалов не может повысить стойкость к истираемости полов так же, как базальтовая.

Основные преимущества изделий, изготовленных с применением базальтовой фибры, следующие:

- долговечность;

- высокое сопротивление истираемости;

- высокая ударная стойкость;

- высокая морозостойкость;

- высокая коррозионная стойкость;

- повышенная водонепроницаемость.

Отличие базальтовой фибры от металлической состоит в том, что, прежде всего, базальтовая не подвержена какой-либо коррозии. По объёму одна металлическая фибра диаметром 1 мм соответствует более чем 600 базальтовых фибр, при этом площадь поверхности у базальтовой фибры больше в 25 раз. Удельный вес а базальтовой фибры блоее чем в 3 раза меньше, чем металлической. Это значит, что по массе фибры требуется в 2,7 раза меньше и изделие на основе базальтового волокна легче.

Базальтовая фибра в изделиях имеет высокую адгезию с цементным камнем, и ей не требуется дополнительных изменений конфигурации волокна. Цементный камень и базальтовая фибра имеют одинкоэффициент температурного расширения, в отличие от фибры металлической. Дисперсионное армирование базальтовой фиброй повышает пластичность бетонной массы и уменьшает образование усадочных трещин, и в отличие от стальной сетки, которая имеет ценность только после того, как бетон треснул, фибра предотвращает появление трещин в бетоне ещё на стадии, когда он пребывает в пластическом состоянии.

Основным недостатком базальтовой фибры является трудности по введению ее в бетонную смесь, в следствии возникновения комков.

Вывод

В настоящее время как теоретически, так и экспериментально достаточно полно изучены прочностные характеристики фибробетона. Исследована зависимость прочности от таких параметров как процент армирования, длина, диаметр и форма волокон, учитывается влияние ориентации волокон, прочности матричного материала и состава бетона. На базе проделанных работ созданы нормативные документы для расчета сталефибробетонных конструкций [3].

Однако, деформационные характеристики фибробетона, особенно при длительном действии нагрузки, изучены не так хорошо, как прочностные. Кроме того, существующие теоретические и экспериментальные результаты исследования деформативности фибробетона весьма разнообразны и дают большой разброс значений определяемых характеристик.

Актуальной задачей для дальнейших исследований является исследование эффективности составов бетонов с комбинированным фибровым армированием, направленным на одновременное изменение и прочностных и деформационных характеристик.

Список использованной литературы

1. Галкин В.В. Дисертация на тему «Сталефибробетон с заполнителями и дискретной арматурой из отходов местных производств» - Липецк - 2007 г. - 208 с.

2. Волков И.В. Фибробетон - состояние и перспективы применения в строительных конструкциях // Строительные материалы. - 2004.- № 6. - С. 5-7.

3. СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции» НИИЖБ - М: 2006 г.

4. ТУ 1211-205-46854090-2005 «Фибра стальная проволочная для армирования бетона», - М: 2005 г.

Размещено на Allbest.ru