Эффективность применения различных видов фибры в бетонах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эффективность применения различных видов фибры в бетонах

Рассматривая особенности применения стальной фибры в бетонах, можно отметить, что одним из основных эффектов, обеспечивающих преимущество сталефибробетона по сравнению с другими материалами, является его повышенная трещиностойкость, которая обеспечивает высокую эксплуатационную надежность зданий и сооружений [1], [2], [3].

Изменение предела трещиностойкости сталефибробетона характеризуется уравнением потенциальной энергии деформации, аналогичным уравнению, составленному Гриффитсом, с добавлением слагаемого, учитывающего энергию, накапливаемую в процессе деформации отдельных фибр, пересекающих трещину [4]. По мере увеличения количества фибры на единицу площади расчетного сечения (за счет повышения ее объемного содержания или уменьшении диаметра фибры) в момент возникновения трещины в бетоне их податливость существенно снижается, но при этом приводит к повышению уровня трещиностойкости, который зависит также от размера критических трещин [5]. Чем более однородна бетонная матрица и чем выше уровень дисперсности армирования, тем выше, при прочих равных условиях, предел трещиностойкости сталефибробетона, который до двадцати раз может превышать трещиностойкость бетона и железобетона [6], [7]. Данные положения справедливы для стальной фибры различных геометрических размеров, модуль упругости которой значительно превышает модуль упругости бетонной матрицы. Для неметаллической фибры, указанные зависимости, в большинстве случаев, не соответствуют действительности в связи с ее низким модулем упругости (по сравнению с бетонной матрицей) и низкой адгезией к бетону [8]. При этом, неметаллической фибре часто приписывают свойства, характерные для металлической, несмотря на ключевые отличия между ними, как по свойствам, так и по эффективности работы в бетонных матрицах [9], [10].

Целью проведенного исследования являлось определение влияния различных типов неметаллической фибры на трещиностойкость бетонов.

В настоящее время в Российской Федерации действует ГОСТ 29167-91 «Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении», в котором определен порядок проведения испытаний и формулы по расчету основных характеристик трещиностойкости. Однако, характеристики трещиностойкости, полученные при проведении данных испытаний, сложны для восприятия и не позволяют быстро и объективно оценить полученные результаты. В качестве альтернативы ГОСТ 29167-91 в последние годы получает все большее распространение методика определения деформативности по EN 14651, которая указана в качестве основной для определения характеристик фибробетонов в СТО НОСТРОЙ 2.27.125-2013 «Освоение подземного пространства. Конструкции транспортных тоннелей из фибробетона. Правила проектирования и производства работ», подготовленного к опубликованию и утверждению свода правил «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования» и разрабатываемого свода правил «Конструкции бетонные с неметаллической фиброй и полимерной арматурой. Правила проектирования». Отличительной особенностью данной методики является определение ширины раскрытия внутренних граней предварительно пропиленной трещины в образце (СМОD по EN 14651), в процессе нагружения которого по трехточечной схеме фиксируется остаточная прочность. Данная методика была выбрана для проведения исследования, так как она в наибольшей степени подходит для определения трещиностойкости фибробетонов, в связи с ожидаемой низкой эффективностью отдельных видов неметаллической фибры.

Для проведения испытаний было выбрано три основных типа неметаллической фибры, используемой при производстве бетонных конструкций и широко представленной на рынке:

1. Полипропиленовая микрофибра длиной 6 мм, диаметром 40 мкм с геометрическим фактором 150, плотностью 0,9 г/см³, модулем упругости порядка 1,2…1,6 ГПа.

2. Полимерная макрофибра длиной 50 мм, диаметром 0,5 мм с геометрическим фактором 100, плотностью 0,9 г/см³, модулем упругости более 10 ГПа.

3. Стеклопластиковая композитная фибра длиной 40…45 мм, диаметром 0,7…0,9 мм с геометрическим фактором 45…60, плотностью 1,54 г./см³, модулем упругости порядка 50 ГПа.

Для изготовления образцов применялся бетон класса по прочности при сжатии В25, состав которого, включая общие характеристики сырьевых материалов, приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав бетона

Для проведения испытаний были изготовлены три серии образцов фибробетона размером 150Ч150Ч600 мм, по 6 образцов в каждой серии. Содержание неметаллической фибры, принималось на основании рекомендаций производителя и результатов уже проведенных испытаний, при которых обеспечивались оптимальные прочностные характеристики фибробетонов, и составило:

- полипропиленовая микрофибра 1 кг на 1 м³ бетона;

- полимерная макрофибра 4 кг на 1 м³ бетона;

- стеклопластиковая композитная фибра 35 кг на 1 м³ бетона.

Испытания выполнялись на универсальной электромеханической машине Instron 3382, обеспечивающей максимальную испытательную нагрузку 100 кН с погрешностью измерения ±0,5% (рис. 1). Контроль раскрытия граней пропила осуществлялся навесным распорным датчиком точностью 0,005 мм.

Результаты испытаний по определению деформативности фибробетонов с неметаллической фиброй (усредненные значения по результатам испытаний трех серий из шести образцов) приведены в таблице 2 и на рисунке 2.

бетон композитный стеклопластиковый фибра

Рис. 1. Общий вид проведения испытаний

Таблица 2. Результаты испытаний

Рис. 2. Графики «нагрузка-CMOD» испытаний фибробетона

Обработка полученных результатов в соответствии со сводом правил «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования» позволила определить, что фактический класс бетона по остаточной прочности с полипропиленовой микрофиброй - В_fbt1,0 с, полимерной макрофиброй - В_fbt1,2 с, композитной стеклопластиковой фиброй В_fbt1,8 с.

На основании проведенных исследований установлено, что из неметаллической фибры, используемой при производстве бетонных конструкций и широко представленной на рынке, наибольшую эффективность имеет композитная стеклопластиковая фибра. Ее применение при оптимальных дозировках позволяет получать фибробетоны с фактическим классом по остаточной прочности в пределах 50% от фактического класса по прочности на растяжение при изгибе, а применение полимерной микро и макрофибры - только 30%.

Очевидно, что дальнейшее развитие технологии фибробетонов в настоящее время возможно за счет расширения номенклатуры доступной композитной фибры с различными свойствами, которая имеет меньшую эффективность по сравнению со стальной, но и обладает рядом значительных преимуществ, позволяющих найти ей принципиально новые применения при производстве изделий и конструкций.

Список литературы

1. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов / Ф.Н. Рабинович - М.: Издательство АСВ. - 2011. - 642 с.: ил.

2. Соловьев В.Г., Бурьянов А.Ф., Елсуфьева М.С. Особенности производства сталефибробетонных изделий и конструкций / В.Г. Соловьев, А.Ф. Бурьянов, М.С. Елсуфьева // Строительные материалы. - 2014. - №3. - С. 18-21.

3. Елсуфьева М.С. и др. Оценка досрочного изменения свойств стале-фибробетонов с расширяющими добавками / М.С. Елсуфьева // Строительные материалы. - 2015. - №7. - С. 21-23.

4. Gaber, R. Vorgespannte Fasern im Beton / R. Gaber, Th. Klink // Betonwerk Fertigteil - Tehnik. - 1995. - №11. - P. 90 - 96.

5. Зива, А.Г. Деформативность, трещиностойкость и раскрытие трещин в изгибаемых предварительно напряженных элементах с применением сталефибробетона / А.Г. Зива, Б.В. Соловьев // Исследования по строительной механике и строительным конструкциям: тем. сб. науч. тр. - Челябинск, 1978. - С. 111 - 113.

6. Dehousse, N.M. Considйrations relatives au comportement а la fissuration et а la rupture de bйton renforcй de fibres. «Matйriaux et constructions» / N.M. Dehousse, M. Sahloul // ACI Journal, Proceedings. - 1985. - Vol. 18. - №104. - P. 83 - 92.

7. Johnston, Colin D. Concreto reforzado con fibras / Johnston, D. Colin // Revista JMCYC. - 1981. - Vol. 19, - №127. - P. 35 - 40, 43 - 48, 50 - 56, 58 - 63.

8. Nurtdinov M., Solov'ev V., Panchenko A. Influence of composite fibers on the properties of heavy concrete / M. Nurtdinov, V. Solov'ev, A. Panchenko // 6th International Scientific Conference «Reliability and Durability of Railway Transport Engineering Structures and Buildings» (Transbud-2017). - 2017. - Vol. 86, Article number 04026. doi: 10.1051/matecconf/20168604026

9. Нуртдинов М.Р., Бурьянов А.Ф., Соловьёв В.Г. Повышение эффективности применения композитной стеклопластиковой фибры в бетонах / М.Р. Нуртдинов, А.Ф. Бурьянов, В.Г. Соловьев // Строительные материалы. - 2017. - №4. - С. 68-71.

10. Соловьев В.Г., Бурьянов А.Ф., Фишер Х.Б. Особенности формирования структуры сталефибробетонов, на при тепловой обработке / В.Г. Соловьев, А.Ф. Бурьянов, Х.Б. Фишер // Строительные материалы. - 2015. - №9. - С. 43-46.

Размещено на Allbest.ru