МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 691.3

УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО БЕТОНА ПУТЕМ

ДОБАВЛЕНИЯ В ЕГО СОСТАВ СТАЛЬНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ ФИБР

 

Р.Д. Хоромец – соискатель

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,

г. Москва, Россия

 

В настоящее время важны и актуальны вопросы создания и совершенствования конструкций на основе применения материалов обладающих высокими физико-механическими свойствами, атмосферостойкостью, износостойкостью, трещиностойкостью и другими свойствами.

Это объясняется необходимостью строительства и реконструкции надежных и долговечных гидротехнических сооружений, сооружений в различных областях строительства.

Эффективным типом конструкционных материалов, обладающих целым комплексом высоких показателей физико-механических свойств, являются бетоны с дисперсным армированием (фибробетоны). Такие бетоны незаменимы в гидротехническом строительстве, где важную роль играет прочность бетона на изгиб. Прочность на изгиб связана с трещинообразованием и морозостойкостью бетона, так как вода, попавшая в трещины при замерзании, расширяется и оказывает воздействие на бетонный камень. При многократном таком воздействии бетон приходит в негодность.

Основная идея упрочнения волокнами заключается в создании двухфазной структуры, в которой деформация матрицы используется для передачи напряжения высокопрочным волокнам силами сцепления на границе раздела волокно – матрица.

Для армирования бетона применяют различные металлические и неметаллические волокна. В качестве фибр обычно применяют тонкую проволоку диаметром 0,1-0,5 мм., нарубленную на отрезки 10-50 мм или выштампованные специальные фибры.

Из неметаллических волокон могут применяться стеклянные волокна, базальтовые, асбестовые и полимерные волокна.

В данной работе рассматривались стальные фибры кольцевой формы.

Форма волокон имеет важное значение, так как от формы зависит качество сцепления, а следовательно, и восприятие напряжений от матрицы бетона. В доступной литературе содержится мало информации об использовании в качестве фибр материалов, отличных от волокон.

Cложность в определении напряжений и перемещений в фибрах, например в форме колец, при использовании их в хрупкой матрице бетонного камня при внешних воздействиях, приводит к необходимости проведения экспериментальных исследований. При нагрузке на матрицу, армированную кольцами, в работе будет задействован больший объем матрицы. В отличие от обычных волокон, фибры в виде колец способны воспринимать как сжимающие, так и растягивающие нагрузки (в плоскости кольца), поглощая при этом разрушающие напряжения, возникающие  в бетонном камне при внешнем воздействии на него.

Согласно расчетной схеме № 1 [2], касательные напряжения, возникающие на поверхности фибр, можно определить по формуле

 

 

 

где  длина развертки волнистого участка фибры ;  диаметр сечения фибры;

сила выдергивания фибры.

Расчетная схема № 1

 

 так как за счет волны сопротивление выдергиванию возрастает. Соотношение  может служить показателем эффективности придания фибре волнистого профиля.

Расчетная схема № 2 [2]

 

По второй расчетной схеме учитывается условное напряжение действующее по поверхности огибающей волну фибры. При этом предполагается, что фибра и заключенный между волнами бетон смещается относительно другой части бетона (матрицы) как одно целое.

                                                      

Предполагая, что фибра в виде кольца и заключенный внутри кольца бетон смещается относительно другой части бетона (матрицы) как единое целое.

                                      

 

 

 

 

 

Расчетная схема № 3

 

 

Примечание на рисунках 1, 2, 3, касательные напряжения условно обозначены буквой «t», в формулах касательные напряжения обозначены знаком .

Из формулы (3) видно, что . Таким образом использование фибр в виде колец позволяет воспринимать большие нагрузки на композицию из бетона и фибр.

Были проведены эксперименты, связанные с испытанием на прочность (на сжатие и изгиб) бетонных образцов армированных фибрами в виде колец, с различным диаметром и разной концентрацией, данные экспериментов приведены в таблице № 1.

 

Средние значения прочности по партиям (Rсж./Rизг.) (МПа)

 

Диаметр кольца, мм.

(Фактор В) (i...m)

Концентрация фибр (колец) %. (Фактор А), (jk)

1%

2%

3%

5%

21,3

34,2

4,2

36,3

4,5

37,5

4,6

32,8

4,0

26,8

36,1

4,5

38,4

4,8

36,1

4,5

34,1

4,2

33,5

38,2

4,7

40,0

4,9

35,3

4,4

31,0

3,8

 

Двухфакторный дисперсионный анализ полученных экспериментальных данных (таблице), проведенный в соответствии с методикой предложенной [1] на основе F-статистики, определяющим является критерий Фишера).

Результат двухфакторного анализа показал, что концентрация фибр (колец) и их диаметр имеют незначительную взаимосвязь, что существенное влияние на прочность бетона оказывает концентрация (фактор А), и меньшее влияние на прочность оказывает диаметр кольца (фактор Б).

Регрессионный анализ проведен для обобщения экспериментальных данных по влиянию концентрации и диаметра фибр на прочностные характеристики бетона. Были получены уравнения регрессии и проверенна их адекватность. Адекватность проверялась по критерию Фишера, полученному по экспериментальным и теоретическим данным. Уравнение регрессии, полученное по результатам испытаний образцов на сжатие

,

где   Х1 – фактор «А» диаметр фибр;    Х2 – фактор «В» или концентрация фибр в бетоне.

Уравнение регрессии, полученное по результатам испытаний образцов на изгиб:

,

где     – фактор «А» диаметр фибр;  – фактор «В» или концентрация фибр в бетоне.

Вывод.  Максимальные значения прочности на сжатие и изгиб соответствуют 2-3 % содержанию стальных кольцевых фибр. При этом увеличение размера фибр (на ~ 50 %) приводит к повышению прочностных характеристик бетона на величину до 8 %.

 

Библиографический список

 

1.         Зажигаев Л.С. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. – М.: Атомиздат, 1978. 232 с.

2.         Рабинович Ф.Н., Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. (Монография). – М.: Изд-во АСВ, 2004. 560 с.

 

 

 
 
 
This Document is made by DOCtoHTML v1.30