Исследование свойств дисперсно-армированных бетонов с элементами методики изучения сцепления фибры с бетоном

Абрамов Д.А. (ПСМ-41), Валиев Д.М. (ПСМ-41), Волков А.Ю. (ПСМ-41), Володин В.М. (ПСМ-41), Макаров П.В. (ПСМ-41),

 Хвастунов В.Л. (каф ТБКиВ).

    Производство и эксплуатация бетонных сооружений сопровождаются трещинообразованием, обусловленным комплексом причин. Трещины, деформации или разрушения могут быть вызваны ударными, вибрационными, другими динамическими нагрузками; упущениями в расчетах и армировании; использованием некачественных материалов; нарушениями режимов тепловой обработки и технологии монтажа; разнородностью прочности, упругости и жесткости используемых материалов; потерей прочности основания. Каждый из этих факторов наиболее интенсивно проявляется на разных этапах твердения бетона, и поэтому их влияние на долговечность бетонных элементов неодинаково. Наибольшую роль играют деформации, происходящие в затвердевшем бетоне, причем основная доля приходится на те из них, которые связаны с растягивающими или изгибающими нагрузками, внутренними напряжениями при циклическом замораживании и оттаивании, воздействием внешней среды, коррозионными процессами. Развитие дефектов с течением времени существенно сказывается на напряженно-деформированном состоянии элементов конструкций.                   Предупредить все вышеназванные причины трещинообразования в бетоне или снизить степень их влияния на свойства материала можно применением дисперсно-армированных бетонов. Применение такого композита позволяет успешно решить ряд специализированных задач: усиление мостовых конструкций, взлетно-посадочных полос, промышленных бетонных полов, созданию солнцезащитных экранов, декоративных элементов и др.

    Фибробетон, как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру. Дисперсное фибровое армирование позволяет в большой степени компенсировать главные недостатки бетона - низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. Фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность при растяжении и на срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и их ремонте. Главные показатели свойств фибробетонов характеризуются:

    - Высокой предельной растяжимостью и работой без трещин или с малой       шириной их раскрытия в стадии эксплуатации;

   - Высокой водонепроницаемостью;

   - Высокой коррозионной стойкостью и долговечностью;

   - Повышенной прочностью на растяжение, в том числе в раннем возрасте;

   - Высокой удельной энергией разрушения – в 20-40 раз выше, чем у бетона, в том числе при действии ударов и других динамических и сейсмических нагрузок;

   - Высокой термостойкостью, включая огнестойкость;

   - Хорошим сопротивлением истираемости;

   - Пониженными деформациями ползучести и усадки по сравнению с бетоном.

   Экспериментально-теоретические исследования показали, что основными факторами, влияющими на прочности, являются: число армирующих волокон, пересекающих расчетное сечение, зависящее от объемного процента армирования и диаметра ар­матуры; боковая поверхность арматуры; длина волокон; проч­ность матрицы.

    Особо важную роль в формировании прочности фибробетона играет сцепление арматуры с бетоном. Для её определения мы разработали методику. Специально изготовили установку, которая состоит из продольных опор, боковых стенок и поверхности для образцов (рис.1).

Рис.1 Установки для определения сцепления фибры с цементно-песчаным раствором и бетоном (при диаметре фибры от 100 до 1000 мкм)

    Основной трудностью было закрепление волокон фибр в натянутом состоянии, чтобы при формовании изделия не влияли внешние факторы. Эти волокна мы закрепили следующим образом: сверху перекинули через специальное устройство, вследствие, чего нам пришлось заделывать фибру в бетон сразу в двух местах, а снизу закрепили с помощью пружин и зажимов, что позволило расположить фибру в натянутом состоянии (рис.2).

Рис.2 Схема крепления фибры.

    Данная методика формования образцов позволяет определить с достаточной точность сцепление фибры с цементно-песчаным раствором и бетоном.

      Применение дисперсно-армированного  бетона может быть целесообразным в следующих конструкциях и изде­лиях:

   1) тонкостенных конструкциях сложных очертаний (обо­лочки, различные архитектурные формы; трубы);

   2) конструкциях, испытывающих высокие ударные и знакопеременные нагрузки (свая, некоторые виды фундаментов под оборудование);

   3) конструкциях, испытывающих одновременное воздейст­вие ударных нагрузок и истирания (аэродромные и автодорож­ные покрытия, грузовые площадки морских портов);

   4) изделиях, испытывающих воздействие изгиба и истира­ния (тротуарные плиты, полы промышленных зданий);

   5) металлоемких изделиях, где ДАБ может заменить ме­талл (инвентарные формы, крышки люков канализационных ко­лодцев).

    Экономический эффект фибробетона в основном наблюдается благодаря его высокой прочности, высокой износоустойчивости, удобству эксплуатации, более длительному межремонтному периоду и более надежной технике безопасности в строительстве в условиях сейсмических нагрузок, ударных нагрузок и пожаров. Однако, одним из важнейших факторов, определяющих распространение этого строительного материала, является его технологичность, которая имеет ряд существенных особенностей, отличающих от обыкновенного бетона и требующих их неукоснительного соблюдения.

    В свете вышеперечисленных факторов использование фибробетона в элементах и конструкциях многоэтажных и высотных зданий, особенно тех, что построены в сейсмической зоне, кажется очень эффективным. Это можно объяснить укреплением дисперсионной фиброй, обеспечивающим диссипацию энергии к структуре, элементу или объему площади благодаря более высокой энергии деформации и деструкции по сравнению с обычным бетоном дискретного укрепления.

    Одним из многочисленных примеров успешного применения сталефибробетона является тонкостенная конструкция несъемной опалубки для ремонта жилых домов. В области отечественного производства строительных изделий известны два способа изготовления тонкостенных фибробетонных конструкций несъемной опалубки из смеси мелкозернистого бетона и отрезков стальной проволоки (фибры).

Литература

1. Ф.Янкелович. Дисперсно-армированный бетон - свойства, технология, применение. ЛатИНТИ, г. Рига, 858 с.

2. Крылов Б. Н. Фибробетон и его свойства. Обзор. Вып.4. М. ЦИНИС, 1979.

3. Фибробетон и его применение в строительстве. М. НИИНБ. 1979.