ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГОСОСТОЯНИЯ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕСТАЛЕФИБРОНАПОЛНИТЕЛЯ


Целью первого этапа исследований свойств фибробетона с различными заполнителями, обеспечивающими достаточно высокие физико-механические показатели и не вызывающие повышение стоимости бетона более чем на 1% на 1м , предусматривалось определение              физико-механических              свойств
фибробетона с различными видами фибры и изменением ее количества в смеси. При испытаниях определялись также физико-механические свойства песчаноцементных образцов без армирования и образцов с размещением проволочной арматуры.
Состав раствора подбирался согласно ГОСТ 6139-91, а испытания - по ГОСТ 3104-91, ГОСТ 29167-91 и ГОСТ 10180-90. Основными определяемыми параметрами являлись: разрушающие напряжения при изгибе и растяжении; трещиностойкость; податливость. Испытания проводились в лабораторных условиях, причем песчано-цементные балочки квадратного сечения испытывались на изгиб, а образцы круглого сечения в металлической обойме - на растяжение. При исследовании образцов на изгиб проводилось изменение приложения нагрузки на различные грани [1, 2].
В качестве фибры использовались прямолинейные отрезки проволоки длиной 25 - 40 мм и диаметром 1,6 мм, а также металлической стружки (отходы металлообработки). При этом изменялось процентное отношение фибры в составе образца. При испытании измерялись прилагаемые нагрузки и упругие и пластические деформации с фиксацией разрушающих трещин и сохранности после испытаний связности образцов [3].
Результаты испытаний приведены в табл. 1 (изгиб) и табл. 2 (растяжение).
Таблица 1
Результаты испытаний образцов на изгиб


Характеристики образца

Напряжение при изгибе а, МПа

п/п

Относительная деформация s 10-3

1

2

3

1

Цементно-песчаная смесь 1:3

0,3

0,625





(без включений)

0

0,5





2

Цементно-песчаная смесь 1:3

0,3

0,75

1,56

2,3

3,12*

3,4

(армировка нижней грани)

1,0

2,1

3,5

4,8

5,2

6,25

3

Цементно-песчаная смесь 1:3

0,3

0,75

1,25*

0,75



(армировка верхней грани)

1,75

3,75

5,5

6,25



4

Цементно-песчаная смесь 1:3

0,5

0,75*

0,75




(отрезки проволоки 10%)

2,5

5,0

6,25




5

Цементно-песчаная смесь 1:3

0,75

1,0*

1,0




(стружка 10%)

2,25

5,0

6,75




6

Цементно-песчаная смесь 1:3

0,75

1,25*

1,25




(стружка 20%, верхняя грань)

2,75

6,5

7,0




7

Цементно-песчаная смесь 1:3

0,75

1,25*

1,25




(стружка 20%, нижняя грань)

4,0

6,25

7,25





Результаты испытаний образцов на растяжение


п/п

Характеристики образца

Напряжения при растяжении о, МПа

Относительная деформация. s 10-3

1

2

3

1

Цементно-песчаная смесь 1:3 (без добавок)

0,68
0

1,37*
1,0




2

Цементно-песчаная смесь 1:3 (отрезки проволоки 10%)
/>0,68
0

1,37*
12

1,37
15



3

Цементно-песчаная смесь 1:3 (стружка 20%)

0,98
0

1,47
12

1,47
32

1,67
48

1,76*

4

Цементно-песчаная смесь 1:3 (арматура)

0,98
0

1,47
16

2,45
52

2,95
72

а
2,95
100

Примечание: * - момент разрушения образца. При испытаниях на изгиб после появления трещин образцы с фиброй сохранили связность.

Экспериментальные исследования проводились на прессе ИП-500, деформации измерялись с помощью индикатора часового типа ИЧ-5 с ценой деления 0,01 мм.
Испытания показали, что размещение в бетоне криволинейных, объемных металлических отрезков в качестве фибры обеспечивает значительное повышение физико-механических свойств бетонных изделий по сравнению с обычным бетоном или прямолинейными металлическими отрезками.
Целью проведения следующего комплекса исследований являлось определение влияния процентного содержания фибр на прочность бетона при сжатии и растяжении.
Были приняты следующие проценты армирования фиброй по массе: ..10 % с шагом 1 %. Для экспериментальных исследований прочности фибробетона было изготовлено по 22 образца в форме куба со стороной 100 мм и в форме балочек с размерами 40:40:160 мм.

Состав раствора и лабораторные испытания проводились на основе вышеприведенных нормативных документов.
Модуль крупности песка был принят - 1,5; водоцементное отношение - 0,45; отношение цемента к песку - 1:3; диаметр стальной фибры - 0,5 мм, а ее длина - 20 мм.
Результаты испытаний кубиков на осевое сжатие приведены в табл. 3 и на рис.              1, а график зависимости напряжений от продольной деформации
представлен на рис. 2.
Процент
армирования, n, %
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Предел прочности на сжатие, осж 13,2 17,4 17,6 16,3 16,0 15,6 15,3 13,8 13,7 12,3 12,6

Таблица 3

Результаты испытаний на осевое сжатие



Анализ полученных результатов              показывает,              что прочность
фибробетонных образцов, практически, не зависит от процента армирования стальными фибрами. Следует отметить рост предельных деформаций с увеличением процента армирования.
Определение прочности фибробетона на растяжение проводилось по трехточечной схеме нагружения при изгибе (табл. 4). График зависимости напряжений от процента армирования представлен на рис. 3.
Таблица 4
Результаты испытаний призм на растяжение

Процент
армирования, n, %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Предел прочности на растяжение, ср

1,22

1,18

1,19

1,2

1,33

1,94

2,05

2,3

2,82

3,36

4,12


Рис. 3. График зависимости величины предельных напряжений на растяжение при изгибе от процента армирования


Как видно из табл. 4 с увеличением процента армирования стальными фибрами происходит рост прочности фибробетона на растяжение (в 3,3 раза по отношению к неармированным образцам) при процентах армирования 6 и более.
При малых процентах армирования эффект повышения прочности не наблюдается, это можно объяснить не только малым количеством фибр, но и случайным их расположением, при котором ориентация не совпадает с действием растягивающих напряжений. При большем количестве фибр такая вероятность уменьшается, а результаты становятся более предсказуемыми.
С достаточной степенью точности (коэффициент корреляции R=0,99) полученная зависимость может быть описана уравнением:
Ср = 0,0395n2 - 0,1166n + 1,2747.
Дальнейшие испытания половинок балочек на сжатие показали рост прочности при больших процентах армирования (6...10). Объясняется это, по- видимому, масштабным эффектом: отношение длины фибр к поперечным размерам призм 20/40 = 0,5, для кубиков это отношение - 20/100 = 0,2. Повышение прочности на осевое сжатие половинок призм объясняется сдерживающим влиянием стальных фибр на поперечные деформации.
Результаты испытаний приведены в табл. 5, а график зависимости напряжений от процента армирования на рис. 4.
Таблица 5
Результаты испытаний половинок призм на сжатие

Процент
армирования, n, %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Предел прочности на растяжение, осж

6,12

6,10

6,15

6,6

6,8

7,4

7,35

7,12

7,22

13,8

13,1


Рис. 4. График зависимости величины предельных напряжений при испытании половинок балочек на сжатие от процента армирования


Применение фибр в изгибаемых железобетонных элементах целесообразно только в растянутой зоне, что приведет не только к увеличению момента образования трещин, но и к уменьшению ширины ее раскрытия.
С целью определения возможности промышленного применения фибробетона, отработки технологии его изготовления и использования, автором совместно с технической дирекцией ОАО "Ростовуголь" на Шахтинском заводе строительных материалов проводились опытные работы по изготовлению и испытанию железобетонных блоков для охраны выработок.
За основу принята технология и организация работ при изготовлении серийных блоков БЖБТ согласно ТУ 7-5-91. Для их изготовления использовали бетон марки 30 МПа и горячекатаную сталь диаметром 6,5 мм и 3 мм.
Расход арматуры, которая изготавливается в виде буквы W с поперечиной, составил на один блок 450 г. В опытных блоках арматура не использовалась, а в состав бетонной смеси вводилась измельченная

металлическая стружка до 2,5 кг на один блок. Измельчение обычной металлической стружки осуществлялось с помощью ручных ножниц по металлу. Процесс измельчения не вызвал особых затруднений и вполне мог быть механизирован.
Изготовление фибробетона осуществлялось по той же технологии приготовления обычного бетона для блоков.
Исследования, проведенные в лаборатории завода по ГОСТ 29167-91, показали, технологические свойства фибробетона не отличаются от обычного бетона. Блоки из фибробетона имеют повышенную прочность на сжатие - до 10% и трещиностойкость - до 30%. При этом, если серийные блоки под воздействием динамической нагрузки раскалывались и теряли эксплуатационные качества, то блоки из фибробетона при появлении трещин не теряли объемной целостности и могли применяться по назначению.
Литература Баженов Ю.М. Технология бетона. М., Высш. шк., 1987 г., 415 с. Рекомендации по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций. М. НИИЖБ, 1987 г. Карпенко Н. И. Общие модели механики железобетона. — М.: Стройиздат, 1996.
УДК 622.283

<< | >>
Источник: Неизвестный. Проблемы горного дела и экологии горного производства: Матер. IV междунар. науч.-практ. конф. (14-15 мая 2009 г., г. Антрацит) - Донецк. 2009

Еще по теме ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГОСОСТОЯНИЯ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕСТАЛЕФИБРОНАПОЛНИТЕЛЯ:

  1. КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В КОНСТРУКЦИЯХ
  2. МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
  3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МОБИЛЬНЫХ БЕТОННЫХ ЗАВОДОВ «INTERCON»
  4. БЕТОН И БЕТОННЫЕ СМЕСИ: ВИДЫ, СОСТАВЫ, СВОЙСТВА
  5. ЗАЩИТА ОТ ОПАСНОСТИ ПЕРЕХОДА НА ПРОВОДА С НАПРЯЖЕНИЕМ 380/220 В БОЛЕЕ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
  6. Исмагилов М.Ф., Якупов Р.А., Якупова А.А. Головная боль напряжения Определение, эпидемиология и классификация головной боли напряжения
  7. Теория бетонов
  8. БЕТОННАЯ... ПОДЛОДКА?!
  9. Конструкция дисплеев
  10. РЕКОМЕНДУЕМАЯ НОМЕНКЛАТУРА ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИЙ
  11. Прочие элементы конструкции
  12. Аргументационная конструкция
  13. ВИДЫ БЕТОНОВ, ИХ СВОЙСТВА
  14. Виды бетонов и теория твердения
  15. Глава 5. ЗАЩИТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ
  16. СТРОИТЕЛЬСТВО С ПРИМЕНЕНИЕМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ
  17. 3. КОНСТРУКЦИЯ ВЛАСТИ
  18. Фоновые конструкции
  19. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ДОСТАВКИ И УКЛАДКИ БЕТОНА
  20. КОММЕНТАРИЙ ОСНОВНЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ