WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Влияние объемной концентрации фибры реализуется, начиная от некоторого уровня, обусловливающего достижение начальной объемно – пространственной связности фиброструктуры. Только после достижения «непрерывности» фиброармирования начинает ощущаться его позитивное влияние на характеристики исходного бетона – матрицы. Согласно В.В. Бабкову, такие условия для игл при l/d = 100 наступают при объемной концентрации около 0,3 %.

Простейшей характеристикой ударной выносливости бетона может служить количество ударов N одинаковой энергии, необходимых для разрушения некоторого эталонного образца (куба, призмы). Количество ударов до разрушения в соответствии с усталостной природой разрушения в условиях многократных повторных воздействий будет связано с относительным уровнем динамических напряжений в бетоне d/R в момент удара (здесь d – нормальное сжимающее динамическое напряжение; R – статическая прочность бетона на сжатие) и увязывается с этой характеристикой, а также с коэффициентами динамического упрочнения кd и выносливости кr принятой при описании усталостной выносливости линейной зависимостью в полулогарифмических координатах d/R = кd – кr lg N. (1) Очевидно, что повышение ударной выносливости бетона от некоторого уровня N до более высокого уровня dN (здесь d > 1) возможно на основе приемов, оказывающих влияние на соотношение d/R. Количественно это влияние можно учесть коэффициентом

(кd - кr lg N) = кd - кr lg(d N), и тогда степень относительного динамического упрочнения бетона d будет определяться зависимостью d d =N -110к /кr (1-). (3) Учитывая, что для понижения уровня напряжений d/R с целью повышения d применительно к процессу забивки железобетонной сваи снижение энергии удара нежелательно из-за потерь производительности сваебойного оборудования, можно считать, что простейшим приемом повышения ударной стойкости будет повышение статической прочности бетона R.

Увеличению прочности бетона сопутствует повышение динамического модуля упругости Еd, который оказывает влияние на величину динамического напряжения при нагружении свободно падающим грузом в соответствии с формулой М. Венюа d = Кк Еd h1/2, (4) где Кк – так называемый коэффициент копра, м–1/2; h – высота свободного сбрасывания груза, м.

Другие варианты бетонов повышенной ударостойкости – это бетоны, обладающие d > 1 при одинаковом уровне динамических напряжений d/R со сравниваемым обычным бетоном за счет отличия значений коэффициентов кd и кr, что соответствует следующим соотношениям коэффициентов уравнений (1), (2) кd1, кr1 для исходного и кd2, кr2 – нового бетона повышенной ударной выносливости:

кr1> кr2 ; кd1<кd2. (5) Как правило, это бетоны с принципиально иной структурой и, в частности, дисперсноармированные бетоны, полимербетоны, бетоны на основе демпфирующих добавок, обеспечивающие повышение ударной стойкости без существенного увеличения статической прочности.

Записав по аналогии с (1) и (2) пары уравнений для исходного и более эффективного вариантов бетона, можно получить, по аналогии с (3), зависимость для определения степени динамического упрочнения d для рассматриваемого случая (5):

кd1 - кr1 lgN = кd2 - кr2 lg(dN) ; (6) кd 2 - кdкr1/ кr2-1;

N lgd = + lg ; (7) кr - kd 1 (kr 1 / kr 2 -1) kd + lg N kr. (8) d = Используя (8), можно получить зависимости по расчету динамического упрочнения для частных случаев соотношений коэффициентов {кr1 > кr2; кd1 = кd2} и { кr1 = кr2; кd1 < кd2 }.

Таким образом, бетон по ударной выносливости характеризуют параметры уравнения (1) кd и кr. Значения комбинаций коэффициентов {кd, кr} для двух бетонов позволяют с использованием зависимости (8), сравнить эти бетоны по ударной выносливости, оценить эффективность конкретного технологического приема с точки зрения повышения ударной выносливости.

Третий раздел содержит описание вертикального динамического копра для испытаний бетона на удар, другие экспериментальные установки и методы испытаний, использованные в работе. В разделе приведены характеристики применяемых материалов.

Варианты копров, работающих в автоматическом режиме в диапазоне скоростей циклического нагружения, соответствующих стандартному копровому оборудованию для забивки свай, были разработаны Р.И. Бурангуловым в Уфимском БашНИИстрое (для испытания кубов с ребром 7,cм), В.Н. Моховым в Уфимском нефтяном институте (для испытаний кубов с ребром 7,07, 10 см). Экспериментальная часть исследований была выполнена на копре УНИ. Конструкция копра приведена на рис. 2.

Для образца-куба с ребром 7,07 см при массе свободно падающего груза 4,5 кг по данным выполненной нами тарировки значение постоянной копра составило Кк = 2,010-3 м-1/2.

В качестве исходных материалов при изготовлении опытных образцов бетонов использовали портландцемент марки ПЦ400 производства Стерлитамакского ОАО «Сода» (г. Стерлитамак, Республика Башкортостан), удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85*; среднезернистые заполнители фракции 5–10 мм – гранитный щебень, гравий; песок речной карьера «Чесноковка»(г.Уфа), удовлетворяющие ГОСТ 8267-93*, 8736-93*.

В составах фибробетонов использовались следующие варианты фибры:

- стальная фибра длиной 50 мм и диа- метром 0,8 мм ООО «НПК «ВОЛВЕК» г. Челябинск, полученная рубкой листовой стали 08кп (ГОСТ 19904-90) по ТУ1276-002-51484465-2002;

- стальная фибра длиной 30–40 мм, диаметром 0,7 мм ООО «НПП «Инвертор»;

- стекловолоконная фибра, полученная путем нарубки отходов стекловолокна завода «Стеклонит», г.Уфа, диаметр 0,мм, длина 30 мм;

- полипропиленовое волокно Фибрин (FIBRIN X–T). Полимерная фибра FIBRIN представляет собой 100% пропиРис. 2. Вертикальный динамичесленовое волокно, покрытое специальным кий копер УНИ:

слоем, обеспечивающим равномерное 1 - основание; 2 - опорная плисмешивание и сцепление волокон с цета; 3 - бетонный образец; 4 ментным камнем. Сертификат на FIBRIN наголовник (подбабок); 5 - паX-T (№92/2830) описывает гофрирован- дающий груз; 6 - направляющие штанги; 7 - трос; 8 - кольцо; ное моноволокнистое полипропиленовое - стойки; 10 - болт для креплеволокно ФИБРИН длиной 12 мм и диания троса; 11 - рычаг; 12 - узел метром 0,18 мм;

подъема груза; 13 - редуктор;

- грубое базальтовое волокно, получен14 - электродвигатель.

ное рубкой непрерывного волокна ФНПЦ «Алтай», г. Бийск Алтайского края по ТУ 5284-048-00110473-2001, диаметр 0,5 мм, длина 35 мм.

Физико-механические характеристики использованной фибры на основе паспортных данных заводов – производителей, а также сведений, приведенных в монографиях В.Рамачандрана, М. Венюа, Д. Сендецки, А.

Келли, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Физико-механические характеристики фибры и ее сцепление с цементной матрицей.

Относи- Прочность сцепПлот- Модуль Rразрыва, тельное ления волокон с № Наименование l/d ность, упругости, МПа удлине- цементной матг /см МПа ние, % рицей, МПа 1 Цементная матрица - - 1,8 – (2– 2,5) *104 3-5 0,01–0,03 2,2 Стальная фибра 0,8 75 7,8 2 *105 540–580 15–18 4 – 3 Стекловолокно 0,4 75 2,4 104 800–1200 2,5–3,5 6 – 4 Полипропиленовое 0,2 70 0,9 (4 – 6) *103 450–600 10–20 5 – волокно мм Диаметр, 5 Грубое базальтовое 0,5 70 2,6 105 150–200 2–3 1 – волокно Испытания экспериментальных образцов по определению статической прочности бетонов на сжатие и начального модуля упругости проводились на гидравлических прессах П-50, П-125 Армавирского ЗИМ.

Четвёртый раздел содержит данные исследований физикомеханических свойств цементных бетонов с дисперсным армированием различными видами фибры.

С позиций механики композитов анализ связи физико-механических характеристик бетона следует вести в зависимости от объемной концентрации фибры, а не от ее содержания по массе.

Исходными объектами исследований были приняты тяжелые бетоны, имеющие два уровня заполнителей: кварцевый песок (мелкий заполнитель) с модулем крупности 2,76, щебень и гравий фракции до 10 мм.

В качестве первого варианта рассматривались дисперсноармированные бетоны со стальной фиброй ООО «НПК «ВОЛВЕК». Эксперименты проведены на смесях с концентрацией фибры 0,5%; 1,0%;

1,5%; 2,0% от объема бетона.

Второй вариант – фибробетон на основе стекловолоконной фибры с расходом по объему 0,3%; 0,5%, 1,0%; 2,0%; 3,0%.

В третьем варианте использовали полипропиленовое волокно Фибрин (FIBRIN X–T) с расходом 0,5%; 1,0%; 1,5%; 2,0%, и в четвертом варианте – грубое базальтовое волокно с объемной концентрацией 0,5%; 1,0%; 1,5%;

2,0%.

Исследования влияния введения в бетонную смесь разных количеств металлической или синтетической фибры на физико-механические характеристики фибробетонов были проведены на исходной бетонной смеси следующего состава (на 1 м смеси): цемент - 400 кг, вода - 200 кг, щебень (гравий) фракции 5-10 мм – 1135кг, песок речной - 588 кг.

Состав смеси соответствовал подвижности по осадке конуса 4 – 6 см, что предполагало сохранение необходимой удобоукладываемости бетонной смеси при введении в ее состав фибры в количестве до 3% без увеличения расхода воды.

Таким образом, фибробетоны с разной концентрацией фибры представляли собой композиты с однотипной матрицей, соответствующей исходному бетону.

На каждую точку были изготовлены образцы-кубы с ребром 7,07 см для испытаний на ударную выносливость и прочность на сжатие, а также призмы 10х10х40 см с целью определения начального модуля упругости бетона с использованием средств тензометрии.

Результаты испытаний образцов, твердевших в нормально – влажных условиях, по прочности на сжатие, ударной выносливости представлены на рис. 3, 4, 5, 6. Данные соответствуют высоте сбрасывания груза h=0,7м и относятся к возрасту образцов 62-66 суток (рис. 3), 38-40 суток (рис. 4), 47-51 суток (рис. 5) и 28-31 суток (рис. 6).

Анализ полученных результатов показывает, что оптимальным по ударной выносливости и прочности на сжатие для металлической фибры является концентрация 1,5% от объема бетонной смеси.

Прирост показателей ударной выносливости по количеству ударов до разрушения бетонов как на щебне, так и на гравии составил около 9 раз, при этом прочность на сжатие выросла до 1,13 – 1,18 раза.

52,47,46,45,50,47,45,43,43,35,Гравий Гравий Щебень Щебень 0 0,5 1 1,5 Содержание металлической 0 0,5 1 1,5 Содержание фибры, % металлической фибры, % Рис.3. Зависимости прочности на сжатие и ударной выносливости бетона от объемной концентрации стальной фибры.

Результаты по стекловолоконной фибре показывают, что оптимальным для ударной выносливости и прочности на сжатие является содержание стекловолокна 1,0% от объема смеси. Прирост ударной выносливости бетона при оптимальной концентрации фибры составил около 5 раз при некотором увеличении прочности на сжатие. Близкие показатели получены на бетонах со щебнем и гравием.

Для полипропиленовой фибры оптимальным для ударной стойкости и прочности является содержание полипропиленового волокна в количестве 1% от объема смеси. Прирост ударной выносливости бетона на крупном заполнителе с оптимальной концентрацией фибры составил более 5 раз, при этом незначительно увеличилась прочность на сжатие.

Оптимальным по ударной стойкости и прочности является содержание грубого базальтового волокна 1,0% от объема смеси. Прирост ударной выносливости бетона в данном случае составил около 5 раз, при этом прочность на сжатие увеличилась в 1,15 раза.

Оценивая полученные результаты, следует, прежде всего, отметить соответствие уровней оптимальной концентрации фибры для ударной выносливости и прочности на сжатие – около 1,5 % для стальной и 1% - для синтетической фибры. Эффективность дисперсного армирования по ударПрочность на сжатие, МПа Количество ударов до разрушения ной выносливости при содержании фибры до 0,5% по объему мала, что согласуется с теоретическими оценками минимального уровня концентрации фибры, обеспечивающей объемно-пространственную связность фиброструктуры.

43,39,40,37,41,35,38,38,36,Гравий Щебень Гравий Щебень 0123 Содержание стекловолоконной фибры 0 0,3 0,5 1 2 по объему, % Содержание стекловолоконной фибры, % Рис.4. Зависимости прочности на сжатие и ударной выносливости бетона от объемной концентрации стекловолоконной фибры.

44,41,42,41,40,Щебень 25 Щебень 0 0,5 1 1,5 0 0,5 1 1,5 Содержание полипропиленовой фибры, Содержание % полипропиленовой фибры, % Рис.5. Зависимости прочности на сжатие и ударной выносливости бетона от объемной концентрации полипропиленовой фибры.

Прочность на сжатие, МПа Количество ударов до разрушения Прочность на сжатие, МПа Количество ударов до разрушения 37,35,34,31,29,20 Щебень 300 Щебень 0 0,5 1 1,5 0 0,5 1 1,5 Содержание грубого Содержание грубого базальтового волокна, % базальтового волокна, % Рис. 6. Зависимости прочности на сжатие и ударной выносливости бетона от объемной концентрации фибры из ГБВ.

Более высокое значение оптимальной концентрации для стальной фибры (1,5 %) по отношению к синтетической (1 %) можно объяснить, во – первых, более высокой жесткостью (меньшей гибкостью) металлической фибры, и, во – вторых, тем обстоятельством, что эта фибра была более грубодисперсной (по значению диаметра) по отношению к синтетической фибре.

Анализ экспериментальных данных в координатах d/R – lg N показал, что для неармированных фиброй тяжелых мелкозернистых и среднезернистых бетонов, твердевших в естественных условиях, в пределах широкого диапазона статической прочности бетона 22,8…47,6 МПа (по прочности на сжатие кубов 7,07х7,07х7,07 см) характеристики уравнения (1) кd1,71 и кr0,24 остаются стабильными при изменении прочности бетона и соответствуют зависимости 1 (данные В.Н. Мохова, М.Б. Давлетшина и автора).

Расчет динамических напряжений в этих экспериментах, проведенных на вертикальном динамическом копре УНИ со свободно падающим грузом постоянной массы, выполнялся по формуле (4), при этом динамический модуль упругости Ed рассчитывался умножением начального статического модуля на повышающий коэффициент 1,2.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»