Фибра в бетон: Для чего нужна фибра в бетоне. Полипропиленовое волокно, его свойства и расход

Фибробетон: технология производства и применение

Структура фибробетона

Фибробетон: что это такое и чем объяснить значительный интерес к использованию фибробетонов как в России, так и за ее пределами? Такой вид бетона — это разновидность класса дисперсных композиционных изделий, получивших большое распространение в разных областях промышленности. Для ознакомления смотрите видео в этой статье.

Содержание статьи

Фибра: виды материалов и их классификация

Первая презентация фибробетона была проведена в 1907 г. — русским ученым Некрасовым В.П. Его статьи впервые осветили детали исследований по изготовлению композитного материала, армированного отрезками проволоки малых диаметров.

Физико-технические свойства данного материала: теплопроводность фибробетона, его плотность зависят от материала волокон, с помощью которых проводилось армирование бетонной смеси.

Дисперсное армирование бетонной смеси выполняется искусственными волокнами – фибрами. Для этого используют различные типы металлизированных и неметаллизированных нитей органического или минерального происхождения.

Фибра

Для более подробного ознакомления с фибробетоном смотрите видео в этой статье.

Основные виды фиброволокна

По своему происхождению и способам производства, фибра делится на шесть основных категорий, каждая из которых должна соответствовать ГОСТ 14613–83 «Фибра.

Технические условия»:

• стальная фибра;
• базальтовая;
• стекловолоконная;
• углеродная;
• полипропиленовая;
• целлюлозная.

Стальная фибра

Металлическая (стальная) фибра может быть волновой или анкерной. Представлена она в виде прямых или волновых проволочных кусков с загнутыми концами, длиной 10–50 мм. (фото)

Стальные фибры

Металлические волокна, используемые в качестве сырья для арматурного каркаса, изготавливают несколькими способами: при помощи формования из расплава, электрическим или механическим методом.

Наиболее распространенный — механический способ. Этот метод включает в себя производство металлических нитей при помощи волочения, протяжки проволоки на прокатных станах, а также с помощью резки стальной фольги и других аналогичных материалов.

Избрание технологии изготовления металлических волокон зависит от нужного диаметра металлической фибры. Сверхтонкие нити обычно получают с помощью волочения сквозь алмазные специальные фильтры.

Основные недостатки это:

1. Большой итоговый вес изделия.
2. Низкая устойчивость коррозии.
3. Низкое сцепление с бетонным основанием.

Базальтовое фиброволокно

Базальтовое фиброволокно

Базальтовая (минеральная) фибра — искусственное минеральное неорганическое волокно, получаемое из расплавленного в специальных печах минерала вулканического происхождения базальта. ГОСТ 14613–83 «Фибра. Технические условия».

Базальтовые нити обладают всеми свойствами, присущими базальту:

• стойкость к механическим нагрузкам;
• повышенная устойчивость к воздействию щелочных и кислотных реактивов;
• не подвержена горению;
• обеспечивает троекратное упрочнение бетона.

Область использования базальтовых нитей определяется их разновидностью и типом производимых из них изделий. Основным изделием на основе базальтовых волокон является базальтофибробетон.

Примеры эффективного использования базальтофибробетона на строительных площадках:

• цокольные панели многоэтажных зданий;
• несъемная опалубка из фибробетона для обойм укрепления свайных фундаментов;
• стеновые панели и монолитные стены из фибробетона, межкомнатные перегородки;
• малые архитектурные формы в благоустройстве городских парков — скульптуры из фибробетона;
• благоустройство придомовых территорий — фонтаны из фибробетона;
• детали реконструкции зданий;
• архитектурный декор зданий — лепнина: русты, наличники, карнизы;
• дорожные плиты и др.

Использование базальтофибробетона

Стекловолоконные (минеральные) фибры

Стекловолоконная фибра

Что такое стекловолоконная фибра?

Это неорганические стеклянные нити, получаемые посредством вытягивания на специальных установках расплавленной стеклянной массы из стеклоплавильных сосудов с высокопрочными формами.

Свойства получаемых нитей зависит от способа получения стеклянных волокон и химической структуры стекла.

Разнообразие типов стекла предоставляет возможность изготовления требуемого ассортимента стеклянных нитей с широким диапазоном их механических и конструкционных свойств.

В роли дисперсной арматуры для требуемой марки бетонов применяются непрерывные волокна из стеклянных нитей, собранные в жгут определенного диаметра. Полученный жгут нарезают на короткие отрезки волокон, длина которых выбирается согласно установленной нормы и технологических требований к марке производимого бетона.

Углеродное фиброволокно

Углеродное фиброволокно

Углеродная фибра – рубленные отрезки углеродных нитей, производимые из углерода путем термической обработки сырья при высоких температурах. Характеризуется высокими показателями устойчивости к применению механических нагрузок, низким коэффициентом удлинения и высоким противодействием влиянию химических реакций на свойства материала.

Преимущества:

• высокая адгезия;
• не подвержена коррозии;
• стойкость к щелочным и кислотным растворам;
• высокая стойкость к повышенным температурам — не горит.

Модуль упругости углеродистых волокон значительно выше упругости стальных нитей, а прочность пропорциональна прочности стеклянных волокон.

Невзирая на идеальные характеристики и высокую эффективность применения данного материала, цена ограничивает его использование. Поэтому углеродные волокна применяют только тогда, когда есть экономическая целесообразность.

Фибра из полипропилена

Фибра из полипропилена

Отдельный вид синтетических волокон диаметром 0,02–0,038 мм, получаемых из полипропиленовой пленки посредством резки и скручивания. В бетонном растворе данные волокна раскрываются и создают сетчатую структуру. В результате: качественно улучшается состав фибробетона и его физико – химические характеристики. Сопротивление ударным нагрузкам у такого материала выше, чем у неармированного бетона.

Недостатки:

• недостаточная стойкость растяжению или сжатию;
• плохая смачиваемость материала;
• плохая устойчивость к повышенным температурам;
• высокий разброс при выборе качественного сырья (полипропилен или отходы) — недобросовестные производители значительно преувеличивают характеристики реализуемого продукта, что ощутимо влияет на свойства и класс фибробетона.

Целлюлозная фибра

Целлюлозная фибра

Это углеводородный полимерный материал с повышенными жаростойкими характеристиками, не растворяется в воде и инертен по отношению к кислотам.  Применение целлюлозных нитей положительно влияет на паропроницаемость полимерных покрытий. Замедляет усадочные процессы и помогает выдавливанию жидкости из нижних слоев стяжек на поверхность фибробетона.

Выбор фиброволокон и типа вяжущих добавок, влияющих на изготовление фибробетона, связан не только с оптимальным подбором химического состава нитей, но и с учетом функционального предназначения и обоснованного использования этих материалов в период длительной эксплуатации.

Виды фиброволокна

Изготовление армированных фибробетонов

Промышленное производство

Технология изготовления фибробетона кардинально зависит от выверенного состава и рационального сочетания исходных материалов. Плотность фибробетона связана с обеспечением равномерного распределения волокон в бетонной смеси и их правильной ориентации в растворе. От этого условия зависит свойство изделия оказывать сопротивление внешним механическим воздействиям.

Подсказки: наблюдается снижение удобоукладываемости фибробетона в результате повышенного содержания в растворе волокнистого заполнителя. Повысить удобоукладываемость бетонного раствора можно за счет поднятия водоцементного соотношения и объема бетонной смеси, а также вследствие применения специализированных пластификаторов.

Приготовления фибробетонной смеси рассмотрим на примере производства плиты из сталефибробетона.

Сталефибробетонная плита

В соответствии с технологией, процедура приготовления сталефибробетонной смеси предусматривает подачу бетонной смеси от бетоносмесителя, а так же нарезанных фибр от аппарата для их нарезки на ленту транспортера, обеспечивающего дозированную и равномерную подачу компонентов бетонной смеси в зону работы лопастных роторов, вращающихся навстречу друг к другу. Ниже представлена схема.

Описываемая технология предусматривает нарезание стальных отрезков из стальной ленты, подразумевая, что механизм нарезки фибры и роторная установка работают синхронно. Фибробетонная смесь под действием лопастей роторов поступает в поддон для формования изделия. Эта технология обеспечивает качественное уплотнение сталефибробетонной смеси, и равномерное распределения фибр в изготавливаемом продукте.

Схема производства фибробетона

Фибробетонные плиты, произведенные по вышеописанной технологии (ротационная технология), обладают повышенной прочностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью и высокой коррозийной устойчивостью.

Фибробетонная плита

Огромное влияние на оптимизацию процесса производства фибробетона, оказывают специальные добавки – пластификаторы, добавляемые в бетонный раствор для улучшения пластичности и повышения качества готового материала. С помощью пластификаторов контролируют время схватывания бетона и регулируют усадку бетонной смеси.

Приготовление фибробетона на строительной площадке

Приготовление фибробетона

Известны несколько способов приготовления бетонов, армированных металлическими фибрами. Ниже приведена краткая инструкция как приготовить армированный бетон своими руками на строительной площадке.

Вначале перемешиваем сухой песок с заполнителем, затем вводим требуемое количество просеянных сквозь сито фибр. Следующим этапом добавляем цемент, и заливаем в готовую сухую смесь воду с добавками – пластификаторами. Основательно перемешиваем до получения гомогенной бетонной массы.

Готовую фибробетонную смесь разливаем в формы, и трое суток ждем, пока бетон наберет предварительную прочность. Последующую сушку изделий проводим на открытом воздухе. В итоге получаем фибробетонные блоки неавтоклавного твердения с оптимальными эксплуатационными характеристиками.

Применение композитного фибробетона

Качественный состав и применение фибробетона должно соответствовать требованиям нормативных документов СП 52–104–2006 Сталефибробетонные конструкции. Свод правил заключает в себе рекомендации для проектирования и нормы использования фибробетонных конструкционных изделий.

В домостроении композитный бетон применяют для строительства монолитных конструкций зданий, водоотводных шахт, канализационных колодцев и др. Фибробетонные полы, выполненные по композитной технологии, обладают высокой прочностью и повышенными теплоизоляционными показателями.

Полы из фибробетона

Легкие пористые бетоны

Среди множества известных марок легких бетонов выделяются два вида пористого бетона — газофибробетон и сходный с ним по строению пенофибробетон.

Газофибробетон — вид легкого ячеистого бетона неавтоклавного твердения, армированный фиброволокнами. Изготовление неавтоклавного фиброгазобетона не требует сложного паросилового оборудования.

С успехом используется при производстве стеновых блоков и других конструкционных материалов. Широко применяется для теплоизоляции кровель и пола в частном домостроении.

Структура газофибробетона

Основные свойства материала:

• средняя плотность 550 кг/м³;
• экономичность: 1 тонна сухой смеси = 2 м³ газофибробетона;
• низкая теплопроводность;
• экологически чистый.

Пенофибробетон аналогичный по своему строению строительный материал. В основном применяется для строительства малоэтажных зданий и теплоизоляции строительных конструкций.

Смесь пенофибробетона

Армирование фиброволокнами повышает эксплуатационную прочность бетона, улучшает его физико-технические характеристики и теплоизоляционные свойства. Производство и применение фибробетона осуществляется по отработанным технологическим схемам с использованием серийно изготавливаемого оборудо­вания.

что это такое и как использовать

Перейти к содержимому

Главное меню

• ДизайнПереключатель меню
  • ДекорПереключатель меню
    • На пол
    • ОкнаПереключатель меню
      • Выбор
      • Шторы
      • Жалюзи
    • Потолок
    • Стены
  • Интерьер
  • Мебель
  • Планировка
• РемонтПереключатель меню
  • ДвериПереключатель меню
    • ВходныеПереключатель меню
      • Выбор
      • Изготовление
      • Регулировка
      • Установка
    • МежкомнатныеПереключатель меню
      • Выбор
      • Установка
  • Мебель
  • ОкнаПереключатель меню
    • Деревянные
    • ПластиковыеПереключатель меню
      • Выбор
      • Регулировка
      • Уход
    • Защита
    • Откосы
    • Жалюзи
  • ПолПереключатель меню
    • 3D
    • Бетонный
    • Деревянный
    • Ковролин
    • Ламинат
    • Линолеум
    • Наливной
    • Паркет
    • Паркетная доска
    • Плитка
    • Пробковый
    • Стяжка
    • Утеплить
  • ПотолокПереключатель меню
    • Армстронг
    • Вагонка
    • Гипсокартон
    • Жидкие обои
    • Натяжной
    • ПВХ панели
    • Покраска
    • Реечный
    • Шпаклевка
    • Штукатурка
    • Шумоизоляция
  • СтеныПереключатель меню
    • Жидкие обои
    • Клеить обои
    • ПВХ панели
    • Перегородки
    • Подготовка
    • Покраска
    • Укладка плитки
    • Утепление
    • Шпаклевка
    • Штукатурка
  • Уборка
• СтроительствоПереключатель меню
  • КоммуникацииПереключатель меню
    • Вентиляция
    • Водоснабжение
    • Газификация
    • КанализацияПереключатель меню
      • Дачный туалет
      • Дренажная
      • Монтаж
      • Прочистка
      • Септик
    • ОтоплениеПереключатель меню
      • Котел для дома
      • Радиаторы
      • Теплый пол
      • Установка
    • СантехникаПереключатель меню
      • Ванна
      • Мойка
      • Раковина
      • Трубы
      • Унитаз
    • ЭлектрикаПереключатель меню
      • Бойлер
      • Видеоглазок
      • Генератор
      • Духовка
      • Люстра
      • Посудомоечная машина
      • Проводка
      • Стабилизатор
      • Стиральная машина
      • Теплый пол
      • Экономия
  • БаняПереключатель меню

  Фибра для бетона: полипропиленовая, стекловолокно

  Для повышения технологических характеристик используется фибра для бетона. Добавление специфического компонента в цементно-бетонный раствор помогает продлить эксплуатационные сроки монолитного сооружения и повысить качество несущих строительных элементов. Фибра в бетонный состав добавляется как в момент производства заказного раствора, так и индивидуально перед работой.

  Что это такое: основа составов

  Фибра для бетона работает на улучшение прочностных качеств и других показателей материала. Благодаря применению компонента сооруженная конструкция быстро адаптируется к аномально низким или высоким температурам, а также отличается повышенной стойкостью к негативному влиянию окружающей среды.

  Фибра для бетонных составов — это специфический волокнистый компонент, своеобразная целлюлоза, представленная в виде нитей, имеющих разную длину. Специфические добавки состоят из сверхтонкого волокна, части которого в результате обработки соединяются между собой. Качественные армирующие элементы изготавливаются на основе таких компонентов, как:

  Специфический волокнистый материал изготавливается на основе такого компонента, как полипропилен.
  • полипропилен;
  • базальт;
  • сталь;
  • стекло.

  Фиброволокно для бетона готовится просто и сам процесс производства не требует наличия специального инвентаря или техники. Процедура замеса состава осуществляется применением бетономешалки. Примерный расход на м3 варьируется от 0,5 до 1,5 кг. Армирование бетона фиброй для отстроя масштабных объектов осуществляется при производстве цементно-бетонной смеси. Для малых конструкций волокно добавляется в процессе обработки состава строительным миксером.

  Зачем нужна: области применения

  Принцип воздействия волокнистого компонента заключен в технологических свойствах. При содержании фибры в составе цементно-бетонного раствора происходит реакция, впоследствии которой образуется прочная адгезия. Такой аспект повышает механическую выдержку сооружения, затвердевшая плоскость отличается стойкостью к силовому влиянию, а бетон не реагирует на растяжения в точках изгиба.

  К положительным характеристикам материала относятся такие особенности:

  • Избежание дефектов при эксплуатации. Применение фибры защищает бетон от растрескивания и износа.
  • Быстрая адгезия. Составы качественно поддаются сцепке между бетоном и другими материалами.
  • Антикоррозийные особенности. Волокнистые компоненты не подвержены процессам коррозии.
  • Универсальность. Применяется для укрепления как больших, так и малых строительных объектов.

  Виды материала

  Добавки из стали

  Стальная фибра производится из проволоки и добавляется в литые элементы при декорировании различных сооружений.

  Стальная фибра для бетона производится из низкоуглеродистой проволоки, диаметр металлических элементов варьируется от 0,7 до 1,2 мм, а также укрепляющая целлюлоза имеет длину 25—60 миллиметров. С помощью добавок упрочняются качества бетонных изделий, тротуарной плитки, покрытий для площадей, дорожных полотен, полос аэродромов, литого забора или архитектурных памятников из бетонного состава. Металлическая фибра входит в состав раствора для литых элементов декорирования, таких как фонтаны, балюстрады, декоративные элементы для архитектурных задумок.

  Бетон со стальной фиброй укладывается двумя способами:

  • вручную;
  • с помощью специальной техники.

  Полипропиленовая

  Полипропиленовая фибра для бетона — это распространенный вид армирования бетонных конструкций. Форма выпуска — вещество, расфасованное в пакеты. Задача материала:

  • усилить сопротивление к механическому воздействию;
  • защитить от негативного влияния окружающей среды;
  • сделать стойким к температурным прыжкам;
  • защитить от воздействия химических реагентов.

  Добавки из базальта

  Базальтовая фибра используется для упрочнения механических особенностей материала с пористой структурой. Добавляется в составы гипсовых изделий. Длина базальтовых нитей отличается от параметров, что имеют другие виды добавок, поэтому расчет материала регулируется индивидуально, в зависимости от конкретного случая и особенностей эксплуатации. Свойства готового изделия зависят от такого фактора, как расход фиброволокна.

  Стекловолокно

  Стекловолокно не растворяется в бетонной смеси, а является армирующей добавкой, обладающей повышенной прочностью.

  Фибра для армирования — это измельченное армирующее стекловолокно в виде узких полосок разной длины. Отличается от других добавок повышенной прочностью и модуляционной гибкостью. Такие свойства позволяют положительно сопротивляться развитию кислотно-щелочной среды в восстановленном сооружении. Добавляется материал в момент замеса раствора. Вещество не имеет свойств растворяться, а содержится в составе как индивидуальные микрочастицы. Микрофибра незаметна в уже возведенной конструкции.

  Расход материала

  В каждом конкретном случае расход фиброволокна разный. Это объясняется разными сферами эксплуатации готовой конструкции и различным уровнем силового и механического воздействия. Расход фибры для строительных смесей представлен в таблице:

  Тип изделия	Расход на куб цементно-бетонного состава в кг
  Бетон с пористой структурой	0,6—0,9
  Стяжка из бетона	1,8—2,7
  Малая архитектурная форма
  Бетон для дорожного покрытия	1—1,5
  Гипсовые предметы, произведенные методом заливки	0,4—0,8
  Сухой состав	0,6—0,9
  Искусственные камни	0,4—0,8
  Облицовка для фасадов

  Применение: правила добавления в основной состав

  Фибра для укрепления добавляется в бетон разными методами. Конкретный расход вещества зависит от типа конструкции. Если армирование бетона предвидится на масштабном объекте, обогащение раствора специфической добавкой осуществляется в момент перезагрузки раствора из автотранспорта в строительный миксер. Распределение гомогенным путем происходит в процессе транспортировки. Приготовленная фибра для бетона своими руками смешивается с составом во время замеса бетономешалкой.

  состав, характеристики и технология изготовления

  На рынке стройматериалов предлагают новый материал – фибробетон. Он являет собой бетон, который в своем составе имеет частицы фиброволокна, от названия которых и исходит название бетона. Эти волокна исполняют роль арматуры, которая применяется с целью повышения прочности бетонного раствора. Фибробетонные вкрапления одинаковы по длине и толщине. Это позволяет равномерно распределить их во всей структуре бетона. Существует много преимуществ фибробетона. Ниже мы детально обсудим их.

  Понятие и состав фибробетона

  Фибробетон – это мелкозернистый материал, одним из составляющих которого является армирующий наполнитель. В прошлом с расчетом на снижение хрупкости и количества появления трещин, предпринимались меры по повышению прочности бетона. Так, строители добавляли дисперсные волокна и распределяли их равномерно по всей бетонной массе. В результате этих работ характеристики полученного бетона улучшались:

  • прочность повышалась до 30%;
  • стойкость к физическим нагрузкам возросла;
  • трещины образовывались реже.

  Различают две группы фибры:

  • металлическая – исходным веществом является сталь, которая имеет различную форму и размеры;
  • неметаллическая – производится из таких материалов, как стекло, акрил, хлопок, базальт, полиэтилен, карбон, углевод и другие.

  Самыми популярными волокнами являются стеклянные и металлические. Однако с каждым днем все большую популярность приобретает полипропиленовая фибра. Что касается материалов из базальта и углерода, то они применяются крайне редко в связи с высокой стоимостью.

  Волокна хлопка, вискозы и нейлона предают специфические особенности бетону, армированному фиброй из стали. Структура фибробетона являет собой однородную конструкцию, которая со всех сторон пронизана волокнами из различных материалов. Именно они определяют технические характеристики бетона, создают эффект армирования.

  Вернуться к оглавлению

  Технические характеристики

  Свойства бетона зависят в первую очередь от используемого стройматериала в производстве. Рассмотрим характеристики основных видов фибробетона. Стальная фибра – самый распространенный наполнитель. Он обладает повышенной прочностью к нагрузкам, не усаживается и не образует трещин во время службы. Наиболее примечательные его качества – длительный срок эксплуатации, плотность и стойкость к износу. Кроме того, данный фибробетон не теряет свойства под действием низких температур, влаги и огня.

  Следующее в рейтинге популярности волокно из стекла. Бетон этого типа обладает высокими качествами упругости, что наделяет его пластичностью. Однако щелочная среда вредна этому материалу. Стойкость к химическому влиянию обеспечивается полимерной пропиткой, путем добавления в бетон добавок на основе глиноземистого раствора. Именно он связывает щелочи и препятствует повреждению фибробетона. В конечном варианте вы получаете раствор с высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам, гидроизоляцией, стойкостью к воздействию химических средств и истиранию.

  Асбестовая фибра характеризуется долговечностью, стойкостью к щелочной среде, нагрузкам и термозащитными качествами. Бетон на основе базальта имеет повышенную прочность. Больше всего он подходит для конструкций, которые подвержены постоянным нагрузкам, деформации и вокруг которых существуют факторы для появления трещин.

  Общие характеристики остальных типов волокон – это защита от воздействия химических веществ, прочность на деформацию, стойкость к перепадам температур и неспособность проводить электричество. Благодаря синтетичной природе материалов вес бетона снижается.

  Вернуться к оглавлению

  Преимущества и недостатки

  Каждый материал имеет плюсы и минусы. Фибробетон не является исключением.

  Вернуться к оглавлению

  Преимущества

  Бетон с фиброволокном является лучшим материалом для решения многих строительно-ремонтных задач.

  Выделяют следующие достоинства фибробетона:

  • снижение затрат на строительство при использовании фибры для армирования вместо армирующей сетки или каркаса;
  • высокая продуктивность работы по фибробетону;
  • расход бетона с применением фибры значительно меньше;
  • в отличие от остальных видов бетона фибробетон не теряет своих технических характеристик даже после окончания срока службы, поскольку благодаря фибре материал становится вязким;
  • фибробетон обладает хорошими адгезионными качествами;
  • фибра может применяться как в газо-, так и в пенобетонных конструкциях;
  • в ходе армирования в газобетоне происходит процесс поризации и как следствие наблюдается его устойчивость;
  • фибра в пенобетоне повышает его прочность.
  Вернуться к оглавлению

  Недостатки

  На удивление, минус у этого бетона только один, а именно, высокая стоимость, если сравнивать с обычным бетонным раствором. Однако этот недостаток легко компенсируется долговечностью стройматериала и его стойкостью к износу.

  Вернуться к оглавлению

  Области применения

  Учитывая вышеперечисленные технические характеристики фибробетона, этот материал стал популярным на рынке. Он применяется в конструкциях, на которые оказывается сильное давление со стороны окружающей среды. Эти конструкции могут быть как промышленного, так и бытового характера. Каждый исходный материал имеет свою сферу применения. Стальной фибробетон чаще всего применяется:

  • шпалы, фундамент, мостовое покрытие, берегозащитные полосы;
  • полы, тоннели;
  • дороги, полосы для взлета и посадки на аэродромах, тротуары;
  • тротуарная плитка, бордюрный материал;
  • каркас конструкции, монолитные сооружения;
  • каналы для водоотвода, шахты колодцев под канализацию, плотины, водоочистные системы;
  • фибробетонные полы.

  Бетон со стекловолокном используется при устройстве:

  • щитов для шумозащиты;
  • гидроизоляции для очистительных сооружений;
  • декоративных изделий небольшого веса для отделки покрытий;
  • фасадной отделки фибробетоном жилых конструкций;
  • промышленных помещений, покрытия в которых подвержены загрязнению;
  • заборов, скамеек, цветочных клумб и других объектов.

  Базальтовый бетон является незаменимым при строительстве:

  • перекрытий, фундамента, дорог;
  • резервуаров, дамб, конструкций железнодорожного характера.

  Фибробетон из полипропилена необходим для создания:

  • конструкций из пеноблоков;
  • ячеистого бетона;
  • объектов небольшого веса.

  Хлопковые и вискозные материалы используются при замешивании текстильбетона.

  Вернуться к оглавлению

  Фибробетонные полы

  Фибробетон часто применяется для устройства фибробетонных полов. На практике этот бетон обрел большую популярность благодаря низкому показателю хрупкости. Напольная стяжка из фибробетона и ее вид зависит напрямую от требований и марки применяемого цемента. В процессе заливки полов наибольший перепад в 2 метра равен 2 мм. Благодаря этому затраты на строительство снижаются, как и последующие работы по готовому материалу. Кроме того, процесс заливки происходит быстро, что обеспечивается благодаря пневмооборудованию.

  Фибробетонные полы устраиваются в следующих типах помещений:

  • промышленные и производственные;
  • склады;
  • автомастерские, паркинги, гаражи;
  • залы для выставок и торговли;
  • аэродромные и грузовые ангары;
  • конструкции под офисы.
  Вернуться к оглавлению

  Технология изготовления бетона

  Фибробетон может быть приготовлен как по стандартной промышленной технологии, так и своими руками. Второй способ – своими руками – имеет особенности. Процесс изготовления требует применения бетономешалки и дробилки. На первом этапе происходит расчет и дробление исходного материала. Песок и цемент может добавляться как после измельчения, так и в процессе перемешивания. В первом случае равномерное распределение фибры происходит быстрее в отличие от второго варианта, который требует большего количества времени.

  Именно качественное распределение арматуры по всему объему раствора – это ключевое условие его качества. Изготавливая бетон своими руками, следует контролировать отсутствие скоплений фибры. С этой целью замешивание должно длиться на 30-50% дольше обычного. В процессе необходимо иногда проверять качество раствора. При соблюдении инструкции созданный бетон будет идентичен промышленному.

  Вернуться к оглавлению

  Вывод

  Вышеизложенные факты дают право утверждать, что фибробетон обладает множеством положительных свойств. Кроме того, для его изготовления и применения не требуется специальная техника. Это дает возможность данному бетону справедливо конкурировать с другими типами бетонов.

  Характеристики фибробетона позволяют использовать его при различных строительных работах. В качестве фибры могут выступать как металлические, так и неметаллические волокна.

  Фибра для бетона: необходимость применения, преимущества, технология

  Фибра является вспомогательным стройматериалом. Она состоит из синтетических волокон, которые необходимы для микроармирования железобетонных конструкций. С появлением данного материала, строителям стало намного удобнее работать с бетоном, а сами изделия стали прочнее, надежнее и долговечней.

  
  
  

  Необходимость применения

  Бетон издавна применяется в строительной сфере. Он обладает следующими качествами:

  • прочностью и надежностью;
  • устойчивостью к негативным факторам;
  • длительным сроком эксплуатации;
  • невысокой стоимостью;
  • широким спектром применения.

  У него нет аналогов, но при работе с ним строители сталкиваются с рядом проблем:

  • при сильных нагрузках материал подвергается деформации;
  • при перепадах температур дает усадку;
  • при неблагоприятных факторах бетон трескается и разрушается.

  Чаще всего разрушениям поддаются края бетонных изделий и места соединений конструкций.

  Чтобы повысить прочность бетона, улучшить его структуру и продлить срок эксплуатации, в раствор необходимо добавлять фибру.

  Преимущества соединения с микрофиброй

  К преимуществам соединения относятся:

  • легкость в работе;
  • повышенная пластичность и хорошая вязкость;
  • морозоустойчивость;
  • водонепроницаемость;
  • устойчивость к механическим нагрузкам;
  • устойчивость к деформации;
  • увеличение прочности на изгибах;
  • пожаробезопасность;
  • совместимость с любыми добавками.

  В каких сферах используется

  Область применения микрофибры не ограничена. Ее добавляют при:

  • изготовлении фундаментов, свай;
  • сооружении бассейнов и водостоков;
  • монтаже стяжки пола;
  • изготовлении пеноблоков;
  • оформлении фасадов зданий.

  Разновидности фибры для бетона

  1. Стеклянная. Этот вид материала применяется при проведении отделочных работ. Такая фибра не способна выдерживать большие нагрузки и быстро становится хрупкой.
  2. Базальтовая. Ее преимущества: негорючесть, экологичность, устойчивость к агрессивной среде. Базальтовая фибра при соединении с бетоном полностью растворяется в нем, повышая прочность готового раствора. Она устойчива к высоким температурам. Но для создания архитектурных форм этот материал не подходит. У него длинные волокна, которые проступают на поверхность изделия.
  3. Полипропиленовая. Обладает высокими техническими качествами. Благодаря этой добавке бетон не трескается и не деформируется в течение всего срока эксплуатации. Чаще всего данный материал применяется при стяжке полов, укладке фундамента и возведении стен.
  4. Стальная. Это самый распространенный вид микрофибры. Она придает строениям прочность, устойчивость к негативной среде и долговечность. Эта добавка берет на себя функцию армированной сетки и при заливке придает цементу жесткость, прочность и высокое качество.
  5. Анкерная. Состоит из кусков проволоки. Необходима для формирования изгибов зданий, так как придает конструкциям дополнительную прочность.

  В зависимости от прямого назначения и сферы эксплуатации, фибра для бетона делится на разные размеры:

  • материал размером 6 мм используется для придания прочности при работе с цементом, песком, гипсом, штукатуркой;
  • фибра 12 мм используется для укрепления плит перекрытия и для изготовления наливных полов и фундаментов;
  • крупный материал, размером от 18 и до 20 мм, используется при работах с тяжелым бетоном. Эта фибра необходима для изготовления мостов, больших зданий и для укладки дорожного покрытия.

  Вы используете фибру при изготовлении бетонной смеси?

  
  
  

  Технология замешивания

  Чтобы соединить фибру с бетоном, гипсом и любой другой смесью, нужны бетономешалка и вода. Существует две технологий замешивания. Первая готовится следующим образом:

  1. В бетономешалку засыпается сухой материал: цемент, песок, щебень и волокна из фибры.
  2. Добавляется вода в соотношении с инструкцией производителя, указанной на упаковке. Нарушать пропорции не рекомендуется, так как слишком густой состав тяжелый в работе, а слишком жидкий — дает усадку.
  3. Процесс замешивания раствора требует 10-15 минут. Для увеличения эластичность смеси, можно добавить пластификаторы.
  4. Смесь оставляется на пол часа. После этого можно приступать к строительно-ремонтным работам.

  Если необходимо приготовить небольшое количество раствора, можно воспользоваться строительным миксером.

  Что касается второй технологии замешивания, то она состоит из следующих этапов:

  1. Готовится сухая смесь из цемента и песка.
  2. Засыпается в форму.
  3. Добавляется нужное количество микрофибры.
  4. После равномерного распределения волокон добавляется вода.

  Фибру можно добавлять в раствор на любом этапе приготовления.

  
  
  

  Немного дополнительной информации

  Приобрести фибру для бетона можно в любом строительном магазине. Она поступает в продажу в упаковках разного объема — от 1 и до 20 килограммов. Упаковка может быть бумажной или полиэтиленовой. Строители рекомендуют приобретать материал в бумажной упаковке, т.к. ее можно не распечатывать, а сразу укладывать в бетономешалку в пакете. Во время контакта с водой, он полностью растворится.

  При больших объемах, готовую смесь можно подавать насосом для ускорения рабочего процесса.

  Если при застывании бетона на его поверхности проступят отдельные волоски, а никакой дополнительной финишной отделки вы проводить не планируете. Волоски удаляются с помощью специальной лампы или газовой горелки. Если же поверхность сверху будет покрываться краской, то их можно оставить. Они будут выступать в качестве дополнительной адгезии с наружным покрытием.

  В заключение стоит отметить, что фибра для бетона является незаменимым материалом в современном строительстве. Она придает конструкциям прочность, устойчивость к негативной среде, долговечность.

  Популярное

  
  

  свойства, состав, применение и преимущества

  Фибробетон — новый строительный материал, изготовленный из бетона и фиброволокна. Фибра выполняет армирующее действие, за счет чего бетонная смесь получает дополнительную прочность.

  
  
  

  Фибробетон — что это такое

  Фибробетон — это мелкозернистая бетонная смесь, в состав которой входит армирующий наполнитель. Раньше из-за хрупкости материала и наличия трещин строители пытались повысить прочность путем добавления дисперсных волокон. Элементы распределялись по всему раствору, в итоге технические качества ощутимо улучшались.

  При производстве используют два типа фибры:

  • металлическая — изготавливается из стали разнообразной формы и размера;
  • неметаллическая — в качестве исходного сырья берется стекло, хлопок, полиэтилен, акрил.

  Структура фибробетона однородная, со всех сторон расположены волокна, изготовленные из разного материала, от него и будут зависеть характеристики, а также эффект армирования.

  Состав и технические характеристики фибробетона

  Характеристики фибробетона зависят от стройматериала, который использовался для производства. Самым распространенным наполнителем считается стальная фибра, у нее отличный показатель прочности, она не усаживается и не трескается при эксплуатации. К преимуществам относят следующие качества:

  • длительный срок службы;
  • плотность;
  • износостойкость;
  • влагоустойчивость.

  Кроме этого, фибробетон не теряет свойств под воздействием высокой и низкой температуры.

  Популярно среди строителей волокно из стекла, у него отличная упругость, пластичность. Но он плохо переносит щелочную среду, поэтому материал нуждается в дополнительной пропитке полимером.

  Для этого в бетон вносят добавки, чаще всего это глиноземистый раствор. Он обеспечивает вязкость, поэтому фибробетон не повреждается от воздействия агрессивной среды.

  Асбестовая фибра долговечна, стойка к щелочи и различным нагрузкам. Кроме этого, у нее высокие термозащитные качества.

  Преимущества и недостатки

  У фибробетона, как и у любого другого строительного материала, имеются достоинства и недостатки. К положительным сторонам можно отнести следующее:

  • применение фибры для армирования значительно уменьшает финансовые траты на строительстве, так как не нужно отдельно приобретать армирующую сетку, каркас;
  • уменьшается расход бетонной смеси;
  • у фибробетона отличные адгезионные качества;
  • строительный материал не растрачивает свои технические характеристики даже по окончании срока службы, потому что фибра воздействует на материал, и он приобретает вязкую структуру;
  • можно использовать в пенобетонных и в газобетонных конструкциях;
  • фибра делает пенобетон более прочным и надежным.

  Усиленный композит имеет длительный срок службы, чем его аналоги. При этом он не теряет свои характеристики в течение этого времени.

  Имеется у фибробетона и ряд недостатков. Главный минус — дополнительные расходы, так как при производстве используется дорогое сырье. Но все это вполне окупается, так как полученный материал будет обладать уникальными эксплуатационными свойствами, механической прочностью и долговечностью.

  
  
  

  Оборудование для производства фибробетона

  Для каждого отдельного материала создан свой технологический процесс и оборудование.

  Фибробетон с добавлением стальной фибры производится с использованием мощного электромагнита. Элемент растягивает фибру во время перемешивания бетонного раствора. Электромагнитные установки отличаются по размеру и мощности.

  Для изготовления раствора с добавлением фибры из стекла применяют метод пневмонабрызга. Принцип действия заключается в синхронном напылении бетона и фиброволокна, за счет этого производятся крупногабаритные изделия со сложной геометрической формой.

  Бетон на пропиленовой фибре можно изготовить в обычной бетономешалке либо при помощи строительного миксера. Смесь легко перемешивается, не образуя комки.

  Технология изготовления фибробетона

  Высококачественный материал можно получить только при условии правильного производства. Технология должна соблюдаться в строгом порядке, независимо от того, где изготавливают фибробетон — на заводе или в собственном сарае.

  Технологический процесс изготовления напрямую зависит от вида применяемого волокна, а также от пропорций компонентов, которые входят в состав бетонной смеси. Высокой плотности можно достичь только в том случае, если волокна в растворе распределены равномерно.

  От этой равномерности зависит, насколько надежно бетонная конструкция будет противостоять внешним механическим нагрузкам и химическим факторам.

  Производство материала проходит в несколько этапов:

  • изготавливают раствор;
  • формируют волокна фибры, нарезают их нужного размера;
  • добавляют элементы в смесь;
  • тщательно размешивают и уплотняют;
  • разливают по формам;
  • ожидают, пока монолит застынет.

  Волокна, которые применяют при производстве, могут быть металлическими и неметаллическими. Фибра также может различаться: стальную нарезают из металлических лент, стеклянную формируют из расправленной массы, а фибру из целлюлозы режут и сворачивают в трубочку. Уже в процессе она расправляется и создает своеобразную сетку в бетоне. Распределять фибру необходимо равномерно.

  Если надо повысить пластичность материала, то добавляют пластификаторы. Эти элементы контролируют скорость схватки и регулируют уровень усадки

  
  
  

  Области применения

  При производстве применяются разные добавки, поэтому можно легко менять свойства конечного материала. Все зависит от того, для чего он будет использоваться.

  Изделия из фибробетона

  Высокопрочный фибробетон применяется для изготовления скульптур, ротонд и колоннад. Такие сооружения популярны среди строителей и архитекторов. Это связано с тем, что с материалом легко работать. Да и сохраняется он гораздо лучше, нежели аналогичные виды. Ему не страшны негативные климатические условия в виде дождя и снега, так как бетон не теряет первоначальный вид.

  Промышленное строительство

  Наличие в составе стальной проволоки обеспечивает высокую прочность. Такой материал применяется при строительстве следующих объектов:

  • сооружения, изготовленные из монолитного железобетона;
  • гидротехнические строения;
  • водоочистные станции;
  • подземные магистрали.

  Фибробетон используют при строительстве транспортных тоннелей. Незаменим материал и при возведении подземных водоотводящих конструкций.

  Фасадные панели из фибробетона

  Все чаще для облицовки зданий используют фасадные панели из фибробетона. Они быстро монтируются, отличаются легкостью, низкой ценой и высокими техническими показателями.

  Существенный плюс в том, что можно подобрать материал, который будет имитировать дерево, камень или кирпич.

  Лицевая сторона панелей обработана специальным составом, который устойчив к влаге и ряду других вредных атмосферных явлений.

  Ступени из фибробетона

  Фибробетонные накладки — облицовочный материал для маршевых конструкций. Такие ступени отличаются высоким показателем качества, прочности и надежности.

  Кроме этого, материал придаст благородный вид простым лестничным пролетам. Панели легко монтируются на рабочую поверхность, поэтому установить их можно собственноручно.

  Декор из фибробетона

  Бетон, в составе которого содержится стеклянная фибра, используется в различных сферах. Чаще материал применяют для производства декоративных элементов, связанных с украшением ландшафтного дизайна, ограждений, козырьков.

  Также раствор подойдет для изготовления и покрытия лавок, клумб, цветников и другого рода хозяйственных приспособлений.

  Другие изделия

  Из фибробетона делают тротуарные и дорожные покрытия, а также производят декоративную плитку и бордюры.

  В последнее время применяют для создания оснований аэродромов, железнодорожных шпал, мостов, так как материал может выдерживать максимальные нагрузки.

  Пробовали ли вы делать фибробетон своими руками?

  
  
  

  Как сделать фибробетон своими руками

  Можно изготовить фибробетон самостоятельно. Для этого необходимо подготовить микрофибру, она продается в фасованном виде.

  Расход материала зависит от того, какую прочность наполнителя необходимо получить в итоге. Обычно на 1 м³ берут до 40 кг. В качестве исходного сырья подойдет:

  • нарезанная проволока из стали;
  • измельченный полимерный мешок.

  Дальше необходимо следовать пошаговой технологии.Выглядит процесс так:

  • в бетономешалке смешивают песок с наполнителем;
  • вводят просеянные через сито волокна;
  • добавляют цемент;
  • заливают воду с пластификатором.

  Тщательно перемешивают составляющие, разливают по предварительно подготовленным формам, сушат в течение 3 суток. В результате получится самодельный фибробетон, который будет не хуже заводского.

  Фибробетон — универсальный строительный материал, применяемый как в бытовых нуждах, так и для возведения промышленных конструкций.

  Популярное

  
  

  волокон в столешницах из сборного железобетона, GFRC и ECC

  Бетон
  Столешница Институт
  

  Мечта. Создайте. Добиться успеха.

  Общие селекторы

  Только точные совпадения

  Только точные совпадения

  Искать в заголовке

  Искать в названии

  Искать в содержании

  Искать в содержании

  Искать в отрывке

  Искать в сообщениях

  Искать в сообщениях

  Искать на страницах

  Искать на страницах

  Скрытый

  Скрытый

  Скрытый

  MENUMENU

  • Магазин
    • • • Товары для дома
        • Наборы
        • Глазури
        • Алмазные диски
      • • Diamond Polishers
        • Mixers
        • Sealer
        • Shop Supplies & Equipment
  • Практическое обучение
    • Список классов
    • Предстоящий курс — 22-26 февраля 2021 г.
  • Самостоятельное обучение
    • • • Все курсы самообучения — СКИДКА 50% НА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ от COVID-19!
        • Комплексное пошаговое обучение изготовлению бетонных столешниц
        • Mix Designs
        • GFRC Training
        • 3-D, Advanced, Mold
      • • Планы проектов
        • Бизнес-обучение
        • Обучение для начинающих / DIY
        • Разные темы
  • Бесплатное обучение
  • Галерея
    • Фотографии бетонных столешниц
    • Истории успеха выпускников

• Искать продукты…

Типы бетона, армированного волокном | Как построить дом

Бетон — один из наиболее часто используемых строительных материалов.Если его смешать с другими материалами, получится фибробетон.

Бетон, армированный стальным волокном

Эти материалы добавляются, когда бетон находится в жидком состоянии. Их задача — сделать бетон еще более прочным и более устойчивым к большим перепадам температур. Хорошо известно, что бетон является одним из самых устойчивых к сжатию материалов, но имеет низкое сопротивление растягивающим усилиям. Поэтому бетон армируют этими волокнами, которые довольно прочны на растяжение.

Обычно существует четыре типа бетона, армированного фиброй:

• 1) Бетон, армированный стальным волокном
• 2) Бетон, армированный синтетическим волокном
• 3) Бетон, армированный стекловолокном
• 4) Бетон, армированный натуральным волокном

Бетон становится все более популярным в современных помещениях (видео)

1 | ЖЕЛЕЗОБЕТОН ИЗ СТАЛЬНОГО ВОЛОКНА

Стальной (сварная проволочная сетка) фибробетон — это практически более простая и дешевая альтернатива арматурному бетону, в котором для армирования используются стальные стержни. Эти стальные стержни укладываются в бетонную массу, когда она еще влажная. Конечно, это большая работа, но в результате получается очень прочный бетон.

Бетон, армированный стальной фиброй, является результатом замены стальных стержней на стальную проволоку. Эти тонкие стальные проволоки смешиваются с бетонной смесью одновременно с портландцементом. Ваш бетон будет обладать выдающейся структурной прочностью и будет лучше защищен от сильного холода. Стальные волокна также увеличивают изгиб бетона, его пластичность и обладают большой ударопрочностью и контролем трещин.Однако стальная фибра очень часто используется в смеси со стальной арматурой в составе бетона.

2 | СИНТЕТИЧЕСКИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН

Бетон, армированный синтетическим волокном, состоит из бетона, смешанного с нейлоновыми и пластиковыми волокнами. Они значительно улучшают прочность бетона. Использование стального фибробетона в жилищном строительстве в последнее десятилетие сокращается. Все больше подрядчиков переключают свои предпочтения на бетон, армированный синтетическим волокном, который быстро заменил железобетон со сварной проволочной сеткой в ​​плитах жилых домов. Они не расширяются и не сжимаются, как стальная фибра, при изменении температуры. Это предотвращает растрескивание бетона, армированного синтетическим волокном. Очевидно, что синтетические волокна не так прочны, как стальные, но они значительно улучшают прокачиваемость цемента и удерживают бетон прилипать к трубам насоса.

3 | СТЕКЛЯННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН

Бетон, армированный стекловолокном, — это еще один тип железобетона, особенно используемый в качестве фасадных панелей для жилых и коммерческих зданий.Этот вид железобетона изготавливается путем добавления в бетонную массу стекловолокна. Эти волокна аналогичны волокнам из стекловолоконной изоляции, поэтому они сделают бетон намного прочнее и, кроме того, изолируют его. Более того, стальное волокно мешает радиосигналам, а стекловолокно — нет.

4 | ЖЕЛЕЗОБЕТОН ИЗ НАТУРАЛЬНОГО ВОЛОКНА

Хотя на протяжении многих лет в качестве армирующих материалов использовались многие виды волокон, такие как волосы, сено, кокос, подорожник (банан), сахарный тростник, сизаль, пальма и т. Д., До недавнего времени было приложено слишком мало научных усилий для разработки этого продукта. технология, позволяющая использовать эти натуральные волокна в промышленных масштабах.Тем не менее, естественно доступные волокна, которые можно использовать в качестве арматуры, создают недорогой армированный бетон, что хорошо, когда вам нужно сэкономить деньги, но бетон, армированный натуральным волокном, имеет несколько очевидных недостатков, таких как:

a) Натуральные волокна могут гнить, даже когда они находятся в бетонной массе.
б) Если они используются слишком часто, они могут ослабить бетон

Frontiers | Инженерные свойства обработанного натурального конопляного бетона, армированного волокнами

Введение

В последние годы строительная отрасль была вынуждена внести некоторые изменения в отношении устойчивости.Последние правительственные постановления предписывают, что к 2020 году все новые здания должны будут иметь экологический след, близкий к нулю (Concerted Action Energy Performance of Buildings, 2010), и будут активно способствовать достижению цели декарбонизации 80% к 2050 году ( GOV, 2011). Здания должны быть лучше изолированы, получать тепло от низкоуглеродных источников и строиться из экологически чистых материалов.

Бетон — один из наиболее широко используемых строительных материалов в мире из-за его обилия, доступности и уникальных свойств, которые делают его таким прочным.Однако бетон — хрупкий материал, который демонстрирует низкую прочность на растяжение, деформационную способность, вязкость разрушения и плохое поглощение энергии. Последние недостатки можно уменьшить путем армирования стальными или синтетическими волокнами, изготовленными из полипропилен-нейлона или поливинилового спирта. Использование стальных или синтетических волокон дорого и опасно для окружающей среды с производственной точки зрения.

С другой стороны, использование армирования натуральными волокнами началось почти 5000 лет назад; волокна асбеста использовались для усиления глиняных горшков в Скандинавии (Bledzki et al., 2002), и аналогичным образом египтяне использовали соломенные волокна для усиления глиняных блоков при строительстве стен (Mehta and Monteiro, 2006). Основные рынки натуральных волокон, которые все еще остаются, в основном базируются на развивающихся странах, где они доступны на местном уровне и дешевы. Однако использование натуральных волокон в развитых странах все еще ограничено, поскольку они не были полностью приняты в качестве альтернативы синтетическим волокнам. Долговечность бетона, армированного натуральными волокнами (NFRC), ограничена из-за их высокой проницаемости и отсутствия сопротивления росту трещин, особенно волокон, полученных из побочных продуктов сельского хозяйства (Stevulova et al., 2014). Основной проблемой натуральных растительных волокон по сравнению с синтетическими волокнами является недостаточная однородность материала и гидрофильность натуральных волокон, что приводит к высокому поглощению влаги.

В отличие от промышленных волокон, натуральные лигноцеллюлозные волокна делают строительный ресурс более экологичным. Воздействие натуральных волокон на окружающую среду незначительно по сравнению с промышленными волокнами, поскольку они могут быть выращены на месте и требуют небольшого количества энергии для обработки. Это снижает выбросы CO ₂ , связанные с транспортировкой и производством, следовательно, достигается более низкая ценность воплощенной энергии.Фактически, натуральные волокна были признаны отрицательными по углероду, если рассматривать весь жизненный цикл, поскольку растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород в воздух в рамках естественного процесса фотосинтеза.

Исследования показали, что добавление натуральных волокон в бетон может улучшить его инженерные свойства. Например, наблюдается улучшение вязкости разрушения, прочности на разрыв, прочности на изгиб, усталости и ударопрочности (Mehta and Monteiro, 2006).Кроме того, добавление волокон в бетонную матрицу давно признано способом повышения способности поглощать энергию и трещиностойкости обычного бетона (Merta and Tschegg, 2013). Сообщается также, что натуральные волокна улучшают изоляционные свойства бетона за счет снижения его теплопроводности на 25–35% (Awwad et al., 2012), что позволяет потенциально снизить потребление тепла зданием.

Тем не менее, включение необработанных натуральных волокон, как сообщается, обеспечивает сниженную прочность на сжатие из-за плохой адгезии и, следовательно, связи между волокнами и бетонной матрицей (Bentur and Mindess, 2007).Таким образом, целью данного исследования является использование предварительно обработанных натуральных волокон конопли для армирования бетона, решение этих текущих проблем и дальнейшее развитие механических свойств UHFRC для содействия использованию натуральных волокон в строительной отрасли.

Волокна конопли получают из луба растения Cannabis sativa L. и относятся к семейству каннабиса. Конопля обычно растет относительно легко при минимальном уходе и без использования искусственных удобрений. Он способен покрыть засаженную площадь в течение 4 недель (Rijswijk et al., 2003), что делает его выращивание дешевле, чем другие натуральные волокна. Переработка растения конопли в волокно требует ряда процессов, включающих удаление семян, вымачивание, сушку и сортировку, чтобы оставить равномерно разделенные пучки прядей конопли. Пряди волокон имеют цилиндрическую форму и различаются по диаметру / длине, часто с неровными поверхностями.

Лубяное волокно (внутренняя кора) часто рассматривается как отходы и обычно попадает на свалку (Morgan, 2014). Это не только делает волокна, необходимые для HFRC, чрезвычайно дешевыми, но и очень доступными.Еще одно важное преимущество заключается в том, что углерод, захваченный внутри конопли, компенсирует углерод, образующийся при производстве конопли, а также остаточный углерод, образующийся при производстве извести, после реабсорбции по мере отверждения извести (Ray, 2015).

Материалы и методы

Материалы

Бетон с водоцементным соотношением (W / C) 0,67 был приготовлен с использованием зольного портландцемента CEM II / B-V 32,5 N (CEMEX, Великобритания). Галька с максимальным размером частиц 10 мм и острый песок с максимальным размером частиц 2 мм использовались в качестве грубого и мелкого заполнителя, соответственно, в условиях насыщенной сухой поверхности. Волокно конопли (показанное на рисунке 1) было приобретено у Wild Fibers Ltd. (Великобритания) в виде прядей длиной 1,2 м и весом 250 г. Волокна конопли были на 100% натуральными, без предварительной обработки или дополнительных восков. Пряди конопли собирали в пучки по 25 г и разрезали на среднюю длину 15 мм. Обработанные и необработанные волокна конопли были добавлены в бетон в количестве 1% по объему. Плотность необработанного конопляного волокна составляла 1300 кг / м. ³ использовалась с целью получения пропорций смеси. Полный дизайн смеси представлен в таблице 1.

Рисунок 1 . Волокна конопли длиной пятнадцать миллиметров.

Таблица 1 . Пропорции бетонной смеси мас.%.

Обработка волокон конопли

Стограммовые партии нарезанных волокон конопли длиной 15 мм были погружены в 3 л растворы, содержащие 2 мас.% Са (ОН) ₂ , как показано на Рисунке 2А. Последняя концентрация раствора использовалась, поскольку она обеспечила удовлетворительную оценку щелочности поровой воды полностью гидратированного цементного теста. Затем волокна конопли выдерживали в щелочном растворе на 14 часов при контролируемой температуре 20 ° C. После замачивания волокна конопли осушали и тщательно промывали питьевой водой для удаления любого избытка Ca (OH) ₂ и получения нейтрального pH. Затем волокна снова оставляли стекать на 30 мин, чтобы избавиться от оставшейся лишней воды. Волокна конопли затем разложили на впитывающих хлопковых листах рыхлыми пучками, как показано на Фигуре 2В, для сушки при 20 ° C в течение 48 часов.Это обеспечивало равномерное высыхание, уменьшало эффект комкования, а после высыхания позволяло легко отделяться без повреждений.

Рисунок 2 . Волокна конопли (A), , погруженные в раствор Ca (OH) ₂ и (B), , высушенные после обработки раствором Ca (OH) ₂ .

Испытание на сжатие и растяжение

Прочность бетона на сжатие и растяжение была проверена в соответствии с BS EN 12390-3-2009 (Британский институт стандартов, 2009a) с использованием устройства для дробления бетона (VJ Tech, Великобритания). Как для испытания на сжатие, так и для испытаний на прочность на разрыв цилиндры диаметром 100 мм и высотой 200 мм были испытаны через 7, 14 и 28 дней. Для испытания прочности на растяжение при раскалывании использовали устройство для испытания на растяжение при раскалывании в соответствии с EN 12390-6 (Британский институт стандартов, 2009b). Методология расщепления при растяжении использовалась как простая альтернатива более сложному подходу к прямым испытаниям на растяжение. Чтобы получить точную оценку истинной прочности на разрыв FRC, предел прочности был рассчитан с использованием нагрузки в предельном состоянии линейной упругости, как рекомендовано Denneman et al.(2011). Всего было испытано 36 образцов, то есть по 3 образца на каждый из указанных дней, как для обработанного конопляного фибробетона (THFRC), так и для UHFRC; Отклонение результатов колебалось от 0,023 до 0,577.

Анализ с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ)

Электронная микроскопия была выполнена с использованием режима вторичных электронов (Zeiss Supra 35VP), чтобы охарактеризовать структуру поверхности волокна конопли и состояние волокна после разрушения HFRC. Образцы HFRC были высушены в вакууме и покрыты тонким слоем золота перед наблюдением, чтобы устранить эффекты зарядки во время сбора изображений.

Испытание на вязкость разрушения

Вязкость разрушения бетона определялась в соответствии с RILEM (TC 50-FMC и TC 89-FMT) (проект рекомендаций RILEM TC 50-FMC, 1985; проект рекомендаций RILEM TC 89-FMT, 1990) с использованием двухпараметрической модели разрушения. (TPFM), предложенный Jenq и Shah (1985) для интерпретации результатов. Балки 100 мм × 100 мм × 500 мм использовались для проведения испытания на трехточечный изгиб, которое подтвердило

Свойства бетона, армированного волокном (FRC) — Типы, использование и преимущества — Цементный бетон

Бетон, армированный волокном (FRC) — это усовершенствованная форма железобетона, залитого смесью цемента, строительного раствора или бетона и подходящих подходящих волокон с прерывистыми, дискретными, равномерно поврежденными волокнами. Многие исследователи доказывают, что добавление небольших, близко расположенных и равномерно распределенных волокон к бетону играет роль ограничителя трещин и существенно улучшает его статические и динамические свойства. Здесь мы кратко обсудим все типы, использование, свойства, микроструктуру и преимущества FRC.

Влияние волокон на бетон

Бетон, армированный волокнами, используется для преодоления трудностей, связанных с обычным цементным бетоном, который дает очень низкий предел прочности на разрыв, низкую пластичность и небольшую прочность на растрескивание.Также в обычном цементном бетоне есть вероятность хрупкого разрушения из-за распространения 90-140 микротрещин, присутствующих в бетоне, что снижает прочность на растяжение.

Используя обычные стальные стержни и применяя методы удержания, инженеры и ученые хотят улучшить свойства бетона на растяжение. Оба вышеупомянутых измерителя увеличивают прочность на сжатие бетонных элементов, но не увеличивают внутреннюю прочность бетона на растяжение по-своему.

Связанная статья: Легкий бетон: бетон на легком заполнителе, пенобетон, бетон без мелких фракций

Ниже приведены основные проблемы в обычном бетоне и подобных хрупких материалах: существует вероятность существования структурных трещин (микротрещины) еще до нагрузки и причины изменения объема из-за усадки при высыхании или по другим причинам .

Эти микротрещины распространяются и открываются под действием внешней нагрузки.Это распространение микротрещин представляет опасность для неупругой деформации бетона.

Типы волокон, используемых в фибробетоне

Волокно имеет круглую или плоскую форму и обладает определенными свойствами.

Обычно используемых волокон в фибробетоне:

• Стальное волокно,
• Полипропиленовое волокно,
• Нейлоновое волокно,
• Асбестовое волокно,
• Койровое волокно,
• Стекловолокно
9 и

Стальная фибра для бетона FRC

Чаще всего используется стальная фибра круглой формы. Диаметр волокна находится в диапазоне от 0,25 до 0,75 мм. Иногда волокно из-за влажности теряет часть своей прочности, но это возможно только на поверхности.

Некоторыми примерами использования бетона, армированного стальной фиброй, являются покрытия дорожных покрытий, настилов мостов и плат аэродромов, где они улучшают свойства бетона на изгиб, удар и усталость .

Стальная фибра также используется для кожухов и пластин заказчика .

Среди нескольких типов стальной фибры, недавно разработанной стальной фиброй, является «клееная стальная фибра Dramix» , как показано на рис. В этом волокне структура волокон находится в пучке, поэтому отделение и рассеяние регулируются, избегая раздувания волокон.

Клееная фибра Duramax может использоваться для производства высокопрочного бетона до класса M60 .Используется для облицовки туннеля , которая может защитить от пожара в туннеле.

Рис. 2. Фибра стальная клееная Dramix — используется для проходки проходки сегментов

Полипропилен и нейлоновое волокно , используемое в фибробетоне

Было обнаружено, что

полипропиленовые и нейлоновые волокна подходят для увеличения ударной вязкости , но они имеют низкий модуль упругости , поэтому они не подходят для прочности на изгиб.

Асбестоцемент является одним из продуктов смешанного портландцемента и асбеста, и его предел прочности находится в диапазоне от 560 до 980 Н / мм 2 (от 81221 Psi до 142137 Psi). Асбестоцемент имеет более высокую прочность на изгиб, поэтому он является наиболее удачным материалом.

Рис. 4. Конструкция из нейлонового волокна, используемого в фибробетоне

Органическое волокно , используемое в бетоне, армированном волокном

Иногда органических волокон , таких как койра, джут, тростник, также используются для несущественного фибробетона.Органические волокна или натуральные волокна (см. Различия в написании) — это волокна, которые производятся растениями, животными и геологическими процессами . Этот тип волокна может использоваться в качестве компонента композиционных материалов в менее важном фибробетоне, где ориентация волокон влияет на свойства. Органические волокна также можно ориентировать в листы для изготовления бумаги или войлока.

Рис. 5. Органическое волокно, используемое в фибробетоне

Стекловолокно , используемое в фибробетоне

Стекловолокно — один из современных методов производства бетона, армированного стекловолокном (GFRC Concrete).Он имеет очень высокий предел прочности на разрыв в диапазоне от 1020 до 4080 Н / мм2. Композитный материал под торговым наименованием «CEM-FIL» разработан как устойчивое к щелочам стекловолокно, поскольку стекловолокно (GRFC) при потреблении с цементом зависит от щелочного состояния цемента. Это более прочный материал по сравнению с обычным стекловолокном E-.

Углеродные волокна

Углеродное волокно обладает высоким модулем упругости и прочности на изгиб. рама находится в композиции с цементом в качестве армированного материала.Предел прочности на разрыв коронавируса составляет от до 2110 до 2815 Н / мм 2 .

В настоящее время здесь используются такие конструкции, как облицовка, панели и оболочки.

Факторы, влияющие на свойства фибробетона

Основные свойства фибробетона зависят от передачи напряжения между цементной матрицей , и волокнами , , потому что это композитный материал, состоящий из цементной матрицы и армированного волокном, которые распределены случайным или упорядоченным образом.Его свойства также зависят от техники уплотнения бетона, размера и формы заполнителя, количества волокон, типа волокон, ориентации и распределения волокон.

Относительная жесткость матрицы волокна

Исследователи показывают, что модуль упругости цементной матрицы должен быть ниже, чем у волокон для эффективной передачи напряжения. Сталь, стекло, углерод — высокомодульные волокна , придающие прочность и жесткость композиту.

Связь между цементной матрицей и волокнами должна быть достаточной для обеспечения высокой прочности композита на растяжение, а также эффективной для передачи напряжения.

Рис3. Зависимость объема волокна от вязкости и прочности

Объем волокон

Прочность и ударная вязкость , , , волокнисто-цементного композита зависят от объема используемых волокон, соотношение, как правило, линейное, означает, что форма волокон увеличивает прочность и ударную вязкость композита.К недостаткам фибры относится расслоение бетона и раствора.

Рис. 4. График, показывающий соотношение между объемом волокна при растяжении и прочностными характеристиками

Соотношение сторон волокна

Соотношение сторон (отношение длины к диаметру) (l / d) волокна является одним из важных свойств. Его значение находится в диапазоне от 30 до 150 . Свойства и поведение волокнистого композита также зависят от соотношения сторон.Согласно исследованиям, соотношение между соотношением сторон и пределом прочности композита составляет от линейных до соотношения сторон 75 . Но более 75% относительной прочности и ударной вязкости уменьшаются. Как показано в таблице ниже.

Таблица: соотношение между форматным соотношением и прочностью и ударной вязкостью.

0

Типы бетона	Соотношение сторон	Относительная прочность	Относительная вязкость
Обычный цементный бетон	0,	1,0
С	25	1,5	2,0
Случайно	50	1,6	8,0
	905 905 1,7 905		100	1,5	8,5

соотношение между аспектным отношением и прочностью и ударной вязкостью

Ориентация волокон

Волокна ориентированы произвольно, это полностью отличается от обычного армирования, когда стержни ориентированы в желаемом направлении.

Примечание: выравнивание волокон параллельно к приложенной нагрузке обеспечивает большую прочность на разрыв и ударную вязкость по сравнению с случайно распределенными перпендикулярными волокнами.

Технологичность и уплотнение бетона

Стальная фибра снижает удобоукладываемость бетона, также затрудняет уплотнение бетона при введении фибры. Неравномерное распределение волокна также является основной причиной плохой обрабатываемости.Таким образом, водоцементное соотношение может быть увеличено за счет добавления подходящих водоупорных добавок.

Размер крупного заполнителя

Минимальный размер конечно же заполнителя должен быть 10 мм.

Замешивание фибробетона

Смешивание бетона, армированного фиброй, должно выполняться таким образом, чтобы не допускать расслоения, комкования волокон и затруднений при равномерном смешивании материалов.

Смешивание стальной фибры с содержанием более двух форм сторон более 100 смешивать трудно.

Ниже приведены типичные пропорции , используемые для смешивания бетона, армированного фиброй:

Содержание цемента: от 325 до 550 кг / м3

Вт / с : от 0,4 до 0,6

Доля Святого в общей совокупности: от 50 до 100%

Максимальный размер заполнителя: 10 мм

Содержание воздуха: от 6 до 9 процентов

Содержание клетчатки: 0.От 5 до 2,5 процентов по объему смеси

: Сталь — 1% 78 кг / м3

: Стекло- 1% 25 кг / м3

: нейлон, 1 процент, 11 кг / м3

Меры предосторожности: Волокно следует добавлять перед добавлением воды, так как это обеспечивает равномерное распределение волокон по всей смеси.

Применение фибробетона

фибробетона увеличивает статической и динамической прочности на разрыв , энергопоглощающие характеристики и лучшей усталостной прочности так, что теперь в день, используя накладки аэродрома, дорожного покрытия, огнеупорной футеровки и т.д.

Изотропные свойства бетона обеспечиваются за счет равномерного распределения волокон по сравнению с обычным армированным бетоном, поэтому в настоящее время бетон, армированный волокнами, также используется для изготовления сборных элементов, таких как трубы , лодки, балки, ступени лестниц, стеновые панели, кровельные панели, люки сантехнические и др. .

Торговое наименование фибробетона в США: «Бетон Виранда». Другой вид использования этого типа бетона — производство сборных форм для опалубки U-образной формы для отливки перемычек и небольших балок.

Цемент, армированный стекловолокном (GFRC)

Гибридный бетон в настоящее время используется во многих частях строительства.

Стекловолокно, устойчивое к щелочам. разработано компанией UK Building Research и классом Peking Tom UK.

Цементный или цементно-песчаный раствор смешивают с 4-4.5% по объему цемента, армированного стекловолокном. Стекловолокно слишком часто используется в качестве строительных компонентов. например. ниже.

Применение стекловолоконного бетона (GFRC):

• Облицовка здания;
• Постоянная и временная опалубка;
• Производство напорных труб;
• Изготовление дверей и дверной коробки;
• Декоративные решетки,
• Солнцезащитные предохранители,
• Автобусные навесы и
• Для изготовления парковых скамеек.
Рис.6. Стекловолокно, используемое для — Стекловолокно для армирования бетона

Текущие разработки в области фибробетона (FRC)

Новые технологии, разработанные в FRC:

• Микроволоконные системы с большим объемом волокна.
• Фибробетон, пропитанный жидким раствором (SIFCON).
• Компактные армированные композиты

A Краткое обсуждение об этих материалах приведено ниже:

Микроволоконные системы с большим объемом волокна

Физические свойства этого микроволокна:

• Размер около 3 мм в длину и
• Площадь поперечного сечения от 5 до 25 микрон,
• Удельная поверхность 200 см2 / грамм.

Обычный метод смешивания не используется при дозировании микроволоконного цемента из-за комкования волокна, дисперсии улучшителя с меньшей удобоукладываемостью.

Используемая техника смешивания: Omni Mixer с использованием добавок, таких как карбоксиметилцеллюлоза, микрокремнезем и измельченный гранулированный доменный шлак.

Для Supreme Performance достигаются высокие дозы суперпластификаторов, низкое соотношение песка и цемента, стандартные частицы песка размером менее 1 мм, смешивающиеся в течение длительного времени.

Благодаря высокой прочности и высокой ударной вязкости , он используется в тонких сборных железобетонных изделиях, таких как кровельные листы, облицовочные панели и т. Д. Он также очень популярен при ремонтных и восстановительных работах.

Использование пластикового волокна для улучшения огня 🔥Устойчивость высокопрочного бетона

Недавно в высококачественную бетонную смесь были включены пластиковые волокна, такие как полипропиленовые волокна , , , , чтобы обеспечить хрупкость и улучшить огнестойкость высокопрочного бетона.

Бетон, изготовленный с очень низким соотношением вод / цемент ( соотношение вод / цемент 0,30 или менее, ), уступает по огнестойкости обычному бетону с соотношением вод / цемент 0,5 или более.

При соотношении вода / цемент 0,5 или более микроструктура такого бетона, вероятно, будет более пористой из-за наличия больших капиллярных полостей, образованных избыточной водой, не используемой в процессе гидратации.

В случае высокопрочного бетона с очень низким соотношением вода / цемент микроструктуры практически плотные и отсутствуют капиллярные полости.

Когда такой высокопрочный бетон подвергается воздействию огня, водяной пар будет оказывать давление и заставляет бетон покрывать бетон с по отколом, подвергая арматуру непосредственно воздействию огня.

Благодаря включению пластиковых волокон волокна плавятся при высокой температуре и создают пустоты в поверхностной части бетона, которые поглощают давление водяного пара, уменьшая отслаивание покрывающего бетона и тем самым защищая стальную арматуру от прямого воздействия огня.

Фактически, плавление пластиковых волокон делает высокопрочный бетон пористым материалом, подобным обычному бетону, чье свойство хорошая огнестойкость неоспоримо.

Фибробетон, пропитанный жидким раствором (SIFCON)

Фибробетон, пропитанный жидким раствором, был изобретен компанией Lakard в 1979 . В этом методе микроволокно в бетоне поддерживается примерно 20% по объему с помощью метода подготовки стального фибрового слоя, и цементный раствор пропитывается .Этот процесс может улучшить свойства бетона, такие как несущая способность и ударная вязкость.

Большой объем волокна позволяет также достичь высоких характеристик прочности на сжатие.

В наши дни взрывозащищенные конструкции и взломостойкие хранилища в банках, жилых домах работают лучше SIFCON.

Композитные армированные компактные (CRC)

В компактных армированных композитах используются следующие составы материалов:

• Плотная цементная матрица,
• От 20 до 30% микрокремнезема по массе цемента,
• От 10 до 20% от объема обычной арматуры,
• от 5 до 10 % тонких волокон длиной 6 мм и 0.Диаметр 15 мм.

CRC — чрезвычайно прочный материал, имеющий предел прочности на изгиб до 260 МПа и предел прочности на сжатие до 200 МПа .

Компактный армированный композит — это универсальный материал, который можно формовать и изготавливать на месте, и он почти такой же прочный, как конструкционная сталь.

Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу Фибробетон , напишите нам.

Вам также понравится:

(посещений 599 раз, сегодня 2 посещений)

Продолжить чтение

Бетон из углеродного нановолокна для обнаружения повреждений объектов инфраструктуры

1.Введение

Исследования волокна в бетонных конструкциях — постоянная область, и использование углеродных нановолокон (УНВ) изучается. Волокна улучшают хрупкие материалы, такие как бетон, за счет повышения прочности на разрыв, пластичности, ударной вязкости и проводимости. Композитные материалы с коротким волокном — это класс датчиков деформации, основанный на концепции вытягивания короткого электропроводящего волокна, которое сопровождает небольшое и обратимое раскрытие трещин. Чтобы волокнистый композит обладал чувствительностью к деформации, волокна должны быть более проводящими, чем матрица, в которую они заделаны, иметь диаметр меньше длины трещины и хорошо рассредоточены.Их ориентация может быть случайной, и они не должны касаться друг друга. Электропроводность волокон позволяет постоянному току (DC) удельное электрическое сопротивление композитов изменяться в ответ на изменение деформации или температуры, что позволяет проводить измерения.

2. Нанотехнология в бетоне

Несмотря на то, что нанотехнологии появились в научных исследованиях сравнительно недавно, введение этой концепции приписывают лауреату Нобелевской премии Ричарду Фейнману из его лекции 1959 года «На дне много места». [1].Фейнман считал возможность прямого манипулирования отдельными атомами мощной формой синтетической химии. Спустя десятилетия концепция Фейнмана трансформировалась в область нанотехнологий. Согласно Национальному научному фонду и Национальной инициативе в области нанотехнологий, определение нанотехнологии включает три элемента [2]:

• Диапазон размеров рассматриваемых структур материалов должен составлять приблизительно 100 нанометров;

• Нанотехнология должна иметь возможность измерять или преобразовывать в наномасштабе;

• Должны быть свойства, специфичные для наномасштаба по сравнению с макро или микромасштабом.

Следуя этому определению, за последние 25 лет нанотехнология расширилась от идеи Фейнмана и теперь находит применение в самых разных областях, от медицинских устройств до наноармированного бетона [3, 4].

На сегодняшний день осведомленность о нанотехнологиях и их применении в строительной отрасли растет; однако на нынешних ранних этапах его практического использования прогресс идет неравномерно. Бартос [5] представляет три причины этого явления:

• Строительная отрасль по своей природе сильно отличается от других отраслей, занимающихся исследованиями в области нанотехнологий.Конечные продукты строительной отрасли не производятся серийно и требуют относительно длительного срока службы, что отличает их от продуктов микроэлектроники, информационных технологий и автомобилестроения.

• Исторически сложилось так, что объем инвестиций в исследования и разработки в строительстве очень низок.

• Исследования и разработки, связанные с нанотехнологиями, требуют очень высоких начальных капиталовложений

Несмотря на эти трудности, в нанонауке о вяжущих материалах были достигнуты значительные успехи с углублением понимания основных явлений в цементе на наномасштабе. .К ним относятся структура и механические свойства гидратных фаз, источники когезии цемента, гидратация цемента, границы раздела в бетоне и механизмы разрушения [6]. Основное применение нанотехнологий — это усиление наноразмеров в материалах на основе цемента, таких как углеродные нанотрубки или нановолокна.

3. Бетон, армированный волокном

Бетон, состоящий из мелких и крупных заполнителей, удерживаемых вместе гидратированным цементным связующим, является одним из наиболее важных строительных материалов и используется в различных областях проекта, включая фундамент домов, компоненты высотных башен, шоссе , и плотины.Гидратированный цемент — это хрупкий материал, который на порядок сильнее при сжатии, чем при растяжении. Чтобы компенсировать эту слабость, в бетон добавляют арматуру, обычно состоящую из арматуры или волокон.

Использование волокон для усиления хрупких материалов восходит к древним временам, когда в глиняные кирпичи добавляли солому и волосы. Современное развитие использования волокон в строительстве началось в 1960-х годах с добавлением стальных волокон в железобетонные конструкции.За этим последовало добавление полимерных волокон, стекловолокна и углеродных волокон в 1970-х, 80-х и 90-х годах соответственно [7].

Волокна улучшают хрупкие материалы, такие как бетон, за счет повышения прочности на разрыв, пластичности, ударной вязкости и проводимости [8-13]. Волокна обычно используются в двух формах: короткие хаотично распределенные волокна в цементной матрице или непрерывная сетка волокон, используемых в тонких листах. Здесь мы сосредоточимся на случайно распределенных волокнах, используемых для остановки трещин.Процесс растрескивания в бетоне начинается с появления изолированных нанотрещин. Эти нанотрещины срастаются, образуя локализованные микротрещины, которые, в свою очередь, срастаются, образуя макротрещины. Эти макротрещины расширяются, образуя трещины, видимые невооруженным глазом. Волокна задерживают эти трещины, образуя перемычки между ними. При увеличении растягивающего напряжения в конечном итоге происходит разрыв соединения, и волокно вырывается из бетона, позволяя трещине расширяться. На рис. 1 показано перекрытие волокон микротрещинами и макротрещинами в бетоне.

Рис. 1.

Перемычка волокон через микротрещины и микротрещины

4. Наноармирование в материалах на основе цемента

С момента открытия углеродных нанотрубок (УНТ) в 1991 году [14] исследователи захотели реализовать уникальные механические , термические и электронные свойства УНТ и УНВ в композитах на основе цемента. Одностенные УНТ (ОСУНТ), многостенные УНТ (MWCNT) и УНВ представляют собой материалы на основе графеновых колец с соотношением сторон более 1000 и большой площадью поверхности [6, 15].УНТ и УНВ имеют модули упругости в диапазоне террапаскалей и прочности на разрыв порядка гигапаскалей [6, 16, 17]. SWCNT состоят из одного листа графена, обернутого в цельный цилиндр, тогда как, как следует из названия, MWCNT представляют собой несколько концентрических листов графена, обернутых вокруг полого ядра. CNF представляют собой цилиндрические наноструктуры со слоями графена, расположенными в виде стопки конусов, чашек или пластин. УНВ являются передовыми, потому что их многослойная структура представляет собой открытые граничные плоскости, отсутствующие в УНТ, что способствует увеличению площади поверхности и лучшим характеристикам сцепления.УНВ из-за своей структуры легче производить и стоят в 100 раз меньше, чем ОСУНТ [18]. Из-за увеличенной поверхности сцепления и более низкой стоимости УНВ более адгезивны, чем УНТ, для применения в композитах на основе цемента.

5. Дисперсия УНТ и УНВ

Большинство исследований наноармированных композитов было выполнено на полимерах, содержащих УНТ или УНВ [6, 19, 20]. Одна из основных причин этого заключается в том, что в материалах на основе цемента трудно получить однородное диспергирование. Хорошо диспергированные УНВ приводят к образованию однородного геля силикат-гидрата кальция (CSH), который улучшает структурные и электрические свойства бетона [21].УНТ и УНВ по своей природе гидрофобны и притягиваются за счет сил Ван-дер-Ваальса, вызывая тенденцию к агломерации волокон, препятствуя их диспергированию в сольвантах [17, 22-24].

Было предложено несколько решений для решения этой проблемы, включая диспергирование волокон путем измельчения, обработки ультразвуком, потока с высоким сдвигом, удлиненного потока, функционализации, в дополнение к поверхностно-активным и химическим системам диспергирования [24]. Эти методы в основном делятся на две категории: механическое и химическое диспергирование.Методы механического диспергирования, такие как обработка ультразвуком, хотя и эффективны при разделении волокон, могут разрушать их, уменьшая их соотношение сторон. В химических методах используются поверхностно-активные вещества или функционализация, чтобы сделать волокна менее гидрофобными, уменьшая их склонность к агломерации. Однако многие из используемых химикатов могут переваривать волокна, в результате чего волокна становятся менее эффективными. Поверхностно-активные вещества также часто вызывают образование пузырьков в композите, что отрицательно сказывается на прочности материала.

Гао и др. [12] предложили метод диспергирования, специально используемый для диспергирования УНВ / ​​УНТ в материалах на основе цемента, который устраняет вышеупомянутые недостатки. В этом методе для создания самоуплотняющегося бетона (SCC) используется высокопроизводительный водоредуктор (HRWR). Комитет ACI 237 Self-Consolidating Concrete предлагает следующее определение SCC [25]:

Самоукрепляющийся бетон (SCC) — это высокотекучий, не расслаивающийся бетон, который может растекаться по месту, заполнять опалубку и инкапсулировать арматуру без какого-либо механическое уплотнение.

SCC — продукт технологических достижений в области технологии подводного бетона, где смеси должны обеспечивать высокую текучесть и высокую устойчивость к вымыванию и расслоению. Окамура первоначально выступал за SCC в 1986 году, и первый успех SCC произошел в 1988 году [26]. Использование SCC получило широкое распространение благодаря экономии затрат на рабочую силу, сокращению времени строительства, лучшей отделке и улучшенной рабочей среде [27-30].

Развитие технологии SCC стало возможным в первую очередь благодаря введению новых химических добавок, которые улучшили и контролировали реологические свойства SCC.Более эффективные смеси SCC были получены с появлением суперпластификаторов HRWR на основе меламина, нафталина, поликарбоксилата и акрила и модификаторов вязкости (VMA).

Гао и др. [12] предложили использовать SCC, потому что приемлемый SCC не только очень текуч, но также очень стабилен и гомоген в макроуровне. Институт предварительно напряженного бетона (PCI) устанавливает следующие критерии для SCC [26]:

• Заполняющая способность — свойство, которое определяет, насколько быстро SCC течет под собственным весом и полностью заполняет сложные пространства препятствиями, такими как арматура, без потерь его стабильность.

• Проходимость — способность SCC проходить через перегруженную арматуру и прилипать к ней без приложения внешней энергии.

• Стабильность — способность SCC оставаться гомогенной, сопротивляясь сегрегации, кровотечению и выталкиванию воздуха во время транспортировки и размещения, а также после размещения.

Гао и др. [12] изучали SCC, содержащий CNF, чтобы увидеть, присутствует ли тот же эффект в наномасштабе. В процедуре смешивания Гао и др. HRWR, вода и CNF смешиваются в смесителе лабораторного класса.Одновременно в центробежном смесителе смешивают мелкий заполнитель, крупный заполнитель и цемент. Затем смесь CNF медленно добавляют в смеситель для получения однородной смеси. Свежий бетон использовался для создания цилиндров, испытанных на сжатие. После испытания части цилиндров наблюдали под растровым электронным микроскопом (SEM). SEM показал значительное комкование CNF в образцах, изготовленных из обычного бетона CNF, и равномерное распределение в SCC, содержащем CNF, как показано на рис. 2 и 3 соответственно.

Рис. 2. Изображение с помощью сканирующего электронного микроскопа

скопления CNF в нормальном цементе (увеличение 1670x)

Рис. 3.

Изображение с помощью сканирующего электронного микроскопа хорошо диспергированного CNF в однородном самоуплотняющемся цементе (увеличение 9410x)

6 Способность материалов на основе цемента CNT / CNF к деформации

«Умные» материалы — это материалы, которые воспринимают окружающую среду и реагируют на изменения напряжения, температуры, влажности, pH и / или электрических или магнитных полей.Композиты CNT / CNF квалифицируются как интеллектуальные материалы, поскольку их можно использовать для измерения деформации и температуры [4, 13, 32-35]. Существует два типа определения деформации: обратимый и необратимый. Измерение необратимой деформации позволяет контролировать состояние конструкции, а измерение обратимой деформации позволяет контролировать динамическую нагрузку. Мониторинг состояния конструкций — это процесс реализации стратегии обнаружения повреждений и определения характеристик инженерных сооружений. Мониторинг динамической нагрузки может обнаруживать нагрузки на конструкции по мере их приложения и снятия в реальном времени.Это важные технологии, потому что они измеряют способность конструкции выполнять свои функции, несмотря на старение, деградацию или катастрофы. Обычно контролировать обратимую деформацию труднее, поскольку ее можно отслеживать только в режиме реального времени. Кроме того, обратимая деформация имеет тенденцию быть меньше необратимой деформации [31].

Определение деформации относится к способности измерять электрический или оптический отклик, соответствующий деформации. Чен и Чунг [31] предъявляют следующие требования к структурному датчику:

1. Широкий диапазон обнаружения деформации / напряжения (от небольших деформаций до разрушения)

2. Реакция обратима при удалении стимула (необходима для повторного использования датчик)

3. Простота измерения отклика (без необходимости дорогостоящего периферийного оборудования)

4. Наличие датчика, не оказывающего плохого влияния на структурные свойства конструкции

5. Химическая стабильность и долговечность

6. Низкая стоимость

В настоящее время широко используемые тензодатчики включают тензодатчики, оптоволоконные датчики и пьезоэлектрические датчики, которые все страдают высокой стоимостью, низкой долговечностью и необходимостью в дорогом периферийном оборудовании, включая электронику и лазеры.Из-за этого использование датчиков в строительных конструкциях является редкостью [31]. Композиты CNT / CNF могут стать лучшим вариантом в качестве датчика деформации, потому что, однако, технологии могут предоставить способ сделать их более дешевыми в будущем.

УНТ и УНВ материалы на основе цемента обладают свойствами, необходимыми для контроля обратимой деформации и защиты от электромагнитных помех (EMI). Было обнаружено, что композиты с коротким волокном представляют собой класс датчиков деформации, основанный на концепции вытягивания короткого электропроводящего волокна, которое сопровождает небольшое и обратимое раскрытие трещин.Чтобы композит CNT / CNF обладал чувствительностью к деформации, волокна должны быть более проводящими, чем матрица, в которую они заделаны, иметь диаметр меньше длины трещины и хорошо рассредоточены. Их ориентация может быть случайной, и они не должны касаться друг друга [32, 33]. Электропроводность волокон позволяет электрическому сопротивлению композитов по постоянному току изменяться в ответ на деформационное повреждение или температуру, что позволяет проводить измерения [13, 32-35].

7. Применение углеродного волокна в цементе и растворах с самоочувствительностью

Примерно в то же время, когда были открыты УНТ, исследователи добавляли углеродные микроволокна к материалам на основе цемента и изучали их механические свойства.В 1992 г., изучая механические свойства углеродных микроволокон, диспергированных в строительном растворе, Янг и Чанг [35] отметили, что электрическая стойкость строительного раствора, содержащего эти волокна, резко снизилась на несколько порядков.

Эта идея электропроводящего бетона привела к тому, что Чен и Чанг предложили по своей сути умный бетон, содержащий углеродные микроволокна [8]. Чен и Чанг приготовили кубики раствора, содержащие углеродные микроволокна, и периодически тестировали их. Они обнаружили, что удельное электрическое сопротивление бетона необратимо увеличивалось при сжимающей нагрузке примерно до 1/3 прочности на сжатие раствора.После этого сопротивление обратимо увеличивалось и уменьшалось при загрузке и разгрузке образцов. Чен и Чанг пришли к выводу, что бетон, армированный углеродным волокном, может служить разумным конструкционным материалом. После этого эксперимента Чен и Чанг провели более подробный циклический эксперимент с раствором из углеродного волокна при циклических нагрузках [31]. После этого испытания они пришли к выводу, что первоначальное необратимое поведение вызвано необратимым повреждением, связанным с ослаблением границы раздела волокно / матрица. Они приписали обратимое поведение раскрытию трещины с вытягиванием волокна и закрытию трещины с возвращением волокон внутрь.

УНТ

являются наиболее проводящими волокнами, известными в настоящее время, и поэтому они более идеальны для электрических применений, чем их аналоги в микромасштабе [36, 37]. УНТ и УНВ также привлекательны для использования в композитах на основе цемента из-за прочности и высоких соотношений сторон [6, 16, 17]. Ли и др. Предложили добавлять в строительный раствор MWCNT для улучшения механических свойств [14]. Ли и др. Подтвердили, что прочность бетона на изгиб и сжатие была увеличена, но не изучали электрические свойства.Позже эта же группа исследовала удельное электрическое объемное сопротивление цементного теста, содержащего УНТ, измеренное четырехзондовым методом [39]. Они приложили циклическую сжимающую нагрузку к прямоугольной призме из материала размером 40,0 x 40,0 x 160,0 мм (1,575 x 1,575 x 6,30 дюйма). Частичное изменение объемного удельного сопротивления колебалось примерно до 10% при колебаниях сжимающей нагрузки.

8. Обнаружение повреждений бетонных колонн CNF

Гао и др. Расширили работу над самоочувствительными материалами на основе цемента, изучив 152.Цилиндры 4 мм на 305 мм (6,00 дюймов на 12,00 дюймов) из бетона, содержащего CNF [12]. Гао и др. Монотонно раздавили цилиндры и изучили изменение электрического сопротивления. Они наблюдали колебания электрического сопротивления до 80% и пришли к выводу, что бетон, содержащий CNF, можно использовать для самостоятельного мониторинга состояния конструкций.

Хаузер и др. Продолжили работу Гао и др. И расширили ее до полномасштабной железобетонной колонны, содержащей CNF [4, 12]. Колонна из самокрепляющегося бетона CNF (SCCNFC) была построена и испытана при обратной циклической нагрузке.Были исследованы структурное поведение и способность к самоощущению. Результаты сравнивались со структурной и самочувствительной способностью традиционного самоуплотняющегося железобетона (SCRC) и образца самокомпенсирующегося стального фибробетона (SCSFC).

Все колонны были высотой 508 мм (20,0 дюйма) с поперечным сечением 305 мм на 305 мм (12,00 дюймов на 12,00 дюймов). Каждый образец содержал шесть арматурных стержней № 8 (диаметром 25,4 мм или 1,00 дюйма), что соответствовало 3,27% продольной стали по объему бетона.Колонны SCRC и SCCNFC содержали хомуты № 2 с шагом 120,7 мм (4,75 дюйма), обеспечивающие поперечное армирование 0,287% по объему бетона. Поскольку колонны были спроектированы так, чтобы иметь критический сдвиг, максимальное расстояние между арматурой было выбрано на основе технических требований ACI 318 [25]. См. Рис. 4 для поперечного сечения, используемого для столбцов SCRC и SCCNFC. Колонна SCSFC не содержала поперечной арматуры, как показано на рис. 5. Каждая из колонн была жестко связана с аналогичными основаниями.См. Рис. 6 с вертикальной проекцией колонн и фундаментов SCRC и SCCNFC. Столбец SCSFC идентичен показанному на рис. 6, за исключением того, что он не содержит поперечной арматуры. На рис. 7 показана экспериментальная установка.

Рис. 4.

Поперечное сечение колонн SCRC и SCCNFC (размеры в дюймах)

Рис. 5.

Поперечное сечение колонны SCSFC (размеры в дюймах)

Рис. 6.

Вид сбоку крепостной Ось критических на сдвиг колонн и фундаментов SCRC и SCCNFC (размеры в дюймах)

Рисунок 7.

Экспериментальная установка

Свойства материалов, использованных для трех смесей, были следующими:

1. Цемент: Цемент, используемый во всех смесях, представлял собой портландцемент ASTM типа III.

2. Летучая зола: Летучая зола класса C использовалась для смеси SCSFC, а летучая зола класса F использовалась для смеси SCRC.

3. Крупнозернистый заполнитель: В колонне SCCNFC использовался измельченный известняк с максимальным диаметром ¾ ”. В других колоннах использовался речной камень с максимальным диаметром ¾ ”.

4. Мелкий заполнитель: Во всех смесях использовался природный речной песок с модулем крупности 2,71.

5. High Range Water Reducer (HRWR): Glenium® 3200HES использовался в колонке SCCNFC, а Glenium® 3400 HES использовался в других колонках. Оба химиката представляли собой поликарбоксилатные добавки от BASF Chemical Co.

6. Агент, модифицирующий вязкость (VMA): в образцах использовался RHEOMAC® VMA 450, который также был поставлен BASF Chemical Co. используется в смеси SCSFC.Это было крючковатое волокно с удельным весом 7,85. Диаметр волокна составляет 0,55 мм (0,0217 дюйма), а длина — 30 мм (1,18 дюйма), что дает коэффициент формы 55.

7. Углеродные нановолокна: Pyrograf Products, Inc. PR-19-XT- В этом исследовании использовались волокна LHT-OX. Удельный вес волокон составлял 0,0742. Диаметр волокон составлял 149 нм (5,87e-6 дюймов), а длина — 19 мкм (7,48e-4 дюйма), в результате получалось соотношение сторон 128.

Пропорции смеси, использованные для трех колонок можно увидеть в таблице 1.Для обеих оптоволоконных колонок, выбранных на основании обзора литературы, был использован один процент волокна по объему. Гао и др. Обнаружили, что оптимальная дозировка CNF составляет примерно 1% по объему [12] [12]. Многие исследователи обнаружили, что увеличение количества стальной фибры улучшает свойства бетона; однако после процентного содержания волокон в 1% по объему бетон становится все менее обрабатываемым, что может вызвать проблемы в строительстве, такие как соты [39-41].

Материал	SCRC Mix	SCSFC Mix	SCCNFC Mix
44139 9011 7511 7511 7511 7511 7511 7511 7511 7511	457 (771)
Летучая зола (класс C)	—	299 (504)	—
Летучая зола (класс F)	9019 (501155) —	—
Мелкозернистый заполнитель	937 (1580)	937 (1580)	898 (1514)
Крупнозернистый заполнитель (Известняк199)	9	(1448)
Крупный заполнитель (Ривер-Рок)	491 (827)	491 (827)	—
Вода	224 (377) 90 519	224 (377)	182 (307)
Glenium® 3400HES	2.81 (4,73)	2,81 (4,73)	—
Glenium® 7700HES	—	—	2,34 (3,94)
REHEOMAC	REHEOMAC	5,69 (9,59)	—
Стальные волокна	—	79,8 (134)	—
Углеродистые нановолокна7 (3,287)	)

Таблица 1.

Пропорции смеси в кг / м ³ (фунт / ярд ³ ) бетона

Основной целью испытаний колонны SCCNFC было доказать, что бетон, содержащий CNF, можно использовать как датчик. Чтобы проверить электрические свойства бетона, в каждую из колонн были встроены проволочные сетки. Проволочные сетки были сделаны из аппаратной ткани диаметром 12,7 мм (1/2 дюйма) с припаянной к ней медной проволокой 14 калибра. Проволока выходила за пределы колонны.Был реализован четырехзондовый метод измерения сопротивления, и сетки были размещены в колонне, как показано на рис. 8. К верхней сетке был подключен источник питания, который обеспечивал ток приблизительно 31 В постоянного тока. Амперметр был прикреплен к нижней сетке и снова подключен к источнику питания, чтобы замкнуть цепь. Ток, измеренный амперметром, во время испытаний постоянно регистрировался вручную. К двум средним сеткам на северной и южной сторонах колонны были прикреплены дополнительные вольтметры для измерения напряжения.Показания напряжения также записывались непрерывно на протяжении всего испытания.

Рис. 8.

Четырехзондовый метод измерения сопротивления

Первым шагом программы нагружения было приложение осевой нагрузки, которая оставалась постоянной в течение испытания. Осевая нагрузка составляла одну десятую расчетной осевой нагрузки каждой колонны. Осевая способность зависит от прочности бетона на сжатие, поэтому осевое усилие для каждого образца варьируется.

После приложения осевой нагрузки была добавлена ​​реверсивно-циклическая нагрузка с использованием привода с усилием 649 кН (146 тысяч фунтов).Предполагаемый путь нагружения заключался в использовании управления усилием для завершения двух циклов каждый: ± 89 кН (20 кН), ± 178 кН (40 кН) и ± 267 кН (60 кН). Положительная сила означает толчок со стороны привода, а отрицательная сила — тянущее усилие. В точке податливости стали в продольном направлении испытание переключилось на управление смещением и завершилось два цикла каждый с пластичностью смещения 2, 3, 4 и т. Д. Как только произошел отказ, при управлении смещением была получена нисходящая ветвь на кривой зависимости нагрузки от смещения. Режим.

Путь нагружения образца колонны ПКРК можно увидеть на рис. 9 с первыми трещинами, переключением на контроль смещения и отмеченными разрушениями. Первая трещина на южной стороне колонны возникла при -178 кН (-40 кН). Первая трещина сдвига образовалась на колонне во время первого цикла -178 кН (-40 кН) при -178 кН (-40 кН) на западной стороне. Колонна разрушилась при сдвиге и раздавливании бетона при 276 кН (62 к). На западной стороне колонны наблюдалось раздавливание бетонных стоек с большими трещинами сдвига.На восточной стороне появилось местное раздавливание в месте соединения привода. Максимальное смещение в верхней части колонны (дрейф) составляло 12,7 мм (0,50 дюйма).

Рис. 9. Путь нагружения колонны SCRC

Путь нагружения колонны SCSFC можно увидеть на Рис. 10 с отмеченными первыми трещинами и повреждениями. Первые трещины сдвига и изгиба образовались на колонне во время второго цикла 178 кН (40 кН) при 178 кН (40 кН) на западной и северной сторонах соответственно. Вторая трещина изгиба образовалась на южной стороне во время второго цикла -178 кН (-40 кН) при -178 кН (-40 кН).Колонна внезапно вышла из строя при сдвиге и раздавливании при 347 кН (78,0 к) на западной стороне колонны до того, как арматурный стержень подался. Максимальное смещение составляло 8,38 мм (0,33 дюйма).

Рис. 10.

Путь нагружения колонны SCSFC

Фактический путь нагружения колонны SCCNFC можно увидеть на рис. 11. Насос отключился во время испытания, а привод разгружен во время пятого цикла испытания. Насос был снова включен, и испытание продолжилось. Первая трещина изгиба образовалась на колонне при 160 кН (36 кН) с восточной, западной и северной сторон.Вторая трещина изгиба образовалась на восточной, западной и южной сторонах при нагрузке -158 кН (-35,6 к). Колонна вышла из строя в комбинированных режимах сдвига и дробления бетона из-за прогиба при 298 кН (67 кН) на западной стороне колонны. Максимальное смещение составляло 10,16 мм (0,4 дюйма).

Рисунок 11.

SCCNFC Путь нагрузки на колонну

Во время каждого испытания колонны определялось электрическое сопротивление, чтобы проверить способность бетона к самочувствию. Электрические показания показали большую корреляцию между пиками на графиках приложенной горизонтальной силы, деформации и сопротивления для столбца SCCNFC, но небольшую корреляцию между графиками сопротивления и графиками силы или деформации для столбца SCRC или SCSFC.На рис. 12 показана зависимость горизонтальной силы колонны SCRC, деформации LVDT и электрического сопротивления от времени на северной стороне колонны. Нет никакой связи между пиками и впадинами электрического сопротивления и нагрузкой или деформацией на северной стороне колонны.

Рисунок 12.

Столбец SCRC Сравнение горизонтальной силы, деформации LVDT и электрического сопротивления на северной стороне

На рис. 13 показаны сила, деформация и сопротивление колонны SCSFC в зависимости от времени на северной и южной сторонах колонны, соответственно .Как показано серыми вертикальными линиями, нет взаимосвязи между пиками и впадинами сопротивления и нагрузки или деформации, пока не начнется серьезное растрескивание. После того, как начали происходить серьезные трещины, пики и спады электрического сопротивления стали соответствовать пикам и впадинам нагрузки и деформации. Эта точка показана пунктирной линией на рис. 13.

Рис. 13.

Столбец SCRC Сравнение горизонтальной силы, напряжения LVDT и электрического сопротивления на северной стороне

Рис.14 показывает взаимосвязь между горизонтальной нагрузкой колонны SCCNFC, деформацией LVDT и электрическим сопротивлением в зависимости от времени на северной стороне колонны. Как показано вертикальными линиями на сетке, существует очень хорошая корреляция между силой, деформацией и сопротивлением. На северной стороне колонны пики и впадины совпадали до тех пор, пока колонна не была сильно повреждена.

Рис. 14.

Столбец SCCNFC Сравнение горизонтальной силы, деформации LVDT и электрического сопротивления на северной стороне

Из-за сильной корреляции, обнаруженной между горизонтальной нагрузкой, деформацией LVDT и электрическим сопротивлением в зависимости от временных графиков для столбца SCCNFC, Изменение электрического сопротивления (ERV) было рассчитано и сравнено с отклонением в верхней части колонны.ERV — это измеренное электрическое сопротивление минус начальная величина электрического сопротивления, деленная на начальное электрическое сопротивление. На рис. 15 показана взаимосвязь между ERV и прогибом в верхней части столбца для первых пяти циклов испытания. Из рис. 15 очевидно, что столбец показывает серьезные повреждения при прогибе примерно 2,03 мм (0,08 дюйма). Это соответствует текучести стали в колонке SCCNFC. Это доказывает, что SCCNFC можно использовать в качестве самоструктурной системы мониторинга здоровья.

Рис. 15.

Столбец SCCNFC ERV в сравнении с горизонтальным отклонением

9. Выводы

Самоукрепляющийся бетон из углеродного нановолокна (SCCNFC) следует определению нанотехнологии, установленному Национальным научным фондом и Национальной инициативой по нанотехнологиям [2]. Диапазон размеров углеродных нановолокон (УНВ) составляет примерно 100 нанометров, SCCNFC может измерять повреждения в композите, а УНВ обладают свойствами, специфичными для наномасштаба.

Хорошо диспергированная УНВ улучшает прочность и жесткость бетона. Избыточная концентрация приводит к образованию плохо диспергированных комков УНВ внутри бетона и отрицательно сказывается как на прочности, так и на электрической чувствительности. Легко обрабатываемый и стабильный самоуплотняющийся бетон (SCC) может сохранять удобоукладываемость и стабильность при добавлении волокон. SCC значительно увеличивает дисперсность углеродных нановолокон (УНВ) [12].

Как было доказано Гао и др. [12] и Хаузером и др. [4], SCCNFC можно использовать в качестве датчика обратимой деформации.В тесте Хаусера и др. [4] пики и спады в показаниях электрического сопротивления SCCNFC соответствуют пикам и впадинам приложенной силы и деформации в бетоне. Хотя пики и впадины в показаниях электрического сопротивления образцов самоуплотняющегося железобетона и самокрепляющегося железобетона иногда совпадали, не было достаточного соответствия, чтобы с уверенностью предположить, что эти бетоны можно использовать в качестве датчика обратимой деформации. Был сделан вывод, что при использовании подходящей дозировки CNF, SCCNFC можно использовать для самоструктурного мониторинга здоровья.

Глава 5 — Высококачественные бетоны, 1989-1994 годы

Отчет о современном состоянии (1989-1994)

5 ПОВЕДЕНИЕ АРМИРОВАННОГО ВОЛОКНА БЕТОНА


5.1 Введение

Высокопроизводительный бетон, армированный волокном (HPFRC), получается в результате добавления в матрицу на основе цемента либо коротких дискретных волокон, либо непрерывных длинных волокон. Благодаря превосходным эксплуатационным характеристикам этой категории HPC, их использование в строительной отрасли значительно увеличилось за последние 5 лет.Очень хорошее руководство по различным композитам на основе портландцемента, а также по составляющим их материалам доступно в недавно опубликованной книге [Balaguru and Shah 1992]. В книге представлены сведения об изготовлении, механических и долговременных свойствах бетонов с короткими дискретными волокнами. Он также охватывает специальные темы, такие как цемент, армированный фиброй, и фибробетон, пропитанный жидким раствором. В 1992 году в Майнце, Германия, был проведен первый международный семинар по высокоэффективным цементным композитам, армированным волокном (HPFRCC) [Reinhardt and Naaman 1992].

Для дорожных покрытий бетон с ранней прочностью является привлекательным для потенциального использования при ремонте и восстановлении с целью раннего открытия движения. Работа, проведенная с высокопрочным фибробетоном (HESFRC) в рамках проекта SHRP C-205, описана в томе 6 отчетов SHRP [Naaman et al. 1993]. В этом отчете представлена ​​обширная база данных и краткое изложение всесторонних экспериментальных исследований свежих и механических свойств HESFRC.Контрольный высокопрочный бетон (HES) (используемый с добавлением фибры) был определен как достижение целевой минимальной прочности на сжатие 5000 фунтов на квадратный дюйм (35 МПа) за 24 часа при измерении с 4 x 8 дюймов (100 x 200 мм). цилиндры.

Эта глава разделена на два основных раздела. Первый раздел посвящен короткому дискретному бетону, армированному волокнами, а второй раздел суммирует последние разработки в области использования непрерывных волокон в качестве армирующих элементов для производства конструкционного бетона, армированного волокном с высокими эксплуатационными характеристиками.

5.2 Дискретный бетон, армированный волокнами

5.2.1 Прочность

Прочность армированного фибробетоном может быть измерена с точки зрения его максимального сопротивления при воздействии сжимающих, растягивающих, изгибающих и сдвигающих нагрузок. В полевых условиях обычно накладывается некоторая комбинация этих нагрузок; однако для целей оценки поведение охарактеризовано при одном типе нагрузки без взаимодействия других нагрузок.Прочность при каждом отдельном типе нагрузки является полезным показателем эксплуатационных характеристик материала FRC для рассмотрения при проектировании.

5.2.1.1 Сжатие

На сжимающие свойства фибробетона (FRC) присутствие волокон относительно меньше влияет по сравнению со свойствами при растяжении и изгибе.

Влияние волокон на улучшение прочности на сжатие матрицы зависит от того, используется ли раствор или бетон (с крупными заполнителями), а также от величины прочности на сжатие.Исследования, проведенные до 1988 г., включая исследования Williamson [1974], Naaman et al. [1974] показали, что добавление волокон приводит к почти незначительному увеличению прочности строительных смесей; однако для бетонных смесей прочность увеличивается на 23%. Кроме того, Оттер и Нааман [1988] показали, что использование стальных волокон в бетонах с более низкой прочностью значительно увеличивает их прочность на сжатие по сравнению с простыми неармированными матрицами и напрямую связано с объемной долей используемой стальной фибры.Это увеличение больше для крючковидных волокон по сравнению с прямыми стальными, стеклянными или полипропиленовыми волокнами. Типичное влияние волокон на кривую деформирования бетонных композитов показано на рис. 5.1 и 5.2.

Эзельдин и Балагуру [1992] провели испытания, чтобы получить полные кривые напряжения-деформации для стального фибробетона с прочностью на сжатие в диапазоне от 35 до 84 МПа (от 5000 до 12000 фунтов на квадратный дюйм). Матрица состояла из бетона, а не из раствора.Были исследованы три фракции волокон: 50, 75 и 100 фунтов (30 кг / м ³ , 45 кг / м ³ и 60 кг / м ³ ) и три соотношения сторон 60,75 и 100. . Сообщалось, что добавление стальных волокон с крючковыми концами к бетону, с дымом кремнезема или без него, незначительно увеличивало прочность на сжатие и деформацию, соответствующую пиковому напряжению.

Влияние микрокремнезема на сжимающие свойства синтетического фибробетона было изучено Баяси и Челиком [1993] путем испытания 6 12 дюймов.(150-300 мм) цилиндры. Были использованы волокна двух типов: фибриллированные полипропиленовые волокна и полиэтилен-терфалатные полиэфирные волокна. Объемные доли волокна составляли от 0 до 0,6%, а длина волокна составляла 12 мм (0,5 дюйма). Пары кремнезема использовали как частичную замену портландцемента на равной основе по массе при 0, 5, 10 и 25%. Волокна оказали относительно небольшое благоприятное влияние на прочность на сжатие. Оба типа волокон улучшили характеристики сжатия за счет повышения прочности. Кроме того, оба типа волокон, по-видимому, увеличивают деформацию при пиковом сжимающем напряжении.При содержании полиэфирного и полипропиленового волокна соответственно 0,35 и 0,30 процента использование микрокремнезема повысило прочность на сжатие и ударную вязкость фибробетона при оптимальном содержании цемента от 5 до 10 процентов от веса. Баяси и Зенг [1993] сообщили, что когда полипропиленовые волокна с длиной волокна 0,5 дюйма (12,5 мм) и 0,75 дюйма (19 мм) использовались с объемными долями 0,1, 0,3 и 0,5%, не наблюдалось значительного влияния на прочность на сжатие.

Nakagawa et al.[1989] провели испытания бетона на сжатие с использованием короткого дискретного углерода (как на основе пека, так и типа PAN), арамидных волокон и высокопрочных винилоновых волокон. Испытания проводились на цилиндрических образцах размером 100 x 200 мм (4 x 8 дюймов). Используемые объемные проценты составляли 1,86 и 3,05% для углеродных волокон пекового типа, 1,88 и 3,37% для углеродных волокон пан-типа, 2,09 и 3,67% для арамидных волокон и 2,00 и 3,40 для высокопрочных винилоновых волокон. Результаты показали, что прочность на сжатие имеет тенденцию к снижению при увеличении объема волокна.Эффект большого объема увлеченного воздуха из-за увеличения объема волокна оказал значительное влияние на это снижение прочности.

Ezeldin и Lowe [1991] изучали свойства прочности на сжатие быстротвердеющих материалов, армированных стальными волокнами. Основными переменными были (а) быстросохнущие цементирующие материалы, (б) тип волокна и (в) содержание волокна. В это исследование были включены четыре типа волокон из низкоуглеродистой стали. Два крючка, один гофрированный на концах и один гофрированный по всей длине.Волокна добавляли в количестве 50, 75 и 100 фунтов / ярд ³ (30, 45 и 60 кг / м ³ ). Полученные данные показывают, что стальные волокна могут быть успешно смешаны с быстроотверждаемыми материалами в количестве до 75 фунтов / ярд ³ (45 кг / м ³ ). Наблюдалось увеличение прочности на сжатие от 5 до 25% в течение 24 часов. Величина увеличения зависит от формы и содержания волокон.

Zheng and Chung [1989], провели испытания прочности на сжатие на 50 мм (2 дюйма.) образцы кубиков раствора, армированные углеродными волокнами на основе коротких пеков (0,5% по массе цемента или 0,28% по объему цементного раствора) вместе с водоредуктором и ускоряющей добавкой. Результаты показали, что прочность на разрыв цементного раствора, армированного углеродным волокном, увеличилась примерно на 18–31% по сравнению с соответствующими значениями для обычного цементного раствора. Также улучшилась пластичность.

5.2.1.2 Изгиб

Существует ряд факторов, которые влияют на поведение и прочность FRC при изгибе.К ним относятся: тип волокна, длина волокна (L), соотношение сторон (L / d _f ), где df — диаметр волокна, объемная доля волокна (V _f ), ориентация волокна и форма волокна. , характеристики сцепления волокон (деформация волокна). Кроме того, факторы, которые влияют на удобоукладываемость FRC, такие как соотношение W / C, плотность, содержание воздуха и т.п., также могут влиять на его прочность. Предел прочности при изгибе может значительно варьироваться в зависимости от объемной доли волокон, длины и характеристик сцепления волокон, а также предельной прочности волокон.В зависимости от вклада этих влияющих факторов предел прочности FRC может быть меньше или больше, чем его первая прочность на растрескивание.

Как правило, существует три стадии реакции на прогиб образцов FRC, испытанных на изгиб, и схематически они показаны на рис. 5.3. Три этапа:

1. Более или менее линейный отклик до точки А. Механизм упрочнения в этой части поведения включает передачу напряжения от матрицы к волокнам за счет межфазного сдвига.Наложенное напряжение распределяется между матрицей и волокнами до тех пор, пока матрица не растрескается до так называемой «первой прочности на растрескивание» или «пропорционального предела».
2. Переходный нелинейный участок между точкой A и максимальной нагрузочной способностью в точке B (при условии, что нагрузка в точке B больше, чем нагрузка в точке A). На этом участке и после растрескивания напряжение в матрице постепенно передается на волокна. С увеличением нагрузки волокна имеют тенденцию постепенно вытягиваться из матрицы, что приводит к нелинейному отклику от нагрузки к прогибу до тех пор, пока не будет достигнута предельная нагрузка на изгиб в точке B.Эта точка называется «пиковой» силой.
3. Нисходящая часть после пика после пика прочности до полного разрушения композита. Реакция на отклонение нагрузки в этой части поведения и степень, при которой наблюдается потеря прочности при увеличении деформации, является важным показателем способности волокнистого композита поглощать большое количество энергии до разрушения и является характеристикой, которая отличает волокно. железобетон из обычного бетона.Эта характеристика называется ударной вязкостью.

Нелинейный участок между A и B существует, только если присутствует достаточная объемная доля волокон. Для небольшой объемной доли волокон (V _f <0,5%) предел прочности на изгиб совпадает с первым пределом прочности на растрескивание, а кривая нагрузка-прогиб спускается сразу после нагрузки растрескивания, рис. 5.4. Типичные кривые прогиба FRC балок, экспериментально наблюдаемые для различных типов волокон, показаны на рис.5.5 и 5.6.

В литературе предлагаются две концепции для объяснения факторов, влияющих на величину «первой прочности на растрескивание или предела пропорциональности». Одна концепция связывает «первую прочность на растрескивание» с расстоянием между волокнами в композите [Romualdi and Batson 1963; Ромуальди и Мандель 1964]. Другая концепция основана на механике композитных материалов и связывает «предел пропорциональности» с объемной долей волокна, соотношением сторон и ориентацией волокна.

В концепции расстояния между волокнами оговаривается, что объемная доля волокон и соотношение сторон волокон должны быть такими, чтобы существовало перекрытие волокон; однако, за исключением этого, соотношение сторон волокна L / d _f , которое оказывает существенное влияние на прочность на изгиб FRC, не является параметром в подходе к размещению волокон. Экспериментальные результаты некоторых исследователей [Edington et al. 1974; Swamy and Mangat 1974], как правило, показывают, что концепция расстояния между волокнами не позволяет точно предсказать первую трещиностойкость армированного волокнами бетона.Дополнительное обсуждение концепции интервалов можно найти в книге Ханнанта [Hannant 1978].

Закон композитных материалов считается простым и экспериментально доказано [Shah and Rangan 1971], что он более точен для предсказания первой прочности на растрескивание по сравнению с концепцией расстояния между волокнами. Подход с использованием композиционных материалов основан на предположении, что волокна выровнены в направлении нагрузки, волокна связаны с матрицей, а коэффициент Пуассона матрицы равен нулю.В соответствии с законом о композитных материалах влияние волокон на растрескивание композитов FRC можно рассматривать аналогично традиционной арматурной стали в бетонных элементах. Однако, поскольку волокна распределены случайным образом, коэффициент эффективности обычно умножается на объемную долю волокон, чтобы учесть их случайное распределение. Коэффициент полезного действия изучался в литературе, и было обнаружено, что он варьируется от 40% до 80% [Romuldi and Mandel 1964; Нильсен и Чен 1968].

Из-за линейной зависимости предельной прочности на изгиб FRC от объемной доли волокон и их соотношения размеров можно утверждать, что предел прочности при изгибе обычно увеличивается с увеличением показателя армирования волокна, определяемого как произведение объемной доли волокна и соотношение сторон (V _f L / d _f ). Основываясь на этом наблюдении, Шах и Ранган [1971] предложили следующее общее уравнение для прогнозирования предельной прочности на изгиб волокнистого композита:

(5.1)

, где f _cc — предел прочности волокнистого композита, f _m — максимальная прочность плоской матрицы (раствора или бетона), A и B — константы, которые можно определить экспериментально. Для простого бетона A = 1 и B = 0. Константа B учитывает прочность сцепления волокон и случайность распределения волокон. Swamy et al. [1974a] установил значения для констант A и B как 0,97 и 4,94 для предела прочности на изгиб бетона, армированного стальным волокном, и 0.843 и 4,25 для его первой прочности на растрескивание.

Ezeldin и Lowe [1991] изучали свойства прочности на изгиб быстротвердеющих материалов, армированных стальными волокнами. Основными переменными были (а) быстросохнущие цементирующие материалы, (б) тип волокна и (в) содержание волокна. В это исследование были включены четыре типа волокон из низкоуглеродистой стали. Два крючка, один гофрированный на концах и один гофрированный по всей длине. Стальные волокна добавляли в количествах 50, 75 и 100 фунтов / ярд ³ (30, 45 и 6 кг / м ³ ).Наблюдалось увеличение прочности на изгиб. Эффективность волокна в повышении прочности на изгиб контролируется деформацией поверхности волокна, соотношением сторон и содержанием волокна. Результаты также показывают, что стальные волокна очень эффективны в улучшении вязкости при изгибе быстроотверждаемых материалов. Показатели вязкости до 4 для I ₅ и 9 для I ₁₀ могут быть достигнуты при содержании волокна 75 фунтов / ярд ³ (45 кг / м ³ ).

Сравнительная оценка статической прочности на изгиб бетонов с четырьмя различными типами волокон и без них: сталь с крючковатым концом, прямая сталь, гофрированная сталь и полипропиленовые волокна была проведена Рамакришнаном и др.[1989a]. Волокна испытывали при 0,5, 1,0, 1,5 и 2,0% по объему. Сообщалось, что максимальное количество волокон с крючковатым концом, которое можно было добавить без образования комков, было ограничено 1,0% по объему. По сравнению с обычным бетоном добавление волокон увеличивало прочность на растрескивание (от 15 до 90 процентов) и статическую прочность на изгиб (от 15 до 129 процентов). По сравнению с равными 1,0% по объему, стальное волокно с крючковатым концом способствовало наибольшему увеличению, а прямые волокна обеспечивали наименее заметное улучшение вышеуказанных свойств.

Джонстон и Земп [1991] исследовали характеристики изгиба при статических нагрузках для девяти смесей, таблица 5.1, используя наборы по 15 образцов для каждой смеси. Каждый набор образцов размером 102 x 102 x 356 мм (4 x 4 x 14 дюймов) был подготовлен из пяти номинально идентичных партий и испытан под нагрузкой третьей точки на расстоянии 305 мм (12 дюймов). Первые значения прочности на трещины, определенные в ASTM C 108 как точка на кривой нагрузка-прогиб, в которой форма кривой сначала становится нелинейной, и предел прочности, основанный на максимальной нагрузке на изгиб (ASTM C 78), были установлены для восьми волокнистых бетонов. только с предельной прочностью для контроля простого бетона.Предел прочности на основе максимальной нагрузки был лишь немного выше (в среднем 2,1%), чем прочность на первую трещину, с максимумом 4,2% для смеси 3, содержащей 1,5% волокон. Прогиб при максимальной нагрузке также мало отличался от прогиба первой трещины. Таким образом, тенденции или отношения, касающиеся прочности первых трещин, были аналогичны тем, которые касались предельной прочности. Обратите внимание, что это может быть не так для комбинаций волокна и матрицы, которые создают несколько пиков на кривой нагрузка-прогиб с максимальной нагрузкой при прогибе, намного превышающей прогиб первой трещины [Johnston and Carer 1989].Результаты работы Джонстона показали, что увеличение содержания волокна с 0,5 до 1,5% оказало значительное положительное влияние на прочность первой трещины (и предел прочности), несмотря на отрицательное влияние увеличения w / c и w / (c + f). Увеличение прочности первой трещины на 31% без учета различий в w / c и w / (c + f) довольно велико, поскольку широко распространено мнение, что увеличение содержания волокна имеет лишь незначительное влияние на прочность первой трещины для многих. используемых в настоящее время типов волокна. С регулировкой в ​​w / c и w / (c + f) для 1.5% волокон SW (75) в таблице 5.1, увеличение на 63% по сравнению со значением для 0,5% тех же волокон.

Хотя увеличение соотношения сторон (V _f L / d _f ) долгое время считалось положительным влиянием на производительность из-за улучшенного сопротивления вытягиванию волокон из матрицы, любые преимущества для гладкой проволоки ( SW) волокно, используемое Johnston and Zemp [1991], было скрыто увеличением w / c и w / (c + f), необходимых для поддержания работоспособности. После корректировки, чтобы учесть различия в w / c и w / (c + f), было замечено, что силы несколько увеличиваются с увеличением соотношения сторон, как и ожидалось с учетом сопротивления выдергиванию.Влияние аспектного отношения было довольно небольшим по сравнению с влиянием содержания волокна.

Изменение типа волокна часто связано с изменением соотношения сторон. Джонстон и Земп [1991] исследовали влияние типа волокна. Результаты показали, что для определенных типов волокон, гладких и деформированных проволочных волокон (SW и SDW) эффект — хотя и невелик по сравнению с содержанием волокна — немного превосходит по сравнению с волокнами из экстракта расплава (ME) и щелевыми листами (SS) того же самого аспекта. соотношение.Это не означает, что все проволочные волокна обязательно будут лучше, чем все волокна, извлеченные из расплава или разрезанные листовые волокна, потому что развитие волокна — это непрерывный непрерывный процесс.

Содержание волокна, по-видимому, является параметром, который имеет первостепенное значение при определении первой трещины и предельной прочности при статической нагрузке на изгиб. Соотношение сторон волокна и тип волокна имеют второстепенное значение в практических бетонах, где увеличение удлинения или изменение типа (состав стали, площадь поверхности, текстура поверхности и т. Д.) таким образом, что увеличивается потребность в воде, может противодействовать любым улучшениям прочности, связанным с изменениями этих параметров волокна.

Balaguru et al. [1992] провели испытания на изгиб деформированных железобетонных балок из стальных волокон. Исследуемые переменные включали тип волокна, длину и объемную долю, а также состав матрицы. Результаты показывают, что содержание волокна в диапазоне от 30 до 60 кг / м (от 50 до 100 фунтов / ярд ³ ) обеспечивает отличную пластичность для бетона нормальной прочности.Для высокопрочного бетона необходимо увеличить содержание фибры примерно до 90 кг / м ³ (150 фунтов / ярд ³ ). Геометрия волокна с загнутым концом дает лучшие результаты, чем геометрия гофрированного и деформированного конца. Длина волокна в диапазоне от 30 до 60 мм (от 1,18 до 2,36 дюйма) не оказывает значительного влияния на ударную вязкость волокон с крючковатым концом. Пластичность может быть достигнута при использовании 120 кг / м волокон ³ (200 фунтов / ярд ³ ) даже для бетонов, содержащих 20 процентов микрокремнезема по массе цемента.Кривые нагрузки-прогиб для бетонных балок нормальной прочности и высокопрочных бетонных балок с волокнами с крючковыми концами длиной 30 мм показаны на рис. 5.7a и 5.7b. Сообщалось [Ashour 1993], что стальные волокна также повышают прочность и пластичность высокопрочных бетонных балок.

Влияние микрокремнезема на прочность на изгиб синтетического фибробетона было изучено Баяси и Челиком [1993]. Размеры образцов составляли 100 x 100 x 350 мм (4 x 4 x 14 дюймов.) и были подвергнуты четырехточечному (1/3 балльному) испытанию на изгибную нагрузку-прогиб на протяжении 300 мм (12 дюймов) в соответствии с ASTM C 78 и C 108. Были использованы волокна двух типов: фибриллированные полипропиленовые волокна и полиэтилен-терфалатные полиэфирные волокна. Объемные доли волокна составляли от 0 до 0,6%, а длина волокна составляла 12 мм (0,5 дюйма). Пары кремнезема использовали как частичную замену портландцемента на равной основе по массе при 0, 5, 10 и 25%. Результаты показывают, что полиэфирные волокна и полипропиленовые волокна непостоянно влияют на прочность на изгиб, но значительно увеличивают прочность на изгиб и сопротивление бетона после пика.Эти улучшения продолжаются по мере увеличения объема волокна, за исключением предельной прочности, для которой он начинает уменьшаться сверх объема волокна в 0,35 процента. Было также показано, что микрокремнезем увеличивает ударную вязкость и прочность после пика пластикового фибробетона.

Баяси и Цзэн [1993] предложили, чтобы поведение полипропиленового волокна при изгибе характеризовалось сопротивлением изгибу после пика (нагрузка или напряжение). Было обнаружено, что для объемов, равных или менее 0,3 процента, 19 мм (0.75 дюймов) длинные волокна были более подходящими для повышения постпикового сопротивления. Для 0,5-процентного объема более эффективными были волокна длиной 12,5 мм (0,5 дюйма). Типичные результаты показаны на рис. 5.8.

Балагуру [1992] также исследовал прочность на изгиб и поведение при изгибе и прогибе быстротвердеющего бетона, армированного полимерным волокном. Испытательными переменными были тип матрицы и тип волокна. Первым продуктом был портландцемент с пуццолановой добавкой, обозначенный как PY.Второй продукт представлял собой смесь оксида магния и дигидрофосфата аммония с небольшим количеством летучей золы, обозначенной как SE. Волокна были изготовлены из фибриллированного полипропилена и однониточного нейлона 6. Типичные кривые нагрузка-прогиб, показанные на рис. 5.9, показывают, что падение после пика для полимерных волокон более крутое, чем для стальных волокон. Этого следовало ожидать из-за низкого модуля упругости полимерных волокон.

Nakagawa et al. [1989] провели испытания на изгиб бетона с коротким дискретным углеродом (как на основе пека, так и типа PAN), арамидными волокнами и высокопрочными винилоновыми волокнами.Образцы имели поперечное сечение 50 х 100 мм (2 х 4 дюйма), а длина образцов составляла 1100 мм (43 дюйма). Образцы были нагружены двумя точечными нагрузками с пролетом сдвига 300 мм (11,8 дюйма). Область постоянного момента составляла 300 мм (11,8 дюйма). Используемые объемные проценты составляли 1,86 и 3,05 для углеродных волокон пекового типа, 1,88 и 3,37 для углеродных волокон пан-типа, 2,09 и 3,67 для арамидных волокон и 2,00 и 3,40 для высокопрочных винилоновых волокон. Результаты показали, что предел пропорциональности (LOP) и модуль разрыва (MOR) увеличиваются с увеличением объема волокна и прочности используемого волокна.Типичные результаты прогиба нагрузки для различных типов волокон показаны на рис. 5.10.

Zheng и Chung [1989] провели испытания на изгиб балок 4 x 4 x 16 см (1,57 x 1,57 x 6,30 дюйма) с нагрузкой в ​​третьей точке. Образцы раствора были армированы углеродными волокнами на основе коротких пеков (0,5% по весу цемента или 0,28% по объему цементного раствора) вместе с водоредуктором и ускоряющей добавкой. Результаты показали, что прочность на изгиб цементного раствора, армированного углеродным волокном, увеличилась примерно на 89–112% по сравнению с соответствующей прочностью простого цементного раствора.

Цементные композиты с более высоким объемным содержанием волокон (в диапазоне от 12 до 16 процентов) были исследованы с целью использования положительного воздействия волокон. Эти цементные композиты, получившие название SIFCON (бетон, пропитанный суспензией), были исследованы в экспериментальном исследовании, посвященном поведению железобетонных балок, содержащих матрицу SIFCON [Fritz et al. 1992]. Результаты показали, что присутствие SIFCON в балках из чрезмерно армированного бетона привело к показателям пластичности, превышающим в три раза по сравнению с полученными без него.Ширина трещин и расстояние между ними были более чем на порядок меньше, чем в обычном железобетоне. Экспериментальные результаты также показали, что нет необходимости в скобах в изгибаемых элементах с матрицей SIFCON.

Одна многообещающая новая разработка использует маты из стального волокна для усиления бетонной матрицы. Этот новый подход, названный SIMCON (бетон, пропитанный жидким цементным раствором), позволяет производить бетонные компоненты с чрезвычайно высокой прочностью на изгиб [Hackman et al.1992; Krstulovic-Opara et al.1994]. Преимущество матов из стального волокна перед большим объемом дискретных волокон состоит в том, что конфигурация мата обеспечивает присущую ему прочность и позволяет использовать волокна с гораздо более высокими пропорциями. Объем волокна составляет менее половины объема, необходимого для SIFCON (фибробетон, пропитанный суспензией), при этом достигается аналогичная прочность на изгиб и способность поглощать энергию. Типичные соотношения сторон для FRC находятся в диапазоне от 40 до 100, хотя могут потребоваться специальные процедуры обработки, поскольку соотношение сторон приближается к 100.SIMCON использует волокна с соотношением сторон более 500. Поскольку мат уже имеет заранее сформированную форму, проблемы с транспортировкой сводятся к минимуму, а образование комков не становится важным фактором. Хакман и др. [1992] провела испытания на изгиб с SIMCON. Волокна изготовлены из марганцевой углеродистой стали, приблизительно 9,5 дюйма (241 мм) с эквивалентным диаметром от 0,010 до 0,020 дюйма (от 0,25 до 0,50 мм). Маты из нержавеющей стали также были изготовлены с использованием волокна длиной 9,5 дюйма (241 мм) с эквивалентным диаметром от 0,010 до 0,020 дюйма.(От 0,25 до 0,50 мм). Объемный процент волокна для марганцевой углеродистой стали составлял от 1,2 до 3,6, в то время как маты из нержавеющей стали были набиты до плотности 5,7 процента. Два образца SIMCON размером 2 x 4 x 20 дюймов (50 x 100 x 500 мм) были испытаны на изгиб. Для сравнения были приготовлены три образца балок SIFCON 2 x 4 x 14 дюймов (50 x 100 x 350 мм) с суспензией SIFCON, содержащей 14 процентов волокон 304 из нержавеющей стали длиной 1,0 дюйм (25 мм). Испытания на изгиб проводились в соответствии со стандартом ASTM C 1018 с использованием нагрузки в третьей точке и 12 дюймов.(300 мм) пролет. Композиты SIMCON с волокнистыми матами всего 3,3 и 3,6 объемных процента обеспечивали предел прочности на изгиб примерно 75% от прочности на изгиб образцов SIFCON при 25 процентах объема волокна, используемого в SIFCON. Полученный композит SIMCON, содержащий 5,7 объемных процентов мата из волокна из нержавеющей стали, показал в среднем 85% прочности на изгиб SIFCON при 41% объема волокна. Рис. 5.11a — 5.11c показывают поведение различных композитных материалов SIFCON и SIMCON при прогибе нагрузки.Превосходные характеристики SIMCON по сравнению с SIFCON связаны со склеиванием волокон мата в композит. В стандартном SIFCON относительно короткая длина заделки, составляющая 1 дюйм (25 мм), приводит к вырыванию волокна в качестве основного вида отказа. В композитах SIMCON режим разрушения состоит из множественных трещин, а окончательный отказ происходит из-за разрыва волокна в зонах высокого напряжения растяжения одной или нескольких плоскостей трещин. В композитах, армированных матом, полностью используется предел текучести стали.

5.2.1.3 Растяжение и разрыв при растяжении

Разрушение при растяжении матриц на основе цемента довольно хрупкое, а связанные с ним деформации относительно малы по величине. Добавление волокон к таким матрицам, будь то в непрерывной или прерывистой форме, приводит к существенному улучшению свойств растяжения FRC по сравнению со свойствами неармированной матрицы. Особенно заметно улучшение свойств.

Большинство исследований в области FRC определяют свойства композита на растяжение косвенно на основе наблюдений, полученных в результате испытаний на изгиб или испытаний с разделенным цилиндром. Это связано с трудностями, связанными с интерпретацией результатов прямых испытаний на растяжение. Трудности возникают из-за различий в размерах образцов, формах образцов, оборудовании и методах измерения. На данный момент нет стандартных образцов для испытаний на прямое растяжение.Таким образом, наблюдаемая кривая напряжения-деформации или удлинения при прямом растяжении, как ожидается, будет изменяться в зависимости от размера образца, жесткости испытательной машины, измерительной длины, используемой для расчета деформаций, и количества трещин, образовавшихся внутри датчика. длина. Основная трудность в описании реакции на растяжение композитов FRC заключается в том, что в поведении после растрескивания обычно преобладает расширение одной большой трещины, как это наблюдалось в нескольких экспериментальных исследованиях [Visalvanich and Naaman 1983; Гопаларатнам и Шах 1987].Концентрация деформации в месте трещины приводит к неоднородному определению деформаций в области трещины, которое зависит от заданной калибровочной длины.

Реакция на растяжение волокнистых композитов при растяжении зависит в основном от объемной доли волокон. В общем, реакцию можно разделить на две или три стадии, соответственно, в зависимости от того, является ли композит FRC (объем волокна менее 3%) или пропитан суспензией (SIFCON), где объем волокон обычно колеблется от 5% до 25. %.Типичная кривая напряжения-деформации или удлинения при нагрузке для SIFCON и обычных композитов FRC показана на рис. 5.12 и 5.13.

Перед растрескиванием композит (как SIFCON, так и FRC) можно описать как эластичный материал с реакцией напряжения-деформации, очень похожей на реакцию неармированной матрицы. Для прогнозирования основных характеристик кривой растяжения волокнистых композитов на первой линейной стадии перед растрескиванием можно использовать несколько подходов. К ним относятся механика композитных материалов, механика разрушения, механика повреждений и эмпирические подходы.Используя механику композитных материалов, растягивающее напряжение в композите при растрескивании можно предсказать с помощью следующих уравнений [Naaman 1987]:

(5.2)

, где s _cc — предел прочности на разрыв неармированной матрицы, V _f и L / d _f — объемная доля и соотношение сторон волокон соответственно, a ₁ — это коэффициент связи, представляющий долю связи, мобилизованную при деформации растрескивания матрицы, а ₂ — коэффициент эффективности ориентации волокон в непротрещенном состоянии композита.Уравнение (5.2) показывает, что небольшое улучшение первой прочности на растрескивание ожидается при низкой объемной доле волокон.

После растрескивания и перекрытия растрескавшейся поверхности волокна имеют тенденцию вытягиваться под нагрузкой, что приводит к внезапному изменению кривой зависимости удлинения от нагрузки или напряжения-деформации. Если максимальное напряжение после растрескивания больше, чем напряжение растрескивания, как, например, в SIFCON (рис. 5.12), то вторая стадия поведения может быть идентифицирована как стадия множественного растрескивания и соответствует участку кривой нагрузки-удлинения, который соединяет точка напряжения растрескивания до точки максимального напряжения после растрескивания (точка пика на кривой).За пределами пиковой точки существует третья стадия поведения, характеризующаяся разрушением и / или вырыванием волокон вокруг единственной критической трещины. Соответствующая нисходящая ветвь кривой удлинения под нагрузкой может быть крутой или иметь умеренный наклон в зависимости от параметров армирования волокна и того, происходит ли хрупкое или пластичное разрушение. На этапах I и II (рис. 5.12) удлинение композита (измеренное по определенной базовой длине) может быть преобразовано в эквивалентную деформацию. Однако на стадии III удлинение соответствует в основном раскрытию единственной критической трещины и не может быть преобразовано в деформацию, поскольку раскрытие трещины не зависит от расчетной длины.

Описанная выше стадия множественного растрескивания возникает только в том случае, если максимальное напряжение после растрескивания больше, чем напряжение растрескивания; в противном случае, в случае обычного FRC с относительно небольшой объемной долей волокон, вторая часть кривой исчезает и заменяется внезапным падением кривой удлинение-нагрузка, соединяющей растрескивающую нагрузку с нагрузкой после растрескивания. Следовательно, реакция на удлинение при нагрузке сводится к двум основным частям (стадии I и II), как показано на фиг.5.13a и 5.13b. Кривая на рис. 5.13 предназначена для высокомодульных волокон, таких как стальные волокна, а кривая на рис. 5.13b — для низкомодульных волокон, таких как полипропилен. Сравнение фактических кривых растяжения и растяжения для раствора, армированного стальной фиброй, и SIFCON показано на рис. 5.14.

Прочность после растрескивания увеличивается с увеличением прочности сцепления, коэффициента формы и объемной доли волокон. В литературе было выведено несколько эмпирических уравнений для расчета предела прочности волокнистого композита при растяжении [Gasparini et al.1989; Lim et al. 1987; Нааман и др., 1974; Нааман 1987]. Почти все уравнения выражают предел прочности на разрыв s _pc в линейной зависимости от показателя армирования волокна V _f L / d _f и прочности связи волокон i _u следующим образом:

, где k — постоянная (k <1,0), которая учитывает ориентацию, сцепление и характеристики распределения волокон.

Экспериментальные испытания прочности на разрыв FRC при раскалывании не так многочисленны, как испытания, проводимые при прямом растяжении, изгибе и сжатии.Однако ожидается, что те же основные факторы, которые влияют на поведение FRC при прямом растяжении, изгибе и сжатии, повлияют на его поведение в режиме расщепления при растяжении; а именно, объемная доля, соотношение сторон и характеристики сцепления волокон. Увеличение объемной доли волокон и / или увеличение их соотношения сторон увеличивает прочность на разрыв волокнистого композита при расщеплении. Также ожидается, что крючковидные и деформированные волокна будут обеспечивать лучшее сопротивление растяжению при расщеплении по сравнению с прямыми или недеформированными волокнами.

В настоящее время общепринято, что тип и количество используемых в настоящее время волокон не значительно увеличивает первое напряжение растрескивания армированного волокнами композита. Это показано на рис. 5.16, где показаны кривые растяжения для бетона, армированного двумя типами волокон. Обратите внимание, что первое напряжение растрескивания было одинаковым, независимо от объема и типа волокон.

Образцы фрибриллированного непрерывного одноосного полипропиленового волокна были изготовлены методом пултрузии Krenchel и Stang [1988].Образцы были изготовлены из материалов на основе эпоксидной смолы или цемента и испытаны на одноосное растяжение в Северо-Западном университете [Mobasher et al. 1990b]. На рис. 5.16 показана составная кривая напряжения-деформации для набора образцов, а также соответствующий расчетный вклад матрицы по правилу смесей. Прочность на растяжение матрицы может достигать 15 МПа (2150 фунтов на квадратный дюйм), и даже при средней деформации в 2 процента матрица дает около 8 МПа (1150 фунтов на квадратный дюйм) растягивающих напряжений. Развитие трещин на этих образцах изучали с помощью флуоресцентной микроскопии и лазерной голографии [Mobasher et al.1990a, 1990c]. Было замечено, что, когда кривая нагрузка-смещение достигла отчетливого изменения наклона от упругого до полупластического отклика, вклад матрицы достиг своего максимального значения. На этом этапе распределенные микротрещины, казалось, локализовались в макротрещинах.

Во многих современных сферах применения фибробетона используются волокна в количестве около 1,0% от объема бетона. В последнее время стало возможным включать в бетон относительно большие объемы (до 15 процентов) стали, стекла и синтетических волокон.Согласно Shah [1991], анализ результатов испытаний на растяжение, проведенных на бетонах со стеклянной, полипропиленовой и стальной фиброй, показывает, что при таком большом объеме выровненных волокон в бетоне существенно повышается несущая способность матрицы при растяжении. Это может быть связано с тем, что волокна подавляют превращение микротрещин в макротрещины, и, следовательно, кажущаяся прочность матрицы на растяжение увеличивается.

Nakagawa et al.[1989] провели испытания бетона на разрыв с короткими дискретными частицами углерода (как на основе пека, так и типа PAN), арамидными волокнами и высокопрочными винилоновыми волокнами. Прямые испытания на растяжение были проведены на образцах в форме собачьей кости. Критическое сечение было 30 мм (1,18 дюйма) в ширину, 80 мм (3,15 дюйма) в длину и 12 мм (0,5 дюйма) в толщину. Используемые объемные проценты составляли 1,86 и 3,05 для углеродных волокон пекового типа, 1,88 и 3,37 для углеродных волокон пан-типа, 2,09 и 3,67 для арамидных волокон и 2.00 и 3.40 для высокопрочных волокон винилона. Результаты показали, что предел прочности при растяжении увеличивается с увеличением объема волокна.

Zheng and Chung [1989] провели испытания на растяжение образцов брикетного раствора, армированного углеродными волокнами на основе коротких пеков (0,5% по весу цемента или 0,28% по объему цементного раствора) вместе с водоредуктором и ускоряющей добавкой. Результаты показали, что прочность на разрыв цементного раствора, армированного углеродным волокном, увеличилась примерно на 113–164% по сравнению с соответствующей прочностью простых цементных растворов.

5.2.1.4 Прочность на сдвиг

Разрушение при сдвиге может быть внезапным и катастрофическим. Это справедливо для критических секций, где из-за конструктивных ограничений может быть размещено мало арматурной стали или вообще нет. Более 30 лет армированный волокном бетон (FRC) был объектом исследований, касающихся различных условий нагружения, включая сжимающие, изгибающие и растягивающие. Также многообещающим является использование волокон для улучшения сдвиговых характеристик бетона; однако опубликованные исследования поведения FRC при сдвиге ограничены [Valle 1991].Испытания, проводимые для изучения поведения FRC при сдвиге, можно разделить на две основные группы: испытания на прямой сдвиг и испытания балок и консолей. Испытания на прямой сдвиг необходимы для понимания основных характеристик передачи бетона, в то время как испытания балок и консолей необходимы для понимания поведения элементов конструкции, армированных волокном.

Исследования поведения при прямом сдвиге включают исследования Свами и др. [1987], Барра [1987] и Тана и Мансура [1990].Об испытаниях на сдвиг кронштейнов сообщили Фаттухи [1987], а также Хара и Китада [1980]. В ряде исследований сообщалось о комбинированных испытаниях балок на сдвиг и изгиб с целью изучения улучшений в их поведении за счет добавления стальных волокон [Ward and Li 1990].

На основании этих исследований можно утверждать, что добавление волокон обычно улучшает прочность на сдвиг и пластичность бетона. Сообщалось, что хомуты в качестве сдвиговой арматуры в бетонных элементах могут быть частично или полностью заменены использованием стальных волокон [Lim et al.1987; Mansur et al. 1986]. Большая часть работ была ограничена бетоном нормальной прочности. Отсутствие исследований в этой области еще больше для FRC с использованием высокопрочного бетона.

Валле и Бююкозтюрк [1993] сообщили о результатах исследования прочности и пластичности высокопрочного бетона, армированного фиброй, при прямом сдвиге. Были исследованы три параметра: (i) тип бетона — высокая прочность по сравнению с бетоном нормальной прочности, (ii) тип фибры — сталь по сравнению с полипропиленовыми волокнами и (iii) наличие стальных хомутов, пересекающих плоскость сдвига.Средняя прочность составила 4500 фунтов на квадратный дюйм (31,5 МПа) для бетонов нормальной прочности и 9000 фунтов на квадратный дюйм (63 МПа) для высокопрочных бетонов. Поведение при прямом сдвиге армированного фибробетоном было исследовано путем испытаний образцов с выталкиванием без трещин. Образцы имели размеры 21 x 10 x 3 дюйма (525 x 250 x 75 мм) с плоскостью сдвига 30 дюймов ² (18 750 мм ² ). В целом, волокна оказались более эффективными в высокопрочном бетоне, чем в бетоне нормальной прочности, увеличивая как предельную нагрузку, так и общую пластичность (рис.5.17a и 5.17b). Было обнаружено большее увеличение прочности на сдвиг у образцов из высокопрочного бетона, армированного фиброй (60% из стали и 17% из полипропиленовых волокон), чем у образцов из бетона нормальной прочности, армированных фиброй (36% со стальными фибрами и без увеличения с полипропиленовыми фибрами) по сравнению с прочность их соответствующих образцов неармированного простого бетона. Улучшение характеристик волокон в высокопрочном бетоне приписывается улучшенным характеристикам сцепления, связанным с использованием волокон в сочетании с высокопрочным бетоном.Для образцов со стальной фиброй наблюдалось значительное увеличение предельной нагрузки и пластичности. С полипропиленовыми волокнами было получено меньшее увеличение предельной нагрузки по сравнению с увеличением за счет стальных волокон. Пластичность образцов, армированных полипропиленовым волокном, была выше, чем у образцов, армированных стальным волокном. В испытаниях, включающих комбинацию волокон и обычных хомутов, наблюдалось небольшое увеличение предельной нагрузки с существенным улучшением пластичности по сравнению с соответствующими значениями для простых образцов бетона с обычными хомутами.

Необходимы дополнительные исследования, как экспериментальные, так и аналитические, чтобы лучше понять поведение композитов и элементов при сдвиге с различными типами волокон. В исследовании должны использоваться как металлические, так и неметаллические волокна.

5.2.2 Деформации

Информация о деформационных характеристиках важна для оценки пределов эксплуатационной пригодности и способности поглощать энергию FRC-материалов.

5.2.2.1 Модуль упругости

Модуль упругости материала при растяжении, сжатии или сдвиге является фундаментальным свойством, которое необходимо для моделирования механического поведения в различных конструкционных приложениях. Были разработаны тесты для измерения модулей упругости данного материала. Для чистых материалов, таких как сталь или стекло, наблюдаемые экспериментальные значения заносятся в таблицу раз и навсегда, а затем используются на практике. Однако для композитов FRC, изготовленных как минимум из двух разных материалов, модуль упругости зависит от различных параметров.

Модулю упругости композитных материалов посвящены многочисленные исследования. Они приводят к многочисленным моделям, которые варьируются от очень простых до очень сложных. Среди простейших моделей композитов, изготовленных из двух разных материалов, решения с верхней и нижней границами или их комбинация (описанная ниже) зависят только от объемной доли и модуля каждого материала. Более продвинутые модели, разработанные для армированных волокном композитов, включают, кроме того, свойства границы раздела между двумя материалами, являются ли волокна прерывистыми или нет, распределение и ориентация волокон, соотношение размеров (длины к диаметру) волокна. , и тому подобное.

Самыми распространенными и простейшими моделями для прогнозирования модуля упругости FRC как композита, состоящего из двух материалов, являются решения с верхней и нижней границами или их арифметическая комбинация. Они подробно описаны во многих учебниках по композитным материалам, и только окончательное решение приводится ниже:

Решение с верхней границей предполагает, что волокна являются непрерывными и ориентированы в направлении нагрузки, вдоль которой требуется модуль упругости.Это приводит к следующему уравнению:

, в котором индексы c, L, f и m обозначают композитный, продольный, волокнистый и матричный соответственно.

Решение с нижней границей предполагает, что волокна сгруппированы так, что их ось перпендикулярна направлению, вдоль которого измеряется модуль. Это приводит к следующему уравнению:




, в котором индекс T означает поперечный.

Для композита со случайно ориентированными волокнами Халпин и Цай [1969] предложили уравнение, основанное на комбинации уравнений.(5.4) и (5.5). Хотя их предсказания продольных и поперечных модулей отличались от приведенных выше решений с верхней и нижней границами, их уравнение можно использовать в качестве первого приближения с приведенными выше уравнениями. Выдается:




Исследование Ур. Формы (5.4) — (5.6) показывают, что при той же объемной доле волокон стальные волокна должны улучшать модуль упругости композита больше, чем стекловолокна (E _сталь = 3 E _glass ).Кроме того, полипропиленовые волокна, имеющие модуль упругости ниже, чем у бетона, должны приводить к снижению модуля упругости композита. Однако для диапазона объема волокна V _f , обычно используемого на практике, ожидается, что увеличение или уменьшение E _c будет того же порядка, что и изменчивость экспериментальных данных. То же самое верно и в отношении жесткости на изгиб композитов FRC.

Экспериментальные исследования [Fanella, Naaman 1985; Shah et al.1978] показали, что добавление волокон имеет лишь незначительное влияние на восходящую ветвь (модуль упругости) кривой напряжения-деформации композита. Исследователи также заметили, что эффект от добавления волокон до 4% по объему является небольшим и линейным для композитов, испытанных на изгиб [Nielsen and Chen 1968; Edington et al. 1974; Рамакришнан и др. 1989a], прямое напряжение [Nielsen and Chen 1968; Edington et al. 1974; Mangat and Azari 1985] и сжатие [Nielsen and Chen 1968; McKee 1969].Результаты, показывающие влияние стальных волокон на изгибную жесткость волокнистых композитов, показаны на рис. 5.18.

Эзельдин и Лоу [1991] использовали три различных количества (30, 45 и 60 кг / м ³ или 50, 75 и 100 фунтов / ярд ³ ) стальной фибры в бетонах с прочностью от 35 до 85 МПа ( От 5000 до 12000 фунтов на квадратный дюйм), чтобы получить секущий модуль упругости при сжатии. Было обнаружено незначительное увеличение модуля упругости при добавлении стальных волокон.

Комплексное исследование модуля упругости композитов на основе цемента, армированных волокном, было проведено в Мичиганском университете [Najm and Naaman 1992]. Результаты показывают, что, хотя факторы, предложенные в уравнениях. Приведенные выше (5.4) — 0 (5.6) действительно влияют на модуль упругости композита, другие факторы, такие как длина или соотношение сторон волокон, их ориентация и сцепление на границе раздела волокон с матрицей, также имеют заметное влияние. Однако следует отметить, что, если содержание волокна не очень велико (более 3% по объему), приближенное уравнение должно давать адекватные результаты во всех случаях.Дополнительная точность может не потребоваться по сравнению с вариабельностью, обычно встречающейся в результатах испытаний.

Для диапазона объема фибры, обычно используемого на практике, динамический модуль фибробетона мало отличается от модуля простого неармированного бетона. Испытания, проведенные Swamy и Mangat [1974], показали, что динамический модуль упругости FRC, армированного до 2% по объему стальной фибры, варьируется в пределах 5% от контрольной неармированной матрицы.Следовательно, обычные решения для статического модуля упругости также применимы к динамическому модулю фибробетона.

Nakagawa et al. [1989] провели испытания модуля упругости при растяжении бетона с коротким дискретным углеродом (как на основе пека, так и типа PAN), арамидными волокнами и высокопрочными винилоновыми волокнами. Прямые испытания на растяжение были проведены на образцах в форме собачьей кости. Критическое сечение составляло 30 мм. (1,18 дюйма) в ширину, 80 мм (3,15 дюйма) в длину и 12 мм (0.5 дюймов) толщиной. Используемые объемные проценты составляли 1,86 и 3,05 для углеродных волокон пекового типа, 1,88 и 3,37 для углеродных волокон пан-типа, 2,09 и 3,67 для арамидных волокон и 2,00 и 3,40 для высокопрочных винилоновых волокон. Результаты показали, что модуль упругости при растяжении увеличивается с увеличением объема волокна.

5.2.2.2 Ползучесть и усадка

Основываясь на ограниченных экспериментальных данных, отчет комитета 544 ACI [1982] указывает, что армирование проволочными волокнами не оказывает значительного влияния на ползучесть портландцементного раствора.Однако недавние результаты по характеристикам ползучести FRC, по-видимому, противоречат вышеуказанному утверждению.

Испытания на ползучесть, проведенные Балагуру и Рамакришнаном [1988] в соответствии с ASTM C 512 на бетоне, армированном стальным волокном (V _f = 0,6%, L / d _f = 100), подвергнутых длительной нагрузке от 19% до 25 % прочности на сжатие (отношение напряжения к прочности от 0,19 до 0,25) показал, что деформации ползучести были постоянно выше, чем у простого бетона.Кроме того, испытания на ползучесть, проведенные Houde et al. [1987] на полипропилене и стальных волокнах показали, что добавление волокон увеличивает деформации ползучести волокнистого композита примерно на 20-30% по сравнению с неармированной матрицей.

В отличие от наблюдений Балагуру и Рамакришнана [1988] и Хоуде и др. [1987], Mangat и Azari [1985] сообщили о снижении деформаций ползучести с увеличением содержания стальной фибры по сравнению с обычным бетоном. Например, при 3% объема волокон и при отношении напряжения к прочности 0.3, снижение деформации ползучести примерно на 25% по сравнению с обычным бетоном достигается через 90 дней. Однако было замечено, что стальные волокна были менее эффективны в сдерживании ползучести при высоком отношении напряжения к прочности (равном 0,55) по сравнению с низким отношением напряжения к прочности (равным 0,33). Низкая эффективность стальных волокон в снижении деформаций ползучести при большом соотношении напряжения к прочности объясняется сниженными характеристиками межфазного сцепления волокон при ползучести. Большое отношение напряжения к прочности увеличивает поперечные деформации и, следовательно, снижает межфазное давление между волокнами и окружающим бетоном.Фактически это уменьшает сопротивление скольжению между волокнами и бетонной матрицей и приводит к большим деформациям ползучести.

Те же факторы, которые влияют на деформацию усадки в простом бетоне, влияют также на деформацию усадки в фибробетоне; а именно, температура и относительная влажность, свойства материала, продолжительность отверждения и размер конструкции. Было показано, что добавление волокон, особенно стали, к бетону оказывает положительное влияние на уравновешивание движений, возникающих из-за изменений объема, происходящих в бетоне, и имеет тенденцию к более ранней стабилизации движений по сравнению с обычным бетоном.

Влияние волокон на ограничение деформаций усадки при свободном высыхании оказалось незначительным [Lim et al. 1987; Shah and Grzybowski 1989] или вызвать немного меньшую усадку, чем у обычного бетона [Paul et al.

No related posts.