авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Высокопрочный бетон повышенной вязкости разрушения

-- [ Страница 2 ] --

3. Наибольшая энергия разрушения реализуется, когда l=lкр, при этом:

,

. (6)

Если предел прочности волокон в.пред и их концентрация Vв заданы, то Wmax можно повысить, увеличив lкр.

Учитывая, что:

, (7)

очевидно, Wmax увеличивается при уменьшении сцепления матрицы с волокнами и увеличении их диаметра dв.

Уменьшение сц связано со снижением статической прочности композиционного материала, поэтому целесообразнее увеличивать dв, т.е. армировать матрицу грубыми волокнами.

Таким образом, вид волокон, их размеры и процентное содержание в смеси назначаются, исходя из требований к изделиям и конструкциям с учетом принятой технологии. Отступление от оптимальных значений указанных параметров в большую или меньшую сторону снижает эффективность дисперсного армирования.

Анализируя известное «правило смесей», например, по уравнению (8), которое используется многими учеными для прогнозирования прочности сталефибробетона, можно отметить линейный характер зависимости последней от всех входящих в выражение величин:

, (8)

где Rbtn*, Rк.з, Rbtn – показатели прочности сталефибробетона, контактной зоны на границе раздела «фибра – матрица» и исходного бетона соответственно; l и d – длина и диаметр фибры; 0 – коэффициент объемного армирования; – касательные напряжения на границе раздела фаз «фибра – матрица»; – комплексный коэффициент, учитывающий эффект «фибра – фибра», взаимодействие, ориентацию волокон и вероятность пересечения ими расчетной плоскости, а также однородность фибр и степень дисперсности армирования.

Так как создать композит, в котором прочность сцепления на границе раздела фаз «стальная фибра – матрица» преобладала бы над временным сопротивлением на разрыв самого волокна, весьма проблематично, причем в этом нет никакой необходимости для получения вязкого разрушения, то рассматривается случай: l<lкр. Доля вытянутых волокон равна единице (все вытягиваются), а энергия их вытягивания при разрушении композиционного материала составит:

. (9)

Разрушение происходит за счет нарушения границ раздела между волокном и матрицей и вытягивания волокон из матрицы, что в большей степени способствует вязкому разрушению. Таким образом, большее значение имеют касательные напряжения (), а не напряжения в самом волокне (), и вязкость разрушения, основной вклад в которую вносит энергия, затраченная на вытягивание волокон, зависит от:

- объемной доли волокон Vв;

- величины касательных напряжений на границе раздела фаз

«фибра – матрица»;

- геометрических характеристик волокон (l/d).

При этом важно, что зависимость энергии по вытягиванию от длины волокна является более тесной, так как в выражении (9) имеется показатель степени, поэтому для увеличения энергии по вытягиванию необходимо стремиться к увеличению длины волокна, а в связи с этим – к увеличению отношения (l/d). Исходя из этого установлено, что отношение длины волокна к его диаметру (l/d) в большей степени влияет на трещиностойкость, чем на прочность сталефибробетона (рис. 4).

Рис. 4. Относительная теоретическая зависимость энергии по вытягиванию волокон и прочности сталефибробетона от отношения длины волокон к их диаметру

Таким образом, критериями управления вязкостью разрушения сталефибробетона следует считать:

– геометрические характеристики (типоразмер) волокон;

– объемную долю волокон в матрице;

– характеристику сцепления волокон с матрицей.

Четвертая глава посвящена проектированию состава и экспериментальной оценке критериев вязкости разрушения высокопрочного сталефибробетона.

Введение в бетонную матрицу армирующих волокон позволяет получить композиционный материал, для которого характерны повышенная трещиностойкость, прочность на растяжение, ударная вязкость и сопротивление истиранию, а так же пластическое разрушение в отличие от хрупкого разрушения обычного бетона.

Проектирование состава высокопрочного сталефибробетона имеет ряд особенностей в связи с наличием в их составе дисперсной арматуры, поэтому при назначении состава высокопрочной бетонной матрицы необходимо обращать внимание на изменение структуры и свойств материала в результате введения армирующих волокон. Однако обзор отечественной и зарубежной литературы показывает, что состав высокопрочных сталефибробетонов чаще всего определяется экспериментально или принимается по аналогии с применявшимися ранее составами. Исключение составляют работы, выполняемые на кафедре технологии строительных изделий и конструкций СПбГАСУ (ЛИСИ), сотрудниками которой разработаны частные методики проектирования состава сталефибробетона и ячеистого фибробетона. Методика проектирования состава включает в себя ряд этапов, а именно: подбор состава исходного высокопрочного бетона, характеризующегося компактной упаковкой с минимальной пустотностью заполнителей, определение характеристики сцепления конкретного типоразмера фибры, корректировка предварительного состава с учетом введения армирующих волокон с применением графо–аналитического метода, изготовление и испытание контрольных образцов.

Независимо от формулировки задания порядок проектирования состава высокопрочного сталефибробетона выглядит следующим образом:

  1. Осуществляется подбор состава исходного бетона (матрицы) по известным методикам, исходя из требования по прочности.
  2. Определяется характеристика сцепления () волокна с матрицей.
  3. Рассчитывается временное сопротивление растяжению при изгибе матрицы по известному уравнению прочности фибробетона.
  4. Производится оценка полученного состава на соответствие заданным характеристикам, и при необходимости его корректировка известными методами.

В диссертации определены особенности проектирования и произведен подбор составов высокопрочного сталефибробетона (табл. 1).

Результаты испытаний контрольных образцов высокопрочного бетона и высокопрочного сталефибробетона приведены в табл. 2 и 3.

Полученные данные показывают, что с учетом технологических и иных факторов выбор должен быть сделан в пользу волокон, имеющих большее значение (l/d), причем наиболее важным этот вывод представляется с точки зрения повышения вязкости разрушения получаемого композита.

Существует ГОСТ 29167-91 Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. Однако, как показывает практика применения описанных в этом документе методик при оценке трещиностойкости сталефибробетона, результат оказывается весьма чувствительным к процессу подготовки образцов и статистически неустойчивым – развитие трещины происходит не всегда в заданном месте образца. Вместе с тем, известен ряд работ, в которых экспериментально исследована и теоретически обоснована связь параметров распространения ультразвука с процессом зарождения и развития трещин в хрупких и армированных материалах. Однако эти работы, по ряду причин, не нашли широкого применения в повседневной практике заводских лабораторий. В связи с этим для оценки трещиностойкости высокопрочного сталефибробетона разработан ультразвуковой метод, основанный на использовании стандартного оборудования, имеющегося в любой лаборатории при минимальном уровне доработки последнего.

Данная методика предусматривает сравнительную оценку площадей под графиками «приложенная нагрузка – скорость распространения УЗ импульсов через образец» (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость скорости распространения ультразвуковых импульсов от разрушающей нагрузки при сжатии (слева) и разрушающей нагрузки на растяжение при изгибе (справа)

Сравнительная оценка площадей под кривыми, отражающими величины энергии, затраченные на разрушение образцов сталефибробетона, насыщенных 2,5 %-ми по объему фиброй «Dramix» и «Челябинка», показала, что частное отношения этих площадей при испытании на сжатие и на растяжение при изгибе составило 5,1 и 6,9 соответственно. Среднеарифметическое значение частных результатов составило 6,0. Таким образом, экспериментально подтверждены теоретические расчеты по выражениям (1-9), представленные в диссертации и показывающие, что вязкость разрушения сталефибробетона, армированного волокнами «Dramix», в 6,0 раз выше вязкости разрушения сталефибробетона, армированного волокнами «Челябинка».

В пятой главе дана технико-экономическая оценка применения высокопрочного сталефибробетона в строительных изделиях и конструкциях.

В качестве конструкции для апробации применения высокопрочного сталефибробетона была выбрана типовая плита перекрытия типа «2Т».

В соответствии с существующей нормативной базой произведен сравнительный расчет железобетонной и сталефиброжелезобетонной плит перекрытия типа «2Т».

Применительно к данной конструкции состав сталефибробетона был подобран с использованием графо-аналитического метода.

Проведено технико-экономическое обоснование использования высокопрочного сталефибробетона для изготовления сталефиброжелезобетонной плиты перекрытия типа «2Т». Относительно применяемых материалов положительный экономический эффект от дисперсного армирования в растянутой зоне продольных ребер составил 435,6 рублей на одно изделие в ценах октября 2009 года. Кроме того, применение высокопрочного сталефибробетона позволило существенно облегчить изготовление арматурных каркасов, а вместе с этим снизить трудоемкость и энергоемкость технологических процессов. В процессе испытаний образцов из производственных смесей установлена высокая трещиностойкость сталефибробетона и вязкий характер разрушения, обеспечивающие надежность и безопасность конструкции в процессе ее эксплуатации.

С учетом результатов проведенных исследований разработаны рекомендации по проектированию состава сталефибробетона с повышенной вязкостью разрушения, которые приняты ООО «НПК «Волвек плюс» для практического использования.

ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность применения высокомодульных волокон для существенного повышения вязкости разрушения высокопрочного бетона. При этом:

1. Разработана методика оценки трещиностойкости сталефибробетона, основанная на использовании стандартного оборудования, имеющегося в любой лаборатории при минимальном уровне доработки последнего.

2. Сформулированы критерии управления вязкостью разрушения сталефибробетона, среди которых наиболее значимыми являются геометрические характеристики (типоразмер) волокон, их объемная концентрация и характеристика сцепления с матрицей.

3. Установлено, что отношение длины волокна к его диаметру (l/d) в большей степени влияет на трещиностойкость высокопрочного сталефибробетона, чем на его прочность.

4. Разработаны составы высокопрочного сталефибробетона с высокой вязкостью разрушения, в котором значения критических коэффициентов интенсивности напряжений KIC и KIIC относительно высокопрочного бетона без волокон выросли более чем в 3 раза.

5. Экспериментально подтверждены теоретические сравнения между собой прочностей и вязкостей разрушения высокопрочного сталефибробетона, армированного волокнами «Dramix» и «Челябинка». При прочих равных условиях значение величины энергии, затраченной на вытягивание волокон «Dramix», в 6 раз выше аналогичной характеристики, полученной с использованием стальной фибры «Челябинка».

6. Высокопрочный бетон является эффективным строительным материалом, применение которого обеспечивает повышение несущей способности и снижение материалоемкости строительных конструкций. На примере типовой плиты перекрытия типа «2Т» показан положительный экономический эффект от дисперсного армирования в растянутой зоне продольных ребер, который составил 435,6 рублей на одно изделие.

Публикации по теме диссертации

  1. Голубев, В.Ю. Высокопрочный сталефибробетон / В.Ю. Голубев // Актуальные проблемы современного строительства. 60-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых. Сборник материалов конференции. Ч. I – СПб.: СПбГАСУ, 2007. – С. 176–178.
  2. Пухаренко, Ю.В. Высокопрочный сталефибробетон / Ю.В. Пухаренко, В.Ю. Голубев // Промышленное и гражданское строительство. – 2007. – №9. – С. 40–41. (из списка ВАК)
  3. Вахмистров, А.И. Высокопрочный сталефибробетон для высотного строительства / А.И. Вахмистров, Ю.В. Пухаренко, В.Ю. Голубев и др. // Вестник строительного комплекса. – 2007. – №10(49). – С. 51.
  4. Голубев, В.Ю. О методах определения вязкости разрушения высокопрочного сталефибробетона / В.Ю. Голубев // Доклады 65-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных руководителей, инженеров и аспирантов университета. Ч. I – СПб.: СПбГАСУ, 2008. – С. 205–207.
  5. Голубев, В.Ю. О вязкости разрушения фибробетона / В.Ю. Голубев // Актуальные проблемы современного строительства. 61-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых. Сборник материалов конференции. Ч. I – СПб.: СПбГАСУ, 2008. – С. 179–185.
  6. Пухаренко, Ю.В. О вязкости разрушения фибробетона / Ю.В. Пухаренко, В.Ю. Голубев // Вестник гражданских инженеров. – 2008. – №3(16). – С. 80–83. (из списка ВАК)
  7. Пухаренко, Ю.В. Проектирование состава и исследование свойств высокопрочного сталефибробетона / Ю.В. Пухаренко, И.У. Аубакирова, В.Ю. Голубев // III третья международная выставка-конференция «Популярное бетоноведение 2009»: сб. докл., 2009. – С. 74–79.
  8. Пухаренко, Ю.В. Об оценке трещиностойкости сталефибробетона ультразвуковым методом / Ю.В. Пухаренко, В.Ю. Голубев, А.О. Хегай // Промышленное и гражданское строительство. – 2009. – №9. – С. 50–51. (из списка ВАК)

Подписано к печати 24.11.2009. Формат 6084 1/16. Бум. офсет.

Усл.-печ. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе СПбГАСУ.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.