Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Ранее (в том числе в главе 3) данные вопросы рассматривались нами с учетом представлений, моделирующих систему связи между структурными элементами в дисперсно армированном бетоне в зависимости от изменения параметров используемых фибр и размеров зерен крупного заполнителя, от условий их взаимного распределения в объеме бетона [3]. Результаты этой работы были использованы (совместно с канд. техн. наук Л.Л.Лемышем) для разработки нормативного документа [6], включающего рекомендации по составам сталефибробетона с применением стандартных фракций крупного заполниетля, используемых для ограждений защищаемых помещений банковских учереждений. Принципы, положенные в основу указанных рекомендаций, были защищены патентом на изобретение [2].
Указанная выше работа [6] базировалась на условии, определяющим допускаемые границы применения в сталефибробетоне максимальных размеров Dmax зерен крупного заполнителя (в пределах cf<Dmax< 1,41cf), причем для выполнения практических расчетов были приняты значения Dmax=I ,24cf, где Cf- размер кубической ячейки бетона, приходяцегося на каждую фибру. Содержание крупного заполнителя в бетоне принималось до 25% от общей массы используемых заполнителей.
Как показал последующий анализ, в рассматриваемой ситуации при подборе составов сталефибробетонной смеси рациональнее основываться не на значениях Dmax (хотя ограничения по Dmax также нельзя не принимать во внимание), а на усредненных размерах диаметров dnm зерен заполнителя, которые могут изменяться в широком диапозоне при использовании различных фракций подобного заполнителя. В этом случае упрощается решение задачи по увязке принмаемых для расчета значений dnm с параметрами структуры дисперсного армирования, появляется возможность уточнения пределов допустимого содержания крупного заполнителя в бетоне.
Как и в предпосылках, изложенных в главе 3, объем бетона Vft приходящийся на каждую отдельную фибру в сталефибробетоне, представим в виде куба (кубической ячейки) с ребром Cft величину которого определяем из выражения:
где dp Ifl Jdfv - диаметр, длина и объемное содержание фибр в бетоне, соответственно.
Конфигурацию зерна заполнителя представляем в виде шара диаметром dn, а объем V бетона, приходящийся на каждое зерно - в виде куба с ребром с , при этом
где JAnv - объемное содержание крупного заполнителя в бетоне. Воспользуемся также одним из сформулированных условий (глава 3), основывающимся на том, что рассматриваемые объемы кубических ячеек бетона Vf и Vn должны быть равны, т.е.:
(6.1)
(6.2) C = C=Cn (6.3)
В данной системе геометрические центры фибр и центры зерен заполнителя (шаров) размещены в вершинах соответствующих кубов (рис.6.1), которые, в свою очередь, совмещены друг с другом, причем вершина куба объемом Vf размещена в центре куба объемом v и, исходя из условия vf = Vnt получаем симметричную пространственную систему (каркас), в которой центр фибры размещен в центре куба объемом V и соответственно центр зерна заполнителя (шара) в центре куба объемом Vf. В данном случае важно установить оптимальные соотношения между Cf и dn, удовлетворяющие требованиям технологии и условиям работы сталефибробетона в конструкциях.
П = Пи
\
Рис.6.1 Структурные ячейки (плоское изображение) дисперсно армированного бетона
а - ячейка бетона объемом vn с зерном заполнителя в ее центре; б-то же, объемом Vf с центром фибры, расположенным в центре ячейки;
1 - геометрический центр фибры, совмещенный с вершиной ячейки объемом vn \ 2 - зерно заполнителя с его центром, совмещенным с вершиной ячейки объемом Vf
Как отмечалось выше, бетон - гетерогенный материал со сложной иерархией собственной структуры с характерной для нее системой неоднородных включений и дефектов. В нашем анализе рассматриваются объемы бетона, относящиеся к макроструктуре, для которых основными элементами неоднородностей являются зерна крупного заполнителя. Именно на этом уровне (на границе контакта зерен заполнителя с раствором) возникает наиболее сложное поле макродеформаций (макронапряжений), несущее наибольшую ответственность за работу материала при силовых воздействиях. Если считать, что при возникновении трещины в бетоне ее движение распространяется в матрице от одного неоднородного включения (зерна заполнителя) к другому, то в данной ситуации важно создать условия, обеспечивающие торможение такому движению. В связи с этим, одним из основных критериев оптимизации структуры (системы) дисперсного армирования должен являться принцип соответствия между уровнем дисперсности армирования и уровнем дисперсного распределения в бетоне усредненных по размеру макроскопических неоднородностей (в рассматриваемом случае - зерен крупного заполнителя). Этому условию, как следует из модели (рис.6.1), соответствует равенство количества центров фибр nf и центров зерен заполнителя ппт не только в каждой кубической ячейке, но и в массиве бетона в целом, т.е. в оптимальном случае Inf=Inm (6.4)
В данной ситуации в каждом элементе макроскопического объема бетона потенциальная трещина между соседними зернами крупного заполнителя встретит препятствие, создаваемое дисперсным армирующим компонентом (фиброй), воспринимающим соответствующее макроскопическое напряжение и способным сдержать процесс нарушения сплошности материала в данном объеме бетона.
