Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
1.2. АРМИРУЮЩИЕ ВОЛОКНА, ИХ СВОЙСТВА
Не все волокна отвечают требованиям, которые предъявляются к арматуре бетонов. Здесь прежде всего необходимо учитывать такие показатели, как прочность, де-формативность, химическая стойкость армирующего материала, его адгезия к бетону, коэффициент линейного расширения и т. д. Важное значение имеют также вопросы стоимости армирующих материалов и объемы их производства, которые в ряде случаев играют решающую роль. Например, известны идеальные волокна в виде нитевидных монокристаллов (так называемые "усы"). характеризующиеся чрезвычайно высокими прочностью на разрыв и модулем упругости, большой устойчивостью к различным средам. Однако производство этих волокон даже в промышленно развитых странах пока ограничено. В то же время такие распространенные и освоенные промышленностью многих стран волокна, как капрон, найлон и др., не могут быть эффективно использованы в качестве несущей арматуры, главным образом из-за более низких (по сравнению с бетоном) значений модуля деформации.
В настоящее время используются в основном три вида армирующих волокнистых материалов: волокна (фибры) в виде коротких отрезков тонкой стальной проволоки, стеклянные волокна и волокна на основе полипропилена. Эти материалы различаются по своим свойствам, поэтому к решению вопросов их применения в качестве арматуры необходимо подходить дифференцированно. Наиболее эффективной в конструкционном отношении является стальная фибровая арматура, модуль упругости которой примерно в 6 раз превышает модуль упругости бетона. Элементарные стеклянные волокна диаметром 8—10 мкм по прочности соответствуют высокоуглеродистой холоднотянутой проволоке (1800—2500 МПа), а по плотности в 3,5 раза легче. Модуль упругости стекловолокнистых материалов ниже, чем стали, но примерно втрое превышает модуль упругости бетона и в среднем в 6 раз больше модуля упругости гипсового камня. 3TO предопределяет реальные возможности применения стеклянных волокон в качестве эффективного армирующего материала. Синтетические волокна на основе полипропилена характеризуются повышенной деформативностью. Модуль упругости таких волокон составляет не более 1/4 модуля упругости обычных бетонов. Поэтому волокна из полипропилена вряд ли могут выполнять роль эффективной несущей арматуры для бетонов. Их применение даст возможность решить вопросы, связанные прежде всего с дополнительным (конструктивным) армированием: для предотвращения повреждений и выколов в бетоне при транспортировании и монтаже изделий, частичного повышения ударной прочности, сопротивления истиранию и т. д.
Таким образом, как и при традиционном армировании эффективность работы волокон в конструкциях в значительной мере должна определяться степенью их де-формативности. Поэтому предложено разделять волокна на два типа [17]: низкомодульные (найлоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые) с характерным для них большим относительным удлинением при разрыве и высокомодульные (стальные, стеклянные,базальтовые, углеродные). В первом случае при армировании следует ожидать в основном повышение ударной вязкости бетона, во втором — может быть достигнуто также увеличение прочности бетона при растяжении, жесткости и 'сопротивления динамическим воздействиям.
По мнению многих специалистов, возможности применения в качестве армирующего материала такого распространенного и хорошо известного природного заполнителя, каким являются волокна асбеста, в значительной мере ограничены из-за относительно малой длины этих волокон и трудностей их распушки. Необходимо учитывать также ограниченность природных запасов высококачественных асбестов, что повышает интерес специалистов к работам по изысканию новых видов эффективных армирующих материалов (табл. 1.3,а) [17]
Исследования показали [17], что для улучшения качества бетонных изделий могут быть эффективно использованы углеродные волокна. Они не подвергаются коррозии в гидратирующемся цементе, заметно повышают прочность цементного камня на растяжение и модуль его упругости. Однако стоимость углеродных волокон значительно превышает стоимость стальных и стеклянных волокон, поэтому использование их в качестве арматуры требует специального обоснования. Наибольший практический интерес представляет рассмотрение свойств стальных и минеральных (стеклянных, базальтовых) волокон, а также некоторых видов волокон органического происхождения.
Стальные волокна. Металлические волокна-фибры применяемые в качестве арматуры, изготавливаются различными способами: резкой на отрезки заданной длины тонкой стальной проволоки, рубкой тонкого стального листа, фрезерованием специальных металлических заготовок-слябов, формованием (экструдированием) из расплава. Фибры могут иметь различную конфигурацию поперечного сечения: круглую, прямоугольную или треугольную, трапециевидную.
Наибольшее применение для армирования бетонов получают нарезанные из проволоки фибры диаметром 0,3-1,6мм и длиной от 30 до 160мм (рис. 1.5). Обычно используется стальная низкоуглеродистая проволока общего назначения ГОСТ 3282-74* (с изм.). Для повышения прочности сцепления с бетоном фибры из проволоки могут иметь периодический профиль, отгибы на концах или волнистое очертание. Получают применение также плоские стальные фибры сечением 0,15-0,4 на 0,25-0,9мм из металлической фольги, лент, листов, пластин или сплющенной круглой проволоки.
