Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
При этом известно, что силы адгезионного взаимодействия между армирующими компонентами и цементной матрицей, в том числе силы склеивания в зоне контактного соя, достаточно слабы, меньше когезионных сил в объеме цементного камня. Тем не менее, значение этих сил в контактной области возрастает с увеличением ее удельной поверхности. При дисперсном армировании повышается также качество материала матрицы, расположенного непосредственно у поверхности волокон. Подробно данные вопросы, включая исследование характера изменений, возникающих в контактной зоне при дисперсном армировании, рассмотрены в работе [7] и отмечены также выше. Исходя из этого можно полагать, что принятые в настоящем анализе исходные предпосылки могут быть приемлемыми для проведения аналитического исследования.
Полученные в результате расчетов по формулам (8.35) и (8.36) линии графиков (рис. 8.5) указывают на граничные значения диаметров армирующих волокон, при которых в процессе работы композита исчерпание поверхностной энергии контактного слоя (с учетом пластических деформаций) достигается одновременно с преодолением энергии упругих деформаций волокон, в этом случае/ = 1 и 3f = Экт .
Области над линиями графиков соответствуют условию Эу > Экт при этом I > 1. В областях, расположенных под линиями графиков, 3f <Экт и критерий дисперсного армирования I< 1.
В качестве примера рассмотрим данные, относящиеся к сопоставлению усилий сцепления между стальными волокнами (фибрами) и бетоном при изменении удель- а) 2000
і^МПа
Я.МПа
1750
1500
1000
750
500
\
і
2
0,01
0,03 0,05
0,9 df мм
Рис. 8.5. Зависимости df—Rft отвечающие условию/ = 1
а — для стеклянных волокон; б—для стальных волокон; 1 и 2 — при использовании в формуле (8.36) коэффициентов Xfg = 0,088 и 0,11 соответственно; 3 и 4 — при использовании в формуле (8.35) коэффициента
Xr = 0,027 и 0,062 соответственно.
fs
1,6 1,4
і KJ^CI1K
1,2 1
0,8 0,6 0,4 0,2
\
V
і \ уЗ
\ \ \2
SsI
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Cfyl мм
Рис. 8.6. Зависимости R /R
</, .
CW СЦш U J
1 и 2 — однонаправленное армирование при R = 1000 и 500 МПа соответственно; 3 и 4 — то же при свободной
У
ориентации волокон ной поверхности их контакта. В этом случае примем во внимание следующие допущения:
исходим из расчетной схемы, в соответствии с которой условное касательное напряжение сцепления учитывается по всей длине волокна и составляет R = RbZlOy где Rb — расчетное сопротивление бетона на сжатие;
численное сопоставление регламентируемых и действующих (реальных) усилий сцепления в каждом из исследуемых вариантов отнесено на единицу длины волокон;
содержание волокон в единице объема композита в рассматриваемых вариантах принято равным, изменяются лишь диаметры волокон и соответственно поверхность их контакта с матрицей;
значения прочности волокон на разрыв /^.приняты равными в каждом сопоставляемом варианте независимо от изменения их диаметров.
Для численного анализа в качестве матрицы примем бетон класса по прочности на сжатие В35, при этом согласно [10] Rb = 19.5 МПа, соответственно регламентируемая величина сцепления R = 1,95 МПа.
Задачей анализа является выявление зависимости R /R -d„ где R — значе-
" сц сц.и J1 сцм
ние реального касательного напряжения, которое необходимо обеспечить на границе контакта «матрица-волокно», чтобы получить равновесие между прочностью воло-он на разрыв и прочностью сцепления в зоне контакта, т. е.
Принимая в формулах (8.37) значения ^постоянными для каждого исследуемого варианта и изменяя df получим соответствующие параметры Rc и. В этом случае значения отношения R /R будут изменяться в пределах 1 < Rcil JRcum ^ 1.
Cl^ сц. и
Оптимальным считаем вариант, в котором увеличение удельной поверхности контакта, связанное с уменьшением df обеспечивает условие RctiZRctfu = 1, т.е. ситуацию при которой регламентируемые и реальные силы необходимого сцепления оказываются равнозначными при заданном классе бетона (матрицы) и вследствие этого исчерпание этих сил при прочих других равных условиях достигается одновременно с преодолением прочности волокон на разрыв. На рис. 8.6 приведены графики зависимости RcifZRc u-df для однонаправленного армирования и армирования со свободной ориентацией волокон. В последнем случае значения R в формуле (8.37) приняты с учетом коэффициента Xfs = 0,165. Участки линий графиков при Rc ZRc и > 1 отвечают случаю, при котором волокна соответствующих диаметров будут разрываться, а при RruZR <1 — выдергиваться до разрыва волокон.
t-tf сц.ы
Таким образом, показаны граничные состояния, в пределах которых соблюдается условие (8.32) и эффект дисперсного армирования при уменьшении диаметров армирующих компонентов достигается в наиболее полной мере.
Приведенные выше данные позволяют также отметить следующее.
Дисперсное армирование бетона приводит к возможности решения важных практических задач, в том числе: создает предпосылки для повышения предельных деформаций бетона, соответственно, для повышения уровня нагрузки, предшествую-
