Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Оценивая значения ^ , следует выделить различные и имеющие важное значение для практики ситуации. В рассмотренных выше случаях (Efu < Emu) разрушение материала при \xf< \х (рис. 10.1 d и 10.1 е) не оказывается внезапным благодаря сравнительно большим значениям предельных (пластических) деформаций, характерным для материала матрицы. Иное положение фиксируется в композитах на основе хрупких матриц при Zfu > Emu. В этом случае образование трещин в матрице (соответственно, ее разрушение) происходит, как правило, до момента разрыва волокон. Данная ситуация отражена диаграммой на рис. 10.1 f. На ординате диаграммы справа фиксируется условная величина напряжения в волокнах Of в момент образования трещин в матрице, соответствующая ее предельной деформации (см. также рис.
4с
10.1 с). Линия 8 на диаграмме фиксирует изменение OfHf-
Предельное сопротивление композита Gcu в этом случае также ограничивается ломаной линией 1, состоящей из двух участков 1(2) и 1/(5). Участок линии 1(5) соответствует предельному сопротивлению композита, которое исчерпывается в момент образования трещины в матрице. Очевидно также, что линия 1(5) над заштрихованной частью диаграммы до точки пересечения с линией 1(2) характеризует изменение значений Gru при совместной работе матрицы и волокон, работающих с напряжением
/
* CU
Of Т. Є.
crCU =VmuJim +OitfIif =Omu(I-Jif)^CTffif (10.9;
Так как для цементных растворов и бетонов
* 2VmEf _
Of=-— = 2 HOni1j
J г? ти
c^m можно записать, что
2OmuEfHf
O Си =°ти(1-И/) +
(10.10)
С образованием первой трещины в матрице в пределах линии 1(5} происходит хрупкое разрушение композита, поскольку содержание волокон, пересекающих трещину, в этом случае недостаточно (ниже минимального уровня), чтобы воспринять нагрузку, которую испытывал композит в момент, предшествующий образованию трещины. Таким образом, лимитирующей в данной ситуации является прочность волокон ст [ir Из этого следует, что хрупкое разрушение произойдет, если:
J J
Из выражения (10.11 )можно определить минимальное значение объемного содержания волокон Hfo = Hmm , предотвращающее хрупкое разрушение композита
JUmin =_^ssl__ =__=_. (10.12)
Omu Hojil -о}) Gmu +(Gjii-InGmu) Gmu +CTv
Заменяя в (10.11) Omu(I-^f) на <зти получим критическое значение /Zmin ;
Дшіп =-^=4- = ^. (10.13)
°fu~Gf aV
Вне пределов заштрихованной области диаграммы {\х > Vfmin) на участке линии 1(2) композит работает с трещинами (матрица выключена из работы), а нагрузку воспринимают одни волокна, при этом предельное сопротивление композита (линия 1) на этом участке диаграммы совпадает с линией 2 и Ocu = gfiuH.
Проходящий через пересечение линий 3 и 8 створ «л-л» не всегда совпадает с границей заштрихованной части диаграммы (как показано на рис. 10.1, f) и с изломом линии 1, отображающим ситуацию, при которой волокна в соответствии с линией 1(2) начинают воспринимать предельную нагрузку и после образования трещины в матрице. Положение створа «л-л» зависит от разности Gfil-Gf. При малых значениях Gfii-Gf створ «л-л» будет перемещаться к створу «к-к» и входить в заштрихованную область; при больших значениях Gfii -Gfi створ «л-л» может выйти за границу этой области, соответственно, за пределы излома линии 1.
При использовании в качестве арматуры отрезков волокон и их свободной ориентации в матрице необходимо в указанных выше формулах учесть соответствующие коэффициенты ориентации волокон и их анкеровки.
Проведенный анализ создает предпосылки для более обоснованного подбора составов композиционных материалов, позволяющего свести к минимуму потери суммарной прочности исходных компонентов, а также исключить возможность хрупкого разрушения этих материалов при загружении. Определение значений Lt . для композитов
nil ft
на основе базальтовых волокон
В рамках московской программы «Базальт» [3] с учетом приведенных выше зависимостей определены численные значения \і для композитов на основе пластичных полимерных и хрупких бетонных матриц с использованием для них в качестве армирующих компонентов различных модификаций базальтовых волокон.
В качестве пластичных полимерных рассмотрены матрицы на основе эпоксидных, полиэфирных и других подобных смол с минеральным наполнителем, предельные деформации которых при разрыве существенно выше, чем у волокон. Под бетонными подразумеваем хрупкие матрицы на основе мелкозернистого бетона, гипса, гипсобетона, керамики, предельные деформации которых при растяжении весьма малы — меньше, чем у армирующих базальтовых волокон.
Выбор необходимых для анализа технических характеристик исходных компонентов (волокон и материала матрицы) осуществлен в интервале их практических изменений.
В диаграммах на рис. 10.1 приняты линейное изменения деформаций волокон и матрицы при возрастании растягивающего напряжения. Для базальтовых волокон, как и для других видов подобных волокон (например, стеклянных) такой характер диаграммы вполне правомерен (реализуется при испытаниях). Аналогичная ситуация отвечающая в общем линейному характеру диаграмм деформирования при растяжении (вплоть до напряжении близких к предельным) наблюдается в бетонных и подобных им матрицах.
