Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
v.
о
ш 7800
7400
¦¦ч
Ik
H-I
ч
40 60 80 d, мкм
Рис.1.8. Зависимость модуля упругости стеклянных волокон от их диаметра
Как видно из рис. 1.8, величина повышения модуля упругости волокон в рассматриваемом диапазоне изменения их диаметров не столь значительна и составляет примерно 8%. Такое изменение модуля не может оказать существенного влияния на показатели работоспособности армированного материала. Но этот факт необходимо рассматривать в комплексе с другими факторами, включая вопросы коррозионной устойчивости волокон [20]. Для армирования, например, полимерных материалов целесообразно использовать наиболее тонкие волокна диаметром порядка Юмкм, которые, хотя и имеют пониженные значения модуля упругости, но в то же время обладают наиболее высокими показателями прочности на разрыв. Высокая прочность тонких волокон в полимерной матрице может быть полностью реализована, поскольку предельные деформации при растяжении полимеров во всех случаях выше по сравнению с соответствующими деформациями стеклянных волокон, а модуль упругости полимерных материалов примерно на порядок ниже, чем наименьшие значения модуля упругости стекла. При применении стеклянных волокон в качестве армирующего материала для цементных растворов и бетонов перспективными могут оказаться не только тонкие волокна, но и волокна сравнительно больших диаметров — до ЮОмкм, которые, несмотря на более низкую прочность при разрыве, имеют повышенные значения модуля упругости. Наряду с этим, такие волокна, как будет показано ниже, обладают при прочих равных условиях более высоким уровнем коррозионной устойчивости к воздействиям среды гидратирующегося цемента. При этом следует учитывать, что предельные относительные деформации цементных и гипсовых растворов и бетонов при растяжении составляют в среднем 0,01—0,03%, т.е. значительно ниже, чем у полимеров и стеклянных волокон. Поэтому высокая прочность тонких волокон в бетонных матрицах не может быть полностью использована. В то же время модули упругости цементных и гипсовых растворов и бетонов выше модулей упругости полимерных материалов, но ниже (примерно от 3 до 5 раз), чем у стеклянных волокон. С учетом изложенного наибольшее предпочтение при армировании бетонных материалов может быть отдано (в зависимости от анализа конкретных ситуаций) волокнам более крупных диаметров. В этом случае прочность волокон будет использоваться в наибольшей мере
Определенный интерес представляет анализ диаграммы "напряжение—деформация" для волокон различных диаметров. Для построения подобной диаграммы нами были рассмотрены экспериментальные данные [6, 34], относящиеся к оценке изменения предельных деформаций волокон разных диаметров и характеристики их модуля упругости (рис.1.9,а)[19]. Как видно из диаграммы, деформации волокон линейно возрастают по мере увеличения уровня напряжений. При этом независимо от диаметров волокон они работают в упругой стадии вплоть до напряжений, близких к предельным. Углы наклона полученных диаграмм различаются весьма незначительно. Возможно, ранее при обработке данных опыта эти зависимости сливались в одну прямую. Аналогичная прямая была получена также нами при обработке другой комбинации экспериментальных данных [13, 34], относящихся к исследованиям модуля упругости стеклянных волокон и предельных значений их прочности (рис.1.9,6) [19]. Полученная зависимость могла бы служить основанием для суждения о том, что модули упругости стеклянных волокон не зависят от изменения величины их диаметров. Однако приведенные выше данные о некотором повышении модуля упругости волокон в этой ситуации, по нашему мнению, в большей мере соответствуют реальному положению. Примерно такая же зависимость характерна и для стальной арматуры. Например, модули упругости тонкой стальной проволоки несколько ниже, а величина относительных деформаций в упругой стадии выше, чем обычной стержневой арматуры.
На рис.1.10 приведены данные об изменениях относительных значений упругих деформаций и напряжений при растяжении стеклянных волокон разных диаметров, соответствующих характеру изменения диаграмм Of— Efi приведенных на рис.1.9. Как видно, закономерности снижения прочности волокон по мере увеличения их диаметров соответствуют аналогичным понижениям значений их относительных упругих деформаций. При этом сравнительно небольшие отклонения в значениях деформаций и напряжений в волокнах (см. 7 и 2 на рис.1.10) приводят, как было показано выше, к определенным различиям в оценках характера рассматриваемых диаграмм.
В настоящее время данные о модулях упругости стеклянных волокон и об изменениях их относительных упругих деформаций с учетом изменения диаметров воло-
} Здесь возникает противоречие, заключающееся в том, что принципы дисперсного армирования базируются на стремлении к уменьшению диаметров волокон, однако это стремление, как показано выше, следует ограничивать, в зависимости от постановки конкретных задач, т.е. необходимо, как и при любом проектировании, основываться на компромисе между идеальным подходом к решению задач и реальными возможностями их практического воплощения. а)
