Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
*Под неоднородными включениями подразумеваем некоторые элементы (субстанции) структуры: поры, частицы песка, зерна крупного заполнителя, физические характеристики которых отличаются от характеристик материала, соприкасающегося с ними в объеме матрицы. темой (каркасом) армирующих компонентов (волокон), диспергированных, как было отмечено выше, адекватно распределению макроскопических неоднородных включений в объеме матрицы. В условиях подобного диспергирования создаются предпосылки не только для сдерживания процессов продвижения указанных трещин, но также для уменьшения при прочих равных условиях ширины их раскрытия.
Эффективные уровни дисперсного армирования для различных видов бетонных матриц определяются (идентифицируются) и могут быть реализованы при условии соответствующего учета физических параметров совмещаемых друг с другом компонентов (матрицы и волокон), геометрических соотношений между элементами образующейся структуры и функционального назначения разновидностей получаемых композитов: на основе цементного камня, либо раствора или бетона.
Показано, что применение волокон в качестве армирующих компонентов для бетона может обеспечить не только повышение уровня его трещиностойкости, но и создать также предпосылки для работы бетонной матрицы без трещин с высоким уровнем допускаемых растягивающих напряжений, вплоть до нагрузок близких к критическим (разрушающим).
Выведены формулы для вычисления параметров дисперсного армирования, при которых напряжения в волокнах будут приближаться к предельным значениям (значениям их разрыва) и в этой ситуации работа армированного бетона будет осуществляться с шириной раскрытия трещин, не превышающей заранее заданные размеры. В общем плане полученные зависимости позволяют говорить о том, что, чем меньше диаметр волокон (фибр), тем больше при прочих равных условиях можно допустить напряжение в них, не опасаясь, что раскрытие трещин в конструкции станет больше регламентируемой (устанавливаемой) величины. Однако, понятно, что безгранично увеличивать допустимое напряжение в волокнах, уменьшая их диаметры, нельзя, так как при некоторой величине этих диаметров, которую будем считать нижней границей, напряжение в волокнах достигнет предела прочности на разрыв. Величину этих диаметров можно установить из представленного в книге уравнения, подставляя в него фактическое значение предела прочности волокна.
Характерной особенностью дисперсно армированных бетонов является высокоразвитая поверхность контакта между матрицей (бетоном) и армирующими волокнами (фибрами). Удельная поверхность контактов не зависит от ориентации волокон и от прерывности (или непрерывности) армирования, а определяется только величиной коэффициента армирования и диаметром используемых волокон, причем диаметр волокон оказывает более существенное влияние на величину образующейся поверхности между волокнами и матрицей. Увеличению удельной поверхности контактной зоны при одном и том же коэффициенте армирования отвечает соответствующее уменьшение расстояний между волокнами в объеме композита. При этом волокна с более высоким по сравнению с матрицей модулем упругости ограничивают (стесняют) свободное удлинение матрицы в соседней (пограничной) с волокном области. В книге показано, что повышение поверхности контакта и уменьшение расстояний между волокнами при соответствующем уменьшении их диаметров может оказать более существенное влияние (более эффективное в сравнении с традиционным армированием) на стеснение деформаций матрицы с вытекающими из этого положительными последствиями для работы композита в целом.
В дисперсно армированном бетоне при его загружении трещин существенно больше, а расстояния между трещинами и ширина их раскрытия меньше, при этом каждой трещине, чтобы стать сквозной, приходиться преодолевать большое количество "препятствий" в виде пересечений с волокнами (фибрами). Вместе с тем, как бы ни была мала ширина раскрытия трещин в сечении со сквозной трещиной все усилие воспринимается арматурой (фибрами). Разрушение элемента (потеря несущей способности) происходит по одному из таких сечений, в котором из-за изменчивости прочности суммарное сопротивление волокон (фибр) наименьшее. Если счи- тать, что прочность самих волокон не зависит от величины их диаметров (такое мнение принимают во внимание при использовании в железобетоне традиционных диаметров арматуры, хотя в действительности с уменьшением диаметров прочность, например, стеклянных волокон возрастает, у стальных волокон эта закономерность проявляется в меньшей степени), то несущая способность дисперсно армированного бетона в этом случае при заданном коэффициенте армирования также не будет являться функцией диаметров используемых волокон, а определяться, как и в традиционных системах, суммарной прочностью арматуры, пересекающей наиболее слабое сечение.
С увеличением коэффициента дисперсного армирования и удельной поверхности контакта между волокнами и матрицей (по мере уменьшения диаметров волокон) связан также достаточно важный эффект, следствием которого является существенное увеличение площади диаграммы "напряжение - деформация" и соответственно работы, которую необходимо затратить на разрушение композиционного материала, что, в свою очередь, создает предпосылки для существенного повышения его эксплуатационных качеств, в том числе морозостойкости, водонепроницаемости и других важных характеристик.
