Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Композиты на основе дисперсно армированных бетонов обладают высоким сопротивлением к воздействиям, проявляющимся при ударных (динамических) нагрузках. Величина этого сопротивления существенно (в несколько раз) выше, чем у традиционно армированного железобетона.
Сформулированы технические принципы (критерии), относящиеся к обеспечению нижних границ дисперсного армирования при получении рассматриваемых композитов. В соответствии с этими принципами выведены формулы с учетом диаграмм деформирования матриц и армирующих волокон для вычисления минимально необходимого в них (в композитах) содержания волокон прежде всего для предотвращения хрупкого разрушения бетона, проанализированы различия в поведении композитов при их загружении в ситуациях как с хрупкими, так и пластичными матрицами, т.е. в случаях, когда предельные деформации волокон равны больше или меньше в сравнении со значениями предельных деформаций самой матрицы.
При анализе рассматриваемой системы дисперсного армирования принято, что длина каждого волокна (фибры) должна быть больше размера і-того (элементарного) объема бетона, который приходится на эту фибру, при этом концы фибры, выходящие за контуры этого і-того объема будут проникать в соседние (аналогичные) объемы бетона, из которых в свою очередь концы фибр, содержащихся в этих соседних объемах, также будут проникать в смежные объемы, в том числе в указанный выше i-тый объем бетона. В этом состоит сформулированный принцип "возмещения", в соответствии с которым содержание волокон в каждом из подобных элементарных объемов бетона, как и в его массиве в целом, будет идентичным. Такой вывод сделан из заключения о том, что, в соответствии с закономерностями статистического распределения, какое бы количество материала волокон не вышло за пределы элементарного объема бетона, ровно такое же количество вернется (будет "возмещено") в этот объем из соседних с ним аналогичных объемов. Принцип "возмещения" является необходимым, но не достаточным, для того чтобы обеспечить эффект дисперсного армирования. В рассматриваемом случае следует также выполнить требование, в соответствии с которым будет удовлетворяться принцип "сшивания" смежных (элементарных) объемов бетона. В книге представлены формулы для вычисления длины фибр, обеспечивающих выполнение этого принципа "сшивания", в том числе с учетом анкерующей способности волокон, как при плоско-, так и объемно произвольной их ориентации в объеме бетона.
Показано также, что, если длина волокна (фибры) не превышает размеров элементарного (і-того) объема бетона, т.е. концы волокна соответственно не выходят за пределы этого объема, то уровень работы этих волокон минимален и эффект дисперсного армирования не может быть реализован в полной мере. При анализе рассматриваемой структурной системы впервые применен новый подход, состоящий в совмещении диаграмм статистического распределения прочности стеклянных волокон с их диаграммой "напряжение - деформация", позволяющий, в том числе с учетом данных экспериментальных исследований, установить вид зависимости о -г для совокупности (пучка) волокон. Показано, что эта зависимость для совокупности волокон, в отличие в общем от линейной диаграммы (3-є для одиночного волокна, преобразуется в нелинейную зависимость с нисходящей ветвью. Установлен вид этой зависимости для совокупности различных модификаций стеклянных волокон, в том числе с учетом ее изменения после выдержки волокон в щелочном растворе Ca(OH)2. Показано также, что в реальных условиях из-за неодновременного разрыва волокон процесс разрушения (при направленной ориентации волокон в матрице) происходит более плавно, что может быть учтено в расчетах путем использования нелинейной зависимости а -є. Нисходящая ветвь диаграммы может быть реализована при комбинированном армировании бетонных элементов в процессе их работы в составе статически неопределимых конструкций, а также при вынужденных (например, температурных) перемещениях. При работе по нисходящей ветви полностью используется прочность всех волокон.
В книге представлены данные теоретического анализа и экспериментальных исследований, связанных с оценкой изменения прочности стеклянных волокон при воздействии на них щелочной среды гидратирующегося цемента. Показано, что в этой среде прочность практически всех видов стеклянных волокон, независимо от их химического состава, снижается с течением времени. В наибольшей мере это снижение проявляется у стандартных волокон алюмоборосиликатного состава. Установлено также, что при решении вопросов, связанных с оценкой уровней устойчивости стекловолокон в указанной среде, задача сводится прежде всего к выявлению зависимости для определения толщины условного слоя стекла, который растворяется (корродирует) в результате воздействия на волокно продуктов гидратации цемента. Данные выполненного анализа показали, что толщина указанного слоя зависит от двух факторов: от продолжительности воздействия на волокно щелочной среды, возникающей при твердении цементного камня, и от удельной поверхности контакта волокон с щелочной средой, т.е. при прочих равных условиях от диаметра исходного волокна. Совместный учет этих факторов позволяет прогнозировать кинетику снижения прочности волокон в щелочной среде, которая существенно различается для волокон разного химического состава. Наряду с тем, показано, что чем больше диаметр стеклянных волокон, т.е. чем меньше удельная поверхность их контакта со щелочной средой, тем меньше не только уровень снижения прочности, но и различие в значениях потерь прочности во времени для волокон различного химического состава. Этот факт достаточно важен, так как показывает, что для получения стеклофиброцементных композитов можно использовать различные модификации армирующих волокон с учетом рационального подбора (в зависимости от решаемых технических и экономических задач) их химического состава и диаметров. В книге представлен метод прогнозирования несущей способности композитов на основе цементных матриц с применением в качестве армирующих компонентов различных видов минеральных волокон при их длительной эксплуатации с учетом прогнозируемых изменений прочности волокон и самих композитов.
