Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Диспергирование предполагает существенное увеличение поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Процесс диспергирования может привести к качественным изменениям физического состояния различных многокомпонентных систем. Для определения эффективных границ дисперсности армирования бетонов также могут служить соответствующие изменения физических и прежде всего механических характеристик бетонной матрицы (прочность, трещиностойкость, ударная вязкость и др.), проявляющихся в результате существенного уменьшения величины диаметров армирующих элементов и увеличения степени их рассредоточения в объеме бетона.
Исследования показывают, что оптимальные уровни дисперсного распределения армирующих элементов в объеме бетона должны быть тесно связаны с параметрами структуры самого бетона. Основываясь на различиях в структурном строении различных видов бетонных матриц, принята в качестве исходной предпосылки гипотеза [20] о том, что геометрические характеристики армирующих элементов (их диаметры и степень рассредоточения) должны быть соизмеримы с «врожденными дефектами» и связаны прежде всего с неоднородностями верхнего уровня структуры бетона. В этом случае появляются предпосылки для более эффективного сдерживания роста трещин в бетоне при его загружении. Исходя из этого, были выделены четыре уровня дисперсного армирования бетонов (рис. 3.0).
Границы указанных уровней выделены путем сопоставления различных вариантов распределения армирующих элементов в объеме матриц с характерными размерами содержащихся в них неоднородных включений. Масштаб изменения расстояний между армирующими элементами при соответствующих их диаметрах на оси ординат графика принят эквивалентным масштабу изменения размеров макроструктур-ных неоднородностей матриц. На графиках выделены также зоны А, Б, С, в пределах а)
б)
<0
І О
5
сз «о
E
=C
ф
I
s
з
S
э
S
Q-
S
а
<о
I
ф S
CD э з: 5?
о о
?
S
ГУ
t <0
X
3"
Q-з:
&
<и 5
і QD
1000
100
0,01
0,001
0,001 0,01 0,1 0,2 (0,1%) (1%) (10%) (20%)
сз О
«о о
S ?
з: з
1S
CD
з: §
О
S
SO
з: а>
S
I
со
1
S 100000
2 з:
§ 10000
о
5
100
со з:
CD
о
о <\) О 3: з: со
S
Э"
I
t
гг з
8
с §
0,01
0,0001щ S о
0,00001
Объёмное (процентное) содержание армирующих элементов (волокон) в композиции
(10%) (20%)
Объёмное (процентное) содержание армирующих элементов (волокон) в композиции
В)
CD
5 5
1?
9, 5
з: а>
1000
100
з-
I
CD
S >=5
" о S *
1I
2 со
1? 8 §
P
І* С
0,01
0,001
0,001 0,01 0,1 0,2 (0,1%) (1%) (10%) (20%)
Объёмное (процентное) содержание армирующих элементов (волокон) в композиции
Рис. 3.0. Уровни дисперсности армирования бетонных
матриц
а — в зависимости от изменения расстояний между армирующими элементами и величины их диаметров; б — в зависимости от изменения количества армирующих элементов, приходящихся на единицу площади сечения армированного материала;
в — поверхность контакта армирующих элементов с бетоном в единице его объема в зависимости от изменения объемного (процентного) содержания армирующих элементов и величины их диаметров (1,2, 3 — соответственно однонаправленное непрерывное, плоско-произвольное и объемно-произвольное дискретные виды дисперсного армирования) Таблица 3.1
Структурные параметры дисперсного распределения
волокон в бетоне
Основные показатели
Однонаправленное армирование
Плоско-произвольное армирование
Объемно-произвольное армирование
Количество волокон приходящееся на единицу площади бетона
У
я/2
ПгГ = J П,а =
тг/2
ПУ = 1 "fa =
-nil
/
Ttd2f
U пП
Г cos ada
т A J
л/2
1,124
Vf
Ttd2f
ПАГ -Я/2
—^ = 0,636— JiAf
— f sin a cosfKto
A J
л/ о
=0,636
Л
2/1
7
/
= 0.8*'
Расстояние между армирующими элементами (волокнами) в объеме бетонной матрицы
1
СЧ =
Thf
4
л/тг df
/ _
2 V^v
0,885
df
= 1,11
Поверхность контакта армирующих элементов с бетоном, приходящаяся на единицу объема материала
Sf = NfP'= ^AAndflf = Tf^f
которых содержание дисперсной арматуры оказывается' соответственно ниже минимально необходимого уровня, находится в оптимальных пределах, становится больше допускаемых (по условиям технологии) предельных значений. Параметры дисперсного распределения армирующих элементов в объеме бетона рассчитаны по формулам табл. 3.1. В этой таблице \if Af df Nf Pf ^обозначают соответственно объемное содержание, площадь сечения, диаметр, количество, площадь поверхности и дли- ну армирующих волокон, индекс а относится к волокнам, пересекающим сечение композиции под углом а.
Как видно, при армировании рядовых бетонов оптимальные расстояния между армирующими элементами составляют 20 мм и более в зависимости от крупности зерен заполнителя. При этом интерполяцией (см. рис. 3.0.) можно установить, что минимальные значений диаметров арматуры в этом случае равны примерно 3 мм и выше (зона Б). Применение более тонкой арматуры в данной ситуации нецелесообразно, поскольку подобная арматура, как видно из графика, попадает в зону At и таким образом объемное содержание ее при условии равномерного распределение в бетоне оказывается недостаточным, чтобы повысить эффективность работы бетона. Следует учитывать, что увеличению объемного содержания весьма тонкой арматуры в обычном бетоне будут препятствовать имеющиеся зерна крупного заполнителя, при этом процент достигаемого уровня армирования будет тем меньше, чем меньше диаметр арматуры. При указанных значениях диаметров арматуры (3 мм и более) весьма трудно прежде всего по технологическим причинам осуществить свободную ориентацию арматуры в объеме бетона. Здесь наиболее приемлемо непрерывное и направленное армирование.
