Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Возможна следующая простейшая схематизация рассматриваемой ситуации для дисперно армированного бетона. Бесконечная пластина единичной толщины с трещиной растягивается на бесконечности однородным напряжением P0 от нагрузки qQ (рис. 3.6, г). Как и в системе пластин с заклепками действие армирующих компонентов заменяется симметрично расположенными силами P(q), приведенными к направлению действия внешних сил и приложенными в местах фиксации ближайших к трещине центров фибр, сосредоточенных в вершинах макроструктурных ячеек (рис. 3.6, а, г). Величину сил P(q) считаем заданной. Она определяется упругими и геометрическими характеристиками фибр. Как следует из постановки аналогичных задач [17], действием более удаленных фибр в рассматриваемой схеме можно пренебречь. Очевидно, что трещина устойчива, если напряжение для ее поддержания в подвижно равновесном состоянии возрастает с увеличением длины трещины.
Видно также, что работа структурной ячейки дисперсно армированного бетона будет адекватна схеме на рис. 3.6, г, если длина фибр (при достаточной их анкеровке в бетоне) в состоянии обеспечить «сшивание» соприкасающихся друг с другом макроскопических объемов (структурных ячеек).
Решение задачи о развитии трещин на уровне макроструктуры обычного неарми-рованного (тяжелого) бетона, представленное в работе [9], предполагает, что часть зерен заполнителя имеет начальные трещины в контактной зоне (на рис. 3.6, г в рассматриваемой модели — заштрихованный участок).
Принято также, что характерный размер наиболее опасной трещины в матрице мал по сравнению с размером включений. Аналогичная задача о развитии трещины по границе включения и матрицы в условиях одноосного растяжения рассматривалась при указанных допущениях также в работе [43].
Показано, что при В< B0 (рис. 3.6, г) распространение контактной трещины неустойчиво — нисходящая ветвь на диаграмме щ < в», при В > B0 трещина входит в зону устойчивого роста — восходящая ветвь на диаграмме (&0=л/4). Дальнейший рост трещины может продолжаться лишь до некоторого значения нагрузки, соответствующего достижению вблизи устья трещины предельного значения коэффициента интенсивности напряжений для матрицы A^ и переходу трещины в матрицу. Чем больше отношение K^ IK^ , характеризующее прочность матрицы по отношению к прочности контакта, тем больше оказывается участок устойчивого роста трещин. Угол Bv соответствующий переходу трещины в матрицу, исходя из предположения, что она (трещина) развивается по контактной зоне, пока не достигнет формы полуокружности, принят в численном виде: ©2=я/2. Исходя из анализа задачи, получено K^IK^ = 0,6, т.е. прочность контактной зоны должна составлять около 60 % прочности матрицы, что удовлетворительно укладывается в диапазон экспериментальных результатов, полученных большинством исследователей [9, 15, 19, 43].
После перехода трещины в матрицу ее последующее развитие происходит по неустойчивому закону (нисходящая кривая на диаграмме). В количественном отношении нагрузка, соответствующая началу устойчивой ветви, составляет около 80 % от нагрузки, при которой развитие трещин становится неустойчивым.
Поведение материала (неармированного бетона) в процессе поэтапного увели- чения нагрузки включает несколько стадий. На первом этапе (стадия 1) трещины в длину не растут, а только несколько увеличивается ширина их раскрытия. В стадии 2 контактные трещины устойчиво растут в длину до достижения минимального значения нагрузки для наиболее опасных трещин. Стадия 3 отвечает выходу отдельных контактных трещин в матрицу, что соответствует достижению внешней нагрузкой значения, обусловливающего появление наиболее опасных трещин. Завершается стадия 3 образованием магистральной трещины, приводящей к разрушению образца. Установлено, что при принятых (нормальных) параметрах статистического распределения разрушающая нагрузка ниже критической для начальных трещин в микроструктуре бетона (цементном камне). Поэтому условно, с учетом сделанных допущений, принималось, что разрушение материала целиком определяется макротрещинами контактной зоны, хотя отдельные начальные микротрещины, как и зерна мелкого заполнителя (уровень мезоструктуры) могут тормозить ее рост [9].
Если дифференцировать трещины на два основных типа: трещины контакта (I рода) и трещины в растворе (II рода), то как оказалось, трещины I рода, существовавшие до нагружения начинают расширяться, а затем увеличиваться в длину при сравнительно небольших нагрузках, что приводит к слабому отклонению диаграммы о-е от прямой. При напряжении (0,7-0,9)/^ появляются трещины Il рода (в растворе), которые соединяются с трещинами I рода, и в данной ситуации график зависимости о-е существенно приближается к горизонтали [9].
При дисперсном армировании бетона в соответствии с изложенными ранее принципами и juf > Hfmin, возможно появление нового качественного эффекта — стабилизации трещин, аналогично тому, как это реализуется при решении задачи для металлических материалов при достаточно частом расположении заклепок с подкрепляющими элементами, обусловливающих торможение процесса развития трещин.
