Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
В рассматриваемом случае уровень дисперсного армирования, как следует из модели (рис. 3.6, а) должен быть аналогичен дисперсному распределению макроскопических неоднородностей и соответствующему распределению объемов материала, заключенных между ними, что, в свою очередь, предопределяет наиболее благоприятные условия для повышения трещиностойкости материала (увеличению области устойчивого развития трещин) и более эффективной его работы при загружении.
Рассматриваемая модель позволяет установить рациональные соотношения между размерами зерен неоднородностей и величиной диаметров используемых волокон, между параметрами структуры композита и оптимальными значениями объемного содержания в нем неоднородностей и армирующих волокон, а также другие характеристики, учет которых необходим при проектировании и изготовлении конструкций из этих материалов.
Следует, безусловно, учитывать, что макроскопические неоднородности в композитах на основе бетона, цементно-песчаного раствора и цементного камня отличаются не только по своей форме и размерам, но и физическому состоянию. В этом случае выделяем:
макроскопические неоднородности в виде твердой фазы — зерна крупного заполнителя в бетоне, песка в растворе;
неоднородности (условно названные «пустотными») в виде наиболее крупных пор в матрицах на основе цементного камня.
Неоднородности первого вида создают ограничения в размещении и ориентации волокон-фибр при формировании структуры композита, неоднородности второго вида к указанным ограничениям не приводят.
Важной задачей является определение численных соотношений, отвечающих параметрам рационального распределения неоднородностей и армирующих компонентов в объеме бетонных матриц и удовлетворяющих технологическим возможностям создания оптимальных уровней дисперсного армирования. Критерии дисперсного армирования.
Для дальнейшего анализа рассматриваемых вопросов выделим некоторые граничные условия, которые связаны с критериями дисперсного армирования и принципами получения оптимальных структур [23]:
1. Критерий минимального уровня (содержания) дисперсного армирования. Эффект дисперсного армирования в элементах, работающих за пределами упругой стадии, может проявиться в случае, если количество волокон-фибр в объеме бетона (соответственно в каждой ячейке его структуры) будет не ниже некоторого минимального уровня Nmin (Hmir), при котором исключается хрупкое разрушение матрицы (бетона) в момент образования в ней трещины при силовых воздействиях. Принципы определения Nmin (Hmir) и численные их значения рассматриваются далее в настоящей главе.
2. Критерий деформационного взаимодействия. Количество материала матрицы (объемное содержание бетона Уя в ячейках структуры), приходящееся на каждую фибру, должно соответствовать некоторому регламентируемому уровню, обеспечивающему совместное деформационное взаимодействие между фиброй и оболочкой контактного слоя бетона (за счет сил сцепления), а также эффективное взаимодействие между оболочками контактных слоев смежных фибр (соответственно, между соседними структурными ячейками).
3. Критерий «сшивания» (соединения) структурных ячеек. Количество приходящегося на каждую фибру материала матрицы (количество бетона в структурной ячейке) не должно превышать некоторого верхнего предела, при котором прерывается связь («сшивание»), осуществляемая фиброй между заданной ячейкой и соседними элементами (ячейками) структуры бетона. При этом средняя длина заделки во-локна-фибры (IfIA) за любое расчетное сечение в изделии должна удовлетворять условию cf < 1^./4 >Ifan, где If, cf Ifan — соответственно, длина фибры, размер ребра (куба) структурной ячейки, длина заанкеривания фибры, соответствующая ее разрыву при растяжении. Далее (часть II) условие, удовлетворяющее критерию, «сшивания» ячеек, записано в виде: If= l,732sv + 2lfan, при этом sv = су
4. Критерий дисперсного распределения и соответствия структурных компонентов. Расстояния между геометрическими центрами фибр и центрами элементов (зерен) макроскопических неоднородностей должны удовлетворять условию, обеспечивающему возможность их взаимного периодического распределения в объеме структурных ячеек.
Из ЭТОГО следует, ЧТО размеры ячеек, формирующих структурные решетки RfWRn, должны соответствовать оптимальным параметрам разных уровней этой структуры, зависящим от изменения соотношений сJdn, CfJdf djdf Hn^Hf l/cf l/df KfZnn, где сп, cf dn, df нп, Hf nn> nf— размеры структурных ячеек решеток Rf \л Rn, диаметры неоднородностей и фибр, их объемное содержание в бетоне, количество неоднородных включений и фибр, пересекающих единичную площадку сечения, соответственно.
Соотношения меаду параметрами структуры в дисперсно армированном бетоне
Рассмотрим основные параметры структуры композита. Величину объема кубической ячейки этой структуры V = Cf = сп (Cf и сп — количество материала, приходящееся соответственно на одно волокно-фибру и одну макроскопическую неоднородность в виде шара (согласно (3.1) и (3.2)) выразим в виде:
