Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
В реальных композициях с пластичными (полимерными) матрицами разрушение волокон обычно предшествует разрушению матрицы [32]. Лимитирующей в этом случае является прочность матрицы. В композициях с хрупкими матрицами образование трещины в матрице соответственно ее разрушение происходят, как правило, до момента разрыва (раздробления) волокон. Определяющими характер конечного разрушения композиции в данном случае являются параметры прочности армирующих волокон (при условии достаточно надежного их сцепления с матрицей).
Характер разрушения элементов при прочих равных условиях зависит от длины заанкеривания и ориентации фибр в бетоне (рис. 3.25) [30]. Для неармированного бетона момент образования трещины соответствует, как правило, моменту исчерпания его несущей способности, после достижения критической нагрузки фиксируется хрупкое разрушение. В образцах, армированных фибрами, длина которых меньше удвоенного значения необходимой длины их анкеровки [If < 2lfan) после возникновения трещины фиксируется выдергивание фибр из бетона, напряжения падают, на диаграмме появляется ниспадающий участок. При lf> 2lfan часть пересекающих трещину фибр воспринимает действующую нагрузку, напряжения в армированном материале повышаются до момента исчерпания несущей способности фибр. Затем реализуется ситуация, соответствующая полному разрушению материала вследствие выдергивания оставшейся части фибр с появлением ниспадающей ветви на диаграмме. При направленном армировании характер диаграммы примерно такой же, но уровень воспринимаемой образцами нагрузки выше. Рассматриваемый характер разрушения армированных образцов фиксируется при объемном содержании фибр в материале выше ll . .
г mm
Вместе с тем, величина \i имеет значение для конструкций при эксплуатации которых допускается работа за пределом упругой стадии (с учетом возникновения трещин), при этом не допускается их хрупкое разрушение. В конструкциях, эксплуатация которых определяется экономической ответственностью (например, в покрытиях пола) содержание фибр в бетоне часто допускают меньше Myrwih, поскольку в этом случае образование трещин не может привести к чрезвычайным последствиям. При этом, если \xf< MyrwfwI то и в данной ситуации эффект армирования может проявиться в уменьшении деформаций, возникающих при усадке бетона, а также в увеличении показателя поглощенной конструкцией энергии (в увеличении параметров работы конструкции).
Так, стандарт США С 1018-92, регламентирующий условия испытаний фиброар-мированных бетонов на изгиб (на растяжение при изгибе), оценивает прочность таких бетонов через площадь под кривой диаграммы «нагрузка-деформация», которая рассматривается как соответствующий показатель поглощенной энергии. По этому показателю определяют прочностные индексы путем деления площади под кривой «на-грузка-дефармация» при определенных (заданных) деформациях образца на площадь, соответствующую на диаграмме появлению первой трещины (рис. 3.25, б). Испытания осуществляют с контролем роста деформаций образца. Величину п на рис. 3.25, б, согласно положениям стандарта, устанавливают равной (1-3-5,5-10,5)со, где со — деформация образца в момент появления первой трещины.
В качестве примера (для рис. 3.25, б) индекс поглощения энергии J1 равен (А+Б)/А , где А — площадь диаграммы, соответствующая появлению первой трещины, а Б — то же (заштрихованная область) под кривой при м/< Vif min- Аналогично могут быть установлены индексы образцов при значениях \xf3 при замене значений
площади Б на площади под кривыми \х \л\х .
-I/1Q + 8
деформация
Рис. 3.25. Условные диаграммы деформаций армированных и неармированных бетонных образцов
при их растяжении
а — общий вид; б — то же, при различных значениях J^11 — армирование направленное и непрерывное; 2 — армирование короткими фибрами со свободной их ориентацией при If > 2lf an; 3 — то же, при If < 2lfnn\ 4 —
неармированный образец.
Как видно, даже в случае \xfl < \xfmin индекс поглощения энергии, соответствующий работе, которую необходимо затратить на физическое разрушение образца, больше единицы, что весьма важно при воздействиях на конструкцию динамических нагрузок.
Рассмотрим характер изменения \і при осевом растяжении и изгибе в сталефибробетонных элементах в зависимости от класса бетона, вида используемых фибр и характеристик их сопротивления при разрыве [30, 32].
При осевом растяжении исходим из того, что допустимый уровень армирования должен соответствовать такому минимальному содержанию фибр в образцах, при котором пересекающие трещину в момент её возникновения фибры способны воспринимать нагрузку, которую испытывал образец в момент предшествовавший образованию трещины. Это условие может быть записано в виде
R JbAjb =RbMjh- Af)+ стfAfXpXor <RfAfKrKn или
Rjb =Rbt(l-Hj) + °jVfXor < RfHfXorAan (3.82)
где Rfljt Rbt и Rf— прочность при растяжении соответственно фибробетона, бетона и фибр; af— напряжение в фибрах в момент образования трещины в образце; Aflji Af— площади сечения соответственно фибробетона и фибр; A1 Aor и Xan — коэффициенты пересечения фибрами расчетной плоскости, ориентации и анкеровки фибр в образцах; Xor—коэффициент ориентации с учетом A1 \xf— объемное содержание фибр. Уравнение (3.82) можно записать также в виде
