Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Испытания показали, что разрушение дисперсно-армированного материала происходит в результате прогрессирующего раскрытия одной из магистральных трещин в наиболее ослабленном сечении образца. При этом происходит разрыв не только рабочей части волокон, воспринимающих приложенную нагрузку, но и вытягивание из матрицы другой части волокон, пересекающих трещину, которые утратили свою несущую способность ранее (в сечениях, не совпадающих с трещиной). Подобный процесс разрушения характеризуется тем, что при критической нагрузке (точка R на диаграмме рис.4.10) разделения образца на отдельные части (в отличие от неармированного материала) не происходит. Для этого к образцу необходимо приложить дополнительную нагрузку, величина которой постепенно убывает по мере дальнейшего роста деформаций материала (в закритической области). Появляется ниспадающая ветвь диаграммы, характер которой в обобщенном виде показан на рис.4.10,а. Закономерности образования и изменения ниспадающей ветви в дисперсно-армированных образцах требуют специального изучения. Однако, как показали наблюдения, протяженность этой ветви заметно уменьшается с увеличением сил сцепления между волокном и бетоном (например, в образцах, хранившихся до испытаний при повышенной влажности окружающей среды). Как видно, для полного разрушения армированного материала необходимо затратить некоторую работу, связанную в основном с вытягиванием волокон из бетонной матрицы.
Следует заметить, что несущая способность направленно-армированных образцов дисперсно-армированного материала при испытаниях на осевое растяжение оказывалась примерно в полтора раза ниже суммарной средней прочности отдельных армирующих волокон. Это хорошо согласуется с данными статистических исследований работы пучка волокон с различной прочностью его индивидуальных составляющих [16,18].
Анализ данных экспериментальных исследований образцов, однонаправлен-но-армированных стальными волокнами, показывает, что диаграмма G— є для этих образцов (рис.4.10,6) включает три характерные стадии работы композита: упругую стадию (отрезок диаграммы OA на рис.4.10,б), трещинообзование (AB) и работу армирующих волокон практически без участия в этом процессе матрицы (BP). В последнем случае диаграмма не содержит в явном виде стадию, связанную с началом статистического накопления разрывов стальных волокон. По-видимому, следует принимать во внимание, что стальные волокна имеют, как правило, меньший разброс прочности и более высокое, чем у стеклянных волокон, адгезионное сцепление с бетонной матрицей. В связи с этим, при испытаниях образцов сравнительно небольших размеров стадия статистического накопления разрывов в стальных волокнах в период трещинообразования бетонной матрицы практически не проявляется. Однако следует полагать, что с увеличением длины образцов до размеров, соответствующих длине строительной конструкции, подобная стадия в случае применения стальных волокон также может иметь место, как это наблюдалось при испытаниях стеклоармированных образцов. Характерно также, что и в стеклоармированных образцах со свободной ориентацией волокон при сравнительно небольшой длине последних стадия статистического накопления разрывов армирующих элементов в период трещинообразования матрицы не получает характерного отображения (рис.4.9,г).
Рассмотрение диаграмм (рис.4.10,а,б) показывает, что процесс трещинообразования стеклоармированных образцов развивается, как правило, в большем интервале действующей нагрузки, чем образцов, упрочненных стальными волокнами, и в более широком диапазоне деформирования композита. Подобную ситуацию можно объяснить более высоким уровнем дисперсности армировании образцов в случае применения стеклянных волоком (более тонких, чем стальные), более низким уровнем адгезионного сцепления в контактном слое и более низким значением модуля упругости стеклянных волокон, обусловливающих повышение энергетических затрат, необходимых для полного разрушения стеклоармированных образцов. Эти затраты, как уже отмечалось выше, обусловливаются не только образованием и распространением трещин в сечениях композита, нормальных по отношению к действующим усилиям, но и возможностью продвижения трещин на значительную глубину вдоль контакта волокон с матрицей, что, в свою очередь, приводит к диссипации энергии внешних сил и "растягиванию" процесса трещинообразования стекло-армированной матрицы.
Испытания показали, что с увеличением содержания волокон прочность стеклоармированных образцов при осевом растяжении возрастает линейно (независимо от вида вяжущего и волокон) и в предельных случаях достигает порядка 50-60МПа (рис.4.11) [14]. Абсолютные значения прочности и их отклонения при растяжении зависят в основном от уровня объемного содержания волокон в образцах. При содержании в образцах до 1 % (по объему) стеклянных волокон разрушение происходит, как правило, одновременно с образованием в матрице первой трещины. При дальнейшем увеличении процента армирования напряжения, соответствующие моменту образования трещин и образцах, пропорционально возрастают, при этом изменяется характер самих трещин, уменьшаются расстояния между ними и ширина их раскрытия. Вместе с тем предел пропорциональности, соответствующий моменту образования трещин в композиции, повышается с гораздо меньшей интенсивностью по сравнению с ростом предельных значений прочности армированного материала. С увеличением волокон в материале до 10% разница между напряжениями, при которых образуются трещины, и прочностью неармированного материала увеличивается более чем в 2 раза. Визуально фиксируемые трещины с шириной раскрытия 0,01-0,05мм обнаруживаются при напряжениях, составляющих примерно 45-55% предела прочности композиции. При напряжениях, близких к разрушению материа-ла, ширина раскрытия трещин не превышает 0,1-0,2мм.
