Строительные конструкции на основе сталефибробетона. Основные понятия и свойства | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 марта, печатный экземпляр отправим 10 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №40 (278) октябрь 2019 г.

Дата публикации: 04.10.2019

Статья просмотрена: 84 раза

Библиографическое описание:

Биджиева, Ф. К. Строительные конструкции на основе сталефибробетона. Основные понятия и свойства / Ф. К. Биджиева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 40 (278). — С. 28-31. — URL: https://moluch.ru/archive/278/62768/ (дата обращения: 25.02.2021).



Сегодня бетон, как и прежде, является самым распространенным материалом в любом строительстве, на всех континентах и на всех широтах. Американский эксперт Дж. Келли, писал: «Никому не придет в голову использовать дерево в строительстве дамб, сталь в строительстве дорог или асфальт в строительстве зданий, но бетон может использоваться во всех перечисленных и многих других случаях» [1]. На протяжении многих десятилетий основой строительства и в нашей стране являются бетонные материалы. Так, в РФ сегодня доля промышленности сборного и монолитного бетона составляет более 40 % стоимости валовой продукции и основных фондов всей промышленности строительных материалов. Однако, известно, что бетон — хрупкий материал, и, когда он подвергается растягивающей нагрузке, в нем происходит образование трещин. Результаты обширных исследований отечественных и зарубежных специалистов показали, что решить эту проблему удается, создав новый материал на основе бетона, введением в него произвольно ориентированных коротких стальных волокон — фибр, обладающий повышенной трещиностойкостью и другими характеристиками, превышающими параметры исходного бетона.

Известно, что развитие строительных конструкций (СК) происходит по разным направлениям. Это и разработка новых конструктивных форм с использованием традиционных конструкционных материалов, и использование новых материалов в известных конструктивных формах, или создание новых конструктивных форм, соответствующих новым материалам, и создание новых технологий производства элементов конструкций, и уточнение существующих или формулировка новых методов их расчета и принципов конструирования. Строительный композит — сталефибробетон, признанный во всем мире конструкционный материал, позволяет эффективно реализовывать все перечисленные направления усовершенствования строительных конструкций. Более того, его применение открывает возможность создавать конструкции с заранее заданными свойствами. На сегодняшний день отечественными и зарубежными специалистами разработано немало элементов конструкций с применением СФБ, обладающих по сравнению с традиционными аналогами повышенными технико-экономическими показателями [2, 3, 4, 5, 6].

Решение проблемы создания СФБК и СФЖБК с заданными свойствами следует рассматривать, как важное научное направление в развитии теории и практики строительных конструкций. В представляемой диссертации разработаны технические и технологические решения, внедрение которых вносит вклад в развитие экономики страны.

Исследования, посвященные бетону, косвенно армированному «железным волосом» или «железной соломой», (в современной терминологии — сталефибробетону) были выполнены Российским инженером В. П. Некрасовым в начале двадцатого века (1907–1909 гг. — 1925 г.) [7,8]. К этому времени относятся также работы G. F. Porter (USA, 1910 г.) [10], W. Feiklin (UK, 1914 г.) [9].

Первые упоминания о композиционных материалах специалисты относят к III веку до н. э. [11]. Так египтяне использовали солому, чтобы придать жесткость кирпичам из глины. Существует также свидетельство, что для придания жесткости глиняным столбам использовалось асбестовое волокно, а для обеспечения прочности алебастра использовался конский волос, тогда как асбестовое волокно применялось для портландцемента. В 1910 году H. F. Porter, проведя серию тестов по улучшению прочности бетона, сделал вывод, что наличие коротких волокон в бетоне повышает его прочность при сжатии и при растяжении [10]. После многих лет изучения он писал, что «...действительно, это вполне вероятно, что в очень недалеком будущем будет использоваться армирование, заимствованное у природы, которое передает частицам сопротивление через массу при включении здесь и там коротких волокон стали, особенно при растяжении, таким образом, делая бетон более однородным строительным материалом».

Композиционный материал, чтобы называться таковым, должен удовлетворять следующим требованиям [12]: должен быть изготовлен человеком (в противоположность природным композитам: дереву, бамбуку и т. д.), представлять собой сочетание хотя бы двух разнородных материалов, с четкой границей раздела между ними; быть образован объемным сочетанием его компонентов; обладать свойствами, которыми не может обладать никакой из его компонентов в отдельности. Указанные требования относятся к материалам, как на металлической, так и неметаллической основе, армированных металлическими и неметаллическими волокнами, нитевидными кристаллами, неорганическими частицами. Во всех случаях композицию образуют матрица из элементарного вещества или сплава и распределенная в ней вторая фаза, которая добавляется для улучшения определенного свойства или группы свойств. Эти определения в полной мере применимы и к СФБ. Он состоит как минимум из двух разнородных материалов с четкой границей раздела — бетона и стали, на границе раздела формируется межфазный слой, обладающий свойствами, присущими только ему, образуется объемным сочетанием материалов, его свойства существенно отличаются от свойств компонентов.

Сталефибробетон (СФБ) — это композиционный материал, состоящий, как правило, из бетонной матрицы, дисперсно армированной стальными волокнами (фибрами) диаметром df= 0,3... 1,2 мм, с соотношением длины и диаметра If/df= 50... 120, объемным содержанием Щу= 0,5... 3,0 %, в случае использования традиционной технологии производства. Сталефибробетон — название конструкционного композиционного материала соответствует принятой в мировой литературе терминологии: английскому — Steelfiberconcrete, немецкому — Stahlfaserbeton, французскому — Béton de fibres d'acier, чешскому — Drât- kobeton, польскому — Drutobeton. Сталефибробетонная смесь — это бетонная смесь (матрица), с введенными в нее стальными фибрами в процессе ее приготовления. Стальная фибра — стальное волокно (от латинскогоfibra-волокно) конечной длины.

Структура сталефибробетона формируется на основе структуры исходного бетона — матрицы. Однако при этом для рациональной организации структуры СФБ необходимо учитывать наличие «специфического компонента» — остальной фибры. Ее тип (геометрию), длину, диаметр, количество, вводимое в смесь, либо в фибромат, прочность, пластичность или хрупкость. Изучению структуры СФБ посвящены работы отечественных ученых И. А. Лобанова [6], Е. В. Гулимовой [14],, Ф. Н. Рабиновича [15], Г. В. Копайского [16].

Дисперсное армирование бетона стальными фибрами (создание сталефибробетона), повышает физико-механические характеристики бетонных материалов (рисунок 1, 2), в частности, прочности при растяжении и изгибе, высокой трещиностойкости, вязкости разрушения, морозостойкости, коррозионной стойкости, термостойкости, и т. п., и обеспечивает более высокие техникоэкономические характеристики элементов конструкций, по сравнению с существующими аналогами [1,5,32], сокращая расход материалов и снижая затраты в строительстве. На основе обширных исследований, проведенных Австралийскими учеными [17], было установлено, что содержание фибр в любых вариантах бетонной смеси должно превышать 0,6 % по объему (50 кг/м3) для какого-нибудь измеримого выигрыша в статических свойствах. После многих проб составов и сотен испытаний было найдено, что 75 кг фибры на м3 бетона обеспечивает оптимальный баланс между ценой и эксплуатационными качествами.

image10

Рис. 1. График изменения свойств СФБ в зависимости от соотношения 1р^фибр и их объемного содержания: 1 — прочность на сжатие; 2—вязкость; 3 — прочность на растяжение; 4 — удар (нижний предел); 5 — вязкость при максимальном усилии; 6 — удар (верхний предел)

image11

Рис. 2. Кривые «напряжение-деформация» при испытании на растяжение при изгибе: 1 — неармированный бетон; 2 — сталефибробетон

Литература:

  1. Рудой, Б. Л. Композиты / Б. Л. Рудой. — М.: Моек, рабочий, 1976. — 144 с.
  2. Ааруп, Д. CRC — Сферы применения высокоэффективного фибробетона / Д. Ааруп // CPI — Международное бетонное производство. — 2007. — № 4. — С.108–115
  3. Александров, В. Н. Сталефибробетонная тоннельная обделка для строящегося тоннеля метрополитена в Санкт-Петербурге / В. Н. Александров, Ю. И. Тетерин, Э
  4. Арончик, В. Б. Проектирование оптимальных вариантов аэродромных покрытий / В. Б. Арончик, В. И. Павленко, Д. Е. Шнейдер // Дисперсно- армированные бетоны и конструкции из них: тез. докл. и сообщ. — Рига: ЛатИНТИ, 1975. — С. 34–38.
  5. Войтенко, В. Г.. Обеспечение прочностных и динамических характеристик резцов с корпусами из композиционных материалов: автореф. дис.... канд. техн. наук / В. Г. Войтенко. — Барнаул, 1999. — 16 с.
  6. Волков, И. В. Фибробетонные конструкции / И. В. Волков. — М., 1988. — 33 с. — (Серия: Строительные конструкции: обзор, информ. / ВНИИС; вып. 2).
  7. Некрасов, В. П. Новые приемы и задачи железобетонной техники / В. П. Некрасов // Зодчий. — СПб., 1908. — № 25. — С. 223–225; № 26. — С. 230–236; № 27. — С. 243–250; № 28. — С. 255–259; № 29. — С. 264–267.
  8. Некрасов В. П. Новейшие приемы и задачи железобетонной техники: система свободных связей / В. П. Некрасов // Цемент, его производные и применение: XII съезд русских цементных техников. — СПб., 1909. — С. 294–348.
  9. Павлов, А. П. Развитие и экспериментально теоретические исследования сталефибробетона / А. П. Павлов // Исследования в области железобетонных конструкции: сб. тр. — Л., 1976. — № 111. — С. 3–13.
  10. Porter, H. F. Preparation of concrete from selection of materials to final disposition // J. Am. Cone. Inst. — 1910. — Vol. 6. — P. 296.
  11. Beddar, M. Fiber reinforced concrete: past, present and future / M. Beddar// Бетонижелезобетон- путиразвития: науч. тр. 2-ойВсерос. (Междунар.) конф. по бетону и железобетону: в 5 т. Т.З: Секционные доклады, секция «Технология бетона». — М.: Дипак, 2005. — С. 228–234.
  12. Современные композиционные материалы / под ред. Л. Браутмана, Р. Крока. — М.: Мир, 1970. — 240 с.
  13. Лобанов, И. А. О структуре дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов / И. А. Лобанов, А. В. Копацкий // Технология строительных изделий и конструкций: крат, содерж. докл. — Л., 1972. — С. 13–16.
  14. Гулимова, Е. В. О прогнозировании коррозионной стойкости дисперсной арматуры в сталефибробетонных конструкциях / Е. В. Гулимова //Технология изготовления и свойства новых композиционных строительных материалов: межвуз. тем.сб. тр. — Л., 1986. — С. 10–13.
  15. Рабинович, Ф. Н. Об энергетическом подходе к оценке эффективных уровней дисперсного армирования бетонов / Ф. Н. Рабинович // Промышленное и гражданское строительство. — 2002. — № 12. — С. 21–23.
  16. Копанский, Г. В. Структура армирования сталефибробетона и ее технологическое обеспечение: автореф. дис.... канд. техн. наук / Г. В. Копанский. — Л., 1985.-24 с.
  17. Fibrecrete properties. Pavement design. Aquila Steel Company Ltd. Revesby, NSW 2212. — Australia, 1983. — 20 p.
Основные термины (генерируются автоматически): бетон, материал, III, USA, асбестовое волокно, исходный бетон, композиционный материал, объемное содержание, прочность, растяжение, свойство, четкая граница раздела.


Похожие статьи

Технологические приемы изготовления дисперсно-армированного...

Проведены исследования по определению прочности дисперсно-армированного фиброй мелкозернистого бетона в зависимости от способа перемешивания, которое осуществляли в лопастном или бегунковом растворосмесителе. В качестве армирующего волокна применяли...

Исследование влияния комплексных минеральных...

композиционный цемент, содержание бентонита, добавок бентонита, мелкозернистый бетон, прочность, снижение водоотделения, добавок

Алексеев К. Н. Некоторые особенности влияния технологии введения базальтового волокна (Ø 13 мкм) на предел прочности мелкозернистого...

Некоторые особенности влияния базальтовой фибры на ударную...

показателей разрушения композиционных строительных материалов армированных

Ударная вязкость мелкозернистого бетона определялась по методу Шарпи, в основном

Содержание базальтового волокна в смеси варьировалось от 0 до 2 % от массы цемента...

Поиск эффективных методов повышения конструкционных...

Материалы и Методы Исследования. Высокопрочные легкие бетоны представляют собой составы многокомпонентного мелкозернистого

Основные термины (генерируются автоматически): высокопрочный легкий бетон, граница раздела фаз, резиновая крошка...

Регулирование свойств полимерных композиционных...

Регулирование свойств полимерных композиционных материалов на основе углеродных волокон.

Для оценки влияния исследуемых модификаторов на свойства эпоксидных композиционных материалов на основе модифицированных УВ были получены образцы...

Композитные материалы на основе углеродных волокон

Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Фактически, современные углеродные волокна появились с 50

Благодаря ценным свойствам углеродные волокна и ткани на их основе применяются для армирования композиционных материалов...

Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА

Композитные материалы представляют собой металлические и неметаллические матрицы

Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения

Сравнительные свойства различных конструкционных материалов представлены в таблице1.

Использование нормативной литературы при проектировании...

Высокая прочность арматуры при растяжении (до 1000 МПа) сразу же указала и наиболее рациональную область

Как и любой строительный материал композитная арматура обладает своими

Поскольку арматура работает (деформируется) совместно с бетоном, расчетное...

Современные методы защиты железобетонных конструкций...

Бетоны представляют собой искусственные каменные строительные материалы, получаемые в результате формирования и затвердевания рационально подобранной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества...

Похожие статьи

Технологические приемы изготовления дисперсно-армированного...

Проведены исследования по определению прочности дисперсно-армированного фиброй мелкозернистого бетона в зависимости от способа перемешивания, которое осуществляли в лопастном или бегунковом растворосмесителе. В качестве армирующего волокна применяли...

Исследование влияния комплексных минеральных...

композиционный цемент, содержание бентонита, добавок бентонита, мелкозернистый бетон, прочность, снижение водоотделения, добавок

Алексеев К. Н. Некоторые особенности влияния технологии введения базальтового волокна (Ø 13 мкм) на предел прочности мелкозернистого...

Некоторые особенности влияния базальтовой фибры на ударную...

показателей разрушения композиционных строительных материалов армированных

Ударная вязкость мелкозернистого бетона определялась по методу Шарпи, в основном

Содержание базальтового волокна в смеси варьировалось от 0 до 2 % от массы цемента...

Поиск эффективных методов повышения конструкционных...

Материалы и Методы Исследования. Высокопрочные легкие бетоны представляют собой составы многокомпонентного мелкозернистого

Основные термины (генерируются автоматически): высокопрочный легкий бетон, граница раздела фаз, резиновая крошка...

Регулирование свойств полимерных композиционных...

Регулирование свойств полимерных композиционных материалов на основе углеродных волокон.

Для оценки влияния исследуемых модификаторов на свойства эпоксидных композиционных материалов на основе модифицированных УВ были получены образцы...

Композитные материалы на основе углеродных волокон

Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Фактически, современные углеродные волокна появились с 50

Благодаря ценным свойствам углеродные волокна и ткани на их основе применяются для армирования композиционных материалов...

Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА

Композитные материалы представляют собой металлические и неметаллические матрицы

Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения

Сравнительные свойства различных конструкционных материалов представлены в таблице1.

Использование нормативной литературы при проектировании...

Высокая прочность арматуры при растяжении (до 1000 МПа) сразу же указала и наиболее рациональную область

Как и любой строительный материал композитная арматура обладает своими

Поскольку арматура работает (деформируется) совместно с бетоном, расчетное...

Современные методы защиты железобетонных конструкций...

Бетоны представляют собой искусственные каменные строительные материалы, получаемые в результате формирования и затвердевания рационально подобранной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества...

Задать вопрос