Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований... 11
1.1. Современные представления о путях повышения статической и динамической прочности цементных бетонов 11
1.2. Эксплуатационная надежность и долговечность бетонных дорожных изделий 66
1.3. Существующие пути повышения прочности и долговечности бетонных дорожных изделий 75
1.4. Постановка цели и задач исследований 95
2. Работа дисперсно армированного бетона при статическом и динамическом нагружении 97
2.1. Природа статического и динамического упрочнения бетона при дисперсном армировании 98
2.2.Теоретическая оценка критической объемной концентрации фибры в объеме композита 117
2.3. Критерии оценки ударной выносливости бетона 124
Выводы 129
3 Характеристика исходных материалов и методов экспериментальных исследований 131
3.1 .Характеристика исходных материалов 131
3.1.1. Характеристики цемента, заполнителей и дисперсных армирующих материалов 131
3.1.2. Пропиточные композиции на основе водорастворимой серы 138
3.2. Методы экспериментальных исследований 139
3.2.1.Методы исследований статической и динамической стойкости
дисперсно армированных бетонов 139
3.2.2. Методы исследований показателей бетонных и сталефибробетонных изделий, модифицированных пропиточными составами 147
3.3. Математическое планирование эксперимента 151
Выводы 154
4. Эксперименталбные исследования статической и динамической прочности дисперсноармированных бетонов 155
4.1. Исследования фибробетона на основе стальной фибры 155
4.2 Исследования фибробетона на основе синтетической фибры... 160
4.3. Анализ ударной стойкости бетонов по параметрам
динамического упрочнения и выносливости 168
Выводы 171
5. Исследование структуры и свойств бетонных и сталефибробетонных дорожных изделий пропитанных водорастворимой серой 173
5.1. Параметры порового пространства бетонов и сталефибробетонов, модифицированных водорастворимой серой.. 173
5.2. Модифицирование поровой структуры бетонов и сталефибробетонов пропиточными композициями на основе водорастворимой серы 174
5.2.1. Исследование и выбор параметров режима пропитки - цементных структур водорастворимой серой 174
5.2.2. Исследование влияния режимов пропитки водорастворимой серой на прочность, водопоглощение и другие характеристики бетонных и сталефибробетонных дорожных изделий 185
5.2.3.Исследование ударной выносливости бетона, пропитанного модифицированной серой 189
Выводы 190
6. Технология получения сталефибробетонных водопропускных труб. оценка сравнительной технико - экономической эфективнвсти 192
6.1. Опытно промышленные исследования возможности получения водопропускных сталефибробетонных труб повышенной прочности и долговечности в условиях действующего производства на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» 192
6.2. Разработка технологических схем модифицирования бетонных изделий пропиткой водорастворимой серой. Внедрение сталефибробетонных водопропускных труб в практику дорожного строительства 198
6.3. Оценка экономической эффективности 189
Выводы 204
Общие выводы 209
Список использованных источников
- Современные представления о путях повышения статической и динамической прочности цементных бетонов
- Природа статического и динамического упрочнения бетона при дисперсном армировании
- Характеристики цемента, заполнителей и дисперсных армирующих материалов
- Исследования фибробетона на основе стальной фибры
Введение к работе
Водопропускные трубы являются одним из наиболее массовых сборных железобетонных дорожных изделий, используемых в водопропускных сооружениях при строительстве и реконструкции дорог всех категорий в различных климатических зонах. В среднем на 1 км дорожного полотна приходится от 1 до 1,4 сооружений на основе водопропускных труб. Эксплуатационная надежность и долговечность данных изделий во многом определяет и частоту межремонтных периодов в цикле эксплуатации автодорог.
Наибольшее распространение в практике дорожного строительства получили безраструбные круглые трубы (рис. 1) с плоским опиранием (внутренний диаметр 1; 1.5; 2,0 м, толщина стенки 10,12,16, 20 см), которые не требуют лекальных опорных элементов, а также имеют меньший расход материалов и большую технологичность при изготовлении, чем трубы прямоугольного сечения. В силу того, что эпюра изгибающих моментов по сечению трубы от веса вышележащей насыпи имеет знакопеременный характер, при изготовлении труб приходится применять двойное кольцевое армирование с достаточно частым шагом (70 - 120 мм), при этом обычно используется арматура класса А400 08 - 12 мм. Применение рабочей арматуры большего диаметра нерационально из-за сложности изготовления спиральных каркасов и увеличения толщины защитного слоя бетона, но даже при использовании арматуры малого диаметра и дорогостоящих мелкозернистых фракционированных щебеночно-гравийных смесей защитный слой бетона составляет 25-30 мм, что при малой толщине стенки труб «съедает» не менее 15 - 30% ее несущей способности. Вследствие этого общий процент армирования и, соответственно, стоимость 1м3 изделия достаточно высока и намного превышает аналогичные показатели железобетонных изделий и конструкций другого назначения. Но даже выполнение этих требований в большинстве случаев не приводит к повышению качества и снижению высокого процента брака при производстве труб, так как стандартные режимы виброформования данных изделий изменяют геометрическое положение гибких арматурных каркасов. Зачастую это приводит к существенному занижению толщины защитного слоя бетона и увеличению ширины раскрытия трещин при эксплуатационных нагрузках, что совместно с неблагоприятным влиянием сезонных климатических воздействий (попеременное замораживание и оттаивание, замачивание-осушение, выщелачивание бетона, истирание внутренней поверхности и др.) приводит к повреждению защитного слоя бетона, коррозии арматуры и значительному снижению срока службы водопропускных труб.
Водопропускные трубы подвергаются значительным динамическим и ударным воздействиям при транспортировке и укладке в насыпь дорожного полотна, засыпке и уплотнении тяжелой техникой, в цикле эксплуатации, а ударная стойкость даже массивных (например забивные железобетонные сваи), а тем более тонкостенных конструкций, как показывает практика, явно недостаточна. Данное обстоятельство еще более усугубляет проблему и увеличивает процент дефектности и брака данных изделий.
Перспективным является использование в производстве водопропускных труб для автомобильных дорог дисперсноармированного бетона, обладающего повышенной статической, динамической прочностью и трещиностойкостью. Дисперсное армирование оказывает позитивное влияние на всю совокупность физико-механических характеристик бетона, при этом особенно значительно повышается его ударная выносливость (до 10 раз). Возможности организации производства сталефибробетонных изделий в регионе могут быть реализованы в связи с тем, что в Челябинской, Курганской областях, г.Уфе работает несколько производств стальной фибры (НПК "Волвек" г.Челябинск, ЗАО "Курганстальмонтаж" г.Курган, НПП "Инвертор" г.Уфа, ООО "ММК - МЕТИЗ" г.Магнитогорск).
Другим направлением улучшения комплекса характеристик бетонов дорожных изделий, важным для повышения долговечности, является модифицирование бетона пропиткой элементарной серой и полимерами, позволяющее значительно повысить морозостойкость и водонепроницаемость бетонных и железобетонных изделий, значительно снизить поверхностный износ, причем подобного улучшения качественных показателей бетона сложно достичь традиционными способами, такими как пластифицирование и применение жестких режимов уплотнения бетонных смесей. Однако существующая технология горячей пропитки серой реализуется при достаточно высоких температурах (140 - 150 °С), что в большинстве случаев делает процесс производства энергоемким и нетехнологичным. Специалистами НИИ «Реактив» и УГНТУ (г.Уфа) (Р.С.Мусавиров, И.А.Массалимов, В.В.Бабков и др.) разработан способ модификации серы с переводом ее в водорастворимую форму, который позволяет осуществлять пропитку бетонных и железобетонных изделий и конструкций при нормальных температурах, что значительно упрощает и удешевляет всю технологию и делает ее доступной для производства.
Настоящая работа посвящена разработке технологии производства и исследованию эксплуатационных характеристик сталефибробетонных водопропускных труб, модифицированных водорастворимой серой.
Работа выполнена на кафедре «Строительные конструкции» Уфимского государственного нефтяного технического университета и в ГУП «Башкиравтодор» в рамках тематического плана - "Разработка и внедрение технологии изготовления сталефибробетонных изделий дорожного назначения" программы научно-технического сопровождения объектов строительства, принятой на период 2000-2005 гг. Кабинетом министров и Государственным комитетом по строительству Республики Башкортостан.
Цель работы состоит в разработке эффективных технологических способов получения бетонных водопропускных труб высокой прочности, морозостойкости и долговечности, реализуемых применением сталефибробетонных смесей и модифицированием структуры бетона пропиткой водорастворимой серой. Научная новизна:
• Установлены оптимальные геометрические параметры стальной фибры, достигающие наилучшего сочетания прочности и технологичности применительно к изготовлению тонкостенных изделий типа водопропускных труб.
• Обосновано минимальное и оптимальное объёмное содержание стальной фибры, обуславливающее значительное повышение прочности на растяжение, трещиностойкости и ударной выносливости бетонов.
• Исследована возможность полной замены стержневого армирования стальной фиброй в производстве водопропускных труб при обеспечении или повышении их несущей способности, трещиностойкости, ударостойкости.
• Разработаны технологические схемы введения фибры в бетонную смесь с использованием двухвального смесителя принудительного действия, обеспечивающие ее равномерное распределение в объеме и исключающие комкование и образование «ежей».
• Исследована эффективность пропитки сталефибробетонных дорожных труб принципиально новой пропиточной композицией - водорастворимой серой.
Основные положения выносимые на защиту:
• результаты исследований по изучению влияния дисперсного армирования на прочность, трещиностойкость, ударную выносливость сталефибробетона и дорожных водопропускных труб на его основе;
• технология производства сталефибробетонных водопропускных труб;
• технологические режимы и результаты исследований эффективности пропитки водорастворимой серой сталефибробетонных дорожных труб;
• результаты промышленной апробации предлагаемых технических решений в производстве дорожных водопропускных труб.
Практическое значение работы заключается в повышении трещиностойкости, ударной выносливости и долговечности дорожных водопропускных сталефибробетонных труб по сравнению с производимыми по традиционной технологии. Применение в условиях действующего производства разработанной технологии изготовления и пропитки композицией водорастворимой серы сталефибробетонных водопропускных труб обеспечивает значительное улучшение показателей изделий по трещиностойкости, морозостойкости (до F300 и более), истираемости (до 1,5 раз), ударной выносливости (до 5 раз и более).
Экономический эффект при производстве пропитанных сталефибробетонных водопропускных труб складывается из уменьшения требуемых производственных площадей и исключения затрат на изготовление, сварку и монтаж арматурных каркасов, работ по устройству обмазочной битумной гидроизоляции на наружной поверхности изделий, а так же за счёт повышения долговечности изделий до 1,5-2 раз.
Расширена номенклатура дорожных изделий, производимых по разработанной с участием автора технологии, вошедшая в нормативно-техническую документацию (ТУ 5859-002-03433484-2004 «Блоки водопропускных труб сталефибробетонные круглые сборные»).
В период с 2001 по октябрь 2004 гг. на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» выпущено более 3000м3 сталефибробетоных смесей из которых изготовлены круглые водопропускные трубы разных типоразмеров и телескопические водосбросные лотки. В феврале 2004г. там же изготовлена опытная партия сталефибробетонных водопропускных труб с плоским опиранием диаметром 1м и длиной 2м, пропитанных композицией на основе водорастворимой серы, в количестве 50 шт. Данные дорожные изделия повышенной прочности и долговечности были использованы при строительстве ряда объектов дорожного комплекса Республики Башкортостан, а на автодороге Абдулмамбетово-Хамитово в Бурзянском районе построена и взята под наблюдение экспериментальная труба без устройства гидроизоляции битумом.
Основные положения работы докладывались на научно - технических конференциях УГНТУ (г.Уфа, 2001-2003гг.), специализированных конференциях - «Дороги Башкирии» (г.Уфа, 2001-2003гг.); на международной технической конференции «Наука-образование производство в решении экологических проблем» (г.Уфа, 2002г.); на международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса Республики Башкортостан» при международной специализированной выставке «Строительство, коммунальное хозяйство, энерго-ресурсосбережение 2003» (г.Уфа, 2003г.); научно-техническом семинаре при международной выставке «Уралстрой -2003» (г.Уфа, 2003г.), на восьмых академических чтениях РААСН «Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения», (г.Самара, 2004г.)
По результатам исследований опубликовано 10 статей и тезисов докладов, 3 монографии, выпущены технические условия, получен патент на изобретение № 38881 от 10 июля 2004г. «Водопропускная труба». Технические разработки отмечены дипломом II степени в номинации «Технологии, материалы и оборудование ресурсоэнергосбережения» на международной выставке «Уралстрой -2003».
Современные представления о путях повышения статической и динамической прочности цементных бетонов
За последние 10 лет проведено большое число исследований по технологии получения высокопрочных бетонов, что стало основой развития норм проектирования и более широкому использованию бетонов классов по прочности на сжатие до В120. Был построен ряд сооружений из высокопрочного бетона.
Один из примеров - мост вблизи Амстердама. Главный его пролет -160 м. Это было первое крупномасштабное применение высокопрочного бетона в Голландии. Средняя прочность бетона в процессе строительства составляла 100 МПа и увеличилась после его окончания в течение года до 145 МПа. Перед началом строительства сравнивались 3 варианта конструкции: из легкого бетона класса В45, из обычного - В65 с добавлением металлической фибры объемной концентрацией равной 1,5% и из высокопрочного - В85. Фибра была нарублена из металлического листа.
Оказалось, что пролетные конструкции из бетона класса В 65 с дисперсным армированием наиболее экономичны и имеют следующие преимущества: 1) Экономия материалов. В отличие от В45, применение бетона класса В65 требует на 30% меньше бетона. 2) Ускорение строительства. Толщина стенок (320 мм вместо 500 мм при использовании бетона В45) и нижней плиты приводят к значительному снижению массы мостовых пролетных строений. До 1995 г. длина сегментов свободных консолей мостов была 3,5 м. Масса сегментов в обычном бетоне приблизительно равна массе сегментов в высокопрочном бетоне длиной 5 м. В связи с увеличением длины сегментов время строительства было сокращено почти на 3 месяца. и 3) Уменьшение объема напрягаемой арматуры.
Вследствие снижения веса коробчатой балки и ее поперечного сечения уменьшается требуемое преднапряжение. Для того чтобы уменьшить толщину стенки с 500 мм (В45) до 320 мм (В65), преднапряженные кабели размещаются только в верхней и нижней плитах. Из-за быстрого твердения бетона зоны заанкеривания могут быть уменьшены. На практике оказалось, что через 15 часов бетон за анкерами уже достиг средней кубиковой прочности 50 МПа. Так как напрягаемые кабели размещены только в плитах, их выравнивание очень просто осуществить. Это ведет к снижению потерь преднапряжения от трения на 8%. Поскольку кабели не пересекают поперечную арматуру, армирование стенок может быть упрощено. Благодаря отсутствию преднапряженных кабелей в стенках операции по укладке бетона также упрощаются. Из-за меньших деформаций усадки и ползучести общие потери от преднапряжения уменьшаются еще на 4%. Общее сокращение количества напрягаемой арматуры составило 26%.
Долговечность бетона возрастает с повышением его прочности. Использование высокопрочного бетона, таким образом, экономически выгоднее благодаря уменьшению расходов на эксплуатационное обслуживание конструкций.
В настоящее время используются бетоны с кубиковой прочностью 120 МПа, но этот уровень прочности не является предельным. Так называемые бетоны с реактивной пудрой (RPCs) представляют новое поколение бетонов с кубиковой прочностью на сжатие от 200 до 800 МПа и прочностью на растяжение 25-150 МПа, энергией разрушения 3000 дж/м и плотностью 2500-3000 кг/м . Чтобы достичь этих значений, необходимо соблюдать следующие условия: 1) улучшить однородность бетона путем уменьшения максимального размера частиц; 2) обеспечить максимальную плотность структуры, используя мелкие и очень мелкие заполнители и наполнители; 3) уменьшить количество воды в бетоне (не гидратированные частицы цемента будут работать как наполнители, увеличивая плотность); 4) добавлять короткие стальные фибры для повышения предельной деформативности; 5) применять твердение под давлением и при повышенной температуре.
Эффективность работ по реконструкции старых зданий, в том числе и жилья первых массовых серий, связана с использованием прогрессивных строительных технологий и современных материалов и конструкций.
Новые перспективы в части совершенствования технологии производства работ и получения более выразительного архитектурного облика реконструируемых зданий открывает использование стеклофибробетонных (СФБ) конструкций и изделий. Известен положительный опыт производства и применения широкого спектра тонкостенных и стеклофибробетонных строительных конструкций различного назначения в ряде стран Западной Европы, США, Японии. Это стало возможным в последние 15—20 лет благодаря решению проблемы получения устойчивого к коррозии стекловолокна и разработке высокотехнологичного оборудования для приготовления и укладки фибробетонных композиций. Здесь уместно отметить, что в нашей стране эти работы были начаты в конце 50-х — начале 60-х годов, но должного развития не получили из-за отсутствия специального оборудования и нерешенности на тот период проблемы получения щелочестойкого стекловолокна.
Природа статического и динамического упрочнения бетона при дисперсном армировании
Фибробетон представляет собой цементную матрицу, дисперсно армированную хаотично расположенными или ориентированными фибрами (волокнами): стальными, минеральными (базальтовыми, стеклянными) или полимерными.
Конструкционные особенности фибробетона заключаются в том, что для армирования бетона вместо традиционной стержневой арматуры используются стальные или синтетические волокна - фибры, равномерно (дисперсно) распределяемые со свободной ориентацией во всем объеме бетона. Однако чтобы эти фибры играли роль эффективных армирующих компонентов, они должны отвечать специальным требованиям. В частности, для достижения наибольшего армирующего эффекта необходимо соблюдать определенное соотношение между их диаметром и длиной, поверхность фибр должна быть по возможности профилированной (негладкой), они должны быть равномерно (без расслоения) размещены в объеме изделия, количество, их объемная концентрация должна быть достаточной, чтобы «сшить» бетон в единый монолит.
Главные достоинства фибробетона заключаются в повышенном сопротивлении растяжению и высокой вязкости разрушения, поскольку фибры оказывают эффективное сопротивление раскрытию трещин не только вследствие сцепления (сопротивления в осевом для фибры направлении), но и благодаря сопротивлению в поперечном направлении. При раскрытии трещин вначале возрастают обе характеристики, затем сцепление снижается, а поперечное сопротивление возрастает и приобретает основное значение.
Совершенствование свойств фибробетона возможно в результате уменьшения диаметра фибры, приводящего к увеличению прочности фибры, улучшению сцепления фибры, обеспечения ее коррозионной стойкости, повышения прочности матрицы и улучшения условий ее контакта с фиброй.
Полимерные волокна эффективно увеличивают сопротивляемость ударным воздействиям цементной матрицы вследствие низких модулей упругости, что сопровождается высокой деформативностью при нагружении, но остаётся неясным, могут ли они заметно способствовать повышению прочности материала при растяжении. Поэтому необходимо рассмотреть возможность использования других видов волокон наряду с полимерными или вместо них при необходимости улучшения как прочности бетона на растяжение, так и сопротивляемости удару.
В механике композитов с дисперсным армированием при оценке влияния длины волокна (фибры) используется относительный параметр l/d, при этом считается, что наибольший армирующий эффект достигается при l/d 60... 100. При больших значениях этого параметра (больших длинах волокон) армирующий эффект ухудшается ввиду комкования волокон и ухудшении однородности структуры.
Влияние объемной концентрации фибры реализуется, начиная от некоторого уровня, обусловливающего достижение начальной объемно -пространственной связности фиброструктуры. Только после достижения «непрерывности» фиброармирования начинает ощущаться его позитивное влияние на характеристики исходного бетона - матрицы. Согласно В.В. Бабкову [17], такие условия для игл при l/d =100 наступают при объемной концентрации около 0,3 %.
Нельзя допускать образования «ежей» из волокон в бетоне, которые могут возникать либо в результате плохого распределения фибры при перемешивании бетонной смеси в смесителе, либо из-за чрезмерного объема фибры в смеси. В местах образования «ежей» возникают ослабленные зоны, а оставшегося количества волокон, равномерно распределенных по всей смеси, недостаточно для получения бетона с проектными характеристиками.
Как известно, энергии, для разрушения фибробетона, необходимо на порядок больше, чем для разрушения железобетона.
Согласно теории волокнистых композитов [67], для композитов с непрерывными волокнами, лежащими параллельно направлению приложения нагрузки, значение модуля Юнга Ее может быть рассчитано согласно формуле (2.1) (при условии, что коэффициент Пуассона волокна и матрицы одинаков) [132]: Ее = ЕгУ, + Ея.Ут, (2.1) где Е и V - соответственно модуль Юнга и объемная доля; индексы с, f, m -соответствуют композиту, волокну и матрице. Подобное соотношение применимо к пределу прочности на растяжение crc = crrVf+am-Vm,{22) где а- нагрузка, которую выдерживает матрица при разрушении композита. Для композитов, содержащих волокна, не лежащие вдоль направления нагрузки, необходимо ввести коэффициент эффективности rj учитывающий ориентацию волокна. crc=rj-o-f-Vf+crni-Vm (2.3)
Крэнчел [59] рассчитал Tj для различных случаев ориентации волокон, получив rj = 1/5 для волокон, расположенных беспорядочно в объеме, и 77 = 3/8 для волокон, расположенных беспорядочно в плоскости. Маджумдар и Рудер [68] сделали расчеты для композиций, полученных набрызгом, коэффициент ориентации которых составил 3/8 (см. табл. 2.1 и 2.2 [68]).
Характеристики цемента, заполнителей и дисперсных армирующих материалов
В опытах использовали следующие материалы. Цементы: портландцемент марок ПЦ 400, ПЦ 500 производства Стерлитамакского ОАО«Сода» (г.Стерлитамак, Республика Башкортостан), удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85 . Характеристики цемента приведены в табл. 3.1-3.2. Армирующие компоненты (фибра).
В настоящее время получение стальной фибры осуществляется по четырём основным технологическим схемам: рубка проволоки (ООО "ММК - МЕТИЗ" г.Магнитогорск); вытяжка из расплава; рубка металлического листа (НПК "Волвек" г.Челябинск) и фрезерование сляба (ЗАО "Курганстальмонтаж" г.Курган) (табл.).
Дисперсное армирование оказывает позитивное влияние на всю совокупность физико-механических характеристик бетона, при этом особенно значительно повышается его ударная выносливость. Возможности организации производства сталефибробетонных изделий в Республике Башкортостан могут быть реализованы в связи с тем, что в Челябинской, Курганской областях, г.Уфе работает несколько производств стальной фибры 133 (НПК "Волвек" г.Челябинск, ЗАО "Курганстальмонтаж" г.Курган, НПП "Инвертор" г.Уфа, ООО "ММК - МЕТИЗ" г.Магнитогорск).
В исследованиях рассматривались дисперсно-армированные бетоны со стальной фиброй ООО «НПК «ВОЛВЕК» 5 группы по условному диаметру поперечного сечения d (0,6-0,7 мм) и длине /(38-50 мм) 3 категории по временному сопротивлению сгигПи=5 5ОМпа по ТУ 1276 002-51484465-2002. Параметр //J«65 в данном случае был ниже оптимального для прочности фибробетона на растяжение (« 100), однако это обстоятельство компенсировалось наличием у фибры анкеров на концевых участках. Укороченная фибра оказалась также оптимальной в реальной технологии производства тонкостенных водопропускных труб по условиям формуемости, однородности и удобоукладываемости фибробетонной смеси.
В качестве пропиточных составов использовались водные растворы серы различной концентрации, приготовленные на основе водорастворимой формы серы, полученной в НИИ "Реактив", УГНТУ (г.Уфа). Схема получения водорастворимой формы серы (Р.С.Мусавиров, Ю.А.Сангалов, В.В.Зорин, И.А. Массалимов) включает следующие этапы: подготовка сырьевых компонентов (серы, реактивов); совместный помол материалов; загрузка сухой смеси и требуемого количества воды в реактор; нагревание композиции и доведение до требуемой концентрации; фильтрация водного раствора серы; упаковка в тару. Характеристика препаратов дана в табли
Исследования ударной стойкости мелкозернистых и среднезернистых бетонов с наибольшей крупностью заполнителя 10 мм были выполнены в 80-х гг. по методике и на копре, сконструированном в НИИ "ПРОМстрой" (Р.И.Бурангулов, Н.М.Коновалов, Ю.А.Дамаскин). Испытания заключались в сбрасывании груза массой 4,5 кг с высоты 0,35-1 м до разрушения образца-куба с ребром 7,07 см.
Исследования ударной стойкости различных бетонов в настоящей работе выполнены на копре УНИ (рис. 3.1), сконструированным к.т.н. В.Н. Моховым по кинематической схеме копра НИИпромстроя. На выступающее основание массивного железобетонного фундамента (1) устанавливается и заанкеривается стальная опорная плита копра (2). Падающий с высоты 0,35-1 м груз-баба (5) массой 4,5 кг движется по двум круглым направляющим штангам (6), жестко закрепленным в опорной плите. Бетонный образец-куб (3) устанавливается на опорную плиту под оголовник - подбабок (4), через который и передается усилие от падающего груза. Между подбабками и грузом на штанги одеваются амортизирующие пружины, воспринимающие повторную ударную нагрузку после отскока груза и фиксирующие в этот момент образец.
Стальной трос диаметром 4 мм (7) нижним концом прикреплен к грузу, верхним - с помощью специального болта (10) к рычагу (11). В рычаге имеется паз с четырьмя уширениями для неподвижного крепления болта с точным фиксированием при этом высоты подъема груза. Узел подъема груза (12) детально показан на рис.3.2. Вращательное движение к этому узлу передается с помощью зубчатой пары от электродвигателя (14) через редуктор марки РЧУ-80 (13).
Исследования фибробетона на основе стальной фибры
Состав смеси соответствовал подвижности по осадке конуса 4-6 см, что предполагало сохранение необходимой удобоукладываемости бетонной смеси при введении в ее состав фибры в количестве до 3% без увеличения расхода воды.
Таким образом, фибробетоны с разной концентрацией фибры представляли собой композиты с однотипной матрицей, соответствующей исходному бетону.
С позиции механики композитов анализ связи физико-механических характеристик фибробетона следует вести в зависимости от объемной концентрации фибры, а не от ее содержания по массе.
В исследованиях рассматривались дисперсно-армированные бетоны со стальной фиброй ООО «НПК «ВОЛВЕК» 5 группы по условному диаметру поперечного сечения d (0,6-0,7 мм) и длине /(38-50 мм) 3 категории по временному сопротивлению 7 /- ,,=5501 ] по ТУ 1276 002-51484465-2002. Параметр lid «65 в данном случае был ниже оптимального для прочности фибробетона на растяжение («100), однако это обстоятельство компенсировалось наличием у фибры анкеров на концевых участках. Укороченная фибра оказалась также оптимальной в реальной технологии производства тонкостенных водопропускных труб по условиям формуемости, однородности и удобоукладываемости фибробетонной смеси. Эксперименты были проведены на смесях с объёмной концентрацией фибры 0,5%; 1,0%; 1,5%; 2,0%.
На каждую точку было изготовлено по 12 образцов-кубов с ребром 7,07 см для испытаний на ударную выносливость и прочность на сжатие, а также призмы 10x10x40 см с целью определения начального модуля упругости разного количества стального и синтетических волокон на комплекс физико-механических характеристик тяжелых бетонов были проведены на исходной бетонной смеси следующего состава (на 1 м смеси): цемент - 400 кг, вода -200 кг, щебень (гравий) фракции 5-10 мм - 1135кг, песок речной - 588 кг.
Состав смеси соответствовал подвижности по осадке конуса 4-6 см, что предполагало сохранение необходимой удобоукладываемости бетонной смеси при введении в ее состав фибры в количестве до 3% без увеличения расхода воды.
Таким образом, фибробетоны с разной концентрацией фибры представляли собой композиты с однотипной матрицей, соответствующей исходному бетону.
С позиции механики композитов анализ связи физико-механических характеристик фибробетона следует вести в зависимости от объемной концентрации фибры, а не от ее содержания по массе.
В исследованиях рассматривались дисперсно-армированные бетоны со стальной фиброй ООО «НПК «ВОЛВЕК» 5 группы по условному диаметру поперечного сечения d (0,6-0,7 мм) и длине /(38-50 мм) 3 категории по временному сопротивлению 7 /- ,,=5501 ] по ТУ 1276 002-51484465-2002. Параметр lid «65 в данном случае был ниже оптимального для прочности фибробетона на растяжение («100), однако это обстоятельство компенсировалось наличием у фибры анкеров на концевых участках. Укороченная фибра оказалась также оптимальной в реальной технологии производства тонкостенных водопропускных труб по условиям формуемости, однородности и удобоукладываемости фибробетонной смеси. Эксперименты были проведены на смесях с объёмной концентрацией фибры 0,5%; 1,0%; 1,5%; 2,0%.
На каждую точку было изготовлено по 12 образцов-кубов с ребром 7,07 см для испытаний на ударную выносливость и прочность на сжатие, а также призмы 10x10x40 см с целью определения начального модуля упругости бетона с использованием средств тензометрии.
Результаты испытаний образцов, твердевших в нормально — влажных условиях, по прочности на сжатие, ударной выносливости представлены в табл. 4.1-4.4. и на рис. 4.1 - 4.4. Данные, приведенные в табл. 4.1, соответствуют высоте сбрасывания груза п=0,7-0,9м, на рис. 4.1 -h=0,7 м, и относятся к возрасту образцов 62-66 сут.
Анализ полученных результатов показывает, что оптимальным по ударной выносливости и прочности на сжатие для металлической фибры является концентрация 1,5% от объема бетонной смеси.
