Исследование возможности повышения адгезии минеральных фибр к цементному камню

Страницы:   1   2   3

---

Оглавление

 

ВВЕДЕНИЕ

1. ФИБРОБЕТОНЫ

1.1 Разновидности дисперсной арматуры и особенности ее взаимодействия с цементным камнем

1.2 Влияние видов фибры на свойства фибробетона

1.3 Нормативные требования предъявляемые к фибробетонам

1.4 Сырье для получения фибробетонов

1.5 Влияние условий твердения на свойства фибробетона

Выводы

Цель и задачи работы

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ДИСПЕРСНОГО АРМИРОВАНИЯ

2.1 Введение

ЦЕЛЬ

Основная часть

Выводы

3. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА АДГЕЗИЮ МИНЕРАЛЬНОЙ ФИБРЫ К ЦЕМЕНТНОМУ КАМНЮ

3.1 Влияние упругости фибры по адгезии к цементному камню

3.2 Влияние вида поверхности фибры на адгезию к цементному камню

3.3 Влияние наличия замасливателя на адгезию фибры к цементному камню

Выводы

ЛИТЕРАТУРЫ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Все большее применение в строительстве находят фибробетоны, обладающие улучшенными прочностными и деформативными характеристиками. При этом, в качестве дисперсной арматуры применяют различные по составу и происхождению, геометрическим характеристикам и физико-механическим свойствам волокна. Каждый вид волокна обладает своими преимуществами и недостатками. Так, введение в бетон стальных фибр обеспечивает значительное повышение его прочности, увеличивает с сопротивление термическому воздействию и истиранию, позволяет добиться повышения вязкости разрушения композита.

 

1. Фибробетоны

 

Дисперсная арматура является рыхлым материалом в виде совокупности дискретных волокон разного происхождения, типа и размеров, которая предназначена для дисперсного армирования бетонов, в качестве упрочнителя и модификатора структуры композита. При дисперсном армировании, упрочнение бетона с помощью фибры основано на гипотезе о том, что матрица композита передает равномерно распределенным в ней волокнам приложенную нагрузку за счет касательных сил, которые действуют по поверхности раздела фаз. В случае, когда модуль упругости фибры превышает модуль упругости бетонной матрицы, основную долю напряжений воспринимают волокна, а общая прочность композита прямо пропорциональна их объемному содержанию [3], Под собирательным названием «фибра» подразумеваются волокна из металла, отрезки тонкой стальной проволоки, отходы гвоздевого производства и др., а также волокна из стекла, полимеров (главным образом пропилена) [8].Основы производства фибробетона тесно связаны с получением и других видов бетона, имея при этом определенные особенности. Армирование фиброй не только повышает характеристики бетона, но и снижает затраты на его производство, трудоемкость и т.п. Классы фибробетона варьируются и зависят как от соотношения цемента и фиброволокна, так и от вида фибры и др. Самыми распространенными являются: стальные и стекловолокна; а так же они являются наиболее прочными. Не менее широко применяются синтетические волокна, уменьшающие стоимость бетона средних классов по прочности. Зачастую фибробетон применяется при необходимости уменьшения веса сооружения, предотвращает возможность появления трещин и их расширения. Фибробетон характеризуется высокой стойкостью к истиранию. Но основным его преимуществом является сопротивление к ударным нагрузкам различной силы [7,8]. Фибробетон применяется обширно и повсеместно для строительства: туннелей, дорог, мостов, промышленных сооружений и т.п. Япония наряду с другими странами применяет фибробетон как основной строительный материал в сейсмоопасных зонах. Благодаря долговечности и высокой износостойкости увеличивается время эксплуатации и безопасность задания, что характеризует собой хорошие экономические показатели. Особенно эффективно проявляют себя факторы и характеристики фибробетона в многоэтажных зданиях в критических условиях, таких как пожары и сейсмическое воздействие. но важно понимать, что фибра не может заменить бержневую арматурных рутков. Его используют в качестве дополнения, заменяя часть арматуры или арматурной сетки волокнами [7].

 

1.1 Разновидности дисперсной арматуры и особенности ее взаимодействия с цементным камнем.

 

Существуют разновидности дисперсных армирующих волокон (нитевидные монокристаллы), имеющие очень высокие показатели прочности при разрыве, модуль упругости, высокую устойчивость к различным средам. Однако, производство таких волокон ограничено, даже в промышленно развитых странах. В то же время такие распространенные и освоенные промышленностью волокна, как капроновое или нейлоновое, редко используются в качестве дисперсной арматуры, вследствие низкого значения модуля упругости по сравнению с бетонным камнем. В настоящее время в основном используются три вида армирующих волокон (фибры): в виде коротких отрезков тонкой стальной проволоки, стеклянные волокна и волокна на основе полипропилена. Эти материалы не являются дефицитными. Они различаются по своим свойствам, поэтому вопрос об их применении в качестве арматуры решается экспериментально в каждом конкретном случае. Чаще других дает получение эффективных результатов применение стальной фибры, которая имеет модуль упругости более 5 раз выше, чем модуль упругости бетона. Прочность волокон стеклянной фибры диаметром 8 – 10 мкм соответствует прочности холоднотянутой высокоуглеродистой проволоке (~2000 МПа), но плотность в ~3,5 раза ниже. Модуль упругости стекловолокнистых материалов ниже, чем у стали, но примерно в три раза превышает модуль упругости бетона. Поэтому армирование бетона стеклянными волокнами является эффективным конструктивным приемом. Полипропиленовое синтетическое волокно, также часто применяемое в качестве дисперсноармирующего компонента бетона, обладает повышенной деформативностью с низким значением модуля упругости. По этой причине полипропиленовые волокна не являются эффективной арматурой в бетоне и применяется как дополнительный конструктивный элемент армирования (в монтажных целях – для предотвращения повреждений при транспортировке и монтаже изделий, а также для повышения хрупкости и износостойкости). Применение асбестовых природных волокон в качестве армирующего материала в фибробетонах, также ограничены из-за трудностей их распушки и малой длины, а также ограниченности природных запасов асбестов высокого качества. Известно использование для повышения физико-механических характеристик углеродных волокон, которые не корродируют в гидратирующемся цементе, способствуют повышению прочности цементного камня при растяжении и модуля упругости. Стоимость углеродных волокон значительно превышает стоимость стальных и стеклянных волокон, поэтому использование их в качестве арматуры фибробетона ограничено[4]. Еще одним видом дисперсной арматуры является базальтовая фибра . Наиболее «узнаваемы» два ее типа: микрофибра и рубленое волокно[8] .Таким образом, с практической точки зрения наиболее обосновано применение стальных и минеральных (стеклянных, базальтовых) волокон, а также полимерных органических волокон (полипропиленовых), как вспомогательного материала[4].

 

1.2 Влияние видов фибры на свойства фибробетона

 

Наиболее важной характеристикой волокна является ее жесткость, характеризуемая модулем упругости еf. По величине модуля упругости всю производимую фибру целесообразно классифицировать по двум группам. К первой группе относится высокомодульная фибра с еf=(70…250)*103 МПа, включающая стальную, и неметаллические виды фибры а также углеродное, арамидное, карбоновое волокна с еf=(200…700)*103 МПа, вторая группа волокон, обладающая сочетанием высокой жесткости и прочности на растяжение (до 3,5 – 4*103 МПа), значительно более рациональна при использовании в виде изделий с одно или двухнаправленным размещением волокон, а не в качестве хаотично распределенной в объеме фибры. Высокомодульная фибра является одновременно высокопрочной, и она способна обеспечить значительное упрочнение фибробетона по отношению к исходному бетону-матрице при значительном повышении трещиностойкости (по образованию и ширине раскрытия трещин). Фибробетон на основе высокомодульной фибры обеспечивает также повышенную ударную стойкость, морозостойкость, истираемость[6]. Производство стальной фибры основано на резке низкоуглеродистой проволоки, листовой стали или фольги; формовании из расплава, фрезеровании слябов и полос, а также прерывистом вибрационном резании в процессе токарной обработки заготовки. Неметаллические фибры являются отрезками моноволокон, фибриллированных пленок и комплексных нитей, которые, в том числе, могут изготавливаться из промышленных отходов соответствующих производств. Основной задачей при разработке составов и технологии фибробетонов является оптимизация геометрических параметров и размеров фибр, обеспечивающих надежное сцепление волокон с бетонной матрицей при допускаемых нагрузках, повышение технологичности. еще одна разновидность фибры подобного типа – аморфнометаллическая, которую получают методом закалки расплавленного металла с различными легирующими добавками. Расплав выливается на охлаждаемую подложку и отверждается, не успевая приобрести упорядоченную кристаллическую решетку, образуя отрезки лент определенной длины и толщины[3]. Наибольшую популярность приобрело стальное фиброволокно. В качестве него используются отрезки стальной проволоки, толщиной 0,1 – 0,5 мм и длиной от 1 до 5 см. Для фибрового армирования стеклофибробетонных конструкций принимается фибра в виде отрезков стекловолокна, как правило, длиной от 10 мм до 60 мм, изготавливаемая путем рубки: ровинга из щелочестойкого (цементостойкого) стекловолокна, выпускаемого по ТУ 21-38-233-92; ровинга из алюмоборосиликатного (нещелочестойкого) стекловолокна по ГОСТ 17139, Длина фибры принимается в зависимости от размеров и армирования конструкций, вида технологического оборудования по приготовлению и укладке стеклофибробетонной смеси. Для армирования мелкозернистого бетона на ПЦ используется фибра из щелочестойкого стекловолокна. Фибра из нещелочестойкого (алюмоборосиликатного) стекловолокна может использоваться в случаях армирования бетона (матрицы) на основе глиноземистого цемента, портландцемента с добавкой гипса или микрокремнезема на ограниченный срок службы при соответствующем обосновании. Вторая по жесткости группа – низкомодульная фибра производится на полимерной основе. Она имеет модуль упругости (2…10)*103 МПа, что ниже по жесткости фибры первой группы примерно на два десятичных порядка. Эта фибра оказывает минимальное позитивное влияние на статическую прочность, но обеспечивает в значительной мере снижение усадочного растрескивания, снижает усадку, повышает ударную вязкость и морозостойкость бетона, в частности неавтоклавного пенобетона, обеспечивает водоудерживающую способность бетонной смеси[6].

 

1. 3 Нормативные требования предъявляемые к фибробетонам

 

За основу при подборе состава фибробетоно следует принимать определяющий для данного вида бетона и назначения конструкции показатель бетона. При этом должны быть обеспечены и другие установленные проектом показатели качества бетона. Проектирование и подбор состава бетонной смеси по требуемой прочности бетона следует производить, руководствуясь ГОСТ 27006, ГОСТ 26633 и СНиП 82-02, с необходимой корректировкой состава по результатам испытаний фибробетоно смеси и фибробетоно. При подборе состава бетонной смеси должны быть обеспечены требуемые показатели качества (удобоукладываемость, сохраняемость, нерасслаиваемость, воздухосодержание и другие показатели). Свойства подобранной фибробетоно смеси должны соответствовать технологии производства бетонных работ, включающей сроки и условия твердения бетона, способы, режимы приготовления и транспортирования бетонной смеси и другие особенности технологического процесса. Для подбора состава фибронабрызгбетона (ФНБ) используется аналогичная методология, что и при подборе состава фибробетонов, укладываемых другими способами, при этом учитываются особенности процесса набрызга, требования к подвижности смеси, типу смеси, применяемому оборудованию. Основные различия между обычным фибробетоном и фибронабрызгбетоном состоят в гранулометрическом составе заполнителей, размерах и типе применяемой фибры, содержании цементирующих веществ, методе подачи и нанесении, а также в выборе химических добавок.

При составлении рецептуры смеси, в частности, среди прочих необходимо учитывать следующие факторы:

– способность к распылению – смесь должна наноситься и уклады-ваться для конкретной конструкции с минимальным отскоком. Она может наноситься на горизонтальные, вертикальные или потолочные поверхности;

– прочность – смесь должна удовлетворять требованиям быстрого схватывания, набора прочности и длительной прочности, в зависимости от назначения конструкции. Необходимо учитывать влияние добавок на длительную прочность набрызгбетона;

– уплотнение – смесь должна быть способна уплотняться во время на брызга с образованием плотного, однородного материала. Технологические процессы изготовления однородной фибробетоно смеси зави-сят от вида и количества фибровой арматуры (фибры), ее геометрических пара-метров (особенно отношения длины к диаметру), объема цементного теста в составе бетона-матрицы, заданных параметров удобоукладываемости, максималь-ного размера крупного заполнителя, последовательности ввода компонентов, способа подачи фибры в смеситель, типа используемого смесителя и режима перемешивания фибробетонa смеси.

методы и оборудование для производства фибробетонных конструкций, при которых реализуется задача максимального использования прочностных свойств фибры и бетона матрицы с целью достижения наибольшей прочности, плотности и долговечности материала и конструкций при наименьших трудозатратах и материалоемкости. В производстве фибробетонных конструкций предпочтение следует отдавать тем видам материалов и оборудования, которые позволяют повысить степень механизации и автоматизации технологии в заводских или построечных условиях. Настоящими нормами производства фибробетонных конструкций предусматриваются следующие виды технологий Гост 26633-91, СП 52-104-2006, определяемые по названию основного технологического приема:

– набрызг («спрей»);

– предварительное перемешивание («премиксинг») с последующим формованием смеси, осуществляемым виброуплотнением, радиальным роликовым формованием, роликовым прессованием, экструзией или иными апробированными методами.

В случае использования для изготовления сталефибробетона крупного заполнителя, бетон-матрица должен отвечать требованиям ГОСТ 26633. Кроме того, бетонматрица должен отвечать специальным требованиям проектной документации на конструкцию в части максимальных или минимальных размеров крупного и мелкого заполнителя, а также вида применяемого вяжущего и химических добавок.

В качестве вяжущего для фибробетонов применяются различные виды цементов. Назначение конкретного вида цемента связано с видом используемой фибры, достижением наиболее рационального ее использования в фибробетоне и обеспечением максимальной прочности и долговечности фибробетонных конструкций.

Использование химических добавок в составе фибробетонных смесей рекомендуется для достижения определенных значений подвижности и удобоукладываемости смеси исходя из требований конкретного вида технологии. Выбор и применение химических добавок в бетон выполняется в соответствии с ГОСТ 24211 . Заполнители для фибробетона (крупный, мелкий) принимаются с учетом вида и агрегатного состояния фибры, назначения и размеров конструкции, класса и марки бетона,

Допускается применение других видов стальной фибры, не указанных, при соответствующем обосновании и согласовании в установленном порядке с головной организацией (НИИЖБ).

Стеклофибробетонные конструкции с фибровым или комбинированным, армированием должны удовлетворять требованиям по несущей способности (предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы) согласно СТ СЭВ 1406.

Проектирование конструкций выполняется по методике, аналогичной методике проектирования армоцеметных и сталефибробетонных конструкций с учетом прочностных и деформативных характеристик стеклофибробетона.

Синтетическая фибра, имеющая ограниченный опыт применения, должна отвечать требованиям соответствующих технических условий и стандартов ГОСТ 14613–83 , которые приводятся в проектной документации на конструкцию или (и) в Технологических регламентах на их изготовление.

Стержневая и проволочная арматура, используемая при комбинированном армировании, назначается с учетом типа конструкций, наличия предварительного напряжения, условий возведения и эксплуатации конструкций. Стержневая, проволочная арматура и сталь для закладных деталей принимаются по соответствующим указаниям СНиП 2.03.01,

Настоящие нормы распространяются на технологии и методы изготовления фибробетонных конструкций на основе тяжелого (обычного), мелкозернистого (песчаного) бетонов и следующих видов фибры:

– стальной;

– из щелочестойкого стекловолокна;

– из обычного (алюмоборосиликатного) стекловолокна;

– из синтетических волокон[11].

Отдельного стандарта на фибробетон нет, в соответствии с СП 52-104-2006 он должен отвечать требованиям ГОСТ 26633-91[24].

 

1.4 Сырье для получения фибробетонов

 

В качестве фибр могут использоваться любые материалы, однако чаще всего для этой цели применяются стальные, стеклянные, углеродистые, пластмассовые и др. Количество вводимых в бетон волокон в большинстве случаев колеблется от 0,3 до 2% по объему. Размеры их могут быть самыми разнообразными. Стальные волокна применяются обычно длиной от 1 до 70 мм и диаметром от 0,25 до 1 мм. Поперечное сечение волокон может иметь круглую или прямоугольную форму. Чаще всего волокна как стальные, так и неметаллические применяются длиной от 25 до 60 мм. Длина фибры принимается в зависимости от размеров и армирования конструкций, вида технологического оборудования по приготовлению и укладке фибробетонной смеси. Для армирования мелкозернистого бетона на портландцементе используется фибра из щелочестойкого волокна. Фибра из нещелочестойкого волокна может использоваться в случаях армирования бетона (матрицы) на основе глиноземистого цемента, портландцемента с добавкой гипса или микрокремнезема на ограниченный срок службы при соответствующем обосновании. Использование фибры из нещелочестойкого волокна для армирования фибробетона на портландцементе допускается в качестве фибровой арматуры, рассчитываемой на восприятие технологических нагрузок при работе бетона конструкций в раннем возрасте в срок до одного месяца.

Допускается применение для фибрового армирования капроновых, нейлоновых, полипропиленовых высокомодульных волокон при соответствующем технико – экономическом и экспериментальном обосновании в установленном порядке. Стеклянные и органические волокна могут иметь весьма малый диаметр, измеряемый десятками микрон, поэтому их расход по массе сухой смеси обычно почти на порядок меньше, чем при применении стальных волокон. Металлические волокна, применяемые в настоящее время для фибрового армирования, имеют с матрицей только физическую или физико – механическую связь, если на их поверхности имеются неровности. Химического взаимодействия между материалами стальных фибр и матрицы не наблюдается; это относится также и ко многим полимерным волокнам (полипропилен, нейлон и др.). Стеклянное волокно или какоелибо другое, содержащее его включения, имеет несколько другую связь с матрицей, т.к. наблюдаются явления взаимодействия этих материалов и химические изменения на молекулярном уровне в процессе выдерживания бетона до достижения требуемой прочности[2].

Выбор компонентов для бетона следует производить в соответствии с требованиями существующих нормативных документов на каждый компонент с целью получения бетона в конструкциях с прочностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью и другими показателями качества, соответствующими проектным, и при минимальном расходе цемента.

Выбор материалов, проектирование состава и приготовление фибробетонной смеси должен осуществляться в соответствии с рекомендациямиСТО НОСТТРОЙ 2013 [2]и положениями:

– ВСН 48 [9] при возведении монолитных обделок;

– СНиП 3.09.01 при производстве сборных изделий и элементов конструкций;

– ВСН 126 [10] при сооружении фибронабрызгбетонных обделок.

Бетон должен иметь водопоглощение не более 8 % по массе. В случае использования для изготовления сталефибробетона крупного заполнителя, бетон-матрица должен отвечать требованиям ГОСТ 26633 и пп. 2.1-2.6 рекомендаций ВСН 56-97. Кроме того, бетон-матрица должен отвечать специальным требованиям проектной документации на конструкцию в части максимальных или минимальных размеров крупного и мелкого заполнителя, а также вида, применяемого вяжущего и химических добавок.

Мелкозернистый бетон для фибробетонных конструкций в зависимости от вида и условий их работы предусматривается следующих классов и марок:

а) классов по прочности на сжатие:

– бетон группы А (естественного твердения или подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, на песке с модулем крупности свыше 2,0 но не более 2,5) – В20, В25, В30, В35, В40;

– бетон группы Б (естественного твердения или подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, на песке с модулем крупности 2,01,5)– В20, В25, В30 и В35.

Допускается применение бетона промежуточных классов В22,5 и В27,5 при условии, что это приводит к экономии цемента по сравнению с применением бетона соответственно классов В25 и В30 и не снижает других технико-экономических показателей конструкций.

б) классов по прочности на осевое растяжение – Bt 1.6; Bt 2; Bt 2.4;Bt 2.8; Bt 3.2; Вt 3.6; Bt 4;

в) марок по морозостойкости – F50; F75; F100; F150; F200;F250;F300;F400; F500;

г) марок по водонепроницаемости – W4; W6; W8; W10; W12.

В качестве вяжущих для приготовления мелкозернистого бетона фибробетонных конструкций следует применять портландцемент по ГОСТ 10178, глиноземистый цемент по ГОСТ 969 марок не ниже М400, а также добавки микрокремнезема по ТУ 7-249533; ТУ 7-249533-02; ТУ 2-249533-03 или вяжущее низкой водопотребности (ВНВ) по ТУ 21-26-20.

Назначение конкретного вида цемента связано с видом используемой фибры, достижением наиболее рационального ее использования в фибробетоне и обеспечением максимальной прочности и долговечности фибробетонных конструкций.

Вяжущее для фибробетона выбирается в соответствии с требованиями 1 части норм ВСН 56-97, цемент для сталефибробетона – согласно указаниям(п.п. 6.1-6.5) ВСН 56-97. Для фибробетонов на синтетической фибре вяжущие выбираются опытным путем и обосновываются в соответствующем порядке [11].

Тип и марка цемента должен выбираться с учетом:

– технологии производства работ (в том числе учета времени от моментаприготовления до укладки в конструкцию, способа укладки (пневмонанесение с затворением сухой смеси на выходе из сопла, насосом, укладка бадьей);

– вида конструкций (армированная полимерной конструкционной фиброй, обычной стальной или коррозионностойкой фиброй, металлической стержневой или неметаллической);

–  экзотермии в процессе твердения;

– условий твердения (в частности тепловой обработки);

– размеров конструкции;

– климатических характеристик;

– назначения сооружения;

–  агрессивности среды эксплуатации;

– щелочно-реакционной способности заполнителя.

Для набрызгбетонов рекомендуется использовать цементы ПЦ500Д0 судельной поверхностью не менее 3000см2/г для обеспечения требуемой кинетикинабора прочности, в том числе и раннем возраст. Для приготовления бетонных смесей для сборных и монолитных конструкцийследует применять бездобавочный портландцемент и портландцемент сминеральными добавками по ГОСТ 31108 [12], ГОСТ 10178 [13], ГОСТ 969 [14],ГОСТ 22266 [5].

При агрессивных воздействиях на бетонные и железобетонные конструкциив процессе эксплуатации портландцемент выбирают в соответствии соСНиП 2.03.11, СП28.13330.2012 [2].

Заполнители для фибробетона (крупный, мелкий) принимаются с учетом вида и агрегатного состояния фибры, назначения и размеров конструкции, класса и марки бетона, типа используемой технологии и должны отвечать требованиям соответствующих ГОСТов, а также норм ВСН 56-97 [11]. При выборе заполнителей предпочтение следует отдавать материалам из местного сырья.

В качестве плотного мелкого заполнителя используется песок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736 [15].

В качестве плотного крупного заполнителя применяется щебень и гравий по ГОСТ 8267 [16]. Морозостойкость крупных заполнителей должна быть не ниже нормированной марки бетона по морозостойкости.

Марки по прочности крупных плотных заполнителей, определяемые по дробимости при сжатии в цилиндре, должны быть выше класса бетона по прочности на сжатие не менее чем в 2 раза для В15 и выше.

Максимальный размер зерен крупного заполнителя для монолитных и сборных ФБ конструкций 20 мм, для ФНБ следует ограничить 15мм. Зерен наибольшего размера лещадной и игловатой форм должно быть не более 15% по массе.

Для повышения прочностных характеристик фибробетона, увеличения сил сцепления фибры с бетоном, рекомендуется использовать микро- и ультрадисперсные минеральные добавки в виде порошка:

– микрокремнеземконденсированный по ТУ 5743-048-02495332 или водной суспензии;

– кварц молотый пылевидный по ГОСТ 9077 [17].

Для снижения расхода цемента и заполнителей при приготовлении бетонныхсмесей рекомендуется использовать золы-уносы, шлаки и золошлаковые смеси ТЭС, отвечающие требованиям ГОСТ 25592 [10], ГОСТ 25818 [11] и ГОСТ 26644 [12].

Для регулирования и улучшения свойств бетонной смеси и бетона, снижения расхода цемента и энергетических затрат следует применять химические добавки, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 24211 [13].

В качестве добавок стабилизаторов бетонной смеси (высокоподвижных и укладываемых пневмонабрызгом), а также добавок снижающих температурновлажностную усадку на стадии схватывания и твердения, рекомендуется применять микрофибру МПФ (таблица 1.3).

Таблица 1.3 – Рекомендуемые расходы добавки микро фибры(полипропиленовой) в бетонных смесях

 

Бетонные смеси марок по удобоукладываемости ПЗ-П5 для производства сборных железобетонных конструкций и изделий, и марок по удобоукладываемости П4 и П5 для монолитных и сборно-монолитных конструкций должны приготовляться с обязательным применением пластифицирующих добавок[21].

Вода для затворения бетонной смеси и приготовления растворов химических добавок должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732[14].

1.5 Влияние условий твердения на свойства фибробетона

 

Были проведены исследования влияния различных технологических факторов на темпы набора и конечную прочность фибробетона нормального хранения, а также влияние температуры на кинетику твердения и величину конечной прочности фибробетона.

В результате проведенных исследований установлено, что прочность сталефибробетона в 28-ми суточном возрасте нормального хранения (табл. 1.2.2.1)

прямо пропорционально возрастает с увеличением процента содержания волокон в бетоне, уменьшается с увеличением водоцементного отношения смеси и находится в прямой зависимости от модуля поверхности фибры.

Таблица(1.2.2.1)

Результаты исследований кинетики твердения сталефибробетона показали, что с увеличением процента армирования смеси темпы набора прочности увеличиваются, максимальный разброс значений прочности в зависимости от процента армирования смеси и периода набора прочности составляет порядка 13%. С увеличением температуры выдерживания фибробетона влияние наличия стальной фибры ослабляется, при температуре 80ºС разброс значений прочности сокращается, но тенденция к увеличению темпов набора прочности с увеличением процента армирования смеси при повышении температуры сохраняется (рис. 1.2.2.1).

 

Увеличение температуры выдерживания фибробетона позволяет сократить время набора марочной прочности. Однако при тепловой обработке физико-химические процессы структурообразования, несомненно играющие ведущую роль в создании прочного искусственного камня сопровождаются еще чисто физическими явлениями, оказывающими иногда более значительное влияние на прочность бетона. Температурные расширения составляющих в бетоне при его тепловой обработке, возникновение и развитие остаточных деформаций, перераспределение влаги и неравномерное ее накопление, а также возникающие температурные градиенты – все это создает в нем сложное напряженное состояние и наносит существенный ущерб формирующейся структуре материала, нарушая ее плотность. Дефекты структуры и пониженная плотность являются основными причинами недобора конечной прочности бетона и ухудшения других физико-механических свойств бетонов, подвергавшихся термообработке, по сравнению с бетонами нормального твердения (рис. 1.2.2.2).

 

Результаты экспериментов выявили, что у фибробетона, подвергнутого тепловой обработке, наблюдается потеря прочности в возрасте 28 суток (рис. 1.2.2.3). Однако недобор прочностных показателей фибробетоном на сжатие в 2 – 2,5 раза меньше, на растяжение в среднем в 1,5 раза меньше, чем для бетонов, неармированных фиброй, что можно объяснить перераспределением температурных напряжений за счет наличия фибры.

 

Как известно тепловое воздействие на бетон осуществляется в достаточно широком интервале температур от 30º С при использовании термоэлектрических матов до 140º С при автоклавной обработке легких бетонов. Для определения влияния температур на конечную прочность фибробетона был проведен эксперимент по электропрогреву образцов из сталефибробетона при различных температурах. Образцы прогревались в комбинированных формах в течение суток при температурах выдерживания 20, 40, 60 и 80ºС, а в дальнейшем помещались в камеру нормального хранения и испытывались после 28 суток твердения. процессы, приводящие к потере прочности при электротермообработке, наиболее интенсивно протекают при температуре свыше 50ºС , а невысокие положительные температуры благоприятно сказываются на процессах роста прочности. Это положение подтверждается

повышенными на 13% значениями прочностей сталефибробетона, выдержанного при температурах 35…45ºС , по сравнению с бетоном нормального хранения (рис. 1.2.2.4). Однако более мягкие режимы требуют более длительного выдерживания, что осуществимо для сталефибробетона, поскольку характер изменения его удельного электрического сопротивления позволяет выполнять прогрев длительное время.

Полученные результаты проведенных исследований дали возможность представить формулу для расчета прочностных характеристик сталефибробетона на этапе проектирования. За основу была принята известная зависимость, которая дает относительно точные результаты в широком интервале прочности бетона и может быть использована при положительных и отрицательных температурах выдерживания:

 

Коэффициенты в формуле определяются в зависимости от прочности бетона в возрасте 3 суток и скорректированы для фибробетона добавлением коэффициента влияния процента армирования смеси :

 

Для проверки полученных формул необходимо было сначала рассмотреть закономерности формирования температурных полей в фибробетонных конструкциях на всех этапах выдерживания.

Наличие фибры приводит к более интенсивным изменениям в процессах перераспределения температур. Сокращается продолжительность нагрева определенного объема фибробетона, по сравнению с бетоном, неармированным фиброй, при прочих равных условиях. Так, для нагрева кубической конструкции из обычного бетона до 80оС потребовалось 5 часов при напряжении 100В, а для аналогичной конструкции выполненной из сталефибробетона – 2,5 часа при напряжении 75В. Электропрогрев может стать эффективным методом интенсификации твердения фибробетона, позволяющим сократить продолжительность технологических процессов выдерживания при обеспечении требуемого качества. Осуществление электропрогрева идентичных конструкций из бетона , армированного фиброй и без нее показало, что вдвое сокращается время необходимое на повышение температуры фибробетона и на 10…15 % продолжительность остывания таких конструкций, т.к. темп остывания фибробетона выше. Кроме того время выдерживания конструкций из фибробетона возможно сократить ранней распалубкой и увеличивая при этом оборачиваемость опалубки. Так СНиП регламентирует перепад температур наружного воздуха и наружных слоев конструкции при распалубке. Эта разность назначается с учетом возникновения в бетоне растягивающих температурных напряжений и способности бетона противостоять им, но ведь прочность фибробетона на растяжение в среднем на 60 % больше прочности бетона без фибры.

Исходя из таких предпосылок можно говорить, что увеличение перепада температур не приведет к нарушению структуры бетона. выявленное пониженное удельное электросопротивление фибробетона, которое позволяет производить прогрев конструкций при пониженных напряжениях, а самое главное более продолжительное время. Время прогрева образцов из сталефибробетона может быть назначено от 1 до 15 суток. Кроме того при введении стальной фибры качество бетона повышается, за счет равномерности прогрева и остывания. Поэтому следует искусственно вводить в обычный бетон небольшой процент стальных волокон для устранения недостатков электропрогрева и повышения качества бетонных конструкций[23].

 

Выводы

 

• Технологические процессы изготовления однородной фибробетоно смеси зависят от вида и количества фибровой арматуры (фибры), ее геометрических пара-метров (особенно отношения длины к диаметру), объема цементного теста в составе бетона-матрицы, заданных параметров удобоукладываемости, максималь-ного размера крупного заполнителя, последовательности ввода компонентов, способа подачи фибры в смеситель, типа используемого смесителя и режима перемешивания фибробетонa смеси.
• когда модуль упругости фибры превышает модуль упругости бетонной матрицы, основную долю напряжений воспринимают волокна, а общая прочность композита прямо пропорциональна их объемному содержанию.
• фибробетон применяется при необходимости уменьшения веса сооружения, предотвращает возможность появления трещин и их расширения. Фибробетон характеризуется высокой стойкостью к истиранию. Но основным его преимуществом является сопротивление к ударным нагрузкам различной силы.
• Количество вводимых в бетон волокон в большинстве случаев колеблется от 0,3 до 2% по объему. Размеры их могут быть самыми разнообразными. Стальные волокна применяются обычно длиной от 1 до 70 мм и диаметром от 0,25 до 1 мм.
• Наличие фибры приводит к более интенсивным изменениям в процессах перераспределения температур. Сокращается продолжительность нагрева определенного объема фибробетона, по сравнению с бетоном, неармированным фиброй, при прочих равных условиях.

 

Цель и задачи работы

 

Цель: Изучить мировой опыт производства фибробетонов. Выявить наиболее перспективные способы повышения прочности сцепления минеральных фибр к цементной матрице.

Задачи работы :

1. Выбор эффективного типа фибры;
2. Выбор оптимальной дозировки и диаметра фибры;
3. Определение модуля упругости волокон;
4. Способы дальнейшего повышения прочности фибробетона;

---

Страницы:   1   2   3