Rostov-on-Don, Rostov-on-Don, Russian Federation
Rostov-on-Don, Rostov-on-Don, Russian Federation
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
In the article, the authors present the main features and advantages of using fiber-reinforced concrete in the manufacture of various building structures. The features preventing the wider use of fiber-reinforced concrete are given. An analysis of the influence of various factors in the manufacture of structures on the mechanical properties of fiber-reinforced concrete made it possible to evaluate the differences in its operation in the stretched and compressed zone of structures. Recommendations are given on improving the mechanical characteristics of fiber-reinforced concrete and an analysis of the work of other researchers on this issue.
concrete, reinforcement, steel fiber, fiber-reinforced concrete, mechanical properties
Развитие различных областей строительства предусматривает разработку новых эффективных материалов и совершенствование технологий производства изделий из них. Одним из наиболее перспективных материалов является фибробетон, в особенности – со стальной фиброй.
Целесообразность применения именно стальной фибры заключается в следующем:
- применение фибрового армирования существенно сокращает или полностью исключает арматурные работы и позволяет совместить технологические операции приготовления бетонной смеси и ее армирования, что позволяет сократить трудовые затраты до 40%;
- бетон, армированный стальной фиброй по своим свойствам практически аналогичен бетону с удвоенным количеством арматуры, но армирование фиброй дешевле, чем удвоенное количество арматуры;
- применение стального фибрового армирования дает возможность усилить углы и узлы конструкций;
- появляется возможность регулирования и уменьшения толщины элементов;
- стальная фибра может применяться в нестандартных конструкциях, где проблематично использовать линейную арматуру;
- стальная фибра обладает коррозионной и износостойкостью.
Таким образом, высокая технико-экономическая эффективность фибробетонных конструкций со стальной фиброй по сравнению с традиционными железобетонными конструкциями достигается вследствие уменьшения трудоемкости и материалоемкости, повышении долговечности, а также исключения недостатков, присущих стержневому армированию.
Однако широкому применению сталефибробетона препятствуют трудности, связанные изготовлением изделий из него, беспорядочное расположение фибр, практическое отсутствие методов контроля качества готовой продукции.
Основными факторами, характеризующими прочность фибробетонных конструкций, являются содержание, распределение и ориентация в них фибр. Как показывает анализ, механические (прочность, трещиностойкость, деформативность) свойства фибробетона при испытаниях одинаковых образцов имеют колебания, которые обычно объясняются неравномерностью распределения фибр в бетоне.
С другой стороны, изменчивость прочностных и геометрических свойств материала вызвана также и дискретным характером хаотичного армирования. Очевидно, что при не произвольном, а организованном (агрегированном), а тем более – направленном фибровом армировании с ориентированным расположением фибр в бетонной матрице, его свойства изменятся, причем очень значительно.
Поскольку прочность фибробетона в значительной степени определяется его армированием, то логично предположить, что ее колебания больше связаны с неоднородностью армирования и меньше - от колебаний прочностных свойств матрицы.
Перспективы дальнейшего развития фибробетона наглядно продемонстрируем рисунком 1, в верхней половине которого приведены результаты работы фибробетона на сжатие, в нижней – на растяжение.
Точка 0 соответствует относительной прочности бетона без фибр (Kbf = Rbf /Rb=1; Kbtf =Rbtf /Rbt=1), принятой за начало координат.
Далее, точка 1 на рисунке соответствует обычному фибробетону с произвольным распределением фибр, введение которых приводит к повышению прочности на сжатие до 40% (Kbf =Rbf /Rb=1,4), а к повышению прочности на растяжение до 150% (Kbtf =Rbtf /Rbt=2,5).
Это было получено в работах многих отечественных и зарубежных исследователей, в частности в /1/.
Еще большее повышение прочности фибробетона дает агрегированное распределение фибр, повышающее прочность на сжатие еще на 10% (Kbf =Rbf /Rb=1,5), а на растяжение – еще на 20% (Kbtf =Rbtf /Rbt=2,7) – точка 2 на рисунке 1.
Таких работ в научной литературе уже очень немного, наиболее обстоятельные результаты приведены в /2/.
Примерно еще такое же повышение прочности дает применение направленного распределения фибр в фибробетоне – до 10% при сжатии (Kbf =Rbf /Rb=1,6) и до 20% - на растяжение (Kbtf =Rbtf /Rbt=2,9) – точка 3 на рисунке 1.
Работ, в которых исследовался указанный вопрос, вообще чрезвычайно мало, что связано с технологическими трудностями создания направленной ориентации фибр, что, как правило, осуществляется с помощью постоянного или переменного магнитного поля /3/.
После этого влияние фибр на повышение прочности фибробетона как при сжатии, так и при растяжении более не растет и дальнейшее увеличение прочности фибробетона возможно уже только за счет способов и приемов, связанных с технологией производства бетона.
К ним могут быть отнесены:
- использование воды максимальной плотности (достигаемой при ее температуре 4°С) - /4/;
- применение специальных химических добавок - /5/;
- введение в бетон наночастиц углепластика - /6/,
и другие способы.
Все это, в конечном итоге, может приводить к повышению прочности на сжатие до 75% (Kbf =Rbf /Rb=1,75) и до 220% - на растяжение (Kbtf =Rbtf /Rbt=3,2) – точка 4 на рисунке 1.
Все приведенные данные свидетельствуют о том, что применение фибробетонов с такими повышенными прочностными характеристиками на сжатие и растяжение более чем актуально.
Однако следует отметить, что при всем несомненном эффекте от перечисленных технологических приемов, заключительное слово в их применении, как и самих фибробетонов с повышенными свойствами, остается за экономикой.
1. Aliev K.U. Rastyanutye elementy iz keramzitofibrobetona na grubom bazal'tovom volokne s obychnoy i vysokoprochnoy armaturoy. Avtoref. diss. …kand.tehn.nauk. Rostov-na-Donu, RGSU, 2009.
2. Ayvazyan E.S. Tehnologii sozdaniya i metody rascheta fibrobetonnyh i fibrozhelezobetonnyh elementov s agregirovannym raspredeleniem volokon. Avtoref. diss. …kand.tehn.nauk. Rostov-na-Donu, RGSU, 2013.
3. Smirnova P.V. Temperaturnyy faktor v tehnologii fibropenobetona. Avtoref. diss. …kand.tehn.nauk. Rostov-na-Donu, RGSU, 2011.
4. Simakina G.N. Vysokoprochnyy dispersno-armirovannyy beton. Avtoref. diss. …kand.tehn.nauk. Penza, PGAS, 2005.
5. Alatorceva U.V. Konstrukcionnye stalefibrobetony, modificirovannye kompleksnymi uglerodnymi mikro- i nanorazmernymi dobavkami. Avtoref. diss. …kand.tehn.nauk. Volgograd, VGSU, 2011.
