Создание сталефибробетонных конструкций с заданными свойствами
На сегодняшний день разработаны различные способы регулирования свойств строительного композита - сталефибробетона (СФБ). Информация о методах создания сталефибробетонных (сталефиброжелезобетонных) (СФЖБ) конструкций с заданными свойствами в литературе весьма ограниченна. Известно, что получить требуемые характеристики СФБ можно выбором: • объемного содержания фибр (µf, %V) от 0,5 до 3,0 на 1м3 (при традиционном приготовлении СФБ смеси) и до 15 и более на 1м3 (при использовании одного из нетрадиционных способов). • отношения длины фибр к их диаметру(lf/df) 50…120(для традиционной технологии) и более 120(для нетрадиционной технологии); • диаметра фибр(df) от 0,1мм до 1.2мм. Характеристики бетона и, следовательно, СФБ зависят, помимо фибрового армирования, от марки (min M400) и активности цемента, его физико-химических характеристик и количества, характеристик заполнителя и, прежде всего его зернового состава и крупности. По данным исследований, целесообразно ограничение крупности заполнителя фракцией 10мм до 10% от веса заполнителя. Заданные прочностные и деформативные характеристики СФБ можно получить путем регулирования характеристик контактной зоны фибра - матрица и выбора фибры по прочностным и деформативным параметрам. Характеристики фибр определяются их расчетными сопротивлениями Rf (от 200 до 930 МПа - для обычного и более 1000 МПа - для предварительно напряженного СФБ) и типом исходного материала: стальной проволоки, листа, сляба, расплава, токарной заготовки и т.п. Регулирование свойств контактных зон (величины сцепления фибры с бетонной матрицей) может осуществляться различными способами. При этом касательное напряжение (τс) в зависимости от химической или механической обработки поверхности фибр может изменяться до 7 раз. Среди прочих способов обработка фибр полимерцементными композициями позволяет повысить τс более чем в 3 раза, существенно сократить lf/df, упростить процесс приготовления СФБ смеси, обеспечивая заданные прочностные характеристики композита и характер его работы [6]. Еще одна возможность создания СФБ с набором требуемых свойств - использование, помимо выше перечисленного, комбинированного армирования (КА) и комбинированного полидисперсного армирования (КПА), т.е. одновременного использования фибр различного вида. Сочетания фибр при КА и КПА могут включать: • стальные волокна, отличающиеся по диаметру и (или) длине; • стальные волокна различных типов (из проволоки, листа, расплава и т.д.) и различных диаметров и длины; • стальные плюс синтетические волокна; • стальные волокна, отличающиеся по диаметру (и) или длине одного или различных типов (из проволоки, листа, расплава и т. д.) плюс синтетические волокна. Такой подход позволяет регулировать в широких пределах физико-механические характеристики СФБ без увеличения производственных затрат. Регулирование характеристик СФБ осуществляется и с помощью технологических приемов. В связи с этим можно выделить традиционные и нетрадиционные технологии. Первые, как известно, включают приготовление СФБ смеси, формование изделий и их твердение. При этом качество композита прежде всего зависит от правил проектирования и подбора состава СФБ смеси. В большинстве работ проектирование состава бетона - матрицы производится с использованием традиционных методов. В ряде случаев — с корректировкой состава на введенную фибру. Такой подход снижает результат, который можно ожидать от введения стальных фибр в бетон. В ранних исследованиях отмечается, что в качестве матрицы бетонные смеси обычной рецептуры использовать нельзя. Размер, форма, геометрические характеристики поверхности и объемное содержание крупного заполнителя - все эти факторы могут сильно влиять не только на реологические свойства СФБ смеси, но и на его свойства в затвердевшем состоянии. Избежать нежелательного снижения свойств СФБ можно, проектируя состав смеси с помощью специальной методики, учитывающей наличие в смеси стальных фибр, их df, lf/df, µf, в % по объёму, а также их взаимодействия с ингредиентами смеси. Выбор типа смесителя и режимов перемешивания СФБ смеси - это еще более значимые факторы регулирования свойств СФБ, чем для приготовления традиционных бетонных смесей. При этом особо ответственным этапом является введение фибр в смесь, так как равномерность их распределения и обеспечение мелкопористой структуры материала - это гарантия качества композита. Наиболее часто подача фибр в смеситель осуществляется устройствами типа «беличье колесо». Кроме этого, используются пневматические и вибрационные устройства, в том числе вибрационный питатель фибры нового поколения, который обеспечивает высокую производительность и равномерную подачу фибр с lf/df = 100...300 и более. Специалистами разработаны ипредложены различные способы перемешивания СФБ смеси, позволяющие также в известных пределах управлять ее свойствами. В том числе одностадийный процесс (в выбранном типе смесителя) и двухстадийный, требующий два типа смесителей. Одностадийный способ — традиционное приготовление смеси, двухстадийный способ - приготовление смеси исходного бетона (матрицы) в турбулентном смесителе, а перемешивание с фибрами - в смесителе принудительного действия. Формование СФБ элементов может осуществляться практически любыми разработанными для железобетонных конструкций методами. В том числе традиционным виброформованием, вибропрессованием, центрифугированием, роликовым формованием и т.п. [6]. Условия твердения вносят свой вклад в характеристики материала, однако информация о роли режимов твердения весьма ограниченна. Упомянутая нетрадиционная технология разработана специально для производства СФБ конструкций. Она может не включать стадию перемешивания СФБ смеси. По этой технологии вначале готовится не смесь, а фиброкаркас, который затем пропитывается растворной (бетонной) смесью матрицы. Такая технология позволяет увеличить содержание фибр в сечении элемента и за счет этого также регулировать свойства СФБ и конструкций с его применением. В зарубежной практике подобная технология используется при получении материалов с фирменными названиями “Simcon” и “Sifcon”. К нетрадиционным можно отнести и так называемую раздельную технологию изготовления СФБК. Она позволяет увеличить объемный процент армирования и соответственно длину фибр, т.е. расширять область фибрового армирования. Перспективно и весьма эффективно производство СФБК методом погиба плоской свежеотформованной заготовки. Этот метод был разработан и предложен специалистами ЛенЗНИИЭП. В тонкостенных СФБ конструкциях, как правило, при использовании такого технологического метода стальная фибра размещается в соответствии с действующими усилиями, что повышает степень ее использования. Для изготовления ряда элементов тонкостенных конструкций специалистами также разработаны и предложены технологические приемы, использующие метод вибропроката с последующим гнутьем. Обеспечить заданные свойства СФБК можно за счет конструктивных решений, позволяющих более полно использовать преимущества фибрового армирования. В этом направлении наиболее простой и достаточно разработанный способ регулирования свойств СФБК - зонное армирование сечения. В исследованиях СФБ вводится в зоны конструкций, растянутые от внешних нагрузок. При этом рациональная высота зоны СФБ армирования определяется из соображений трещинообразования сечений.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|