Главная | Обратная связь

Стальные фибры для дисперсного армирования бетонов

Реферат

 

Рассмотрены технологии получения и формования дисперсно – армированного бетона. Изучена классификация фибры и её виды. Определены основные свойства дисперсно – армированного фибрами бетона и его преимущества по сравнению с обычным. Указаны проблемы в области дисперсного армирования. Определены основные области рационального использования дисперсно – армированного бетона.

 

Содержание

 

Введение 5

1. Стальные фибры для дисперсного армирования бетонов. 7

2. Создание сталефибробетонных конструкций с заданными свойствами 10

3. Зависимость прочность сталефибробетонных конструкции при изгибе от длины зоны загружения 13

4. Свойства модифицированного сталефибробетона 15

5. Эксплуатационные характеристики сталефибробетонных конструкций для дорожного строительства 17

6. Тонкостенные архитектурные формы повышенной прочности из стеклофибробетона 20

7. Эффективность применения фибропенобетона в современном строительстве 21

8. Специальные добавки для бетона и строительных смесей

8.1 Фибрин 25

8.2 Армирование кокосовым волокном 28

Заключение 31

Список использованных источников 32

 

 

Введение

Бетон, как показывают испытания, хо­рошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению, по­этому включение стальной арматуры в растянутую зону элементов существенно повышает их несущую способность. Сталь имеет высокое сопротивление не только растяжению, но и сжатию и включение ее в бетон в виде арматуры сжатого элемента заметно повышает его несущую способ­ность.

Совместное сопротивление бетона и стальной арматуры внешним нагрузкам обусловливается выгодным сочетанием физико-механичес­ких свойств этих материалов, а именно:

при твердении бетона между ним и стальной арматурой, возника­ют значительные силы сцепления, вследствие чего в железобетонных элементах оба материала деформируются под нагрузкой совместно;

плотный бетон (с достаточным содержанием цемента) защищает заключенную в нем стальную арматуру от коррозии, а также предох­раняет ее от непосредственного действия огня;

сталь и бетон обладают близкими по значению коэффициентами линейного расширения, поэтому при изменениях температуры в пре­делах до 100 °С в обоих материалах возникают несущественные на­чальные напряжения; скольжения арматуры в бетоне не наблюдается.

Железобетону присуще образование трещин в бетоне в растяну­тых зонах конструкций даже при эксплуатационных нагрузках не­большой интенсивности. Раскрытие этих трещин во многих случаях невелико и не мешает нормальной эксплуатации конструкций. Однако в определенных условиях необходимо предотвратить образование таких трещин или ограничить ширину их раскрытия. Для этого до приложения нагрузки бетон растянутых зон подвергают предвари­тельному интенсивному обжатию посредством растяжения рабочей арматуры. Такой железобетон называют предварительно напряжен­ным.

Относительно высокая масса железобетона — качество в опреде­ленных условиях положительное, но во многих случаях нежелатель­ное. Для уменьшения массы конструкций применяют менее материалоемкие тонкостенные и пустотные конструкции, а также конструкции из бетона на легких и пористых заполнителях [1].

Отечественный и зарубежный опыт по­казывают, что очень перспективным на­правлением в строительстве является при­менение фибробетонных конструкций раз­личного назначения.

Одним из видов армирования железобетона является дисперсное армирование. Дисперсное фибровое армирование позволяет в большой степени компенси­ровать главные недостатки бетона - низкую прочность на растяжение и хрупкость разрушения, а также снижает усадку и пол­зучесть.

Фибробетон выгодно отличается от традиционного бетона, имея в несколько раз более высокие по сравнению с ним проч­ность на растяжение и срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, во­донепроницаемость, сопротивление кави­тации, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15 - 20 раз превосходить бе­тон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при при­менении в строительных конструкциях [3].

При этом исключается процесс изготовления арматурных каркасов, появляется возможность уменьшения рабочего сечения конструкций за счёт увеличения прочности. Однако дисперсное армирование значительно затрудняет механизацию арматурных и бетонных работ [2]. В частности, традиционные способы приготовления и укладки бетонной смеси при дисперсном армировании не применимы.

Целью курсовой работы является определение области рационального использования дисперсно – армированного бетона для снижения рабочего сечения, веса конструкции, а следовательно расхода цемента и стали без снижения несущей способности. Это позволит экономически обосновать целесообразность применения дисперсного армирования с учётом повышенных эксп­луатационных свойств фибробетонных конструкций :износоустойчивости, удар­ной прочности, сопротивления кавитации.

Стальные фибры для дисперсного армирования бетонов

Фибры — металлические элементы с круглым или пря­моугольным сечением, с плоской или рифленой поверх­ностью, относительной длиной (отношение длины к диа­метру), равной 50:100 для способа приготовления СФБ перемешиванием (хаотическое армирование) и 100:400 — для фиброкаркасного армирования.

Фиброкаркасное армирование — метод раздельного бетонирования, при котором в форму укладывается фиброкаркас из стальной фибры, на который сверху укладывается мелкодисперсная бетонная смесь с после­дующим виброуплотнением, в результате которого фибры проникают в массу бетона, армируя его [4].

Для дисперсного армирования бетонов - сталефибробетонов (СФБ) в настоящее время применяются стальные фибры различного типа. К основным характеристикам фибр следует отнести:

- геометрические параметры;

- механические свойства;

- технологические характерис­тики;

- специальные свойства.

Геометрические параметры фибр - это длина, диаметр или приведенный диаметр (площадь попе­речного сечения), форма попереч­ного сечения, отношение длины к диа­метру, форма, состояние поверхности.

Длина фибр (I_f) - параметр, в определенных пределах зависящий от технологии их изготовления, тех­нологических и механических требований к ним и сталефибробетону.

Проволочную фибру можно из­готавливать практически любой дли­ны. Длина фибр, изготавливаемых из тонкого листа, ограничивается шириной зуба подвижного ножа и может достигать 100мм. Длина фибр при продольной резке практически не ограничена. Длина фрезерован­ных фибр ограничивается шириной зуба фрезы и может быть до 40мм. Длина фибры из каната ограничива­ется шагом свивки и составляет 1,5 от шага свивки. Длина токарной фибры соответствует ширине режущей кромки резца и достигает 50мм. Данные о длине фибры из рас­плава не приводятся ввиду отсут­ствия достоверной информации.

Выбор длины фибр регламен­тируется конструктивными и техно­логическими требованиями:

- расчетными сопротивления­ми материала (R_fb, R_fbt);

- способом приготовления сталефибробетонной смеси;

- способом введения фибр в смесь;

- требованиями к сцеплению фибр с бетоном (при отсутствии спе­циальных способов по обеспечению заданного τ сцепления)

Фибры большей длины, при оди­наковом диаметре, более склонны к комкованию на всех технологичес­ких переделах: загрузке, транспор­тировке, выгрузке, дозировке, пода­че в смеситель и перемешивании смеси. Соответственно, чем мень­ше длина фибр, при прочих равных условиях, тем меньше их склон­ность к образованию комков.

Однако чем больше длина фибр, тем больше усилие, необхо­димое для их выдергивания из тела затвердевшего бетона и тем выше сопротивление сталефибробетона растяжению. Когда эта величина достигает критического значения, фибра рвется. Дальнейшее увели­чение длины практически не влияет на механические свойства стале­фибробетона.

Диаметр фибр (d_f), как правило, колеблется от 0,1мм до 1,2мм, а по некоторым литературным данным – до 1,8мм. С уменьшением диаметра фибр увеличивается эффективность фиб­рового армирования, но усложня­ется технология приготовления сме­си и изготовления изделий. Для во­локон не круглого сечения произво­дится пересчет по площади попе­речного сечения к кругу и вычисля­ется приведенный диаметр.

По форме поперечного сечения фибры можно разделить на:

- круглые (проволочные и ли­тые);

- овальные (проволочные сплющенные и литые);

- треугольные (фрезерованные из сляба, из тонкого листа). Сечение может быть в виде остроугольного, прямоугольного или тупоугольного треугольника;

- серповидные (фрезерован­ные из сляба и тонкого листа, токар­ные);

- трапециевидные (из тонкого листа).

Достоверные данные о влиянии формы поперечного сечения фибр на технологические характеристики сталефибробетонной смеси и физико - механические характеристики сталефибробетона в литературе от­сутствуют. Поэтому условно следу­ет считать, что, в первом приближе­нии, она не оказывает существен­ного влияния на эти характеристики материала, и при одинаковом пери­метре поперечного сечения волокон их свойства, при прочих равных условиях, можно также считать оди­наковыми.

Форма волокна, в отличие от формы поперечного сечения, существенно влияет как на технологичес­кие характеристики сталефибробетонной смеси, так и на механичес­кие свойства сталефибробетона.

Плоские и объемные армирую­щие элементы замкнутого профиля в виде колец, овалов, многоуголь­ников, октаэдров и т.д. хотя и запа­тентованы в различных странах, но практического применения не нашли. Сведения об их применении в практике строительства отсутству­ют, как отсутствуют сведения об экспериментальных исследованиях СФБ с их применением.

Форма линейных элементов фибр в научной литературе рассматривается широко. Она зависит от технологии изготовления фибр. В одних случаях она формируется случайным образом, например, при разрезании бухты проволоки без размотки, но чаще формообразова­ние осуществляется целенаправлен­но. Отгибы и волны на волокнах, выступы и углубления на поверхно­сти волокон значительно увеличива­ют сцепление фибр с бетонной мат­рицей, и, следовательно, изменяют механические характеристики сталефибробетона и влияют на технологические свойствасталефибробетонной смеси.

По форме фибры можно разделить на следующие группы:

- с гладкой и неупорядоченно шероховатой поверхностью(пря­молинейные, дугообразные и спиралевидные);

- профилированные,

- волнистые;

- с анкерными устройствами.

Фибры с гладкой и неупорядоченно шероховатой поверхностью получают резкой без профилирования проволоки, тонкого листа, фрезерованием слябов и толстого листа, токарной обработкой стальных заготовок.

Профилирование фибры из проволоки осуществляют с помощью одной или нескольких пар роликов поверхностью, обеспечивающей нужный рельеф. При резке тонкого листа, как и при фрезеровании, профилирование обеспечивается рель­ефной заточкой инструмента. При изготовлении фибры из расплава с помощью быстровращающегося, частично погруженного в расплав барабана, профилирование обеспе­чивается формой канавки.

В России технические условия разработаны на фибру из листа, из отработанных канатов, фрезерован­ную фибру и фибру из проволоки. На сегодняшний день официально действуют норматив­ные документы только на два типа фибр - фрезерованную и резанную из листа.

И ранее разработанные, и ныне действующие технические условия содержат требования к конкретному виду стальных фибр, учитывающие особенности рассматриваемого кон­кретного вида.

Практическое применение стальных фибр требует несколько иного подхода. Сталефибробетон применяется для различных целей. В одних случаях в большей степени используется его высокая ударная вязкость (ком­наты хранения ценностей, фунда­менты прессового оборудования, плиты трамвайных путей и т.д.). В других - повышенная износо- и мо­розостойкость (дорожные и аэро­дромные покрытия и др.). В-третьих - высокое временное сопротивление растяжению и изгибу (тонкостенные конструкции, кольца, трубы и пр.).

Различные эксплуатационные и технологические характеристики сталефибробетона обеспечиваются применением фибр с различными характеристиками. К ним, прежде всего, следует отнести механичес­кие показатели: временное сопро­тивление растяжению, модуль упру­гости, относительное удлинение и геометрические характеристики: длина фибр, соотношение длины и диаметра (приведенного диаметра), наличие анкеров, форма и площадь поперечного сечения, состояние поверхности, наличие шероховато­стей, насечки, покрытия.

При обеспечении одинаковых вышеперечисленных характеристик способ производства стальной фиб­ры особого значения не имеет.

Нормативная документация, рег­ламентирующая характеристики стальной фибры, представлена преимущественно техническими усло­виями. Практически все техничес­кие условия на стальную фибру со­держат лишь ограничения по ниж­нему допустимому временному со­противлению при растяжении. Для стальной фибры из листа - это 250 МПа, для фибры из проволоки - 690 МПа, для фибры из канатов - 800 МПа.

При проектировании различных типов конструкций в расчетах учитывается информация о временном сопротивлении фибр при растяже­нии. В связи с этим, думается, це­лесообразно классифицировать фиб­ры по временному сопротивлению при растяжении с шагом 100 МПа, начиная от 300 до 1200 МПа.

При маркировке фибр по клас­сам на первом месте следует раз­мещать индекс, обозначающий спо­собпроизводства, затем временное сопротивление растяжению.

Для проволочной фибры пред­лагается индекс - П, для фибры из листа - Л, для фибры из канатов -ПК, для фрезерованной - Ф, для токарной фибры - Т, для фибры из расплава - Р.

В известных технических усло­виях в маркировке приводятся либо размеры сечения в мм (для фибры из листа), либо длина и ди­аметр в мм (для фибры из канатов), либо группа по размеру с буквен­ной индексацией (для проволочной фибры). Предлагается в маркиров­ке фибры приводить длину и диа­метр, в мм.

Еще одной важной характерис­тикой при проектировании СФБ кон­струкций является величина сцеп­ления фибр с бетонной матрицей. Эту характеристику определяют рас­четным путем по различным мето­дикам, значительно отличающимся друг от друга, в том числе и резуль­татами, при одинаковых исходных данных. Величина сцепления зависит от большого числа факто­ров: длины заделки фибры в матри­цу, состояния ее поверхности, наличия покрытия, наличия и типа анкерных устройств, формы попе­речного сечения, формы самой фибры и т.д.

Предлагается величину сцепления определять эксперимен­тально по специальной методике и вводить эту величину в маркировку фибр в МПа.