- Главная
- Каталог продукции
Каталог продукции
Топ грунт акрил экспресс
Грунт-концентрат универсальный, противоплесневый
635 ₽5л
ТОП ГРУНТ ЛАТЕКС Экспресс
Грунтовка экспресс обеспыливающая, адгезионная
625 ₽5л
Фибра 12 мм 150гр
Фиброволокно 12мм для растворов и бетонов
180 ₽150 гр
Информация о фибре
Необходимость добавления фибры в стяжку и бетон является общепринятой среди строителей и специалистов, которые уверенно утверждают: «Да». Однако важно подходить к этому вопросу с умом, выбирая соответствующие материалы и строго соблюдая необходимые пропорции.
Фибра, или фиброволокно, представляет собой специализированную добавку в бетон и строительные смеси, которая значительно повышает их прочность и придает дополнительные полезные характеристики.
Использование фибры позволяет:
- Сократить расход воды на 20 % при замешивании строительной смеси.
- Это способствует более быстрому набору прочности, а также снижает риск возникновения микропустот и сетей мелких трещин.
- Стяжка высыхает в 2–3 раза быстрее. По ней можно ходить уже через сутки, а укладка плитки возможна через 5 дней вместо привычных 2–3 недель. Это также снижает риск возникновения трещин вследствие усадки после заливки. Кроме того, морозостойкость стяжки улучшена, а её стойкость к истиранию возросла.
Что касается выбора фибры, то наиболее распространённой является полипропиленовая фибра. Она недорогая, эффективно связывает компоненты смеси и способствует улучшению звукоизоляции. Данная фибра подходит как для стяжки, так и для бетона. Она легкая, не добавляет лишнего веса стяжке и не создает дополнительной нагрузки на конструкцию. Обладает низкой электропроводностью и делает бетон водонепроницаемым, что делает её идеальной для полов с электрическим подогревом.
Полипропиленовое волокно представлено двумя видами:
Микрофибра. Это тонкие нити длиной 6, 8, и 12 мм, предназначенные в первую очередь для предотвращения усадочных трещин. Она также улучшает ударопрочность и морозостойкость бетона и добавляется в количестве 900 грамм на 1 кубический метр бетона.
Макрофибра представлена полипропиленовыми жгутами длиной до 50 мм, которые при смешивании распадаются на отдельные волокна. Она используется не только при заливке бетонных полов, но и для создания парковок, фундаментов и других бетонных конструкций. Рекомендуемая норма расхода составляет от 1 кг на 1 кубометр.
Стальная фибра, которая применяется в стяжках толщиной свыше 4 см. При расходе от 20 кг на 1 кубометр бетона она может служить альтернативой традиционной арматуре. Этот материал обладает огнестойкими и морозостойкими свойствами. Однако у стальной фибры есть и недостатки: она довольно тяжела и может подвергаться коррозии со временем.
Стекловолоконная фибра, являясь наименее прочной среди всех видов, обладает высокой пластичностью. Поэтому её часто используют в штукатурных смесях, применяемых для изготовления арок и отделки фасадов.
Базальтовая фибра, она устойчива к огню, перепадам температур, влаге и агрессивным химическим веществам. Идеально подходит для стяжек в ванных комнатах, парилках и гаражах, отличаясь высокой прочностью и стойкостью к износу.
Однако у базальтовой фибры имеются и недостатки: бетон с базальтовой фиброй теряет эластичность, так как базальтовое волокно не обладает растяжимостью. Кроме того, поверхность получается шершавая, что затрудняет ходьбу босиком.
Что следует учитывать дополнительно
Недобросовестные производители полипропиленовой фибры зачастую экономят на замасливателе — специальном составе, который обеспечивает эластичность волокнам. В отсутствие данной добавки волокна могут спутываться, не распределяясь равномерно в растворе. Поэтому рекомендуется приобретать фибру в проверенных магазинах, а не на рынках, что значительно снижает риск столкнуться с кустарной подделкой.
При добавлении фиброволокна в бетон необходимо строго придерживаться правильных пропорций, следовать указаниям производителя и тщательно перемешивать смесь. Это позволит избежать образования комков и обеспечит максимальную прочность стяжки или бетона.
Макрофибра 40 мм
Полипропиленовое волокно для армирования
500 ₽500гр
Использование макропластиковых волокон в бетоне: обзор
Строительство и стройматериалы
Использование макропластиковых волокон в бетоне: обзор
- В данной статье рассматриваются последние исследования по использованию макропластиковых волокон для армирования бетона.
- Обобщено влияние макропластиковых волокон на свойства свежего и затвердевшего бетона.
- Бетоны, армированные макропластиковой фиброй, демонстрируют превосходные характеристики после растрескивания.
- Рассмотрены деградация и поведение макропластикового волокна в бетоне.
- Обсуждаются экономические и экологические преимущества, а также области применения фибробетона.
Абстракция
Использование макропластиковых волокон для армирования бетона привлекло широкое внимание как ученых, так и строительной отрасли из-за многочисленных преимуществ устойчивости, которые они предлагают по сравнению со стальными волокнами и стальной армирующей сеткой. В этой статье критически рассматривается современное состояние знаний и технологий использования макропластиковых волокон для армирования бетона. Представлен подробный обзор различных методов подготовки и получаемых свойств макропластиковых волокон, а также обсуждается влияние макропластиковых волокон на свойства свежего и затвердевшего бетона. В этой статье обсуждается влияние макропластиковых волокон на обрабатываемость, пластическую усадку, прочность на сжатие, прочность на растяжение при раскалывании, прочность на изгиб, характеристики после трещины и сухую усадку. Также рассматривается поведение вытягивания и поведение деградации волокна в бетоне. Наконец, обсуждаются анализ затрат и окружающей среды, а также некоторые области применения бетона, армированного пластиковым волокном.
1. Введение
Бетон по сути представляет собой смесь цемента, заполнителя и воды. Он широко используется в строительной промышленности, поскольку все необходимые сырьевые материалы широко доступны и имеют низкую стоимость. Бетон очень прочен на сжатие; однако, он имеет очень
низкую прочность на растяжение. Для улучшения его прочности на растяжение в бетоне часто используется арматурная сталь. Помимо традиционной стальной арматуры, для улучшения свойств
бетона, в основном для повышения прочности на растяжение, также используются различные волокна. Существует в основном четыре типа волокон, которые можно использовать для армирования бетона:
стальное волокно, стекловолокно, натуральное волокно и синтетическое волокно.
Стальные волокна могут значительно улучшить прочность на растяжение и прочность на изгиб бетона благодаря своей способности поглощать энергию и контролировать трещины. Их электрические, магнитные и тепловые свойства проводимости делают их пригодными для некоторых специальных применений. Однако коррозия стальных волокон может быть пагубной и приводить к быстрому ухудшению бетонных конструкций. Стекловолокно обладает отличным укрепляющим эффектом, но плохой щелочестойкостью. Натуральные волокна, такие как древесные, сизаль, кокосовые, сахарный тростник, пальмовые и растительные волокна , дешевы и легкодоступны, но они имеют низкую долговечность. Синтетические волокна
могут быть изготовлены из полиолефина, акрила, арамида и углерода. Они могут предотвращать трещины пластической усадки в свежем бетоне и улучшать поведение бетона после растрескивания. Схематическая диаграмма на рис. 1 показывает различные виды отказов, связанные с армированным волокном бетоном. Разрыв волокна (1), выдергивание (2) и отслоение волокна от матрицы (4) могут эффективно поглощать и рассеивать энергию, стабилизируя распространение трещины внутри бетона. Перекрытие волокнами трещин (3) снижает интенсивность напряжения на кончике трещины. Кроме того, перекрытие волокнами
может уменьшить ширину трещины, что предотвращает попадание воды и загрязняющих веществ в матрицу бетона, вызывая коррозию арматурной стали и разрушая бетон. Волокно в матрице (5) предотвращает распространение вершины трещины. Следовательно, мелкие трещины будут распределены в других местах матрицы (6).
Рис. 1. Механизмы разрушения в фибробетоне. (1) Разрыв волокна; (2) выдергивание волокна; (3) образование перемычек между волокнами; (4) нарушение связи волокна с матрицей; (5) волокно, препятствующее распространению трещин; (6) растрескивание матрицы.
Хотя каждое отдельное волокно вносит небольшой вклад, общий эффект армирования является кумулятивным. Таким образом, волокна могут эффективно контролировать и останавливать рост трещин, тем самым предотвращая пластические и сухие трещины усадки, сохраняя целостность бетона и изменяя внутренне хрупкую бетонную матрицу в более прочный материал с улучшенной трещиностойкостью и пластичностью. Для достижения значительного армирования волокна должны иметь высокую прочность на разрыв и модуль Юнга.
Пластиковые волокна — это синтетические волокна, которые могут быть в форме микропластиковых волокон или макропластиковых волокон. Микропластиковые волокна относятся к пластиковым волокнам, диаметр которых составляет от 5 до 100 мкм, а длина — 5-30 мм. Эти микроволокна могут эффективно контролировать пластическое растрескивание усадки, которое вызвано усадкой свежего бетона в течение первых 24 часов после укладки из-за чрезмерного испарения выделяющейся воды. Однако они обычно
не оказывают очевидного влияния на свойства затвердевшего бетона, некоторые микропластиковые волокна, такие как нейлоновые волокна, могут обеспечивать хорошее накопление тепловой энергии в бетоне, эффективно контролировать усадку бетона, а также значительно улучшать прочность на растяжение и ударную вязкость бетона.
Макропластиковые волокна обычно имеют длину 30–60 мм и поперечное сечение 0,6–1 мм2. Макропластиковые волокна используются не только для контроля пластической усадки, но также в основном используются для контроля усадки при высыхании. Усадка при высыхании происходит из-за потери молекул воды из затвердевшего бетона. Этот тип усадки при высыхании может происходить на больших плоских участках, таких как плиты в жарких и сухих условиях. Стальная армирующая сетка обычно используется для предотвращения трещин при высыхании; но теперь ее постепенно заменяют макропластиковыми волокнами из-за простоты конструкции, сокращения трудозатрат и более низкой стоимости. Другим значительным преимуществом является пост-растрескивающая характеристика, обеспечиваемая макропластиковыми волокнами. Хрупкий простой бетон не имеет эффективной пластичности после растрескивания, но макропластиковые волокна могут значительно улучшить реакцию бетона после растрескивания, поскольку пластиковые волокна действуют как ограничитель трещин и преобразуют изначально хрупкую бетонную матрицу в прочный материал с лучшей трещиностойкостью и пластичностью. Поэтому, когда бетон разрушается, обычные большие одиночные трещины могут быть заменены плотными микротрещинами из-за наличия армирования волокнами. Макропластиковые волокна в настоящее время становятся все более популярными при строительстве бетонных пешеходных дорожек, сборных элементов и торкрет-бетонных туннелей шахт.
Цель данной статьи — критически рассмотреть текущее состояние знаний и технологий армированного макропластиковыми волокнами бетона. После подробного обзора различных методов подготовки и полученных свойств макропластиковых волокон, внимание уделяется влиянию волокон на эксплуатационные характеристики свежего и затвердевшего бетона. В данной статье обсуждается влияние макропластиковых волокон на удобоукладываемость, пластическую усадку, прочность на сжатие, прочность на растяжение при раскалывании, прочность на изгиб, эксплуатационные характеристики после образования трещин и сухую усадку. Затем изучаются поведение вытягивания и поведение деградации волокна в бетоне. Наконец, представлены анализ стоимости и экологии, а также некоторые применения пластикового фибробетона.
Рис. 2. Аппарат для экструзии ПЭТ-волокна
2. Получение и свойства пластиковых волокон
Макропластиковые волокна могут быть первичными и переработанными полипропиленовыми (ПП), полиэтиленовыми (ПЭВП) или полиэтилентерефталатными (ПЭТ) волокнами. Полипропиленовые волокна широко используются в бетонной промышленности благодаря простоте производства, высокой щелочестойкости, высокой прочности на разрыв и модулю Юнга.
Однако их низкая плотность (около 0,9 г/см3) может привести к тому, что волокна «всплывут» на поверхность бетонной матрицы. Низкая гидрофильность волокон ПП, которая может быть отражена низким натяжением смачивания около 35 мН/м, также значительно ухудшает обрабатываемость свежего бетона и сцепление между волокнами и бетоном. Волокна ПЭВП имеют немного более высокую плотность (около 0,95 г/см3) и более гидрофильны, чем волокна ПП. Однако волокна ПЭВП имеют низкую прочность на разрыв (от 26 до 45 МПа), что значительно ограничивает их применение. Волокна ПЭТ имеют гораздо более высокую плотность 1,38 г/см3 и лучшее натяжение смачивания 40 мН/м, чем волокна ПП, поэтому их легче смешивать с бетоном, чем волокна ПП или ПЭВП. Они также обладают высокой прочностью на разрыв и модулем Юнга, что может эффективно улучшить характеристики бетона после трещины. Однако гранулы ПЭТ должны быть высушены в течение как минимум 6 часов перед переработкой в волокна. Гранулы ПЭТ также легко кристаллизуются и прилипают к внутренней стенке экструдера. Следовательно, перерабатывать ПЭТ сложнее и дороже, чем ПП или ПЭВП. Более того, щелочестойкость волокон ПЭТ сомнительна. Поэтому волокна ПП стали наиболее распространенными коммерческими волокнами для бетона, и волокна ПЭТ привлекли обширные исследования, но волокна ПЭВП все еще редки на практике, и в литературе описано очень мало исследований. С точки зрения экологии и экономии затрат исследователи в настоящее время также изучают использование переработанных пластиковых волокон в бетоне. Однако переработанные пластики имеют неопределенную историю обработки и обслуживания, примеси и различную степень деградации, что приводит к трудностям обработки и нестабильным механическим свойствам.
Физические и химические характеристики макропластиковых волокон сильно различаются в зависимости от технологий производства. Популярная технология включает в себя прядение расплава пластиковых гранул в
нити, а затем горячее вытягивание мононитей в волокна. В исследовании, гранулы ПЭТ плавили и экструдировали в мононити с тонкостью 60 000 дтекс (дтекс: граммы на 10 000 м длины). Затем моноволокна были подвергнуты горячей вытяжке до 5000 дтекс через устройство ориентации пленки,
показанное на рис. 2. Полученные моноволокна затем были продавлены и разрезаны на волокна длиной 30–40 мм. Этот процесс прядения расплава и горячего волочения высоко ориентировал молекулярные цепи ПЭТ, вызывая высокую кристалличность и, таким образом, значительно улучшая прочность на разрыв и модуль Юнга. С помощью этого метода, можно получить волокна ПЭТ и ПП с прочностью на разрыв более 450 МПа.
Другой популярной технологией обработки является экструзия гранул ПЭТ, ПП или ПЭВП через прямоугольную фильеру для формирования листов пленки (толщиной 0,2–0,5 мм). Полученные листы пленки затем разрезаются продольно на ленты одинаковой ширины (шириной 1,0–1,3 мм) с помощью продольно-резательной машины. Затем ленты механически деформируются с помощью узорчатого штифтового колеса, например, гофрируются и тиснятся. В некоторых случаях фибриллированные ленты также скручиваются перед резкой на желаемую длину (40–50 мм). Ким и др. использовали эту технику для успешного приготовления переработанного ПЭТ-волокна с прочностью на разрыв 420 МПа и модулем Юнга 10 ГПа.
Чтобы снизить производственные затраты, исследователи изучили потенциал производства переработанных пластиковых волокон путем механической резки ПЭТ-бутылок, было изготовлено пластинчатое волокно и кольцевое волокно в форме «О» с помощью этого метода. Особая форма «О»-волокна может помочь связать бетон с каждой стороны треснувшего участка, тем самым улучшая пластичность бетона. Эта техника, хотя и экономична в меньших масштабах, не может использоваться для крупномасштабного производства. Во-первых, бутылки следует мыть до или после резки, что делает этот процесс трудоемким. Во-вторых, отходы бутылок имеют различную историю и деградацию, что приводит к изменчивым и худшим механическим свойствам волокон. Более того, волокна, полученные с помощью этой технологии, имеют прочность на разрыв только около 160 МПа и низкий модуль Юнга около 3 ГПа, что намного ниже, чем у волокон, полученных с помощью двух других технологий.
3. Бетон, армированный макропластиковыми волокнами
3.1. Свойства свежего бетона
3.1.1. Осадка
Удобоукладываемость свежего бетона можно определить с помощью испытания на осадку. В таблице 1 показаны результаты испытания на осадку бетона, армированного макропластиковыми волокнами. Результаты показывают, что добавление макропластиковых волокон снижает осадку, тем самым снижая удобоукладываемость свежего бетона. Это связано с тем, что добавление волокон может образовывать сетчатую структуру в бетонной матрице, тем самым удерживая смесь
от сегрегации и течения. Более того, из-за высокого содержания и большой площади поверхности волокон волокна могут легко впитывать цементное тесто для обволакивания, тем самым увеличивая вязкость бетонной смеси. Было осуществлены следующие два предложения по улучшению обрабатываемости фибробетона: (a) ограничить объемное содержание макропластиковых волокон до диапазона от 0,1% до 1% и (b) добавить больше воды. Однако добавление воды отрицательно скажется на прочности бетона; следовательно, пластификатор или вода
Таблица 1. Свойства бетона, армированного макропластиковым волокном.
Деформация
Рис. 3. Средние кривые напряжения-деформации для бетона с макропластиковым волокном
редуцирующие добавки часто используются в фибробетоне для улучшения удобоукладываемости без увеличения содержания воды
3.1.2. Пластическая усадка
Пластическое усадочное растрескивание вызвано потерей влаги после заливки. Как правило, если скорость испарения влаги превышает 0,5 кг/м2/ч, это вызывает отрицательное капиллярное давление внутри бетона, что приводит к внутренней деформации. Пластическая усадка может вызывать трещины на начальных стадиях, когда бетон еще не набрал достаточную прочность. Хоть макропластиковые волокна не влияют на общую потерю влаги или скорость потери влаги, они все еще могут эффективно контролировать пластическое усадочное растрескивание, улучшая целостность свежего бетона. Было обнаружено, что как только доля объема волокон превышает 0,5%, достаточное количество волокон участвует в контроле пластического усадочного растрескивания, поэтому геометрия волокон не оказывает дальнейшего влияния. Было изучено влияние соотношения сторон волокна на области трещин пластической усадки. Более длинные волокна (соотношение сторон с длиной/шириной = 167) были чрезвычайно эффективны и обеспечивали поверхность без трещин при дозировке волокна
9 кг/м3, тогда как более короткие волокна (соотношение сторон с длиной/шириной = 67) могли устранить 94% трещин при дозировке
18 кг/м3.
3.2. Свойства затвердевшего бетона
3.2.1. Прочность на сжатие
Как показано в таблице 1, макропластиковые волокна не оказывают
значительного влияния на прочность на сжатие, нет никаких существенных изменений в значения прочности на сжатие, связанные с различным содержанием ПЭТ-волокна. Более того, во время испытаний на сжатие простой бетон разрушился катастрофически, в то время как, когда цилиндры из макропластикового армированного волокнами бетона разрушились со множеством мелких трещин на поверхности. Пластиковые волокна все еще удерживали бетон вместе при разрушающей нагрузке. На рис. 3 показаны кривые напряжения-деформации испытания на сжатие бетонных цилиндров, проведенного Хасаном и др. Образцы с волокнами показали более пластичный режим разрушения и структурные характеристики после разрушения. Это объясняется способностью волокон распределять напряжения и замедлять процесс распространения трещин.
3.2.2. Прочность на разрыв при раскалывании
Испытание на разрыв цилиндра является косвенным испытанием для получения прочности на разрыв бетона. Как видно из Таблицы 1, макропластиковые волокна улучшают прочность на разрыв при раскалывании. Когда напряжение достигает прочности бетона на разрыв, напряжение передается макропластиковым волокнам. Волокна могут остановить распространение макротрещин, тем самым улучшая прочность на разрыв при раскалывании. Было показано, что простые бетонные цилиндры резко разрушались после того, как бетон трескался, тогда как бетон, армированный макропластиковым волокном, мог сохранять свою форму даже после того, как бетон трескался. Это показывает, что бетон, армированный макропластиковым волокном, обладает способностью поглощать энергию в состоянии после растрескивания.
3.2.3. Прочность на изгиб
Испытание на изгиб — это еще одно косвенное испытание на растяжение, которое измеряет способность бетонной балки противостоять разрушению при изгибе. Трехточечная и четырехточечная нагрузка обычно используются в испытаниях на изгиб. Для испытания на изгиб с трехточечной нагрузкой результаты более чувствительны к образцам, поскольку нагрузочное напряжение сосредоточено под центральной точкой нагрузки. Однако в испытание на изгиб с четырехточечной нагрузкой, максимальный изгиб происходит на моментном промежутке. Исследования показали, что макропластиковые волокна не оказывают очевидного влияния на прочность на изгиб, которая определяется свойствами матрицы. Основное преимущество использования макропластиковых волокон заключается в улучшенной пластичности в области после трещины и изгибной вязкости бетона. Хрупкое поведение всегда связано с простым бетоном. Когда образуется первая трещина, образец трескается и разрушается почти внезапно, с очень небольшой деформацией и без предварительного предупреждения. Однако в образцах бетона, армированного пластиковым волокном, разрушение прогрессирует с изгибом, но без какого-либо внезапного разрушения, как это наблюдается в простом бетоне. Когда бетон разрушается, нагрузка передается на пластиковые волокна. Волокна предотвращают распространение трещин, как показано на рис. 1, и, следовательно, задерживают разрушение. Хси и др. испытали прочность на изгиб бетона, армированного макрофиброй ПП. Фибра ПП имела диаметр 1 мм, длину 60 мм, прочность на растяжение 320 МПа и модуль Юнга 5,88 ГПа. Как можно видеть на рис. 4, простой бетон показал хрупкое разрушение. Прочность на изгиб достигла максимума при прогибе около 0,05 мм без каких-либо характеристик после трещины. Фибра ПП немного увеличила максимальную прочность на изгиб до 5,5 Мпа при той же точке прогиба, что и простой бетон. Однако после
максимальной прочности на изгиб нагрузка передается на волокна ПП, становясь стабильной около 1,5 МПа.
Прогиб мм. Испытания на рост трещины CTOD Рис. 4. Кривые нагрузка-прогиб бетона
Рис. 5. Кривые нагрузка-CTOD для бетона,
армированного фиброй ПП армированного переработанными ПЭТ и ПП волокнами
Прогиб мм
Рис. 6. Сравнение результатов RDPT для бетона, армированного стальной сеткой, стальной фиброй и полипропиленовым волокном
3.2.4. Характеристики после трещины
Испытания на раскрытие вершины трещины (CTOD) и раскрытие устья трещины (CMOD) обычно используются для изучения влияния волокон на поведение бетона после трещины. Согласно ASTM E1290, CTOD представляет собой смещение поверхностей трещины, перпендикулярное исходной (ненагруженной) плоскости трещины на кончике усталостной предварительной трещины. Однако из-за присущих трудностей в прямом определении CTOD, испытание CMOD является предпочтительным испытанием для оценки характеристик после трещины армированного фибробетона. Согласно BS EN 14651:2005 + A1:2007, испытание CMOD измеряет раскрытие трещины в середине пролета с использованием датчика смещения, установленного вдоль продольной оси. Оба теста могут четко продемонстрировать способность волокон перераспределять напряжения и перекрывать образовавшиеся трещины.
Было проведено испытание CTOD на образцах бетона, армированного ПП и переработанным ПЭТ-волокном. Волокно ПП имело 1,04 мм2 поперечного сечения, 47 мм длины, прочность на разрыв 250 МПа, 1,1 ГПа модуля Юнга и 29% предельной деформации, в то время как переработанное ПЭТ-волокно имело 1,54 мм2 поперечного сечения, 52 мм длины, 274 МПа прочности на разрыв, 1,4 ГПа модуля Юнга и 19% предельной деформации. Результаты можно увидеть на рис. 5. Пиковая нагрузка была достигнута при соответствующем CTOD менее 0,6 мм для всех образцов. Однако, по сравнению с обычным бетоном, пластичность образцов после пиковой нагрузки была значительно улучшена в образцах, армированных ПП и ПЭТ волокнами. Это ясно демонстрирует способность макропластиковых волокон улучшать посттрещинные характеристики бетона.
Считается, что испытание на круглой детерминированной панели (RDPT) лучше отражает относительное поведение различных армированных фиброй бетонов. Этот тест имеет значительно меньшую вариацию в характеристиках после трещины, чем тест CMOD или CTOD. Оценка характеристик на основе панелей желательна, поскольку панели разрушаются из-за комбинации напряжений, которые отражают поведение фибробетона более точно, чем другие механические испытания. RDPT, основанный на ASTM C1550, включает двухосный изгиб в ответ на центральную точечную нагрузку и показывает режим разрушения, связанный с поведением на месте конструкций, таких как бетонные плиты на грунте и набрызгиваемая конструкция обделки туннеля, сравнили панели из торкрет-бетона, армированные макрофиброй ПП, стальной сеткой и стальной фиброй. Фибра ПП имела длину 30 мм, диаметр 0,9 мм, прочность на разрыв 400 МПа, модуль Юнга 3,5 ГПа и предельную деформацию 11%. Стальная фибра имела длину 30 мм, диаметр 0,6 мм, прочность на разрыв 1,2 ГПа, модуль Юнга 200 ГПа, предельную деформацию 0,6% и сплющенные концы с круглым стержнем. Стальная сетка имела диаметр 8 мм и интервалы 150 мм. Как видно из рис. 6, 0,45% стального фибробетона показали пиковую нагрузку 65 кН и поглощение энергии 664 Дж до прогиба 25 мм, в то время как 0,78% полипропиленового фибробетона показали лучшие показатели после трещины с пиковой нагрузкой 70 кН и поглощением энергии 716 Дж. Стальная сетка показала гораздо более блестящие показатели после трещины (поглощение энергии 1308 Дж), чем стальные или полипропиленовые волокна. Однако до прогиба 2,5 мм полипропиленовый фибробетон показал сопоставимую нагрузку с бетоном, армированным стальной сеткой.
Рис. 7. Различные типы пластиковых волокон для испытаний на выдергивание
3.2.5. Усадка при высыхании
Усадка при высыхании происходит из-за потери воды из затвердевшего бетона. Усадка при высыхании может быть весьма значительной в большие ровные поверхности, такие как пешеходные дорожки и плиты в жаркой, ветреной и сухой среде. Стальная армирующая сетка обычно используется для предотвращения трещин усадки при высыхании, но теперь постепенно заменяется макропластиковыми волокнами из-за простоты строительства, экономии труда и затрат и экологических преимуществ.
Сорушян и др. испытали ограниченную усадку при высыхании бетона, армированного пластиковым волокном, в соответствии с ASTM C157 .
Было обнаружено, что средняя максимальная ширина трещины простого бетона составляла 0,3 мм на 90-й день, в то время как 0,19% полипропиленового волокна эффективно ограничили ширину трещины до 0,15 мм и задержали начало трещинообразования. Простой бетон может выдерживать только небольшую деформацию усадки при высыхании, которой обычно пренебрегают. Однако добавление пластиковых волокон значительно увеличивает деформационную способность бетона, тем самым способствуя уменьшению ширины трещин и замедлению времени появления трещин.
3.2.6. Поведение пластиковых волокон при вытягивании
Отслоение волокон и вытягивание (скольжение) на границе раздела оказывают существенное влияние на общее поглощение энергии во время распространения трещины. Поэтому связь волокна и матрицы значительно влияет на способность волокон стабилизировать распространение трещины в бетонной матрице. Низкая механическая прочность связи может не обеспечить достаточной силы перекрытия для контроля развития трещин. Более того, слабая прочность связи также может вызывать внутренние
микротрещины в областях интерфейса.
Исследовали оптимальную форму среди различных пластиковых волокон, как показано на рис. 7. В их испытаниях на вытягивание пластиковые волокна гофрированной формы продемонстрировали самую высокую способность поглощения энергии. Стало известно, что тисненое волокно имело высокую прочность связи при 5 МПа из-за его высокой поверхностной энергии и сопротивления трению. Извитое волокно также имело высокую прочность связи при 3,9 МПа, но его извитая часть была полностью растянута во время испытаний на выдергивание, что привело к быстрому увеличению смещения и низкой начальной жесткости. Прямое волокно имело самую низкую прочность связи при 1,7 МПа.
3.2.7. Деградация пластиковых волокон в бетоне ПП обладает высокой устойчивостью к химическому воздействию из-за своей неполярной природы.
Например, ПП устойчив к спирту, органическим кислотам, эфирам и кетонам, неорганическим кислотам и щелочам. Однако он набухает при воздействии алифатических и ароматических углеводородов и галогенированных углеводородов. Были изучены долгосрочные свойства первичных волокон ПП в бетоне в реактивной среде. Когда волокна ПП подвергались воздействию ионной среды ионов натрия и хлорида, созданной соленой водой при различных температурах 71C и 7C в течение шести месяцев, свойства растяжения волокон ПП остались неизменными. Погружали бетон, армированный волокном ПП в условия, имитирующие соленую воду, на 33 месяца и обнаружили, что скорость снижения жесткости составила всего 2,34%, что было намного ниже, чем у бетона, армированного стальной фиброй (14,0%) и поливинилалкоголем (ПВС) (59,9%). Был сделан вывод, что ПП имеет наилучшую долговечность для неструктурных применений в среде соленой воды. Были проведены расширенные испытания на щелочность для продукта олефинового волокна. Волокна были подвергнуты воздействию щелочного раствора, который имитирует бетонную среду. Они сообщили, что их олефиновое волокно может прослужить до 100 лет в щелочной среде без какого-либо снижения прочности. Олефиновые волокна, включая ПП и ПЭВП, показывают высокую устойчивость к щелочной среде, в то время как нет единого мнения о долговечности ПЭТ-волокон в матрице портландцемента. ПЭТ-волокна относятся к группе полиэфирных, а полиэфирные волокна разрушаются при встраивании в матрицу портландцемента. Испытания на деградацию, проведенные компанией EPC, показали, что волокно ПЭТ может хорошо работать в бетоне только в течение 10 лет, после этого прочность волокна значительно снизилась. В процессе, стало известно о хорошей щелочной стойкости волокон ПЭТ в растворе и бетоне. Переработанные волокна ПЭТ и бетон, армированный переработанным волокном ПЭТ, обладают высокой устойчивостью к соли, CaCl2 и сульфату натрия и не имеют значительной разницы в проницаемости для хлоридов и повторных испытаниях на замораживание-оттаивание по сравнению с обычным бетоном.
Погрузили переработанное ПЭТ-волокно в щелочной раствор, который был приготовлен путем растворения 10 г гидроксида натрия в 1 дм3 дистиллированной воды, на 120 ч при 60 C. Результаты показали, что прочность на разрыв ПЭТ-волокна после погружения составила 99% от прочности до погружения, что свидетельствует о минимальном ухудшении.
Был проведен тот же тест на переработанном ПЭТ-волокне,
полученном путем механической резки бутылок, бывших в употреблении, и
обнаружили, что прочность на разрыв ПЭТ после воздействия щелочи
составила 87% от прочности до воздействия. Таким образом, переработанное ПЭТ-волокно считалось имеющим достаточную устойчивость к щелочам в обоих их исследованиях.
Погрузили переработанные ПЭТ-волокна в раствор Лоуренса (0,48 г/л Ca(OH)2 + 3,45 г/л KOH + 0,88 г/л NaOH, pH = 12,9), который имитирует полностью гидратированную цементную пасту.
С помощью микрографий они обнаружили, что поверхность переработанных ПЭТ-волокон стала шероховатой после погружения на 150 дней при температуре 50 C.
Прочность армированного ПЭТ-волокном бетона снижалась со временем из-за деградации ПЭТ-волокон внутри бетона.
Погрузили переработанный ПЭТ-волоконный бетон в морскую воду итальянской гавани Салерно на период 12 месяцев. В ходе испытаний CTOD было обнаружено, что поглощение энергии в режиме с сильными трещинами (CTOD 0,6–3 мм) значительно снижается на 52,1%
Таблица 2. Примеры применения бетона, армированного ПЭТ-волокном
4. Стоимость и экологические преимущества использования макропластиковых волокон
В последние годы макропластиковые волокна стали привлекательной
альтернативой традиционной стальной арматуре в строительной отрасли по нескольким причинам. Во-первых, пластиковые волокна имеют значительно низкую стоимость по сравнению со сталью. Например, на основе нашего предыдущего исследования, 43 м2 бетонной пешеходной дорожки (толщиной 100 мм) обычно требуют три листа стальной сетки SL82 (156 кг общего веса). В то время как 17 кг пластикового волокна (4 кг/м3) могут достичь той же степени армирования бетонной пешеходной дорожки той же площади. По текущей цене в Австралии стоимость 17 кг полипропиленового волокна составляет 244 австралийских доллара, а три листа стальной сетки SL82 стоят 433 австралийских доллара (разница между волокном и стальной сеткой, 56% в сторону волокна). Это показывает явную экономию цены при использовании макропластиковых волокон. Кроме того, подготовка, необходимая при использовании стальной сетки, такая как укладка, резка и связывание, требует значительного трудозатрат и затрат по сравнению с использованием пластиковых волокон, которые можно добавлять непосредственно в мешалку грузовика-мешалки и смешивать с готовым бетоном. Процесс использования традиционной стальной арматуры в пешеходной дорожке размером 48 м2 и толщиной 150 мм включает подготовку стальной сетки, а также укладку бетона и отделку, что требует 9,7 рабочих часов (т. е. 0,2 чел.-ч/м2). Однако волокна ПП можно напрямую смешивать с бетоном, устраняя необходимость в подготовке стали, что значительно сокращает рабочие часы до 5,2 ч (т. е. 0,11 чел.-ч/м2). В-третьих, сталь по своей природе очень коррозионна; коррозия стальной арматуры в бетонных конструкциях может привести к их ухудшению и разрушению. Однако пластиковые волокна, особенно полипропиленовые волокна, как мы обсуждали ранее, обладают высокой устойчивостью к коррозии, поэтому имеют долговечную долговечность. Более того, обращение с пластиковыми волокнами намного безопаснее и легче, чем с использованием стали.
И последнее, но не менее важное: производство пластиковых волокон может значительно снизить углеродный след по сравнению с производством стали.
Например, производство 17 кг полипропиленового волокна может выбрасывать 68 кг эквивалентов углекислого газа, в то время как производство 156 кг стали имеет выбросы 536 кг углерода.
5. Применение пластикового фибробетона
Арматурная сталь стоит дорого, а ее размещение в бетоне требует больших трудозатрат и времени, часто требует размещения в сложных и опасных местах. Более того, сталь по своей природе очень коррозионна, что обычно ухудшает качество бетона. Поэтому макропластиковые волокна все чаще используются в бетонной и торкрет-бетонной промышленности для строительства пешеходных дорожек, неструктурных сборных элементов (труб, водопропускных труб, кабельных колодцев и других мелких компонентов), туннелей и подземных сооружений, чтобы частично или полностью заменить стальную арматуру.
На шахтах некоторые места, такие как коренная порода, очень трудно поддерживать и они подвержены обрушению. В этих случаях существует давняя потребность в увеличении поддержки за счет увеличения
содержания волокна. В случае стального фибробетона сложность смешивания и образования шариков волокна препятствовала использованию более высокого содержания волокна. Однако, армированный пластиковым волокном бетон может быть произведен с дозировкой волокна более 1% в течение нормального времени смешивания без образования комочков волокна и проблем с засорением труб.
Стальная армирующая сетка обычно используется в пешеходных дорожках для предотвращения трещин от высыхания. Однако, некоторые дороги, такие как проходы в строящихся туннелях, проходы через подземные сооружения, городские переулки и кустарниковые дороги, обычно узкие, извилистые и крутые. Желательно применять армированный фиброй бетон для покрытия таких узких участков дороги. К сожалению, традиционное стальное волокно может прокалывать шины, подвергаться коррозии, а также может снижать обрабатываемость бетона. Поэтому пластиковые волокна теперь постепенно заменяют стальную армирующую сетку для такого использования из-за простоты строительства и экономии труда и затрат. В таблице 2 перечислены некоторые области применения ПЭТ-волокна в шахтах и на тротуарах.
Макропластиковые волокна также являются привлекательной альтернативой стали для армирования сборных бетонных элементов, таких как трубы, шпалы и ямы. Были изготовлены армированные фиброй бетонные трубы с внутренним диаметром 1000 мм, толщиной 80 мм и длиной 1500 мм. Для армирования труб использовалось ПП-волокно с непрерывно тиснеными зубцами (длиной 54 мм, диаметром 0,9 мм, модулем Юнга 10 ГПа и прочностью на разрыв 640 МПа) при дозировке 5,5 кг/м3. В ходе испытания на смятие они обнаружили, что пиковая прочность 50 кПа достигалась при прогибе 1 мм, а прочность падала до 30 кПа при прогибе 2 мм, оставаясь постоянной до 10 мм. Они сообщили, что традиционные системы производства труб можно адаптировать при использовании армированного фиброй ПП бетона, и трубы могут соответствовать требуемым классам прочности, не прибегая к обычной арматуре.
6. Заключение
Использование макропластиковых волокон для армирования бетона вместо стальной сетки и стальных волокон стало привлекательным для ученых и бетонной промышленности из-за преимуществ устойчивости. В этой статье представлено текущее состояние знаний и технологий Методы приготовления и свойства макропластиковых волокон. В нем также рассматриваются армирующие эффекты макропластиковых волокон в бетоне, стоимость и экологические преимущества, а также применение пластиковых волокон в бетоне. Основные выводы, сделанные в результате исследования:
- ПП, ПЭТ и ПЭВП являются тремя основными видами сырья, используемыми в
производстве пластиковых волокон. ПП-волокна стали наиболее распространенными коммерческими продуктами в фибробетоне, а ПЭТ-волокна привлекли широкое исследование, но ПЭВП-волокна по-прежнему редки как в практике, так и в исследованиях. Различные методы производства приводят к различным механическим свойствам макропластиковых волокон. - Макроблопластовые волокна снижают обрабатываемость свежего бетона, но эффективно контролируют пластическое растрескивание при усадке.
- Макропластиковые волокна не оказывают очевидного влияния на прочность на сжатие и изгиб, которые определяются свойствами матрицы бетона. Главное преимущество использования макропластиковых волокон заключается в улучшенной пластичности в области после трещины и изгибной прочности бетона. Бетон, армированный макропластиковыми волокнами, показывает отличные характеристики после трещины и высокую способность поглощения энергии. Макропластиковые волокна также обладают хорошей способностью контролировать трещины при сухой усадке.
- Для улучшения прочности сцепления между волокнами и бетоном пластиковые волокна обычно имеют различные формы и
выемки. - Олефиновые волокна, включая ПП и ПЭВП, демонстрируют высокую устойчивость к щелочной среде, необходимы дальнейшие исследования для количественной оценки долговечности ПЭТ-волокон в матрице портландцемента.
- Макропластиковые волокна обеспечивают значительные преимущества по стоимости и охране окружающей среды по сравнению с традиционной стальной арматурой.
- Макропластиковые волокна можно использовать при строительстве дорожных покрытий, легких сборных элементов и обшивки туннелей. Бетон, армированный фиброй, прост в обращении и показал себя
адекватно во всех областях применения.
Истории применения бетона, армированного синтетическим волокном
Истории случаев использования армированного синтетическим волокном бетона
АННОТАЦИЯ
Армированный синтетическим волокном бетон использовался в торкретирование в течение многих лет. В этой статье обсуждаются избранные истории проектов со всего мира. Обсуждение сосредоточено на том, почему используются волокна, и объясняется, как много преимуществ, и особенностей, касающихся выбора волокон. Также обсуждается, почему и как волокна влияют на общую производительность проекта, график, затраты и строительность. Дальнейшее обсуждение показывает, что выбор волокна заключается в деталях. Лучший выбор волокна должен соответствовать определенным критериям проекта, установленным всеми лицами, принимающими решения, участвовавшими в проекте. Наконец, универсальность в использовании определенной смеси синтетических волокон в торкретировании показывает потенциал для еще более разнообразных применений синтетического волоконного армирования.
ВВЕДЕНИЕ
В 1978 году корпорация FORTA, базирующаяся в западной Пенсильвании, США, представила концепцию трехмерного синтетического армирования волокном на строительном рынке по всему миру. FORTA получила права от компании в Швейцарии, в стране, где эта статья была представлена в 2009 году для торкрет-бетона для подземной поддержки XI. Одним из успешных ранних применений продукта было использование синтетических волокон в широкий спектр проектов по торкретированию. Эти синтетические волокна с тех пор широко использовались как в сухих, так и в мокрых смесях для торкретирования, включая верхние покрытия мостовых настилов, облицовку озер и водохранилищ, а также искусственные скалы и водные ландшафты проектов. В этих случаях эти стандартные синтетические волокна использовались в относительно низких дозировках (примерно 0,1% по объему) в первую очередь для уменьшения пластического усадочного растрескивания, снижения температуры и усадочного растрескивания, уменьшения отскока, повышения прочности и увеличения долговременной долговечности. Не существует стандартного определения, описывающего эти исходные синтетические волокна, но легко понимаемый и обычно используемый термин описывает эти волокна как микроволокна из-за их малого поперечного сечения.
С 1993 года было разработано еще одно поколение синтетических волокон с улучшенными производительными преимуществами, которые влияют на структурные свойства самого бетона. Эти синтетические волокна начали играть важную роль на рынке торкретбетона, увеличивая прочность и долговечность, одновременно предлагая более безопасную и простую альтернативу обычной арматурной стали. Опять же, нет стандартного определения, описывающего эти синтетические волокна, но легко понимаемый и обычно используемый термин описывает эти волокна как макроволокна из-за их большего поперечного сечения по сравнению с первым поколением 1978 года, синтетическими волокнами. Опять же, измеренная разница в поперечном сечении по какой-то границе или порогу не была стандартизирована.
Проблемы с обычной сталью для армирования бетона
Из-за отсутствия лучших альтернатив сталь в виде стержней и сеток использовалась в качестве армирования в торкрет-изделиях и приложениях в течение многих лет. Сталь в первую очередь необходима для того, чтобы выдерживать нагрузки после трещин в бетоне и удерживать вместе разбитые куски бетона. Стальные формы стержней и сеток имеют в основном двухмерное функциональное использование для армирования. Однако некоторые приложения торкретирования находятся в конструкциях, требующих трехмерного подхода к армированию. Кроме того, использование стали в различных формах, включая стальные волокна, имеет другие проблемы, связанные либо с эксплуатационными характеристиками на месте, либо с обработкой и размещением, включая коррозию.
Коррозия арматурной стали является проблемой, и она, естественно, влияет на долгосрочную долговечность и производительность любого применения стального бетона. Эта проблема коррозии еще более важна в приложениях торкретирования, которые сооружаются в морской или водной среде или во влажной подземной среде.
Стальная арматура и арматурная сетка должны быть разрезаны, согнуты, соединены и прикреплены к проектному основанию, что может быть очень сложным и трудоемким. Обработка стали также добавляет общий риск получения травм и может быть опасной из-за деформаций и прокалываний. Также вызывает беспокойство обеспечение минимально необходимого бетонного покрытия стальной сетки и арматуры для защиты от стихии и условий проекта. Стоимость, время выполнения поставки и проблемы с доступностью стали во всех формах — стержня, сетки (ткани) и волокон — также усиливают беспокойство относительно ее использования во многих проектных приложениях по торкретированию. Иногда конфигурация основания сталью не происходит, потому что сталь слишком жесткая, и для покрытия стали используется избыточный материал торкретирования. Наконец, нанесение торкретирования через стальное «препятствие» делает производительность системы торкретирования очень зависимой от навыков оператора по уменьшению затенения. Эти недостатки размещения и производительности стальной арматуры послужило дополнительным стимулом для разработки уровня армирования синтетическими волокнами, который мог бы служить жизнеспособной альтернативой.
РАЗРАБОТКА МАКРОСИНТЕТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
В ходе разработки макросинтетических волокон использовались различные подходы для установления характеристик, преимуществ и выгод в качестве основы для изменения и улучшения важных характеристик волокон.
Максимизируя каждую из этих характерных областей, макросинтетические волокна являются жизнеспособной альтернативой и дополнением к стальной армировке из арматуры, сетки и волокон. Жизнеспособной альтернативой является использование синтетических волокон в качестве армирования для полной замены стальной арматуры, а дополнением является использование синтетической армировки в сочетании со стальной армировкой.
Конфигурация
Конфигурация волокон имеет наибольшее значение с точки зрения закрепления и вытягивания любой армировки волокон. Вопросы конфигурации волокон заключаются в поперечном сечении отдельных волокон, длине, жесткости и представлении. Поперечное сечение и длина волокна являются сразу самоочевидными описаниями, но связаны с количеством волокон, эффективностью закрепления (чем длиннее, тем эффективнее) и развитием прочности волокна от эффективности закрепления. Жесткость и презентация понять сложнее. Жесткость самих волокон означает деформируемость или нет. Эта жесткость — это способность волокон принимать форму вокруг заполнителя (менее жесткое волокно) или заполнитель принимать форму вокруг волокна (жесткое волокно). Представление может быть либо моно, либо способным к фибриллированию. Моно — это один или один, а способный к фибриллированию означает, что волокна способны отделяться во время смешивания от сетки или от сетки волокон. Конфигурация волокон также включает гладкие или с деформациями подобно арматуре (с деформациями) или гладкой стали для шкантов.
Микросинтетические моноволокна (одиночные) не должны были бы выступать в качестве замены конструкционной стали, но они могли бы обеспечить снижение пластического усадочного растрескивания и обеспечить дополнительную защиту кромок при применении торкретирования. Фибриллированные (множественные волокна, сетка для волос или сетка с произвольным отверстием) волокна обеспечивают гораздо большую устойчивость к выдергиванию и, как следствие, доказали свою способность заменять неконструкционную сталь, такую как проволочная сетка, в различных проектах по торкретированию. Чтобы максимизировать устойчивость к выдергиванию и получить поведение армирования бетона после трещины, в другой презентации волокон использовалась смесь двух форм волокон: конфигурация фибриллированной сети вместе с моноволокном рельефной (деформированной) конфигурации. Эта уникальная смесь форм волокон дает системе синтетических волокон возможность контролировать растрескивание, связанное с температурой, а также влиять на структурные свойства бетона. Другим аспектом конфигурации является подача в смесь для смешивания. Первые запатентованные макросинтетические волокна имитировали предыдущие стальные волокна по сечению и длине и были собраны с круговой оберткой из дисперсионной ленты, бумажного типа материала. Другие запатентованные презентации включают скрученные пучки, волокна большего диаметра, клеи и дисперсионные бумажные мешки. Большие количества свободных волокон трудно и требуют много времени для добавления в смеситель, и они склонны к комкованию волокон и засорению, если не соблюдать надлежащую осторожность при дозировке волокон в бетон в малых количествах.
Химия
Химический состав любого волокна чрезвычайно важен, если ожидается, что волокно будет выдерживать агрессивную щелочную среду портландцементного бетона. Большинство стальных волокон будут окрашивать поверхность бетона продуктами коррозии. Глубина карбонизации также может влиять на эту степень ржавления. Однако волокна в целом прерывисты и не будут впитывать ржавчину глубже в бетон. Большинство синтетических волокон изготавливаются из полимеров или пластика и, как таковые, являются инертными и не реагируют на кислоты или щелочи.
Однако, если синтетические материалы изготавливаются из переработанных материалов, однородность поведения материала сомнительна. Большинство синтетических волокон используют первичные материалы, чтобы гарантировать однородность характеристик. Полимеры, как правило, представляют собой отдельные семейства или смеси внутри типов семейств, называемые сополимерами. Обычно некоторое смешивание значительно изменяет поведение волокнистого материала, подчеркивая некоторые аспекты над другими. Примером может служить изменение удлинения и прочности волокна с помощью некоторой комбинации.
Содержание
В ходе этого исследования синтетических волокон следующего поколения стало очевидно, что микросинтетические волокна, моноволокна и фибриллированные волокна имеют очень высокий уровень площади поверхности на массу. В результате этой площади поверхности становится трудно добавлятьдостаточные количества этих типов волокон для достижения значений структурного армирования без потребления слишком большого количества пасты, содержащейся в бетонной смеси. Стандартные уровни дозировки для этих волокон обычно составляют менее 0,2% (1,8 килограмма на кубический метр (kcm) или 3,0 фунта на кубический ярд (pcy)). Уникальная смесь форм волокон, которые составляют смесь волокон, описанную в этих историях случаев, сводит к минимуму проблемы с площадью поверхности и позволяет увеличивать дозировку без существенного влияния на удобоукладываемость смеси. Дозировка для этой смеси волокон в различных применениях торкретбетона колеблется от 0,2 до 2,0% в зависимости оттребований к армированию.
Правильная длина
Для любого волокна критическая длина связи, которая является максимальной длиной волокна по обе стороны от потенциальной трещины, является важным фактором для долгосрочной работоспособности и способности выдерживать нагрузку после образования трещины. Очевидно, что длина развития в армированном бетоне является проблемой, и с изменением масштаба для армированного волокном бетона более длинные волокна лучше закрепляются в бетоне, чем более короткие волокна, которые теряют крепление и вырываются. Испытания показывают, что смесь волокон длиной 54 мм (номинальная 2,25 дюйма) максимизирует критическую длину связи волокон, что позволяет остаточной прочности или характеристикам после образования трещины также достигать более высоких уровней.
ИСПЫТАНИЯ
С момента своего появления в 1978 году синтетические волокна подвергались строгим испытаниям и оценке в самых разных лабораторных и полевых условиях. Макросинтетическое волокно последовательно демонстрирует преимущества и существенные различия в областях пластичности, ударопрочности, усадки и остаточной прочности, а также в областях снижения отскока по сравнению с другими типами стальной арматуры.
Сжатие
Смесь макросинтетических волокон была испытана в цилиндрах сжатия (ASTM C39) при различных уровнях дозировки. При уровнях дозировки от 0,25 до 0,50% по объему наблюдалось измеримое увеличение прочности на сжатие. Что еще более важно, режим разрушения был зарегистрирован как чрезвычайно пластичный при всех дозировках волокон, вместо обычного хрупкого и внезапного разрушения. Это преимущество повышенной пластичности и уникального режима разрушения, естественно, является очень ценной особенностью для проектировщиков проектов торкретирования и строителей.
Рис. Прочность на сжатие через 28 дней
Удар
Макросинтетические волокна также продемонстрировали значительное улучшение ударопрочности, согласно испытаниям с падающим молотом Комитета 544 ACI. Наиболее впечатляющей является способность волокна обеспечивать целостность образца даже после первой трещины. Сопротивление удару и удару может играть важную роль в различных применениях торкретирования.
Рис. Испытание на ударопрочность
Усадка
Уникальная смесь волокон из мононитей и фибриллированных сетей позволяет макро синтетическому волокну обеспечивать структурные характеристики, а также снижение пластического усадочного растрескивания. Традиционная стальная арматура, такая как сетка, арматура или стальные волокна, обычно эффективны только после того, как бетон растрескался. Сталь имеет меньшую способность уменьшать растрескивание, связанное с усадкой, и может фактически увеличить его из-за ограниченной усадки и жесткости стального материала. Это обсуждение касается до трещин бетона и вероятности растрескивания, а не после растрескивания, которое сталь может контролировать. Испытание с 0,5% по объему синтетической волокнистой смеси показало замечательное 92%-ное сокращение площади трещин, вызванных усадочным растрескиванием, и 100% при 2,0% по объему.
Рис. Уменьшение площади трещин
Средняя остаточная прочность
Остаточная прочность — это значение прогиба под нагрузкой, полученное после того, как бетон растрескался. Испытание измеряет величину нагрузки, которую несет растрескавшийся армированный фиброй бетон. Фибры предназначены для удержания трещин или сломанных кусков бетона вместе как необходимая функция в самых разных применениях торкретирования, таких как стабилизация склонов или туннели. В то время как микросинтетические волокна могут обеспечивать низкие значения остаточной прочности, смесь макроволокон обеспечивает прочность в 5 раз выше при дозировках, обычно рассматриваемых для этих применений. Как и в деталях, это модифицированное испытание балки (ASTM C 1399) служит эталонным методом испытаний для сравнения поведения после трещины различных типов и марок волокон. Пользователи могут уверенно указывать характеристики по минимальному значению остаточной прочности. Фибры можно рассматривать как альтернативу стальной арматуры, уравнивая изгибающие моменты.
Рис. Средняя остаточная прочность
Испытание круглой панели торкретирования
Способность макроволоконной смеси влиять на поведение после трещины совершенно очевидна изнагрузочного испытания круглой панели торкретирования, аналогичного испытанию на остаточную прочность. По мере увеличения дозировок или объемов способность выдерживать повышенную нагрузку даже после первоначальной трещины также увеличивается, что обеспечивает улучшенную производительность для широкого спектра проектов по торкретированию.
Отскок торкретирования
Из-за скорости удара материалов торкретирования отскок ингредиентов смеси от поверхности конструкции является нормальным явлением и может увеличить коэффициент отходов этого метода строительства бетона. При испытании на отскок волоконная смесь действует в 3-мерном масштабе как механическое связующее и связующее вещество, обеспечивая заметное и значительное снижение количества отскока торкретирования.
Рис. % Объемы
СИНТЕТИЧЕСКИЕ И СТАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА
Одной из движущих сил разработки структурного синтетического волокна было создание жизнеспособной альтернативы стальным волокнам, часто используемым в торкрет-бетоне. В дополнение к проблемам, связанным с коррозией и ростом затрат, стальные волокна иногда могут быть сложными для добавления, смешивания и распыления в объемах от 0,3% до 0,9%, используемых в этих типах применений. Производители бетона часто сталкиваются с трудностями при добавлении стальных волокон таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение и минимизировать комкование и образование шариков. Грузовики и ограничения по нагрузке на тротуарах могут стать проблемой после добавления дополнительной массы в смесь из предписанной дозировки стальных волокон. Кроме того, стальные волокна обычно мало влияют на снижение пластической усадки растрескивания, области, в которой синтетические волокна явно превосходят стальные волокна.
Были проведены испытания, сравнивающие макросинтетическую фибровую смесь с различными типами и марками стальных фибр, чтобы изучить различия в дозировках, а также сравнить уровни производительности в различных испытаниях. В этих испытаниях использовались те же пропорции смеси торкретбетона и варьировались типы и дозировки фибры, и все образцы фибробетона смешивались, размещались, консолидировались, отделывались и отверждались в идентичных условиях. Испытания проводились для каждого волокна при дозировках 0,3% и 0,4% по объему бетона в областях сжатия (ASTM C-39), изгиба (ASTM C-1018), ударопрочности (по ACI 544) и остаточной прочности (ASTM C-1399).
Подробные результаты сравнения испытаний показывают синтетическую фибровую смесь по сравнению с каждым из трех типов стальной фибры. В целом, смесь волокон показала себя очень хорошо во всех испытательных областях, и сделала это при дозировке примерно 1/10 (приблизительное отношение единичной массы для синтетических и стальных волокон равно 0,9/7,8) соответствующих стальных волокон по массе. Это означает, что равные объемы синтетического волокна равнялись одному и тому же объему стального волокна для испытаний, проведенных при любом процентном содержании по объему. Особого внимания заслуживают области ударопрочности и остаточной прочности, где смесь волокон показала впечатляющие результаты даже при более низких дозировках. Например, в одном случае образцы синтетического волокна при 0,3% зафиксировали более 300 ударов перед разрушением, тогда как его аналог из стального волокна при 0,3% показал приблизительно 175 ударов при окончательном разрушении. Синтетическое волокно при 0,4% показало приблизительно 425 ударов по сравнению с приблизительно 225 ударами для стального волокна при 0,4% объеме. При испытании остаточной прочности для определения несущей способности волокон после первой трещины результаты показывают, что стальные волокна следует добавлять в количестве, в 8–11 раз превышающем дозировку синтетической волоконной смеси, чтобы достичь равной остаточной прочности. Эти сравнительные испытания подтверждают способность макросинтетических волокон обеспечивать эквивалентную производительность в областях, важных для приложений и проектов торкретирования, при этом добавляя другие ценные преимущества в области стоимости, а также удобства использования.
ПРИМЕНЕНИЕ СМЕСИ МАКРО-СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКН
Макросинтетические волокна использовались в самых разных проектах по торкретированию в качестве ценного армирования с оценкой производительности, которое чрезвычайно легко добавлять, смешивать и выстреливать. Как в надземных искусственных скалах и водных ландшафтах (Cedar Point в Сандаски, Огайо, США), так и в подземных туннельных облицовках, некоррозионная характеристика синтетического волокна является чрезвычайно привлекательной. Эта синтетическая волокнистая смесь также успешно использовалась в тысячах кубических ярдов мокрого торкретирования которые были произведены из предварительно смешанных сухих материалов в мешках, в основном в подземных туннельных проектах.
Более высокие дозировки полипропиленовых волокон фактически использовались в проектах по торкретированию на протяжении многих лет, начиная с повторной облицовки речной стены реки Темзы в Англии в 1968 году. Совсем недавно, в 1988 году, 0,6% по объему полипропиленовое волокно использовалось на стене туннеля на плотине Олдман-Ривер в южной Альберте, Канада. В этом случае 0,6% полипропиленовое волокно служило удобной для пользователя и превосходящей по производительности альтернативой 0,9% стальному волокну, которое использовалось для начала проекта. Синтетические волокна также исключали любой риск травмирования отскакивающими волокнами, и их было легко добавлять, смешивать и распылять, не накапливая в автобетоносмесителях или линиях торкретирования. Всего было нанесено 75 мм (3 дюйма) торкрет-бетона на внутренние стены подковообразного туннеля, которые были приблизительно 3 метра (9 футов) в диаметре и почти 1524 метра (5000 футов) в длину.
Подземные туннельные проекты стали крупнейшими по объему пользователями синтетического структурного волокна в торкрет-применениях для муниципалитетов (город Наварра, Испания), винодельческих предприятий (винодельня Clo de la Tech, Калифорния, США), железных дорог и коммунальных предприятий. Смесь макросинтетических волокон не впитывает влагу и не вызывает коррозии. Эти характеристики очень ценны в этих подземных проектных условиях по всему миру. Более 1100 кг (2500 фунтов) смеси макросинтетических волокон были использованы в проекте по облицовке туннеля 2005 года для винодельческого предприятия в Редвуд-Сити, Калифорния. Синтетические волокна использовались вместо других структурных волокон из-за их проверенной истории быстрого и равномерного смешивания и распределения волокон. Эти волокна также использовались в аналогичном проекте по облицовке туннеля в Наварре, Испания, для которого потребовалось более 3000 кубических метров (3900 кубических ярдов) бетона, армированного синтетическим волокном. Волокно использовалось в объеме 0,5% для контроля усадочных трещин и повышения прочностных свойств бетона.Смесь макросинтетических волокон также использовалась в гораздо меньших проектах по торкретированию из-за той же простоты использования и преимуществ производительности, но в меньшем масштабе. Примером может служить жилой бассейн с торкретированием, который был установлен в июне 2001 года в районе Вэлли-Брук в Джермантауне, штат Теннесси, США. Волокно использовалось в объеме 0,66% и не вызывало проблем со смешиванием или комкованием, а также не вызывало трудностей с обработкой поверхности бассейна.
Еще одно небольшое, но очень заметное применение торкрет-бетона, армированного макросинтетическим волокном, — это искусственные скальные ландшафты. Они стали очень популярны у дилеров грузовиков по всем США. Дилер в Джексонвилле, штат Флорида, США, воспринял слоган национального бренда «Как скала» близко к сердцу, когда поручил бывшему художнику-декоратору спроектировать и построить торкрет-камень, армированный волокном, для эффективной демонстрации своих транспортных средств. Специальная смесь включала от 0,20 до 0,27% макросинтетических волокон, а также уникальный процесс текстурирования и окраски, чтобы создать очень прочную, но реалистичную структуру из бетона и камня. По словам конструктора, трехмерное армирование синтетическим волокном позволяло использовать более широкий диапазон форм, очертаний и креативности, чем обычная стальная арматура.
ПРЕИМУЩЕСТВА СМЕСЕЙ МАКРО-СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ БЕТОНА
Структурные синтетические волокна предлагают ряд экономических, эксплуатационных и связанных с безопасностью преимуществ для торкрет-индустрии во всем мире. Эти преимущества волокон включают снижение трещинообразования, повышение пластичности, прочности и ударопрочности, и устранение возможности коррозии арматуры. Кроме того, проект также может получить значительные экономические выгоды в результате сокращения трудозатрат, снижения трещинообразования и общей экономии затрат на армирование.
С появлением этой структурной синтетической смеси волокон следующего поколения возможны соображения по уменьшению поперечного сечения и гораздо более высокому уровню замены обычной стальной арматуры. Структурное синтетическое волокно является жизнеспособным, альтернативным, трехмерным торкрет-армированием.
Экспериментальное исследование механических свойств бетона, армированного макросинтетическими волокнами
Аннотация — Бетон является бесспорным материалом для строительства различных типов конструкций в современном развитии гражданской инфраструктуры. Бетон прочен на сжатие, но слаб на растяжение и сдвиг. Чтобы устранить эти проблемы, было введено введение фибры в качестве альтернативы разработке бетона с целью повышения его прочности на растяжение и сдвиг, а также улучшения его пластичных свойств. Следовательно, целью данного исследования было изучение механического поведения бетона, армированного макро (структурными) синтетическими волокнами. Для определения этих свойств была проведена экспериментальная работа. Было отлито четыре партии бетона: одна без волокон и остальные три с тремя различными объемными долями волокон 0,33, 0,42 и 0,51% соответственно. Были отлиты образцы бетона (кубы, призмы и балки) для определения механического поведения, такого как прочность на сжатие, растяжение, сдвиг и зависимость напряжения от деформации. Результаты испытаний показали, что макросинтетическое волокно незначительно повысило прочность на сжатие. Однако, макросинтетические волокна с объемными долями 0,33, 0,42 и 0,51% улучшили прочность на растяжение не менее чем на 10, 15 и 14%, соответственно, по сравнению с контрольным образцом. Аналогично предел прочности на сдвиг был значительно увеличен не менее чем на 15, 45 и 65% для макросинтетических волокон с объемными долями 0,33, 0,42 и 0,51% соответственно по сравнению с контрольными балками. Разрушение образцов из простого бетона было внезапным (хрупким) как при испытаниях на растяжение, так и при испытаниях на прочность на сдвиг. Однако бетон, армированный макросинтетическими волокнами, показал более пластичное поведение по сравнению с простым бетоном. Макросинтетические волокна улучшили предельное значение деформации как минимум на 50, 60 и 60% для макроволокон с объемной долей 0,33, 0,42 и 0,51% соответственно. Ключевые слова — Фибробетон, макро (структурное) синтетическое волокно, объемные доли волокон, механические свойства.
I. ВВЕДЕНИЕ
БЕТОН и материалы на основе цемента использовались в элементах конструкций с доисторических времен. День за днем значение бетона развивалось, и его ограничения медленно, но верно устранялись, что увеличивало долговечность бетона, позволяя достичь более высоких эксплуатационных значений. Однако бетон прочен при сжатии, но слаб при растяжении. Чтобы преодолеть эту слабость в бетоне, используется стальная арматура, которая несет растягивающие силы и предотвращает образование трещин, или предварительно напрягает бетон, чтобы он оставался в значительной степени в сжатом состоянии под нагрузкой. Внедрение стальных волокон было введено в качестве альтернативы разработке бетона с целью повышения его прочности на изгиб и растяжение. Хотя основные руководящие принципы между обычными системы армирования и волокна идентичны, есть несколько характерных вариаций; например, — волокна обычно короткие, близко расположены и разбросаны по всему данному поперечному сечению. Однако арматурные стержни или проволока размещаются только там, где это необходимо. Более того, стальные волокна помогают уменьшить проблемы, связанные с перегрузкой арматуры, работающей на сдвиг, такие как помехи уплотнению бетона. Это может быть связано с ячеистой структурой и низким качеством бетона, особенно в критических сечениях, таких как соединения балок и колонн. С развитием синтетического волокна, синтетическое макроволокно (диаметр волокна больше 0,1 мм определяется как макроволокно) широко используется в гражданском строительстве. Из-за некоторых ограничений стального волокна, макросинтетическое волокно может быть лучшим решением для улучшенных характеристик, таких как- облегчение конструкции из бетона, высокая коррозионная стойкость; лучшая остаточная (после растрескивания) прочность на изгиб, меньшая ширина трещины и улучшенные характеристики при ударе, истирании вместе с более ровной поверхностью, чем традиционный армированный стальной фиброй бетон. Синтетическое макроволокно, такое как Strux90/40, является новым типом армирующего материала в бетоне. В этом исследовании механическое поведение бетона, армированного четырьмя различными процентами макро синтетических волокон (Strux90/40), где обычный бетон исследовался в качестве контрольного образца. В целях этого исследования было проведено несколько лабораторных работ – например, литье и испытание – (i) кубов на сжатие и растяжение. (ii) балок на сдвиг и (iii) призм для определения соотношений напряжение-деформация и, наконец, (iv) сравнение и обсуждение результатов испытаний.
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОГРАММА
1)Материалы
Основным компонентом полимерного волокна, используемого в этом исследовании, был полипропилен, как показано на рисунке 1. Номинальная длина этого синтетического макроволокна составляла 40 мм, и имела соотношение сторон 90 и удельный вес приблизительно 0,92. Волокно имело прямоугольное поперечное сечение со средней шириной 1,4 мм и средней толщиной 0,11 мм. Средняя прочность на разрыв волокна составляла 620 МПа с модулем упругости 9500 МПа.
Рис. 1: Макросинтетическое волокно
В качестве связующего материала использовался обычный портландцемент (ОПЦ). В экспериментальной работе использовался мелкий заполнитель с максимальным размером примерно 2 мм. В качестве крупного заполнителя в этой бетонной смеси использовался гравий с номинальным максимальным размером 10 мм. Бетон заливался с водоцементным соотношением (в/ц) 0,42 на протяжении всей работы.
2)Пропорции для смешивания
Соотношение компонентов бетонной смеси составляло 1:2:3:0,42 (цемент: мелкий заполнитель: крупный заполнитель: соотношение по массе). В таблице 1 приведены подробные сведения о смесях, которые использовались при заливке бетона.
Таблица 1: Подробная информация о бетонных смесях
Для отливки образцов использовались три типа форм. Формы с размерами 100 мм × 100 мм × 500 мм использовались для балок, формы с размерами 100 мм × 100 мм × 300 мм использовались для призм, а формы с размерами 100 мм × 100 мм × 100 мм использовались для кубов. Где, кубы были отлиты для определения компрессионных и прочность на растяжение, балки были отлиты для определения прочности на сдвиг, а призмы были отлиты для определения соотношений напряжение-деформация бетона, армированного макросинтетическим волокном. Среди четырех партий, шесть кубов, три балки и три призмы были отлиты в каждой партии. Всего 0,10 м3 бетонных смесей, включающих четыре партии, были отлиты с четырьмя различными количествами макросинтетических волокон, такими как 0, 3, 3,8 и 4,6 кг/м3, что соответствует 0, 0,33, 0,42 и 0,51% объемных долей макросинтетических волокон соответственно. Образец простого бетона использовался в качестве эталона для сравнения со всеми другими образцами. Механическое поведение бетона, например, прочность на сжатие, растяжение и сдвиг, а также соотношения напряжение-деформация были определены после периода отверждения в течение 28 дней.
3) Последовательности смешивания
Для получения стандартного качества бетона использовался смеситель. В смесителе сначала добавлялся крупный заполнитель, а затем макроволокна. Эти сухие ингредиенты перемешивались в течение примерно двух минут, чтобы волокна равномерно распределились по всей смеси. Особое внимание уделялось тому, чтобы не образовывались шарики волокон, которые могли бы повлиять на консистенцию бетона (например, осадку или текучесть). Затем в смесительную машину добавлялись мелкий заполнитель и цемент. Эти сухие ингредиенты перемешивались в течение примерно одной минуты, а затем смешивались с водой. Бетон помещался в формы в два слоя, и для надлежащего уплотнения использовался вибратор. После завершения вибрации верхней поверхности использовался шпатель, чтобы сделать верхнюю поверхность гладкой. Образцы хранились в течение 24 часов при температуре от 15 °C до 27 °C для застывания бетона. Через 24 часа образцы были извлечены из формы и помещены в резервуар с водой на 28 дней для затвердевания, а затем образцы были подготовлены к испытаниям.
4) Инструменты и испытания
Использовались два типа универсальных испытательных машин.
Процедура испытания прочности на сжатие проводилась в соответствии с BSI. Подготовленные кубики были оборудованы испытательной машиной Avery Denison, произведенной в Великобритании, и была измерена максимальная раздавливающая нагрузка. Затем прочность на сжатие была рассчитана по уравнению 
, где 
была прочностью на сжатие (МПа), P была максимальной раздавливающей нагрузкой, выдерживаемой образцом до разрушения (Н), и были сторонами куба (мм). Процедура испытания на непрямое растяжение была проведена в соответствии с BSI [6]. Подготовленные кубы были инструментированы, и была измерена разрушающая нагрузка (P).
Непрямая прочность бетона на растяжение была рассчитана с использованием следующего уравнения: 
, где 
была максимальная прочность на разрыв при раскалывании (МПа), и были
стороны кубов (мм).
Рис. 2: Приборизация образца балки для испытания на прямой сдвиг
Для определения свойств материала при сдвиге балка 100 × 100 × 500 мм была испытана в соответствии с стандартной процедурой испытаний Японского общества инженеров-строителей JSCE с некоторыми изменениями. Рисунок экспериментальная установка образца балки для испытания на прямой сдвиг. Нагрузка сдвига была приложена нагрузочным блоком на расстоянии 100 мм. Образец поддерживался на двух жестких блоках на расстоянии 300 мм друг от друга. Поскольку образец при прямом сдвиге содержал две плоскости разрушения при сдвиге, предел прочности на сдвиг образца рассчитывался с использованием следующего уравнения, 
, где 
, был предел прочности на сдвиг, 
была средняя пиковая нагрузка поддерживается образцом и 
, была эффективная площадь плоскости сдвига с обеих сторон.
Соотношения напряжения и деформации макросинтетических материалов Фибробетонные смеси были получены путем испытания призм размером 100 мм x 100 мм x 300 мм на одноосное сжатие с использованием испытательной машины Dertec Servo-Hydraulic, которая показана на рисунке 3.
Рис. 3: Схема испытания на нагрузку и деформацию
Эта машина может автоматически строить график, Нагрузка
против Деформации, что позволило построить график напряжения
деформации конкретного образца. Грузоподъемность этой машины составляла 500 кН. Эксперимент был проведен с использованием этой машины со скоростью компрессионной нагрузки 0,00015 мм/с. Два линейных преобразователя переменного смещения (LVDT) использовались для измерения деформации и они были защищены жесткой металлической оболочкой, так что когда датчики доходили до конца своего пути, блоки крепления смещались, не вызывая повреждения датчиков.
Данные о нагрузке и деформации были записаны из испытания, а соотношения напряжение-деформация были рассчитаны с использованием следующего уравнения 
где 
было напряжение (МПа), F — приложенная нагрузка (N) и A была площадь поперечного сечения призматического образца (mm2) и 
где, 
, была деформация (мм/мм) 
было изменение длины (мм) и 
было Длина калибра (мм)
III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
A. Результаты испытаний на прочность при сжатии
Всего было испытано 12 кубов размером 100×100×100 мм с четырьмя различными процентами объемных фракций макросинтетического волокна, такими как 0, 0,33, 0,42 и 0,51%. В таблице 2 показаны результаты испытаний на прочность при сжатии и изменения прочности при сжатии для каждого типа образца.
Таблица 2: Результаты испытаний на
прочность при сжатии
Результаты испытаний показывают, что добавление макросинтетического волокна в бетон на рисунке 4 показаны изменения средней прочности на сжатие относительно типов кубов. Результаты испытаний показывают, что добавление макросинтетического волокна в бетон повысило прочность на сжатие образцов. Она была улучшена по крайней мере на 4% для образца C2 и было обнаружено постепенное улучшение по крайней мере на 6,48 и 6,89% для образцов C3 и C4, соответственно, по сравнению с контрольными образцами кубов. Следовательно, это вопрос дальнейших исследований, чтобы определить оптимальный процент макросинтетического волокна, который обеспечит максимальную прочность на сжатие бетона.
Рис. 4: Изменение прочности на сжатие
B. Результаты испытаний на прочность на растяжение
В таблице 3 ниже показаны средние значения прочности на непрямое растяжение, зарегистрированные во время испытания, и процентные изменения прочности на растяжение для всех партий смеси по сравнению с контрольной партией.
Таблица 3: Результаты испытаний на прочность на растяжение
На рисунке 5 ниже показано графическое представление средней прочности на непрямое растяжение для бетона, не содержащего волокон, и бетона, содержащего различные объемные доли волокон.
Рис. 5: Изменение предела прочности на растяжение
Таблица 3 и Рисунок 5 показывают, что косвенная прочность на растяжение была увеличена с добавлением синтетических волокон. Прочность на растяжение бетона для образцов куба T2 и T3 была увеличена как минимум на 10 и 15% соответственно относительно образца T1. Следовательно, это вопрос дальнейших исследований, чтобы определить оптимальный процент макросинтетического волокна, который обеспечит максимальную прочность на сжатие бетона. Максимальная прочность на растяжение была зафиксирована как 4,10 МПа для куба с объемной долей макросинтетического волокна 0,42%. Это увеличение прочности на растяжение было обусловлено свойствами связывания волокон в бетоне. Армированный бетон был разделен на части в испытании на прочность на растяжение, и в результате нагрузка была передана на волокна в качестве поведения отрыва, когда бетонная матрица начала трескаться, когда она превысила состояние до трещины. Контрольные образцы партии, не содержащие волокон, внезапно разрушились, как только бетон треснул (рисунок 6), в то время как образцы бетона, армированного макроволокном, показали трещины,но не полностью разделились (рисунок 7). Это показывает, что армированный макроволокном бетон обладает способностью поглощать энергию в состоянии после трещины.
Рис. 6: Обычный бетон после
Рис. 7:Макрофибробетон
испытания на растяжение после испытания
Однако прочность на разрыв кубического образца была снижена для образца T4 на 0,35 МПа по сравнению с кубическим образцом T1. Причина этой тенденции к снижению в кубе T4 (объем макроволокон 0,51%) может быть связана с недостаточной удобоукладываемостью бетона (известно, что волокна снижают удобоукладываемость) при более высоких дозировках, а также с тем, что полное уплотнение не достигается. Его можно улучшить, немного увеличив мелкое заполняющее вещество, так как это обеспечит достаточный объем пасты для покрытия волокон и добавив супер пластификатор, чтобы компенсировать возможное снижение осадки, особенно для смесей с высоким содержанием волокон
Рис. 8: Изменение предела прочности на сдвиг
Рисунок 8 представляет среднюю прочность на сдвиг для простых бетонных балок без волокон и бетонных балок с тремя различными процентами объемных долей макроволокон. Результаты испытания прочности на сдвиг показывают, что прочность на сдвиг бетона постепенно увеличивалась с увеличением дозировки макроволокон. Прочность на сдвиг была увеличена примерно на 15% для образца балки S2. Однако она была значительно увеличена примерно на 45% для образца балки S3. Наконец, прочность на сдвиг была увеличена до максимального значения примерно 65% для образца балки S4. Кроме того, образцы бетона, не содержащие волокон, трескались и разрушались в хрупком состоянии, когда достигали предельной деформации в бетоне. С другой стороны, фибробетон также трескался при предельной деформации, но он был способен выдерживать нагрузку даже после того, как трещина образовалась в бетоне, что показано на рисунке 9. Это указывает на то, что фибробетон обладает способностью (пластичностью) удерживать балку от развала в месте трещины.
Рис. 9: Иллюстрация волокнистой балки после испытания на прямой сдвиг
C. Результаты испытаний на прочность на сдвиг
В таблице 4 показана средняя прочность на сдвиг двух идентичных образцов балок и процентное увеличение прочности на сдвиг при трех различных процентах объемных долей макросинтетических волокон по сравнению с контрольными балками.
Таблица 4: Результаты испытаний на прочность при сдвиге
D. Анализ зависимости напряжения от деформации На рисунке 10 показано сравнение средних кривых напряжения от деформации для четырех различных типов призм, армированных четырьмя различными процентами объемных долей макросинтетических волокон, такими как 0, 0,33, 0,42 и 0,51% соответственно.
Рис. 10: Средние кривые напряжения-деформации для призм с 0, 0,33, 0,42 и 0,51% макросинтетического волокна
Фиброармированный бетон не увеличил предельное напряжение. Однако он улучшил пиковое значение деформации по крайней мере на 50, 60 и 60%, что соответствует призмам, армированным макросинтетическими волокнами с объемной долей 0,33, 0,42 и 0,51% соответственно. Это было связано со способностью волокон (пластичностью) распределять напряжения и замедлять процесс распространения трещин.
IV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эта статья была посвящена исследованию некоторого механического поведения бетона, армированного макросинтетическими волокнами. Экспериментальные исследования были проведены по прочности FRC на сжатие, растяжение и сдвиг. Помимо этого, также было исследовано поведение FRC под действием напряжений и деформаций. Следовательно, вывод можно обобщить следующим образом:
- В результате данного исследования было установлено, что при добавлении волокон прочность на сжатие
увеличивалась, даже если она была незначительной. - Добавление макросинтетических волокон в бетон также улучшило прочность на разрыв по сравнению с обычным бетоном. Более того, контрольные образцы партии, не содержащие волокон, внезапно разрушились, как только бетон треснул, тогда как образцы бетона, армированные макросинтетическими волокнами,
все еще оставались в виде уникальных кубиков. Это показывает, что макросинтетические волокна армированного бетона обладают способностью поглощать энергию в состоянии после трещины. - Добавление волокон значительно улучшило прочность бетона на сдвиг. Разрушение при сдвиге в балках из простого бетона, не содержащих волокон, было хрупким. В каждой из балок из простого бетона после пиковой нагрузки балки разрушились, и способность выдерживать пиковую нагрузку отсутствовала в отличие от балок, армированных макросинтетическим волокном. Это
указывает на то, что армированный фиброй бетон обладает
способностью удерживать трещину в бетоне и противостоять развалу бетонных балок. - В этом исследовании макросинтетические волокна не
значительно улучшили предельное напряжение образцов. Однако значения предельной деформации
были улучшены, что предполагает повышение пластичности или, возможно, увеличение ползучести,
происходящее в бетоне, армированном макросинтетическими волокнами. Таким образом, из этого исследования можно сделать вывод, что добавление макро (структурных) синтетических волокон улучшило прочность при сжатии, растяжении и сдвиге, а также пластичность бетона. Поскольку бетон является основным материалом в области строительства, улучшение его механических свойств путем добавления этого волокна, безусловно, увеличит использование этого композитного материала, который предложит более прочные и долговечные конструкции в будущем и откроет новую эру в области строительных материалов.
«Структурные» синтетические волокна для армирования бетона
Структурные волокна — это запатентованное синтетическое макроволокно, успешно используемое для замены стальных волокон, сварной проволочной сетки и обычных арматурных стержней в самых разных областях применения. Волокна соответствуют стандартной спецификации для армированного фиброй бетона и торкрет — бетона, и специально разработаны для обеспечения эквивалентной прочности на растяжение и изгибающий момент по сравнению с требованиями к обычной арматуре.
Бетон, армированный волокном, будет иметь трехмерное армирование с повышенной прочностью на изгиб, ударопрочностью и стойкостью к истиранию,
также поможет смягчить образование пластических усадочных трещин в бетоне.
Основные приложения
- Тонкостенные сборные конструкции (септики, хранилища, стены и т. д.)
- Торкрет — бетон для облицовки туннелей, строительства бассейнов и стабилизации склонов
- Тротуары и белые покрытия
- Строительство с использованием плит на грунте (распределительные центры, склады и т. д.)
- Приподнятый настил
Особенности и преимущества:
- Эквивалентная прочность WWM и арматуры, полученная с помощью инженерных расчетов
- Обеспечивает трехмерную защиту от микро- и макротрещин
Снижает износ оборудования, отскок волокна и увеличивает толщину нароста по сравнению со стальными волокнами для торкретирования - Увеличивает общую прочность, усталостную прочность и прочность на изгиб
Сокращение затрат на месте по сравнению с проволочной сеткой для контроля температуры/усадочных трещин - Легко добавляется в бетонную смесь в любое время перед укладкой
Устойчив к плесени, кислотам и щелочам, не впитывает воду
Информация о дозировке волокна
Нормы дозировки будут варьироваться в зависимости от требований к армированию и могут составлять от 1,8 кг/м3 до 12 кг/м3. Будут предоставлены расчеты для удовлетворения конкретных инженерных требований работы. Для плит на уровне земли, включающих сварную проволочную сетку, обычно требуется всего от 1,8–3 кг/м3 для обеспечения тех же температурных и усадочных требований к арматурной стали. Волокна соответствуют применимым частям критериев приемки AC32 Международного совета по кодексам (ICC) для синтетических волокон, а также принимаются в качестве альтернативы, как описано в ACI 360 (Проектирование плит на земле) и для надземного строительства Институтом стальных настилов.
Физические свойства
Монофиламентная смесь полипропилена и полиэтилена
| Удельный вес | 0,92 |
| Длина волокна | 40 мм |
| Предел прочности | 600-650 МПа 725 |
| Модуль упругости | 5,0 ГПа |
| Соотношение сторон | 74 |
Инструкция по применению
Волокна можно добавлять в бетонную смесь в любое время до укладки бетона. Обычно рекомендуется добавлять любой волокнистый материал на заводе по производству готового бетона во время замеса. Волокна необходимо смешивать с бетоном в течение как минимум трех (3) — пяти (5) минут на максимальной скорости смешивания для обеспечения полной дисперсии и однородности.
При добавлении 2-3 кг/м3 можно ожидать потери осадки конуса в 50 мм для типичной готовой бетонной смеси. При дозировке 4-7 кг/м3 можно ожидать потери осадки конуса в (75-125 мм). Для поддержания желаемой удобоукладываемости необходимо использовать водоредуцирующие добавки и/или суперпластификаторы. Добавляйте другие добавки независимо от добавления волокон
Испытание
Волокна были испытаны аккредитованными организациями для определения их эксплуатационных характеристик в широком спектре бетонных применений, включая плиты на грунте, сборный железобетон и торкрет — бетон
Необходима
консультация специалиста?
Оставьте заявку и мы свяжемся с Вами в самое ближайшее время