Гидратация цемента является экзотермическим процессом. Когда клейка смесь используется для замены цемента в портландцементном бетоне, скорость тепловыделения и общая теплота гидратации изменяются.
Повышение температуры
Исследования показали, что повышение температуры, вызванное гидратацией, может быть значительно уменьшено, что очень выгодно при массовом бетонном строительстве.
Прочность и жесткость
Волокна могут улучшать механические свойства бетона не в качестве замены непрерывных арматурных стержней, а в дополнение к ним. Арматурные стержни не предназначены для остановки развития микротрещин, но случайно распределенные волокна могут предотвращать распространение или расширение микротрещин, таким образом контролируя общее растрескивание.
Предпринимались попытки предсказать первую прочность на растрескивание FRC либо с помощью механики линейного упругого разрушения, либо с использованием правил смешивания для композиционных материалов. в обоих случаях предельная прочность этих материалов, по-видимому, зависит от свойств волокон - главным образом от содержания, аспектного отношения и характеристик сцепления.
Специалисты показали, что предел прочности пропорциональности выше, чем у неармированной матрицы. Близко расположенные волокна действуют как ограничители трещин и снижают интенсивность напряжений. Другими словами, прочность связана с расстоянием между волокнами, как показано на рис. Среднее расстояние между волокнами рассчитывается по формуле:
s=13.8d1p
где s - расстояние между центроидами волокон, d - диаметр волокон, а p - объемный процент усиления.
Матрица и волокно
Матрица и волокно ведут себя эластично вплоть до предела пропорциональности. Модуль Юнга армированного композита представлен формулой, где E - модуль Юнга, V - объемная доля, а c, f и m - составная, волоконная и матричная фазы соответственно. Кроме того, предел прочности армированных композитов (S c) можно оценить, основываясь на экспериментальных результатах для стального волокна и в зависимости от прочности матрицы, S m, объемной доли волокна, V f, и аспектного отношения волокна, l / d. Другие условия уравнения, A и B, являются константами, значения которых могут быть определены из графиков, на которых составные силы нанесены на график против V f. л /сут.
Отношения уравнения
Ученые утверждают, что бетон применим как для прочности на изгиб, так и на непрямое растяжение волокон, содержащих FRC, с аспектным отношением до 150.
EC=EfVf+EmVm
SC=ASm1-Vf+BAfld
Длина волокон также влияет на преодоление трещин и, следовательно, на механические свойства композитов. Тонкие волокна контролируют раскрытие и распространение микротрещин, учитывая, что они плотно диспергированы в цементной матрице.
Более длинные волокна (50-80 мм), как правило, контролируют более крупные трещины и способствуют повышению конечной прочности армированного волокнами бетона, как показано на рис.
Структуры длинных и коротких волокон, контролирующих распространение трещин
FRC может быть классифицирован в обычном фибробетоне и высокоэффективном фибробетоне. Они представляют собой композиты, которые представляют отчетливый стресс-деформационный отклик при растяжении.
Обычный элемент FRC характеризуется начальным линейным увеличением напряжения; после первого раскрытия трещины происходит медленное снижение напряжения, обычно называемое смягчающей ветвью. В отличие от этого, когда усиление является достаточным (HPFRC), существует стадия деформационного упрочнения после первой трещины, сопровождающаяся множественным растрескиванием и значительным количеством поглощенной энергии, которая пропорциональна площади под кривой. Смягчающая ветвь следует за этой стадией.
Стальное волокно
Стальное волокно может значительно улучшить предел прочности при растяжении, с увеличением порядка 30-40% для добавления 1,5 об. % Волокон в строительном растворе или бетоне; поэтому стальной фибробетон можно классифицировать по его поведению при растяжении после первого растрескивания.
Когда наблюдается деформационное упрочнение, смесь классифицируется как бетон из высокопрочного стального волокна (SFHSC). Когда наблюдается деформационное поведение, смесь классифицируется просто как стальной фибробетон (SFC).
Натуральные волокна имеют высокую прочность на разрыв, а также низкий модуль упругости. Тем не менее, одним из недостатков использования натуральных волокон является то, что они имеют значительные различия в своих свойствах, что обычно приводит к непредсказуемым свойствам бетона.
В целом, на прочность на сжатие существенное влияние не оказывает добавление волокон, в то время как прочность на растяжение, изгиб и ударная вязкость все существенно вырос.
Максимальное сопротивление
Максимальное сопротивление сжатию незначительно зависит от присутствия волокон, при этом наблюдаемое увеличение составляет от 0 до 15% для волокон до 1,5 об. %. Некоторые авторы, однако, обнаружили, что влияние добавления стальных волокон на прочность при сжатии варьируется от незначительного до предельного, а иногда до 25%.
Однако ученые изучили добавление волокон сизаля к бетону и сообщили, что прочность на сжатие была ниже, чем в бетонных образцах без волокон.
Увеличение прочности
Увеличение прочности на изгиб FRC значительно больше, чем на растяжение или сжатие, потому что пластичное поведение FRC на стороне растяжения балки изменяет нормальное упругое распределение напряжения и деформации по глубине элемента.
Специалисты показали, что прочность на изгиб FRC примерно на 50–70% выше, чем для неармированного бетона, на основании испытания на изгиб третьей точки. Согласно отчету ACI (2002 г.), более высокие объемные доли волокна, или загрузка в центральной точке, или мелкие образцы и длинные волокна со значительным выравниванием волокон в продольном направлении приведут к увеличению процентного увеличения до 150%. На рисунке 15.5 показана прочность на изгиб (или модуль разрыва) для SFHSC при различных объемных долях волокна.
Влияние объема волокна на прочность при изгибе или модуль разрыва для SFHSC
Добавление волокон увеличивает как срок службы, так и нагрузку на пучки FRC, а также уменьшает ширину трещины при загрузке. Для необратимого типа нагрузки прочность на разрыв порядка 90% от первой прочности на растяжение была получена после 2 × 10 6 циклов с фибробетоном, содержащим 2–3 об. % стальной проволоки.
При 10 × 10 6 циклах прочность на разрыв составляет приблизительно 50% от первой прочности на растрескивание. в случае реверсивного типа нагрузки Мажумдар сообщил о несколько худших результатах.
Пределы прочности
Пределы прочности на изгиб и пределы выносливости были зарегистрированы для полипропилена FRC с различным содержанием волокон. В частности, добавление полипропиленовых волокон, даже в небольших количествах, повышает прочность на изгиб при изгибе. Используя те же пропорции основной смеси, прочность на изгиб при изгибе была определена для трех волокон (0,1, 0,2 и 0,3 об. %), и было показано, что предел выносливости для двух миллионов циклов увеличился на 15–18%.
Даже если было показано, что добавление полимеров в устойчивый к щелочам GFRC снижает скорость, с которой композиты GFRC теряют прочность и пластичность, коммерчески доступные композиты GFRC будут испытывать снижение прочности на растяжение и изгиб и пластичности с возрастом при воздействии окружающей среды на открытом воздухе.
Прочность состаренных композитов
Прочность полностью состаренных композитов GFRC снизится примерно до 40% от начальной прочности до старения. Однако деформационная способность (пластичность или ударная вязкость) будет снижаться до примерно 20% от начальной деформационной способности до старения. Эту потерю деформационной способности часто называют сложным охрупчиванием.
Две основные теории были предложены для объяснения потери прочности и деформации в композитах GFRC. Одна теория заключается в том, что воздействие щелочи на поверхности стекловолокна приводит к снижению прочности волокна на разрыв и, как следствие, снижению прочности композита.
Вторая и наиболее принятая теория предполагает, что продолжающаяся гидратация цемента в GFRC, хранящемся в воде или в естественных условиях, приводит к тому, что продукты гидратации проникают в пучки волокон, заполняя промежутки между волокнами волокна, тем самым увеличивая связь с отдельными стеклянными нитями. Это явление может привести к отсутствию вытягивания волокна и приводит к потере прочности на растяжение и пластичности.
Источник - https://wikipediya.com.ua/