Выбор рациональных параметров фибрового армирования

Abstract

RU: Цель. Одним из способов усовершенствования строительных материалов является создание композитов, при этом совместная работа разнородных материалов дает эффект, равносильный созданию нового материала, свойства которого и количественно, и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Наиболее перспективным в этом направлении является дисперсное армирование бетонов различными видами фибр. Распределяясь по всей бетонной матрице, фибра обеспечивает его трехмерное упрочнение. Целью данной статьи является проведение сравнительного анализа прочностных характеристик различных видов фибрового армирования при различных видах воздействий, на основании которого определяются оптимальные с точки зрения соотношения цена – прочность характеристики армирования (длина и диаметр фибровых волокон, процентное или массовое содержание фиброволокна). Исследования проводятся для базальтовой, полипропиленовой и стальной фибр. Методика. На основании экспериментальных исследований различных авторов для каждого из видов фибр проводится анализ влияния размеров и содержания фиброволокна на прочностные характеристики фибробетона. Результаты. Базальтовая фибра представляет собой отрезки комплексного базальтового волокна в виде рассыпчатых монофиламентов длиной 3…30 мм, в некоторых случаях до 50 мм, диаметром 13…20 мкм. Наиболее приемлемой с точки зрения прочностных и технологических характеристик является длина 12 мм, процентное содержание 0,2 %. Полипропиленовое фиброволокно изготавливается непрерывным методом из гранул чистого полипропилена путем экструзии и вытяжки при нагревании. Целесообразным является использование фибры ООО «ДІІФ» с диаметром 20 мкм, длиной 12 мм и расходом 1,0 кг/м3. Стальная фибра является самым прочным и востребованным материалом. Она может быть получена различными способами: путем резки стальной проволоки или тонкого листа, из токарной стружки, из отходов производства (например, из отработанных канатов) и т. д. Длина фибры зависит от технологии её изготовления. Экспериментальные исследования различных авторов показывают, что наличие петель на концах фибры резко увеличивает индекс сцепления с цементным раствором. В связи с этим, наиболее приемлемой является анкерная фибра «Челябинка», которая имеет более высокие физико-механические характеристики по сравнению с другими видами фибр. Она изготавливается из стального проката (лента, лист) и представляет собой стальную полоску, имеющую на концах анкеры в виде сегментов окружности. Торцы полоски развернуты относительно друг друга на произвольный угол. Таким образом, для базальтовой, полипропиленовой и стальной фибр были определены оптимальные длина, диаметр и процентное или массовое содержание. Научная новизна. В результате проведенного анализа были выбраны оптимальные параметры фибрового армирования (длина, диаметр, процентное содержание) для различных видов фибр с целью дальнейших исследований теплофизических и физико-механических характеристик бетонов на их основе. Практическая значимость. Возрастание объема применения бетона и изменение условий эксплуатации конструкций требует постоянного усовершенствования бетона. На основании анализа литературных источников систематизированы сведения о наиболее распространенных видах фиброволокна. Это поможет выбрать характеристики фибробетона с оптимальным соотношением цена – прочность, существенно повысив прочностные характеристики бетона. Изучение литературных источников показывает также, что практически отсутствуют данные о прочности фибробетона при температурных воздействиях. Это стимулирует новые экспериментальные и теоретические исследования различных видов фибробетона при пожаре.

UK: Мета. Одним із способів удосконалення будівельних матеріалів є створення композитів, при цьому спільна робота різнорідних матеріалів дає ефект, рівнозначний створенню нового матеріалу, властивості якого і кількісно, і якісно відрізняються від властивостей кожного з його складових. Найбільш перспективним у цьому напрямку є дисперсне армування бетонів різними видами фібр. Розподіляючись за всією бетонною матрицею, фібра забезпечує тривимірне зміцнення матеріалу. Метою даної статті є проведення порівняльного аналізу характеристик міцності різних видів фібрового армування при різних впливах, на підставі якого визначаються оптимальні з точки зору співвідношення ціна – міцність характеристики армування (довжина та и діаметр фібрових волокон, процентний чи масовий вміст фіброволокна). Дослідження проводяться для базальтової, поліпропіленової та сталевої фібр. Методика. На підставі експериментальних досліджень різних авторів для кожного з видів фібр проводиться аналіз впливу розмірів та вмісту фіброволокна на характеристики міцності фібробетону. Результати. Базальтова фібра являє собою відрізки комплексного базальтового волокна у вигляді розсипчастих монофіламентів довжиною 3 - 30 мм, в деяких випадках до 50 мм, діаметром 13 - 20 мкм. Найбільш прийнятною з точки зору міцності та технологічних характеристик, є довжина 12 мм, процентний вміст 0,2%. Поліпропіленове фіброволокно виготовляється безперервним методом з гранул чистого поліпропілену шляхом екструзії та витяжки при нагріванні. Доцільним є використання фібри ТОВ «ДІІФ» з діаметром 20 мкм, довжиною 12 мм і витратою 1,0 кг/м3. Сталева фібра є самим міцним і затребуваним матеріалом. Вона може бути отримана різними способами: шляхом різання сталевого дроту або тонкого листа, з токарної стружки, з відходів виробництва (наприклад, з відпрацьованих канатів) і т. д. Довжина фібри залежить від технології її виготовлення. Експериментальні дослідження різних авторів показують, що наявність петель на кінцях фібри різко збільшує індекс зчеплення з цементним розчином. У зв'язку з цим найбільш прийнятною є фібра анкерна «Челябинка», яка має більш високі фізико-механічні характеристики порівняно з іншими видами фібр. Вона виготовляється із сталевого прокату (стрічка, лист) і являє собою сталеву смужку, що має на кінцях анкери у вигляді сегментів кола. Торці смужки розгорнуті відносно один одного на довільний кут. Таким чином, для базальтової, поліпропіленової та сталевої фібр були визначені оптимальні довжина, діаметр і процентний чи масовий вміст. Наукова новизна. В результаті проведеного аналізу були обрані оптимальні параметри фібрового армування (довжина, діаметр, процентний вміст) для різних видів фібр з метою подальших досліджень теплофізичних та фізико-механічних характеристик бетонів на їх основі. Практична значимість. Зростання обсягів застосування бетонів і зміна умов експлуатації конструкцій вимагає постійного удосконалення бетону. На підставі аналізу літературних джерел систематизовано дані щодо найбільш розповсюджених видах фіброволокна. Це допоможе обрати характеристики фібробетону с оптимальним співвідношенням ціна – міцність та суттєво покращити міцнісні характеристики бетону. Вивчення літературних джерел показує також, що практично відсутні дані про міцність фібробетону при температурних впливах. Це стимулює нові експериментальні та теоретичні дослідження різних видів фібробетону при пожежі.

EN: Purpose. One of the ways of improving building material composites is to make composites, while working together dissimilar materials gives an effect equivalent to the creation of a new material whose properties are both quantitatively and qualitatively different from its components. The most promising in this direction is dispersed concrete reinforcement using various types of fibers. Distributing throughout the concrete matrix, fiber provides a three-dimensional reinforcement. The purpose of this article is to conduct a comparative analysis of the strength characteristics of various types of fiber reinforcement for different types of effects, on the basis of which r the price - the strength characteristics of the reinforcement (length and diameter of fiber filaments, or the percentage content by weight fiberglass) are determined. Research is conducted for the basalt, polypropylene and steel fibers. Methods. On the basis of experimental studies by different authors the analysis of the influence of the size and content of the fiberglass on the strength characteristics of the fiber-reinforced concrete for each type of fibers has been given. Results. Basalt fiber is basalt fiber pieces in the form of friable monofilaments length of 3 ... 30 mm, in some cases up to 50 mm, diameter of 13 ... 20 m. The most acceptable from the point of view of strength and processability is length 12 mm, the percentage of 0.2%. Polypropylene fibrovolokno is made from pure polypropylene under continuous process by extrusion and stretching while heating. It is efficient to use fibers of "DІІF" with a diameter of 20 mm and a length of 12 mm and a rate of 1.0 kg / m3. The steel fiber is the most durable and popular material. It can be obtained in various ways: by cutting a steel wire or a thin sheet of turnings, from waste products (for example, from waste cables) and etc. The length of the fibers depends on the technology of its manufacture. Various authors' experimental studies show that the presence of the loops at the ends of the fibers greatly increases the index of adhesion to cement mortar. In this connection, the most suitable anchoring fiber is "Chelyabinka", which has high physical and mechanical characteristics in compared with other types of fibers. It is made of rolled steel (tape, sheet), and a steel strip having at the ends of the anchors in the form of segments of a circle. The ends of the strips are unfolded from each other by an arbitrary angle. Thus, for basalt, polypropylene and steel fibers have been the optimal length, diameter and weight, or the percentage content. Scientific novelty. As a result of the analysis optimal parameters of fiber reinforcement (length, diameter, percent) were selected for various kinds of fibers in order to have a further research of thermal, physical and mechanical properties of concrete on their basis. Practical significance. The increase in the volume of using concrete and structural changes in operating conditions requires continuous improvement of concrete. Based on the analysis of literary sources the information about the most common types of fiberglass has been systematized. This will help to choose the characteristics of fiber-reinforced concrete with optimal price - strength, greatly increasing the strength characteristics of concrete. The study of literature sources also shows that there is practically no data on the strength of fiber-reinforced concrete at temperature influences. This stimulates new experimental and theoretical studies of different types of fiber-reinforced concrete on fire.