Дисперсное армирование — способ повышения прочности изделий

Abstract

RU: Постановка проблемы. Для достижения высокой прочности композиций, изготавливаемых на основе цементов различной активности, строительных песков и армирующих компонентов в составе сухих строительных смесей, возникает вопрос оптимального выбора вида, длины и количественного содержания волокон. Анализ публикаций. Согласно многочисленным исследованиям, результаты которых обобщены в работах А. Е. Десова, И. Н. Ахвердова, В. П. Соломатова, В. Н. Вырового и др. роль волокон заключается в том, что они воспринимают часть нагрузки, препятствуют развитию трещин и смещению блоков. Разрушение композиции осуществляется, согласно существующим теориям, за счет разрыва и вытягивания волокон. Существуют различные виды моделей и теорий разрушений материалов на основе минеральных вяжущих. По мнению исследователей, материал не представляет собой изотропную среду, а деформация и разрушение бетона происходят под действием внешних сил. В случае введения дискретных волокон механизм напряжения можно представить следующим: часть волокон работает на растяжение, а часть препятствует смещению частичек, усиливая связность системы. Минеральные и металлические волокна, расположенные параллельно действующей внешней нагрузке, усиливают жесткость системы. Так как, органические волокна имеют низкий модуль упругости, то вероятней всего они препятствуют смещению частичек и снижают возникающие вторичные напряжения. Следовательно, эффект армирования зависит от структуры, прочности матрицы, а также от параметров волокон и их свойств. Цель статьи. Разработка метода определения минимальной длины и содержания компонентов в цементно-волокнистой композиции. Выводы. Таким образом, проведенный анализ результатов исследований показывает, что наиболее эффективная длина полипропиленовых волокон диаметром до 15–17 мкм в композициях цементно-песчаных растворов находится в пределах 5–7 мм. Содержание волокон в растворах, при котором прочность при сжатии повышается на 15 – 30 %, а при изгибе на 40-70 %, не превышает 0,2 % от массы вяжущего. Характерно то, что армирование является более эффективным для композиций, в которых применялось низкомарочное вяжущее. Это свидетельствует, что дисперсным армированием можно частично устранить снижение активности цементных вяжущих в результате их хранения. Так, прирост прочности за счет армирования растворов с активностью вяжущего 20 МПа составляет 50–60 %, тогда как прочность растворов, в которых применялся портландцемент с активностью 49 МПа возросла всего лишь на 25–30 %. Ключевые слова: армирование, волокна, композиции, прочность, матрица

UK: Постановка проблеми. Для досягнення високої міцності композицій, що виготовляються на основі цементів різної активності, будівельних пісків і армувальних компонентів у складі сухих будівельних сумішей, виникає питання оптимального вибору виду, довжини та кількісного вмісту волокон. Аналіз публіка- цій. Відповідно до численних досліджень, результати яких узагальнені у працях А. Е. Десова, И. Н. Ахвердова, В. П. Соломатова, В. Н. Вирового та ін., роль волокон полягає в тому, що вони сприймають частину наванта- ження, перешкоджають розвитку тріщин і зсуву блоків. Руйнування композиції здійснюється, згідно з існую- чими теорій, за рахунок розриву та витягування волокон. Існують різні види моделей і теорій руйнувань матері- алів на основі мінеральних в'яжучих. На думку дослідників, матеріал не являє собою ізотропне середовище, а деформація та руйнування бетону відбуваються за дії зовнішніх сил. У випадку введення дискретних волокон механізм напруги можна представити так: частина волокон працює на розтягання, а частина перешкоджає зсуву часточок, підсилюючи зв’язність системи. Мінеральні і металеві волокна, розташовані паралельно діючому зо- внішньому навантаженню, підсилюють твердість системи. Тому що органічні волокна мають низький модуль пружності, імовірніше за все вони перешкоджають зсуву часточок і знижують виникають вторинні напруги. Отже, ефект армування залежить від структури, міцності матриці, а також від параметрів волокон і їх властиво- стей. Мета статті. Розроблення методу визначення мінімальної довжини і вмісту компонентів у цементно- волокнистій композиції. Висновки. Проведений аналіз результатів досліджень показує, що найбільш ефективна довжина поліпропіленових волокон діаметром до 15 – 17 мкм у композиціях цементно-піщаних розчинів пере- буває в межах 5 – 7 мм. Вміст волокон у розчинах, за якого міцність при стиску підвищується на 15 – 30 %, а при вигині на 40 – 70 %, не перевищує 0,2 % від маси в'яжучого. Характерним є те, що армування є більш ефек- тивним для композицій, у яких застосовувалося низькомарочне в'яжуче. Це свідчить що дисперсним армуван- ням можна частково усунути зниження активності цементних в'яжучих у результаті їх зберігання. Так, приріст міцності за рахунок армування розчинів з активністю в'яжучого 20 МПа становить 50 – 60 %, тоді як міцність розчинів, у яких застосовувався портландцемент з активністю 49 МПа, зросла всього лише на 25 –30%

EN: Problem statement. There is a question of optimum choice of type, length and quantitative content of fibers for achievement of high strength of compositions made on the basis of cement of various activities, construction sand and reinforcing components as a part of dry building mixes. Analysis of publications. The role of fibers is that they take a part of load, interfere with development of cracks and displacement of blocks, according to numerous researches which results are generalized in works of Desov A. E., Akhverdov I. N., Solomatov V. P., Vyrovoy V. N., etc. According to existing theories, destruction of composition is carried out due to breaking and stretching of fibers. There are different types of models and theories of destruction of materials on the basis of mineral binders. According to researchers, material is not isotropic environment, and deformation and destruction of concrete is caused by the influence of external forces. In case of introduction of discrete fibers, the mechanism of tension can be presented to the following. One part of fibers works for stretching and the other one interferes with shift of particles, increasing connectivity of the system. Mineral and metal fibers, located parallel to the operating external load, increase rigidity of the system. As organic fibers have low module of elasticity, they most likely interfere with shift of the particles and reduce arising secondary tension. Therefore, the effect of reinforcing depends on structure, matrix strength and also on parameters of fibers and their properties. The purpose of the article. Development of a method of determination of the minimum length and content of components in cement and fibrous composition. Conclusions. Thus, the made analysis of the research results shows that the most effective length of polypropylene fibers with a diameter up to 15–17 µm in compositions of cement and sand mortars is in limits of 5–7 mm. The fibers content in mortars, at which compression strength increases by 15–30 %, and bending strength – by 40–70 %, does not exceed 0.2 % of the binder mass. It is typical that reinforcing is more effective for compositions in which a low-branded binder is applied. It testifies that it is possible with disperse reinforcing to eliminate partially decreasing of cement binder activity that is a result of its storage. So, strength gain due to reinforcing of mortars with binder activity 20 MPa is 50–60 % whereas strength of mortars, in which Portland cement with activity of 49 MPa is applied increased, only for 25–30 %