ВЛИЯНИЕ НИЗКОМОДУЛЬНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНОПУЦЦОЛАНОВОГО БЕТОНА

Введение волокна существенно изменяет характер разрушения ГЦП бетона под воздействием всех видов механических нагрузок. Однако стандартные методы испытаний кроме испытаний на ударопрочность не позволяют полностью выявить степень такого изменения и улучшения физико-технических свойств наполненных образцов. Особенно это заметно при испытаниях на сжатие, растяжение и изгиб.

Образцы ГЦП бетона с волокном после испытаний на сжатие в отличие от полностью разрушенных контрольных образцов, продолжают сохранять первоначальную форму, на их поверхности лишь появляются —волосяные трещины, но и до полного разрушения они еще способны воспринимать дополнительные сжимающие нагрузки. Такая способность бетона, характеризующая его остаточную прочность, условно названа формоустойчивостью. Она определяется дополнительной нагрузкой, вызывающей появление в образце сквозных трещин, которые сопровождаются потерей образцом первоначальной формы.

За характеристику формоустойчивости условно принята величина запаса прочности:

Запас прочности образцов для всех видов опробованных волокон в среднем составляет 50—60%. У образцов с тонкими волокнами круглого сечения, т. с. с наибольшей удельной поверхностью Nм 570 — до 80%. С увеличением содержания волокна обоих типов и бетоне возрастает и формоустойчивость (рис. 1).

При испытаниях на растяжение при изгибе — основной нагрузке самонесущих конструкции — за предел прочности. Принимается величина напряжения, при котором образуется мерная трещина (фиксируется отключением). При ним напряжении обрати без нолокна полное разрушаются, волокном еще способны значительные нагрузки.

Образцы без волокна показывают хрупкое разрушение. Введение небольшого количества волокна, даже 0,10— 0.15% массы вяжущего, изменяет характер разрушения. Образуется прямая сквозная трещина, но без полного их разрушения. С увеличением содержания волокна и массе уменьшается длина трещины, величина и форма се раскрытия. Волокна, попадающие в область образования трещины, но видимому, локализуют этот процесс.

Поведение Г ЦП бетона с волокном при растяжении при изгибе иллюстрируется кривыми зависимости т=(е). которые были получены при испытании образцов на машине типа Instron при скорости нагружения 10 мм/мин (рис. 2).

Напряжение в точке А, при котором п наполненном образце образуется первая трещина, для образцов без волокна является уже разрушающим. Следовательно. до первой трещины композиция может быть определена как упругий материал. После образования первой трещины под действием повторных изгибающих нагрузок до точки Б остаточные деформации еще незначительны. Края Трещины после снятия нагрузки почти Полностью смыкаются, и материал можно условно считать упругоэластическим. На этом этапе в зоне разрушения преобладает работа деформации волокон, реализуемая за счет растяжения их на участках, свободных от сцепления с бетоном (в порах, трещинах, кавернах). Одновременно начинает развиваться процесс частичного вытягивания волокон из материала в наиболее растянутой зоне. Этот процесс протекает с некоторым сопротивлением, определяемым силой трепня между волокном и гипсобетоном, с частичной реализацией эластических свойств волокна, что характеризуется повторным ростом напряжений. Состояние материала, соответствующее этому моменте (точка Б), и усилие, воспринимаемое волокнами, можно характеризовать как критическое при разрушении материала.

На этапе разрушения образцов до точки Б основную роль играют упруго- эластические свойства волокон; при дальнейшем разрушении уже начинает превалировать их прочность, а также величина и характер поверхности отдельных волокон, определяющие силу сухого трения на-границе волокно бетон при вытягивании подокна. Чем больше трение между волокном и бетоном, тем большее сопротивление оказывают волокна образованию и раскрытию трещин. Сила сухого трения при вытягивании волокон не должна превышать их прочность, иначе волокна будут разрываться еще до их выдергивания Экспериментально установлена предельная длина отрезка волокна. Полок- на большей длины будут разрываться до выдергивания (см таблицу).

Работа, необходимая для образцов с волокном после образования мерной трещины в бетоне до состояния. соответствующего и точке Б, (определяется площадью мод соответствующим участием кривой, рис. 2) может быть принята как дополнительная, необходимая для разрушения образца. Она может характеризовать эффективность влияния вида волокна на свойства ГЦП бетона. Зависимость дополнительной работы, необходимой для разрушения образцов, от количества волокон в материале показана на рис. 3.

Наиболее эффективным при воздействии на бетон растягивающих и изгибающих усилий оказалось волокно АЦ= = 260 и фибриллированная пленка Л= 0.87.

Увеличение количества волокна, а так же его длины, т. е. увеличение удельной поверхности контакта волокно — бетон улучшает сопротивление изгибающим нагрузкам. Однако эффективность влияния волокна на разрушение образцов уменьшается при содержании волокна выше = 0,6% массы вяжущего и длине волокна более 35 мм в связи с технологической х сложностью введения и равномерного распределения его в растворе вяжущего.

Результаты испытаний показывают т значительное повышение трещнностойкости бетона с волокном в условиях воздействия сложных изгибающих и растягивающих усилий. Допустимое раскрытие трещин достигает 1—1,5 мм. После снятия нагрузок края этих третий смыкаются за счет эластичности волокон. Для бетона без волокна раскрытие трещины до 0,3—0,55 мм уже приводит к разрушению материала.

Одновременные замеры деформаций по высоте образцов и в наиболее растянутой зоне при испытаниях на растяжение при изгибе показали, что введение волокна увеличивает высоту сжатой зоны на всех этапах загружения на 10—S 25%. Это свидетельствует о снижении хрупкости материала. Снижается и модуль упругости при растяжении, на изменение которого влияет модуль упругости- волокна и количество его и композиции.

Полипропиленовые волокна, как и большинство полнолефиноных волокон, плохо смачиваются водой и растворами на основе минеральных вяжущих. Можно полагать, что именно неполное смачивание. а следовательно, и неполное сцепление волокна и бетона с образовав; пнем свободных участков волокна позволяет реализоваться его эластический свойствам. Это приводит к деформация растяжения участков волокна, свободных от сцепления с бетоном. Появляется; возможность восстановления их прежнего размера после снятия напряжений? За оптимальное количество волокна принято 0,25—0,30% массы вяжущего технологически оптимальной длиной в of локон с круглым сечением 20=30 мм( и фибриллированных пленок — 40т/45 мм.

Разрушение ударным воздействием экспериментальных армотохимических кабин из ГЦП бетона с полипропиленовым подокном, отформованных заводских условиях, показало повышен их ударной прочности в 3—5 раз и значительное увеличение трещниостойкости.