Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

На современном этапе развития строительных технологий одним из наиболее перспективных материалов является фибробетон (рис. 1). Учитывая новизну и перспективность данного строительного материала, можно указать большое количество возможностей для его применения [1].

Фибробетон

Рисунок 1 – Фибробетон

Фибробетон относится к новому поколению бетонов, появившихся в результате развития инновационных технологий, постепенно приходящих на смену уже существующим видам. Данный элемент является разновидностью цементного мелкозернистого бетона, в котором равномерно распределены фиброволокна, выполняющие функцию армирующего компонента [1].

1. Актуальность темы

Актуальность темы связана с тем, что применение фибры в бетоне обеспечивает бетону более высокие показатели по таким характеристикам как прочность на растяжение, изгиб, срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость, морозостойкость, водонепроницаемость, жаропрочность и пожаростойкость. Такие свойства способствуют возможности выделить фибробетоны в независимую группу конструкционных материалов, отличающихся особенностями строения и свойствами.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель работы состоит в определении влияния различных видов фибр на прочностные характеристики фибробетонов. Основными задачами является определение оптимального количества фиброволокна добавляемого в бетон, для улучшения его прочностных характеристик.

3. Обзор исследований и разработок

3.1 Общие сведения о бетоне

Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой, мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью (рис. 2) [2].

Бетонная смесь

Рисунок 2 – Бетонная смесь

В строительстве в основном используют бетоны, изготовленные на неорганических вяжущих веществах (цементах, извести, гипсовых вяжущих). Эти бетоны затворяют водой. Неорганические вяжущие вещества и вода являются активными составляющими бетона. В результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителя в единый монолит [2].

Заполнители не вступают в химическое взаимодействие с составляющими бетона (за исключением силикатных бетонов, получаемых автоклавной обработкой), поэтому заполнители называют еще инертными материалами. Они существенно влияют на структуру и свойства бетона, играя роль скелета, костяка, значительно уменьшают деформацию бетона при твердении и при воздействии нагрузки и внешней среды. В качестве заполнителей используют преимущественно местные горные породы и отходы производства (шлаки и др.) [2].

Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, т.к. заполнители и вода составляют 85–90 %, а цемент – 10–15 % от массы бетона. Для снижения плотности бетона и улучшения его теплотехнических свойств используют искусственные (керамзит, аглопорит, термозит, гранулированный шлак, вспученные вермикулит, перлит, полистирол и др.) и природные (туф, пемза, ракушечник и др.) пористые заполнители [2].

Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки и активные минеральные компоненты, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозоустойчивость и другие свойства [2].

Приготовление бетонной смеси

Рисунок 3 – Приготовление бетонной смеси
(анимация: 6 кадров, повторение неограничено, 240 килобайт)

Бетоны на минеральных вяжущих веществах являются капиллярнопористыми телами, на структуру и свойства которых заметное влияние оказывают как внутренние процессы взаимодействия составляющих бетона, так и взаимодействие окружающей среды. С увеличением возраста бетона повышаются его прочность, плотность, стойкость к воздействию окружающей среды. На органических вяжущих веществах (битум, синтетические полимерные смолы и др.) бетонную смесь получают без введения воды, что обеспечивает высокую плотность и непроницаемость бетонов [2]

Бетон является хрупким материалом: его прочность при сжатии в несколько раз выше прочности при растяжении. Для восприятия растягивающих напряжений бетон армируют стальными стержнями, получая железобетон [2].

В железобетоне арматуру располагают так, чтобы она воспринимала растягивающее напряжение, а сжимающие напряжения передавались на бетон. Совместная работа арматуры и бетона обусловливается хорошим сцеплением между ними и приблизительно одинаковыми температурными коэффициентами линейного расширения. Бетон предохраняет арматуру от коррозии при обеспечении определенной величины защитного слоя бетона [2].

Применение химических добавок и различных дисперсных минеральных компонентов в сочетании с соответствующим подбором состава бетона позволяет эффективно управлять его технологией на всех этапах и получать бетоны заданной структуры и свойств [2].

3.2 Фиброволокно, его разновидности и применение в качестве добавки

Бетон обладает специфическими характеристиками, определяющими его как хрупкое вещество с неоднородной структурой. Значение предельной деформации у него намного ниже, чем, например, у стекла, стали или полимерных композитов [3].

Для повышения показателей упругости возникла необходимость использования волокнистых присадок (фибры), как микроарматуры для бетонных конструкций. Эта особенность нашла широкое применение в технологии строительных процессов, таких как приготовление цементных смесей, изготовление высокопрочных материалов и т.д. [3].

Фибра представляет собой материал в виде отрезков нитей или узких полос органического или неорганического происхождения. Механические характеристики фибробетона зависят от количества и схемы расположения фибр в растворе [4].

Метод дисперсного армирования бетона предусматривает произвольную и направленную ориентацию волокон. Направленная предполагает применение тонких непрерывных нитей, тканых и нетканых сеток, жгутов и других подобных материалов. Произвольная (свободная) возникает при использовании рулонных материалов в виде матов, холстов, вуалей [3].

В качестве фибр применяются металлические и неметаллические нити разной длины и сечения. В конструкционном отношении наибольший эффект получают от использования стальных волокон, модуль деформативности которых в 6 раз выше показателей бетона [3].

Применение полипропилена позволяет на 60-90% сократить риск трещинообразования во время пластической усадки смесей. Стеклофибра отличается низкой щелочестойкостью и используется только для предварительного армирования при изготовлении изделий из гипса или стеновых блоков из ячеистых бетонов [3].

Базальтовая фибра устойчива к щелочным процессам. Модуль упругости на 15-20% выше, чем у волокон из стекла. Асбестовые волокна нейтральны к агрессивному воздействию цементов, их характеризует высокая прочность и огнестойкость. Рациональный выбор добавок для армирования бетона позволяет получить изделия, обладающие стойкостью к механическим нагрузкам [3].

Введение в бетон модификаторов в виде фибр способствует повышению эксплуатационных и рабочих характеристик. Механические качества композитных материалов, армированных волокнами, зависят от типа добавки, объема и размера элементов [3].

Стальное волокно

Металлические волокна, используемые в качестве арматурного каркаса, изготавливаются различными методами [5]:

Наибольшее распространение получили механические способы, применяя которые получают следующие виды материалов [3]:

  1. Проволочные волокна, представляющие собой отрезки тонкой проволоки длиной 10-50 мм.
  2. Листовые фибры получают методом фрезерования тонкого листа металла.
  3. Сверхтонкие изготавливают путем экструзии расплава и последующим волочением через алмазные фильтры.
Стальное волокно

Рисунок 4 – Стальное волокно

Преимущества дисперсного армирования металлическими фибрами [3]:

При содержании волокон 0,5% и более повышается удобоукладываемость смесей. С увеличением объема добавки в диапазоне 02-0,8% наблюдается улучшение предела прочности на растяжение-сжатие [5].

Стеклянное волокно

Эту группу добавок производят из силикатных материалов и расплавов вулканических горных пород. Стекловолокно имеет длину 20-40 мм и диаметр 10 мкм. Главная его особенность — высокая прочность на растяжение-сжатие (1500-3000 МПа). Модуль упругости таких модификаторов в несколько раз выше, чем у бетона [3].

Стекловолокно

Рисунок 5 – Стекловолокно

Для цементных матриц используются стеклянные нити, сплетенные в жгуты. Жгут делят на отрезки равной длины, точные размеры которых задаются технологической картой [3].

Асбестовое волокно

Для армирования бетона используют срезы волокон, вуали, холсты и материалы в виде нетканых сеток. Асбестовые фибры обладают следующими качествами [3]:

Асбестовое волокно

Рисунок 6 – Асбестовое волокно

Прочность асбестовой фибры при растяжении превышает аналогичные свойства стали [3].

Базальтовая фибра

Базальтовое волокно представляет собой отрезки равной длины, получаемые из расплавленного природного камня вулканического происхождения. Введение присадок улучшает следующие показатели [3]:

Базальтовые фибры обеспечивают высокую адгезию с цементной матрицей, не корродируют и не воспламеняются под действием открытого огня [3].

Базальтовая фибра

Рисунок 7 – Базальтовая фибра

Полипропиленовое волокно

Полипропиленовая фибра — стойкий к щелочам материал, совместим с цементными и гипсовыми вяжущими. Представляет собой синтетические волокна диаметром 0,02-0,038 мм. Изготавливают фибру из полипропиленовой пленки путем резки и скручивания в жгуты. Жгут делят на отрезки длиной 0,3-0,5 мм. В бетонном растворе плетение раскрывается и создает сетчатую структуру [6].

Полипропиленовое волокно

Рисунок 8 – Полипропиленовое волокно

Использование полипропиленовой фибры позволяет [3]:

Волокно полипропиленовое на 60-90% снижает риск трещинообразования и сокращает усадку бетона [6].

Выбор технических решений по дисперсному армированию зависит от типа используемых волокнистых материалов. Так, например, базальтовая фибра износоустойчива, поэтому подходит для укрепления конструкций, применяемых в местах с повышенными требованиями к механическим воздействиям [3]:

Устойчивость базальтового волокна к химическим факторам и сейсмостойкость позволяет его использование в следующих сферах жилищного и промышленного строительства [3]:

Базальтовая фибра — незаменимый компонент в производстве газобетона, пенобетона и другой продукции из ячеистых бетонов, а также служит структурообразующим материалом при изготовлении фигурных изделий для малых архитектурных форм [3].

Сталефибробетон применяют в строительстве сооружений, требующих повышенной прочности [7]:

  1. Монолитные конструкции: автомобильные дороги, промышленные полы, стяжки и т.д.
  2. Водоотбойные дамбы, волнорезы, ирригационные каналы, емкости для жидкостей, тоннели.
  3. Оборонительные сооружения.
  4. Железобетонные конструкции: изготовление сборных фундаментов, свай, стеновых панелей, балок, колонн, трубопроводов.
  5. Строительство дорожных, аэродромных и тротуарных покрытий.

Использование полипропиленовой фибры рекомендуется при выполнении следующих видов работ [3]:

Асбестовые волокна применяют для армирования материалов с низким значением упругости [3]:

Стеклянную фибру применяют для строительства домов, канализационных колодцев и др. Однако недостаточная устойчивость волокон к воздействию среды гидратирующего цемента ограничивает ее применение [3].

Выводы

Использование фибры повышает надежность сооружения на 90%, при условии добавления в состав еще и пластификаторов хорошего качества.

Благодаря полипропиленовой фибре пластичность бетона становится в несколько раз больше. Такая характеристика присуща не только лишь раствору, а также готовой затвердевшей конструкции из него, она может выдерживать удары и подавлять колебания. Данная характеристика материала используется на объектах военного значения и в тяжелой промышленности. Сооружения, возведенные с применением фиброволокна, отлично выдерживают землетрясения и имеют высокую сопротивляемость к взрывам.

Очень важной характеристикой является истираемость поверхностей. Присущ очень быстрый износ тем конструкциям из бетона, которые используются в довольно агрессивной среде. По этой причине дамбы, водохранилища и водные заграждения зачастую возводятся с применением смеси цемента и фиброволокна.

Также этот материал обладает высокой морозоустойчивостью, и это качество перенимает бетон. При этом его устойчивость к минусовым температурам становится выше в несколько раз.

Если раствор с добавлением полипропиленовой фибры замешивать в соответствии с технологией, то адгезия полученного бетона с поверхностью намного улучшится и производить его выравнивание на ней будет легче.

Список источников

  1. Исследования применения фибробетона в строительстве [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://elibrary.ru...
  2. Ежов В. Б. Технология бетона, строительных изделий и конструкций/ В. Б. Ежов – Е.: УрФУ, 2014 – 205 с.
  3. Фибра для бетона: виды, преимущества, применение [Электронный ресурс] - Режим доступа:https://1beton.info...
  4. Руководство «Фибробетон». - Австрийская ассоциация бетона и строительных технологий, 2008. – 40 с.
  5. EN 14889-1. Международный стандарт. Волокна для бетона - Часть 1: Стальные волокна - Определения, технические требования и соответствие. - М.: Госстандарт, 2009. – 41 с.
  6. EN 14889-2. Международный стандарт. Волокна для бетона - Часть 2: Полимерные волокна - Определения, технические требования и соответствие. – М.: Госстандарт, 2009. – 40 с.
  7. Курбатов Л.Г. Об эффективности бетонов, армированных стальными фибрами/ Л.Г. Курбатов, Ф.Н. Рабинович. // Бетон и железобетон. — 1980. — № 3. - С. 6-7