Железобетона свойства: » Железобетон. Свойства и область применения железобетонных изделий

Конструкция футеровки ствола HPSFRC представляла собой композитную конструкцию, состоящую из нескольких видов материалов. Напряжение и деформация модели должны были сохранять точное сходство с прототипом; таким образом, геометрический размер модели должен был быть аналогичен размеру прототипа во всем процессе загрузки. Таким образом, мы получили C _l /C _δ = 1 и C _ε = 1. Аналогичные условия напряжения и деформации можно выразить следующим образом: = 1, C _E C _ε /C _σ = 1 и C _v = 1.

Для обеспечения того, чтобы разрушающая нагрузка и форма модели конструкции крепи шахты были полностью аналогичны модели прототипа, как соотношение между напряжением и деформацией в упругом состоянии, так и прочность модели должны удовлетворять аналогичным условиям. Во-первых, кривая напряжения-деформации модели футеровки вала и материала-прототипа должна быть одинаковой во всем процессе нагружения. Во-вторых, прочность всех частей должна быть одинаковой. Наконец, критерий прочности должен быть аналогичным.Очевидно, что для выполнения всех вышеперечисленных условий подобия материал модели должен быть таким же, как и исходная футеровка вала. Таким образом, все остальные константы подобия были равны 1, включая константу подобия прочности ( C _R ), константу подобия коэффициента армирования ( C _μ ) и константу подобия содержания стального волокна ( C _р ). Только константа геометрического подобия может быть выбрана в соответствии с необходимостью.

В соответствии с нашими экспериментальными условиями мы выбрали 3 в качестве константы геометрического подобия, а параметры модели конструкции крепи шахты перечислены в . Для испытаний были разработаны две модели конструкции крепи ствола из стальных стержней из обычного бетона A-0 и две модели конструкции крепи из стальных стержней A-0,5 HPSFRC.

Таблица 3

Параметры модели конструкции крепи ствола.

Внешний диаметр (мм)	Внутренний диаметр (мм)	Толщина (мм)	высота (мм)	высота (мм)	Коэффициент арматуры (%)
32009	2666. 6	266,7	210	0,56

2.3.2. Подготовка модельных образцов

Два стальных стержня внутреннего кольца и два стальных стержня наружного кольца диаметром 10 мм помещали в каждый модельный образец. Во внутреннем и внешнем кольцах равномерно располагались 178 вертикальных стальных стержней диаметром 10 мм.

Сначала были настроены специально изготовленные шаблоны моделей. Затем были установлены стальные стержни, на которые были наклеены испытуемые элементы (показаны на рис. ).В-третьих, в шаблоны заливали бетон. После отверждения верхние торцевые поверхности образцов были отполированы, чтобы конечные модели были гладкими (показано на рис.).

Шаблоны для заливки модели конструкции крепи ствола.

Модель конструкции крепи шахты с завершенной заливкой.

2.3.3. Оборудование и методы испытаний

Испытание модели на нагрузку проводилось на крупномасштабном испытательном стенде конструкции крепи шахты с 18 цилиндрами высокого давления по 1000 кН для имитации горизонтальной нагрузки на конструкцию.По вертикали образцы закреплялись анкерными болтами и стяжками так, чтобы они находились в состоянии плоского напряжения.

Согласно Правилам проектирования шахт и камер в угольных шахтах [14], большая нагрузка обычно в 1,1–1,2 раза превышает малую. Из-за восемнадцати цилиндров высокого давления по 1000 кН на испытательном стенде способ нагружения был разработан следующим образом. Десять цилиндров были загружены большими грузами с востока и запада, а восемь цилиндров были загружены небольшими грузами с юга и севера (показано на рисунке).Отношение большой нагрузки к малой нагрузке составило 1,2. По силовому анализу метод нагружения оказался более невыгодным, чем синусоидальная неравномерная нагрузка, используемая в текущем методе проектирования футеровки вала. Таким образом, результаты испытаний на несущую способность оказались более безопасными, чем у стандартной конструкции.

Способ нагрузки модели конструкции крепи шахты.

Для контроля и анализа напряжений и деформаций модели крепи в течение всего процесса нагружения внутри и на поверхности модели были установлены тензодатчики и элементы наблюдения за перемещениями.Схема элемента показана на .

Размещение тензодатчика и измерителя перемещений.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Испытание на прочность на сжатие

Прочность на сжатие была рассчитана на основе значений предельной нагрузки, численные значения были точными до 0,1 МПа. Результаты теста показаны на .

Таблица 4

Результаты испытаний на прочность при сжатии.

Группа образцов	Прочность на сжатие (МПа)	Относительное увеличение (%)
A-0	64. 3	0
A-0,5	69,6	8,2
A-1,0	69,3	7,8
A-1,5	70,0	8,8

показывает, что хотя прочность на сжатие HPSFRC была выше, чем у обычного бетона, максимальная разница не превышала 10%. С другой стороны, прочность на сжатие HPSFRC с тремя видами стальной фибры мало отличалась.Согласно двум вышеуказанным пунктам, мы узнали, что стальные волокна вносят небольшой вклад в прочность бетона на сжатие. Выводы аналогичны другой предыдущей литературе [15].

3.2. Испытание на прочность на изгиб

Результаты прочности на изгиб необходимо преобразовать в соответствии с уравнением (1), так как размер образца был нестандартным [10]. Численное значение имело точность до 0,1 МПа. Результаты теста показаны на .

где 0,85 — коэффициент преобразования размеров (коэффициент преобразования был получен путем сравнения прочности на изгиб стандартного размера образца с прочностью нестандартного размера в этом испытании).

Таблица 5

Результаты испытаний на прочность на изгиб.

9 A-1.5

образцы
	Прочность изгиба (MPA)	относительное увеличение (%)
6. 1
A-0.5	70077	26.2
9.2	9.2	9.2
A-1.5	10.4	70.59

показывают, что сила изгиба HPSFRC намного лучше, чем у обычного бетона.Прочность на изгиб HPSFRC увеличивается с увеличением содержания стального волокна. Однако степень уменьшается с содержанием клетчатки. Результаты аналогичны другой предыдущей литературе [15].

3.3. Испытание на растяжение при разделении

Результаты испытания на растяжение при разделении показаны на , а процесс испытания показан на .

Образцы, разрушенные при испытании на растяжение при разделении: ( a ) образец обычного бетона, ( b ) HPSFRC.

Таблица 6

Результаты испытаний на прочность на разрыв.

7

9 A-0.5

9 42.59

Speciomen Group	Прочность на растяжение (MPA)	относительный рост (%)
3. 67	0
4,93	34,3
A-1.0	5.23	5.23
A-1.5	5.62	53.1

показывают, что прочность на растяжение HDSFRC значительно выше, чем у обычного бетона.Прочность на растяжение HPSFRC увеличивается с содержанием стального волокна. показывает, что обычный бетон раскололся на две части линией нагрузки во время испытания, в то время как HPSFRC остался неповрежденным даже после достижения пиковой нагрузки. Выводы аналогичны другой предыдущей литературе [15].

3.4. Испытание на изгиб

В соответствии с измеренными нагрузкой, прогибом и раскрытием трещины была построена кривая нагрузка-прогиб (кривая F – δ ), а вязкость разрушения и энергия разрушения были рассчитаны по следующим формулам [ 16]:

где Y — параметр формы.Y=1,93-3,07(а0/ч)+14,53(а0/ч)2-25,11(а0/ч)3+25,8(а0/ч)4. показывает, что предельные прочностные нагрузки, пиковые прогибы, вязкость разрушения и энергия разрушения HPSFRC были выше, чем у обычного бетона, и все они увеличивались с содержанием стальной фибры. Когда содержание достигало 1,5%, вязкость разрушения HPSFRC была на 75,0% выше, чем у обычного бетона. А энергия разрушения HPSFRC была в 16 раз больше, чем у обычного бетона. Выводы аналогичны другим предыдущим лекциям [17,18,19].

Таблица 7

9 A-0.5

Группа образцов	Предельная нагрузка на подшипник (кН)	Относительное увеличение (%)	Максимальный прогиб (мм)	K (МПа / м)	г F F (N / M)
9. 6	0	0	0.24	126.3
11,0	14,6	0.1562	0,28	1061,0
А-1,0	14,7	53,1	0,2182	0,37	1540,3
А-1,5	16,8	75,0	0,2231	0,42	2003. 9

показывает, что обычный бетон прошел две стадии испытания на изгиб. Одна была упругой стадией, а другая — стадией разрушения. Форма обычного бетона показала характеристики хрупкого разрушения.Однако после того, как нагрузка достигла пикового значения, форма HPSFRC показала значительно более пластичное поведение.

Связь между вертикальной нагрузкой и прогибом.

3.5. Испытание на раскалывание клиньев

Учитывая сложность конструкции крепи шахтных стволов, чтобы полностью выявить разницу в прочности на растяжение и вязкости разрушения между обычным бетоном и HPSFRC, было проведено испытание на раскалывание клиньев. После этого строилась кривая F – CMOD .Затем рассчитывали предел прочности при растяжении, вязкость разрушения при нестабильности и энергию разрушения по следующим формулам [20, 21]: +h0)−2−9,16]

(6)

ac=(hr+h0)[1−13,18tECMODc/FHmax+9,16]−h0

(7)

f(αc)=3,675[1− 0,12(αc-0,45)](1-αc)-3/2

(9)

Gf=(A0+m0gCOMDc)2tg15°trhr.

(11)

показывает, что прочность на растяжение, энергия разрушения, вязкость разрушения и вязкость нестабильности разрушения HPSFRC были выше, чем у обычного бетона, и все они увеличивались с содержанием стальной фибры.показывает характеристики хрупкого разрушения обычного бетона и характеристики пластичности HPSFRC. Выводы аналогичны другим предыдущим лекциям [18].

Взаимосвязь между вертикальной нагрузкой и CMOD (Отклонение раскрытого устья трещины).

Таблица 8

Результаты испытаний на расщепление клиньев.

SpeciMen Group	Клина разделительная прочность на растяжение (МПа)	Относительное увеличение (%)	Kic (MPA / M)	G F (N / M)
А-0	2. 4	0	1,60	120,9
А-0,5	3,6	50,0	2,47	407,3
А-1,0	3,9	62,5	2,66	580,3
A-1,5	4,2	75,0	2,95	819,6

По морфологии излома бетона также видно, что бетон полностью разделен на две части. Однако стальные волокна в HPSFRC передают напряжение растяжения после того, как образцы треснули.

Образцы, разрушенные в результате испытания на раскалывание клиньев: ( a ) образец обычного бетона, ( b ) HPSFRC.

Данные по пределу прочности при растяжении, ударной вязкости и энергии разрушения при испытании на расщепление клином не сравнимы с данными испытаний на прямое растяжение и изгиб. Однако они также подтвердили, что HPSFRC имеет более высокую прочность на растяжение, ударную вязкость и трещиностойкость, чем обычный бетон.Кроме того, характеристики пластичности HPSFRC были аналогичны характеристикам теста на изгиб.

3.6. Предельная несущая способность конструкции крепи шахты

Испытания на прочность проводились на четырех модельных образцах. Предельная несущая способность модельных образцов указана в .

Таблица 9

Несущая способность моделей проверена при неравномерной нагрузке.

3 Маленькая нагрузка

модель образца	Содержание стали волокна (кг / м 3 )	Подшипник емкости (кН)
		Большая нагрузка
S1	0	7271 . 7	6098,9
S2	0	7154,4	5864,3
S3	39	7975,4	6568,0
S4	39	8210,0	6919,9

показывает, что несущая способность моделей HPSFRC была выше, чем у обычных бетонных моделей, как в больших, так и в малых направлениях нагрузки. Средняя несущая способность модели HPSFRC составила 12.на 2–12,7 % выше, чем у обычной бетонной модели при неравномерной нагрузке.

3.6.1. Деформация модели

Внутренние и внешние краевые деформации шести секций были измерены тензорезисторами вдоль поверхности бетона. Изменения деформации в среднем сечении модельного образца в направлении больших и малых нагрузок показаны на рис.

Соотношение между деформацией и нагрузкой модели S4: ( a ) большое направление нагрузки; ( b ) направление малой нагрузки.

показывает, что тангенциальная деформация внутреннего края модели была меньше, чем у внешнего края в направлении большой нагрузки. Однако в направлении небольшой нагрузки тангенциальная деформация внутренней кромки была больше, чем у внешней кромки. В частности, деформация внутренней кромки в направлении большой нагрузки показала характеристики растяжения на ранней стадии нагрузки, что легко вызвало растрескивание в обычной бетонной модели. Следовательно, HPSFRC очень выгоден для предотвращения разрыва и улучшения несущей способности конструкции футеровки вала в сложных условиях нагрузки.

3.6.2. Форма отказа модели

Из-за плохой пластичности обычная бетонная модель не показывала очевидных предупреждений в процессе нагружения, но в конце концов она внезапно разрушилась. Когда произошло разрушение, раздался громкий шум, сопровождавшийся массивным осыпанием бетона. Местный бетон был измельчен, как показано на рис. В случае модели HPSFRC была значительно улучшена пластичность (за счет добавления стальных волокон), так что сначала при повреждении модели появлялись наклонные микротрещины, а затем постепенно расширялись.Когда нагрузка превышала предельную несущую способность футеровки вала, поверхность излома все еще была связана стальными волокнами (показано на рис.). Таким образом, при проектировании крепи шахты в сложных условиях использование футеровки вала HPSFRC может значительно улучшить деформационные характеристики футеровки вала и повысить безопасность проекта.

Форма отказа модели S1.

Форма отказа модели S3.

Под действием неравномерной нагрузки место разрушения модели конструкции крепи шахты в основном находилось на внутренней кромке большой нагрузки, где бетон подвергался внецентровому давлению и изгибающему моменту, что приводило к растягивающим напряжениям, в процессе нагружения возникли локальные трещины растяжения.Хотя стальные волокна препятствовали быстрому распространению трещин, на более позднем этапе нагружения место разрушения все еще находилось рядом с этим местом. При равномерном распределении нагрузки изгибающий момент и касательное напряжение отсутствовали во всех частях крепи вала, а место повреждения распределялось хаотично с разницей в качестве конструкции.

3.6.3. Распределение напряжения модели

Во время испытаний модель всегда находилась в состоянии плоского напряжения. Когда модель находилась в стадии упругого деформирования, распределение напряжений на внутреннем и внешнем краях модели соответствовало теории упругости. Однако при переходе деформации из упругой стадии в упругопластическую или пластическую определяющая зависимость бетона не соответствовала закону Гука. По этой причине для стального стержня использовалась гипотеза одной кривой. Модуль деформации и коэффициент Пуассона были рассчитаны с помощью компьютерной итерации, и были получены значения напряжения стального стержня. Конститутивная модель повреждения использовалась для бетона в соответствии с «Правилами проектирования бетонных конструкций» [22], а также использовалась для HPSFRC в соответствии со ссылкой [23].Таким образом, можно было получить кривую напряжения основной части модели под нагрузкой, как показано на рис.

Связь между напряжением и нагрузкой модели S4: ( a ) большое направление нагрузки; ( b ) направление малой нагрузки.

показывает, что напряжение внутренней поверхности всегда было меньше, чем напряжение внешней поверхности в поперечном сечении модели в направлении большой нагрузки. Наоборот, внутренняя поверхность всегда была выше внешней поверхности в поперечном сечении модели в направлении малой нагрузки.Стоит отметить, что на начальном этапе во внутренней поверхности модели в направлении большой нагрузки возникали растягивающие напряжения, что крайне неблагоприятно для обычного бетона. Согласно принципам упруго-пластической механики и горной механики, под действием неравномерного давления сжимающие напряжения бетона на внешней кромке сосредоточены, а бетона на внутренней кромке только растягивающие, а в направление малой нагрузки, как раз наоборот [24,25].Растягивающие напряжения неизбежно приводили к преждевременному растрескиванию бетона и снижали несущую способность модели. Тем не менее, HPSFRC успешно улучшил прочность материала на растяжение и сдвиг и предотвратил преждевременное растрескивание модели на ранней стадии. Таким образом, несущая способность модели была значительно улучшена.

4. Инженерная заявка

Вышеупомянутые механические свойства и модельные испытания конструкции футеровки вала показали, что HPSFRC, очевидно, может улучшить несущую способность конструкции футеровки вала при неравномерных нагрузках из-за ее замечательной прочности на растяжение и трещиностойкости. .Поэтому этот новый тип конструкции крепи ствола был использован для участка 884–940 м второго вспомогательного ствола подземной коренной части угольной шахты Пансан, которая находилась в сложных стрессовых условиях.

При строительстве в скале принята технология малой выемки – малой кладки с циклом 3,5 м. Когда ствол был вырыт на глубину 884 м и вошел в зону разлома разлома, для замены первоначальной конструкции из обычного бетона на стальные стержни для сооружения конструкции крепи ствола толщиной 800 мм до конца 940-х гг. м глубина.

Для динамической и непрерывной оценки безопасности нового типа конструкции облицовки шахты необходимо изучить и проанализировать распределение напряжения и изменение конструкции во времени. Поэтому бетонные тензодатчики были заделаны в четырех перпендикулярных горизонтальных направлениях по окружности крепи ствола на глубине 940 м. Кривая деформации HPSFRC была получена путем наблюдения в реальном времени, как показано на рис.

Зависимость между деформацией и временем конструкции крепи ствола из HPSFRC на глубине 940 м.

показывает, что деформации в четырех направлениях в конструкции футеровки ствола HPSFRC сохраняли устойчивость. Кроме того, все деформации были намного меньше, чем значение повреждения HPSFRC. Конструкция футеровки вала обеспечивает безопасную и надежную работу.

5. Выводы

• (1)

  Испытания механических свойств показали, что прочность на сжатие, изгиб и растяжение HPSFRC была на 9%, 71% и 53% выше, чем у обычного бетона, соответственно.Добавление стальной фибры, очевидно, может улучшить прочность на растяжение и изгиб обычного бетона, но мало влияет на прочность на сжатие.

• (2)

  С увеличением содержания стального волокна вязкость разрушения и энергия разрушения HPSFRC увеличились. Когда содержание стальной фибры достигло 1,5%, вязкость разрушения достигла 0,42, что на 75% выше, чем у обычного бетона, а энергия разрушения достигла 2003,9 Н/м, что в 16 раз больше, чем у обычного бетона.Эффект улучшения был заметен. Стальные волокна в HPSFRC показали превосходную устойчивость к растрескиванию в различных испытаниях, а HPSFRC показывает замечательные характеристики пластичности.

• (3)

  Модельные испытания показали, что добавление определенного количества стальной фибры в бетон конструкции облицовки вала оказало значительное влияние на повышение несущей способности облицовки вала, даже при сопротивлении неравномерным нагрузкам .

• (4)

  При испытании модели крепи шахты при неравномерной нагрузке напряжения и деформации внешней поверхности в направлении большой нагрузки и внутренней поверхности в направлении малой нагрузки, очевидно, были больше, чем в других направлениях или поверхностях.В дальнейшем во внутренней поверхности большого груза на начальном этапе нагружения проявлялись растягивающие характеристики, что представляло скрытую опасность разрушения модели крепи вала на более позднем этапе.

• (5)

  Из-за плохой пластичности обычного бетона разрушение модели облицовки шахты из обычного бетона произошло внезапно и без предупреждения. Однако стальная фибра в футеровке ствола HPSFRC улучшила хрупкость и пластичность бетона. Когда крепь вала потеряла предельную несущую способность, поверхность излома по-прежнему была связана стальными волокнами. Таким образом, в сложных инженерно-геологических условиях КВД могут сильно задерживать деформацию, даже если футеровка трескается. Характеристики HPSFRC могут значительно повысить безопасность конструкций облицовки шахты.

• (6)

  Практика показала, что деформация HPSFRC имеет тенденцию быть стабильной, и значение деформации намного меньше, чем значение разрушения его материала.Конструкция работает безопасно благодаря тому, что HPSFRC остается целым и надежным. Это позволяет избежать повреждения крепи ствола, как и в других глубоких скважинах в сложных условиях с разломами или высоким напряжением земной коры. Таким образом, этот новый тип опорной конструкции имеет определенное значение для применения в глубоких скважинах.

Номенклатура

M

0	Область конверта	Curve F-CMOD Кривая
A 0	Notch Глубина лучом
с	Критический перелом длина
CMOD	Трещина смещения отверстия
CMOD с	критическое значение смещения отверстия трещины
гр I I	Отправочный наклон сегмента прямой линии в F-CMOD Cruve Ascent
F	нагрузки
F В	Вертикальная нагрузка
F Вм ax	Пиковая вертикальная нагрузка
F H	Горизонтальная нагрузка.
F Hmax	Пик горизонтальная нагрузка
F с	Прочность на сжатие
F F прочность	изгибной
ф т прочность	Предел
G F	Трещина энергия
ч	высота образца
ч г	Связочный высота
h h 0	Толщина тонкой стальной пластины клипа Extensometer
K IC	Ударная вязкость трещин
	7 L									SPAN между двумя опорами Beam
М	Момент затяжки
М	м Макс	Сумма максимальной нагрузки и гибкого момента, произведенного мертвым весом Beam
Мертвый вес поддержки раздела Beam
м 0	Собственный вес вспомогательного устройства для загрузки
т	толщина
т г	Связочный толщина
Да	параметр формы
г	Расстояние от центра связки к горизонтальной точке нагрузки
	Расстояние от центра связки до горизонтальной точки нагрузки
Δmax	Отклонение луча

вкладов автора

Вклад автора в статью: следует: В. Х., Х.Л. и З.Ю. предложил концепцию и методологию; XL и Х.Л. провел испытания; С.Ф. проанализировали данные; З.Ю. написал отзыв; XL написал газету; С.Ф. и Х.Л. рецензировал окончательный вариант рукописи.

Финансирование

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (№ 51674006) и профессиональным талантливым специалистом Университета Аньхой (№ gxbjZD09), Молодежным проектом Фонда естественных наук провинции Аньхой (1

5QE185), Колледжем провинции Аньхой. ключевого проекта по исследованиям в области естественных наук (KJ2018A0098), проекта, финансируемого Китайским фондом постдокторских наук (2018M642502) и Фондом научных исследований для молодых преподавателей Аньхойского университета науки и технологий (QN2017211).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. He M.C., Xie H.P., Peng S.P., Jiang Y.D. Исследование механики горных пород в технике глубоких горных работ. Подбородок. Дж. Рок Мех. англ. 2005; 24:2803–2813. [Google Академия]2. Кан Х.П. Технологии поддержки глубоких и сложных выработок в подземных угольных шахтах. Междунар. Дж. Угольная наука. Технол. 2014; 1: 261–277. doi: 10.1007/s40789-014-0043-0. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]3. Яо З.С., Ченг Х., Цзюй С.B. Исследование и применение высокопрочной стальной фибробетонной футеровки ствола с внутренней стальной пластиной при ремонте ствола с глубоким намывом. J. China Coal Soc. 2017;42:2295–2301. [Google Академия]4. Яо З.С., Ченг Х., Ян З.Х., Цзоу А.Г. Механизм разрушения, анализ и ремонт футеровки шахтного вентиляционного ствола в Цюйцзяне. Угольные науки. Технол. 2002; 30:12–14. [Google Академия]5. Гао Дж. М., Сунь В., Морино К. Механические свойства армированного стальным волокном высокопрочного легкого бетона. Цем. Конкр.Композиции 1996; 18: 307–313. doi: 10.1016/S0958-9465(97)00023-1. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 6. Ван К.С., Ли Х.Б., Чжао Г.Ю., Шао П., Яо Дж.Р. Эксперимент по механическим свойствам железобетона, армированного стальным волокном, и его применение в глубоких подземных сооружениях. Дж. Китайский ун-т. Мин. Технол. 2008; 18:64–66. doi: 10.1016/S1006-1266(08)60014-0. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 7. Гао Д.Ю., Чжан Л.Дж., Ноккен М. Механическое поведение переработанного бетона с крупным заполнителем, армированного стальной фиброй, при прямом сдвиге.Цем. Конкр. Композиции 2017; 79:1–8. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2017.01.006. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8. Стандарт для метода испытаний почвы. Китайская пресса по планированию; Пекин, Китай: 1999 г. Китайский национальный стандарт GT/T50123-1999. [Google Академия]9. Дин Ю., Бай Ю.Л. Свойства разрушения и кривые размягчения геополимерного раствора и бетона на основе шлака, армированного стальной фиброй. Материалы. 2018;11:1445. doi: 10.3390/ma11081445. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]10. Стандарт на метод испытаний механических свойств обычного бетона.Китайская архитектурно-строительная пресса; Пекин, Китай: 2003 г. Китайский национальный стандарт GT/B50081-2002. [Google Академия] 11. Технические условия на применение фибробетона. Китайская архитектурно-строительная пресса; Пекин, Китай: 2010 г. Китайский промышленный стандарт JG/T221-2010. [Google Академия] 12. Сегура-Кастильо Л., Монте Р., Фигейредо А.Д. Характеристика поведения при растяжении фибробетона: новая конфигурация для испытания на расщепление клина. Констр.Строить. Матер. 2018; 192: 731–741. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.10.101. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 13. Вэй X.X., Лай Ю.М. Принцип и применение метода подобия. Издательство Университета Лань Чжоу; Лань Чжоу, Китай: 2001. [Google Scholar]14. Кодекс проектирования ствола и камеры угольной шахты. Китайская пресса по планированию; Пекин, Китай: 2007 г. Китайский национальный стандарт GB50384-2007. [Google Академия] 15. Yazıcı Ş., İnan G., Tabak V. Влияние соотношения размеров и объемной доли стальной фибры на механические свойства SFRC.Констр. Строить. Матер. 2007;21:1250–1253. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2006.05.025. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 16. Лю С., Чен Х.Н., Чжао Ю.Б., Сунь Дж.М., Цай К. Экспериментальное исследование свойств бетона при разрушении на основе испытаний на трехточечный изгиб. Бык. Подбородок. Керам. соц. 2016;35:4191–4211. [Google Академия] 17. Яо Д., Дай Дж. Г., Ши С. Дж. Свойства разрушения активированного щелочью шлака и обычного бетона и раствора на портландцементе. Констр. Строить. Матер. 2018;165:310–320. [Google Академия] 18. Грегуар Д., Рохас-Солано Л.Б., Пижодье-Кабот Г., Пижодье-Кабот Г. Разрушение и размерный эффект для бетонных балок с надрезами и без надрезов. Междунар. Дж. Нумер. Анальный. Методы геомех. 2013; 37:1434–1452. [Google Академия] 19. Сухарда О., Паяк М., Томаш П., Петр К. Определение механических свойств и свойств разрушения самоуплотняющихся бетонных балок с различными типами стальной фибры с использованием обратного анализа. Констр. Строить. Матер. 2017; 138: 263–275. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.01.077. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 20.Сюй С.Л. Приведены подходы к расчету параметров разрушения бетона Double-K и возможное кодирование стандартного метода испытаний для их определения. J. Китайский университет трех ущелий. наук. 2002; 24:1–8. [Google Академия] 21. У З.М., Чжао Г.П., Хуанг С.К. Вязкость разрушения и энергия разрушения для различной прочности бетона. Дж. Даляньский унив. Технол. 1993; 33: 73–77. [Google Академия] 22. Кодекс проектирования бетонной конструкции. Китайская архитектурно-строительная пресса; Пекин, Китай: 2010 г. Китайский национальный стандарт GT/B50010-2010.[Google Академия] 23. Ченг К.Г. Теория и применение сталефибробетона. Китайская железнодорожная пресса; Пекин, Китай: 1999. [Google Scholar]24. Шен М. Р., Чен Дж. Ф. Механика горных пород. Издательство Университета Тунцзи; Шанхай, Китай: 2013 г. [Google Scholar]25. Ян Дж. Дж., Лю К. Л., Чжэнь Г. С., Ху Х. Дж. Испытание модели конструкции футеровки вала. Угольные науки. Технол. 1996; 24:14–16. [Google Scholar]

CRSI: свойства арматуры

Свойства арматуры

Стальная арматура изготавливается из расплавленной стали путем формирования из нее больших прямоугольных заготовок, а затем пропускания ее через серию штампов, которые формуют сталь в арматурные стержни. В процессе формования на поверхности стержней образуются деформации, которые используются для передачи нагрузок между бетоном и арматурной сталью.

Сталь

идеально подходит для железобетона благодаря некоторым уникальным факторам:

• Упругие свойства – Модуль всей стальной арматуры составляет 29 000 000 фунтов на квадратный дюйм, и это значение может использоваться при проектировании. Этот единый модуль для всех марок и размеров стержней упрощает процесс проектирования. Материалы с более низким модулем могут потребовать дополнительных стержней для обеспечения такой же эксплуатационной пригодности, а конструкции, спроектированные с использованием этих материалов, могут испытывать повышенный прогиб и дополнительное растрескивание.Сталь имеет одинаковые упругие свойства как при растяжении, так и при сжатии.
• Удлинение под нагрузкой – Стальная арматура имеет значительное удлинение под нагрузкой, обеспечивающее четко выраженные трещины в конструкции в условиях перегрузок. Такое растрескивание служит подходящим предупреждением для жильцов относительно нагрузки на конструкцию. Материалы, которые не проявляют неэластичного поведения под нагрузкой, могут не обеспечивать достаточную пластичность, чтобы предупредить о надвигающемся разрушении.
• Однородные свойства в 3D – Стальная арматура обычно имеет одинаковые свойства во всех направлениях, а прочность на сдвиг аналогична пределу текучести в продольном направлении.
• Усталость – Усталостные свойства сталежелезобетонных конструкций хорошо изучены.
• Развитие сцепления – Прочность при увеличении прочности арматурной стали как в прямом, так и в изогнутом состоянии хорошо изучена и изучена.
• Предел текучести – При нагрузках ниже предела текучести сталь проявляет упругие свойства, которые позволяют конструкции отскакивать при повторном нагружении. Доступна стальная арматура с пределом текучести от 40 до 100 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Предел текучести стали не зависит от диаметра стержня, и можно легко заменить различные комбинации стержней с одинаковой площадью стержня. Это обеспечивает гибкость способов получения одинаковых свойств в бетонной конструкции.
• Термические свойства – Модуль теплового расширения стальной арматуры очень похож на модуль теплового расширения бетона. Благодаря схожести тепловых свойств бетона и стали при нагреве бетонной конструкции не вводятся дополнительные напряжения или прогибы.
• Сохранение прочности – При нагревании от огня сталь способна выдерживать высокие температуры до изменения свойств прочности и пластичности. Многие бетонные конструкции, подвергшиеся пожару, могут быть восстановлены с использованием существующей арматурной стали.
• Соединение – Стальная арматура может быть соединена с помощью сварки или муфт, прочность которых аналогична прочности арматурной стали.
• Соответствие нормам – Стальная арматура признается всеми нормами проектирования бетона во всем мире.

Арматурный прокат обычно производится в соответствии со спецификациями ASTM или AASHTO:

• A615/A615M: Стандартные технические условия на деформированные и плоские стержни из углеродистой стали для армирования бетона
• A706/A706M: Стандартные технические условия на деформированные и плоские стержни из низколегированной стали для армирования бетона
• A955/A955M: Стандартные технические условия на деформированные и гладкие стержни из нержавеющей стали для армирования бетона
• A996/A996M: Стандартные технические условия на деформированные стержни из рельсовой стали и осевой стали для армирования бетона
• A1035/A1035M: Стандартные технические условия на деформированные и гладкие, низкоуглеродистые, хромированные стальные стержни для армирования бетона

Механические свойства фибробетона

[1]
ПК. Развитие цемента и бетона с экологической точки зрения. В: Gjørv OE, Sakai K, редакторы. Бетонные технологии для устойчивого развития в 21 веке. Лондон: E & FN Spon; 2000. С. 206–217.

[2]
П.К. Мехта. Бетонные технологии для устойчивого развития – обзор основных элементов. В: Gjørv OE, Sakai K, редакторы. Бетонные технологии для устойчивого развития в 21 веке. Лондон: E & FN Spon; 2000. стр. 83–94.

[3]
П. К. Мехта. Снижение воздействия бетона на окружающую среду. Конкр. Междунар. 23(10) (2001) 61–66.

[4]
П.К. Мехта. Экологизация бетонной промышленности для устойчивого развития. Конкр. Междунар. 24(7) (2002) 23-28.

[5]
Д. WS Ho, SL Mak, KK Sagoe-Crentsil. Чистое бетонное строительство: взгляд Австралии. Бетонные технологии для устойчивого развития в 21 веке. Лондон: E & FN Spon; 2000. С. 236–245.

[6]
Т.К. Голландия. Устойчивое развитие бетонной промышленности – какой должна быть роль ACI? Конкр. Междунар. 24(7) (2002) 35–40.

[7]
А. Билодо, В. Сивасундарам, К. Э. Пейнтер, В. М. Малхотра. Долговечность бетона, содержащего большие объемы летучей золы из источников в США ACI Mater. J. 91 (1) (1994) 3–12.

DOI: 10.14359/4411

[8]
В.М. Мальхотра. Делаем бетон более зеленым с помощью летучей золы. Конкр. Междунар. 21(5) (1999) 61–66.

[9]
В. М. Мальхотра. Роль дополнительных вяжущих материалов в снижении выбросов парниковых газов. В: Gjørv OE, Sakai K, редакторы. Бетонные технологии для устойчивого развития в 21 веке. Лондон: E & FN Spon; 2000. С. 226–235.

[10]
В.М. Мальхотра. Высокоэффективный бетон с большим объемом летучей золы. Конкр. Междунар. 24(7) (2002) 30–39.

[11]
С. Х. Ахмад, Д. Фишер, К. Сакетт. Механические свойства бетонов с переработанными заполнителями Северной Каролины. В: Gjørv OE, Sakai K, редакторы. Бетонные технологии для устойчивого развития в 21 веке. Лондон: E & FN Spon; 2000. с.251.

[12]
М.Таваколи, С. Сорушян. Сильные стороны бетона из переработанного заполнителя, изготовленного с использованием разрушенного в полевых условиях бетона в качестве заполнителя. АКИ Матер. Журнал 93(2) (1996) 182–190.

DOI: 10. 14359/9802

[13]
С.S. Испытания, ASTM C 39/C 39M; испытать один набор из двух лабораторно отвержденных образцов через 7 дней и один набор из двух образцов через 28 дней. а. Испытайте один комплект из двух образцов, подвергнутых полевой отверждению, при температуре 7.

[14]
С. Astm, Стандартный метод испытаний статического модуля упругости и коэффициента Пуассона бетона при сжатии. Ежегодный сборник стандартов ASTM, 4, (2002), стр. 469.

[15]
АСТМ, С., Стандартный метод испытаний прочности бетона на изгиб (с использованием простой балки с нагрузкой в ​​центре), стандарты ASTM, (1998), стр. 293-294.

DOI: 10.1520/c0293_c0293m-15

[16]
АСТМ, С. , Стандартные спецификации для бетонных заполнителей, ASTM International, West Conshohocken, PA, стандарты ASTM (2002 г.).

Железобетон: свойства, использование и уход

Узнайте немного о железобетоне — его основных характеристиках, использовании и способах ухода за ним.

Последнее обновление: 31 января 2019 г.

Железобетон является наиболее распространенным материалом в строительстве.Но в последнее время стал тенденцией в оформлении интерьера и экстерьера дома. Прочность и внешний вид превратили его из основного строительного материала в элегантный декоративный элемент.

Во-первых, мы расскажем вам о некоторых основных свойствах . Тогда мы расскажем вам, для чего можно использовать этот прочный материал. Наконец, мы покажем вам, как поддерживать его, если вы решите использовать его для своего дома.

Железобетон: все, что вам нужно знать

Свойства

Железобетон изготавливается из цемента, каменной крошки, песка и воды. Одна вещь, которая действительно выделяет его, это стальные стержни посередине. Такое сочетание материалов делает железобетон одним из самых прочных и устойчивых к весу строительных материалов.

Сталь — это то, что отличает его от обычного бетона, отсюда и «армированная» часть. Это означает, что он также намного прочнее, чем традиционный бетон.

Железобетон податлив, легко адаптируется и может легко сочетаться с другими материалами. Он может выдерживать большой вес, энергию и давление. Так что это всегда хороший вариант, если вы строите новый дом. Если вы еще не уверены, он также очень долговечен, что делает его еще более особенным.

Использование

Этот материал чаще всего используется в домах и больших зданиях, хотя вы также можете увидеть его в мостах и ​​туннелях. В домах он встречается реже, но железобетон также начинает становиться тенденцией для внутренней отделки. Использование его для стен, полов или потолков и оставление открытыми придает комнате приятный, оригинальный вид.

Интерьеры

Железобетон сейчас очень популярен для изготовления столешниц, мебели и перегородок. Это очень характерно для домов, выполненных в индустриальном стиле и огромных лофтах.

Вы можете оставить его в исходном цвете или покрасить, например, в потертый белый цвет. Также часто можно увидеть бетонные стены, сформированные квадратными панелями.

Если вы хотите, чтобы в вашем доме был открытый бетон, мы предлагаем вам сочетать его с теплыми цветами и материалами. Особенно хорошо для этого подходит древесина и нейтральные тона. Они помогут сбалансировать пространство, потому что бетон — «холодный» материал.

Внешний вид

Вы также можете использовать железобетон для внешней отделки дома. Решетки, колонны и полы патио — все это возможно с бетоном. Это прекрасная альтернатива, если вам нужны прочные материалы для наружных работ.

Из него можно делать даже скамейки и столы. Они прекрасно смотрятся в бетоне и смогут выдержать любой климат.Попробуйте поставить бетонную мебель в своем саду или на террасе и посмотрите, как красиво это выглядит!

Техническое обслуживание

После установки железобетон не требует особого ухода. Но, пока он находится в стадии строительства, вам нужно убедиться, что он «лечится». Другими словами, после того, как бетон был уложен и готов, ему требуется еще 5-7 дней, чтобы высохнуть и должным образом схватиться.

В противном случае он может потерять часть своей прочности и начать трескаться и ломаться вскоре после установки.Одна вещь, которую вам нужно сделать, это накрыть его влажной тканью во время этого процесса. Это поможет бетону правильно затвердеть и предохранит его от дальнейшего разрушения.

Как видите, железобетон — прочный и практичный строительный материал. Он так же подходит для крупных строительных проектов и основных домашних конструкций, как и для внутренней отделки и аксессуаров. Кроме того, поскольку это такой распространенный строительный материал, он не слишком дорог.

Итак, вы можете попробовать использовать железобетон для отделки стен, создания красивой мебели или даже просто для колонн или декоративных аксессуаров.Выбирайте этот очаровательный материал для своего дома, и вы не будете разочарованы!

Это может вас заинтересовать…

Оценка свойств сцепления железобетона с корродированной арматурой с помощью испытаний на одноосное растяжение | International Journal of Concrete Structures and Materials

Коррозия арматуры и развитие трещин

На рисунке 4 показано соотношение между максимальным процентом потери веса в результате коррозии и средним процентом потери веса в результате коррозии. Максимальный процент потери веса в результате коррозии измерялся каждые 2. 5 см в области с высокой степенью коррозии, и был измерен средний процент потери веса в результате коррозии по всей длине. Наклон линии регрессии для всех образцов равен 2,14. Наклон линии регрессии для всей коррозионной серии (образцы «А») составляет 1,87. Эти значения отношения уменьшались с увеличением длины корродированного участка.

Рис. 4

Максимальные проценты потери веса из-за коррозии по сравнению со средними процентами потери веса из-за коррозии.

На рисунках 5, 6 и 7 показаны проценты потери веса в результате коррозии по отношению к областям коррозии на образцах «A» и «H» соответственно, включая развитие трещин в бетоне с точки зрения процента коррозии.Трещины, возникшие из-за передачи напряжения от арматуры к бетону, также представлены на рис. 5 и 6.

Рис. 5

Распределение коррозии и трещин для образца «А» со всей коррозией.

Рис.  6

Распределение коррозии и трещин для образца «Н» с половинной коррозией.

Рис. 7

Потеря веса в результате коррозии для каждого случая коррозии.

Коррозионные трещины в параллельном направлении арматурного стержня не возникали, когда процент коррозионной потери массы был меньше 2.04 %. Кроме того, коррозионные трещины возникали в основном на поверхности бетона, контактировавшей с медной пластиной, или на боковой поверхности бетона на образце.

Для случая коррозии «А» продольные трещины образовались по всей длине образца. Часто появлялись поперечные трещины с увеличением процента коррозионной потери массы.

Для случая локальной коррозии «H» ширина коррозионной трещины была меньше, чем для случая коррозии «A» при том же проценте потери массы в результате коррозии.

В случае коррозии типа «C» и местной коррозии «S» продольных коррозионных трещин больше, чем поперечных коррозионных трещин. Такой исход может быть следствием продольного расширения локального участка с высокой интенсивностью коррозии; эти участки очень ограничены и имеют мелкое бетонное покрытие.

На рис. 8 показаны средние проценты потери веса в результате коррозии в сравнении с максимальным количеством коррозионных трещин. Коррозионные трещины образовались на одной поверхности, что и предполагалось в данном исследовании.

Рис. 8

Средние проценты потери веса в результате коррозии по сравнению с максимальными коррозионными трещинами.

На рисунке 9 показана зависимость между средним процентом потери массы арматуры в результате коррозии по всей длине образца и количеством трещин, полученным по результатам испытаний на растяжение.

Рис. 9

Трещины растяжения по отношению к средней коррозионной потере веса.

Для контрольного образца без какой-либо коррозии образовались три трещины растяжения, и количество трещин растяжения имело тенденцию к уменьшению с увеличением процента потери массы арматурного стержня из-за коррозии. Причина такого исхода заключается в том, что коррозия арматуры привела к снижению распределительной способности трещин, тогда как длина 80 см относительно мала, так что образовавшиеся ранее поперечные коррозионные трещины в основном повлияли на образование трещин растяжения.

Эффект жесткости бетона при растяжении

На рисунке 10 показаны зависимости растягивающего напряжения от средних значений деформации для образцов с разным уровнем коррозии и без коррозии, а также взаимосвязь между средним напряжением бетона и средней деформацией.Среднее напряжение бетона было рассчитано на основе эффекта жесткости при растяжении бетона.

Рис. 10

Средняя деформация в зависимости от приложенного напряжения.

В случае коррозии «А» (все) начальная жесткость образцов А-5 и А-6 с поперечными трещинами уменьшалась до тех пор, пока не образовались трещины растяжения, а начальный пик указывает на то, что точка растрескивания бетона больше не наблюдалась. При этом остаточное напряжение бетона при деформации равно 0.002 уменьшался по мере увеличения уровня коррозии, но разница незначительна. Короче говоря, когда уровень коррозии был высоким, количество трещин из-за напряжения увеличивалось, а количество проскальзывания вокруг поперечных трещин увеличивалось. Следовательно, при появлении новых трещин наблюдалось меньшее смещение растягивающего напряжения. Однако проскальзывание между арматурой и бетоном, вызванное продольными трещинами, за которыми последовали трещины растяжения, привело к более высоким средним значениям деформации при том же уровне нагрузки с увеличением уровня коррозии арматуры.

В случае «H» (половина) коррозии эффект жесткости при растяжении быстро уменьшался из-за увеличения коррозии стали, когда в образце бетона H-5 возникали коррозионные трещины.

В случаях локальной коррозии «C» (в центре) и локальной коррозии «S» (боковая) уменьшение влияний жесткости при растяжении связано с коррозией стали, как видно из отношения между напряжением и средними значениями деформации и зависимость напряжения бетона от средних значений деформации. Однако вклад напряжения в случаях коррозии «C» и «S» был выше, чем в случаях коррозии «H» и «A».

Деформация арматурного стержня увеличивалась в месте образования трещин при появлении поперечных трещин в железобетоне, подвергнутом растягивающему напряжению. Кроме того, при коррозии арматуры увеличивалась деформация. Этот результат был результатом потери прочности связи из-за коррозии стали, а также потери поперечного сечения арматуры. После образования трещин коррозия арматуры практически не повлияла на бетон, тогда как эффект жесткости при растяжении бетона со значительной локальной коррозией, по-видимому, уменьшился.

Прочность сцепления и проскальзывание

Проскальзывание происходит из-за снижения прочности сцепления между бетоном и арматурным стержнем, вызванного образованием трещин в бетоне наряду с расширением из-за накопления продуктов коррозии.

Для конечно-элементного анализа в этом исследовании для моделирования железобетона с проржавевшей арматурой были выбраны пластинчатые связующие элементы. Эти элементы связи могут быть представлены напряжением связи и жесткостью при сдвиге. Прочность связи и проскальзывание по отношению к уровню коррозии должны быть сформулированы для определения элемента связи железобетона с коррозией.Таким образом, для определения напряжения сцепления использовались условия равновесия сил связи между арматурой и бетоном и сила растяжения в бетонной трещине. Как только в бетоне, окружающем арматурный стержень, образуется трещина из-за растягивающей силы, распределение напряжений в бетоне и стали различно для разных мест, как показано на рис. 11. Напряжение сцепления представляет собой разницу между бетоном и арматурой с точки зрения деформации растяжения, так что напряжение связи может быть записано в виде уравнения.{{l_{t} }} \tau_{x} dx $$

(1)

где А
_в
— сечение бетона, d
_б
— диаметр арматуры, σ
_карат
– предел прочности бетона на растяжение (в трещине), τ
_х
— напряжение сцепления в пределах длины переноса, а l
_т
— длина передачи напряжения связи.

Равновесие сил используется в линейном приближении, как показано на рис. 11. Прочность связи можно рассчитать, используя уравнения (2) и (3).

$$ A_{c} \sigma_{ct} = \frac{1}{2}\pi d_{b} l_{t} \tau_{max} $$

(2)

$$ \tau_{{max} } = \frac{{2(N + 1)A_{c} \sigma_{ct} }}{\pi rL} $$

(3)

, где N — количество трещин при растяжении в образце.{ — 0,0948\Дельта ш} } \справа) $$

(4)

где τ
_с,макс.
– напряжение сдвига арматуры с коррозией (Н/мм ² ), τ
_с,макс.
— напряжение сцепления арматуры без коррозии (Н/мм ² ), а ΔW — средняя коррозионная потеря веса арматуры (%), ( ΔW ≥ 2.04 %).

Скольжение между арматурным стержнем и бетоном под действием растягивающего напряжения можно приблизительно рассчитать, используя ширину трещин, которые развиваются в бетоне (Soltani et al. 2013). Деформация поверхности бетона в этом исследовании не учитывалась. Проскальзывание между арматурой и бетоном в железобетонном элементе составляет половину максимальной ширины трещины в соответствии с Модельным кодексом CEB-FIP 1990 (1991). Следовательно, уравнение (5) можно переписать как уравнение. (6).

$$ W_{max} = s_{r} \left( {\varepsilon_{sm} — \varepsilon_{cm}} \right)(l_{t} \le S_{r} \le 2l_{t} ) $$

(5)

$$ s\left( x \right) = l_{t} \left({\varepsilon_{s} — \varepsilon_{c}} \right) = \frac{1}{2}S_{r} \left ( {\varepsilon_{s} — \varepsilon_{c}} \right) = \frac{W}{2} $$

(6)

, где W — ширина трещины, а S ( x ) — среднее максимальное проскальзывание между арматурой и бетоном в железобетонном элементе, подвергаемом растягивающей нагрузке (перемещение при нагрузке 30 кН в данном исследовании). ).

На рисунке 13 показана взаимосвязь между величинами проскальзывания, рассчитанными по уравнению.