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

Содержание

Железобетон, его характеристики

Одним из популярнейших строительных материалов на современном рынке считается железобетон.


 

Полезная информация:

 

Компания «ОтКом» является производителем железобетона уже более 10 лет.  Возможности завода этой компании позволяют железобетон купить на самых выгодных для вашего предприятия условиях. Став  постоянным клиентом компании «ОтКом», можно воспользоваться индивидуальной схемой сотрудничества и оптимизировать свои затраты.


 

Железобетон — это материал, отличающийся высокой надежностью и прочностью благодаря гармоничному сочетанию стальной арматуры и бетона.

Запатентованный в 19 веке, железобетон не только не утратил своей актуальности, а еще более расширил сферу своего использования. Сегодня его активно применяют при возведении мостов, во время работ по ремонту и укладке дорог, при монтаже теплотрасс и вентиляционных шахт. И уж совсем невозможно представить себе строительный процесс жилых или же промышленных зданий без использования какого-либо вида железобетонных конструкций. Даже в частном строительстве он применяется на этапе укладки фундамента, ведь его устойчивость к высоким нагрузкам достаточно велика.

Надежность сцепления бетона и арматуры является залогом высокого показателя сопротивления высоким нагрузкам, именно поэтому для достижения максимального сцепления используют стальные прутья с рифленой поверхностью, что позволяет бетону плотнее сцепиться с арматурой, защищая ее тем самым от воздействия внешней среды.

Секрет такой популярности очень прост: великолепное сочетание цены и качества, что позволяет сократить затраты на проект и гарантировано получить превосходное качество и долговечность.

 

Свойства железобетона

Основными характерными показателями для этого строительного материала служат:

  1. Долговечность и прочность, обеспечивающие целостность здания, которая достигается благодаря физическим и механическим качествам взаимодействующих в железобетоне материалов.

  2. Способность выдерживать различные нагрузки, ведь бетон не дает конструкции сжиматься под влиянием нагрузки, а арматура защищает от растягивания.

  3. Огнеупорность и способность выдерживать низкие температуры.

  4. Технологичность и легкость монтажа.

  5. Устойчивость к влиянию атмосферных явлений.

  6. Сочетание цены и качества.

Такие качественные характеристики позволяют железобетону быть лидером стройматериалов и использоваться в проектах по возведению плотин, аэродромов, электростанций. Особого внимания заслуживает возможность использования железобетона в зонах с повышенной сейсмичностью, где этот материал просто незаменим.

 

Виды железобетона

Железобетонные изделия традиционно представлены в 2 видах:

  1. Монолитных, изготовляемых непосредственно на строительной площадке, где раствор бетона заливают в заранее подготовленные металлические прутья. Примером таких изделий могут служить каркасы, перекрытия между этажами, балки.
  2. Сборные или как их принято чаще называть ЖБИ, которые изготавливают на заводе, а затем транспортируют на место проведения строительных работ. При этом такие элементы обязательно подвергаются дополнительной связке бетоном, для усиления конструкции. Этот вид изделий значительно выгодней первого, поскольку позволяет экономить средства и время при выполнении строительных работ.

В зависимости от вида используемой арматуры, железобетонные конструкции могут быть предварительно напряженными или обычными. Именно первые являются более практичными и долговечными, так как они позволяют выдерживать высокие нагрузки и предотвращают образование микротрещин в процессе растяжения от нагрузок. Кроме того, предварительно напряженные конструкции экономят до 50% стали.

 

Преимущества и недостатки железобетона

Свойства железобетона говорят о его бесспорных преимуществах перед другими строительными материалами, позволяя использовать его на строительной площадке в любое время года, не опасаясь за целостность возводимой конструкции.

Бесспорно, плюсов у железобетона много и его востребованность говорит сама за себя. Однако, как любой стройматериал, железобетон имеет и обратную сторону своих неоспоримых преимуществ.

Так, из недостатков в его использовании можно выделить следующие:

  1. Значительная масса. Хотя сейчас современные способы изготовления строительных материалов и позволяют заменить заполнители в используемых стальных конструкциях на более легкие, однако, проблему полностью это решить не может.

  2. Несмотря на невысокую стоимость самого железобетона, затраты на его поставку и монтаж весьма высоки, поскольку есть прямая необходимость использования специальной техники и квалифицированных специалистов.

  3. Какими бы прочными ни были конструкции из железобетона, все же и для них имеется определенный порог нагрузки, выходить за рамки которого не следует.

  4. Во время усадки конструкции железобетонные блоки могут дать трещину, а это потребует дополнительных затрат на усиление сооружения или что еще хуже, на его переделку.

  5. При строительстве зданий из железобетона уровень финансовых затрат возрастает из-за необходимости проводить тепло — и звукоизоляцию железобетона дополнительными материалами.


Интересные статьи:

Окна и стекла с энергосберегающим эффектом

  • < Назад
  • Вперёд >

Типы железобетона: свойства, особенности конструкций

Бетон — это прочный материал, но его устойчивость к растяжению меньше в 10 раз прочности на сжатие, поэтому используются армированные конструкции или железобетоны (ЖБ). Добавление стальной пластины, сетки, проволоки или прута на этапе формации элемента позволяет усилить прочность и износостойкость. Запатентована идея была еще в конце 19-го века, но с тех времен железобетон модернизировался и появился широкий ассортимент строительного материала.

Особенности конструкций и свойства ЖБ

Конструкции из железобетона используются в строительстве повсеместно, как в промышленном, так и жилом, и имеют ряд преимуществ перед другими строительными материалами. К плюсам можно отнести:

  • продолжительный срок эксплуатации сооружений;
  • адаптация к любому климату: экстремально низкие и высокие температуры, влажность, сырость;
  • прочность, устойчивость сооружений;
  • пожароустойчивость и коррозионная стойкость;
  • возможность использования в любых архитектурных формах;
  • быстрота и низкая себестоимость строительства.

Сфера использования железобетона в строительства: жилые здания, школы, промышленные предприятия, мосты, аэропорты, общественные сооружения, стадионы, концертные залы, таким образом, можно сказать, железобетон является строительным материалом номер один.

Типы и виды конструкций из железобетона

Одним из типов материала является монолитный железобетон, который производится на месте строительства.

По типу изготовления изделия могут быть:

  • Монолитные. Производятся на месте строительства в том виде, как того требует проект сооружения.
  • Сборно-монолитные. Часть элемента конструкции, является сборной, остальное бетонируется непосредственно на стройплощадке.
  • Сборные. Изделия стандартной формы, изготавливаемые предварительно, на заводе, и доставляемые на строительную площадку. Имеют свои плюсы:
    • Сокращают сроки строительства, т. к. производятся заранее, а монтаж с помощью кранов выполняется в течение короткого времени при любых погодных условиях.
    • Заводской способ изготовления снижает трудозатраты и расход материалов.

По способ производства железобетонные изделия могут быть:

  • Ненапряженные.
  • Предварительно напряженные, т. е. бетон в процессе изготовления подвергается обжатию, а металлическая арматура — растяжению. Технология повышает трещиностойкость и качество строительства, снижает деформацию элементов конструкций.

Что нужно знать?

Железобетонные изделия Описание Правила транспортировки
Панели Форма плоская четырехугольная Вертикально с закреплением под углом в 10 градусов, с прокладками между изделиями для исключения касания
Вариантивно оснащаются проемами для дверей и/или окон
Фермы Конструкция прямоугольная с решетками В вертикальном положении
Используются для перекрытий
Балки, ригели Основа для фундаментов В вертикальном положении, закрепив по всей высоте изделия, с подкладками под низ для опоры
Сваи Применяются в сооружении стен здания В горизонтальном положении, с опирами на специальные подкладки
Стойки Опорный элемент для линий электропередач, предохраняют провода от соприкосновения с землей, водой В горизонтальном положении, возможна траспортировка группой, с опорой в виде подкладки
Колонны Несущий элемент сооружений из железобетона В штабелях, между рядами простилаются специальные прокладки
Объемные блоки Имеют вид готовых строительных конструкций, представляя собой полую прямоугольную призму с проемами для дверей и/или окон Вертикально, с опирой на транспортную платформу
Чувствительны к динамическим перегрузам
Санитарно-технические кабины Объемные элементы большой массы и габаритов Вертикально, с опорой на транспортную поверхность, с двумя прокладками
Отдельные самостоятельные конструкции

Необходимо строго придерживаться инструкций по транспортировке, избегать смещения железобетонных изделий к месту строительства во избежание деформации изделий.

Нарушение правил транспортировки может может нарушить целостность конструкций, привести к деформациям, устранить которые на строительной площадке не представляется возможным. Кроме того, плохо закрепленные, тяжелые железобетонные элементы представляют прямую угрозу жизни рабочих. Представлены лишь основные ЖБ-конструкции. Их технические свойства и параметры эксплуатации регламентируются ГОСТами.

Свойства железобетона, его плюсы и минусы





 



Что такое железобетон — это строительный неоднородный материал, который состоит из стали бетона. Изделия из железобетона, это комплексный материал, сочетающие в себе два важных взаимодействующих компонента: стальную арматуру и бетон. Благодаря их взаимодействию, получается уникальный и незаменимый материал, обладающий великолепными качествами. С момента возникновения этого композиционного материала который был , запатентован в 19 веке, железобетон не утратил своей популярности, а только расширил области своего применения. Чем же он так привлекает? Возможно, дело тут в том, что железобетон идеально сочетает в себе и хорошую цену, и великолепное качество. Железобетон используется как в промышленном, так и в жилищном строительстве, и отличается превосходными качествами:

1. Долговечность
2. Прочность
3. Устойчивость к различным видам нагрузок
4. Устойчивость к воздействию огня
5. Технологичность 
6. Устойчивость к любым климатическим и погодным условиям
7. Невысокая стоимость

Эти великолепные качества изделий из железобетона делают возможным его использование не только при строительстве зданий, но и для сооружения плотин, аэродромов, дамб, гидроэлектростанций, атомных станций, конструкций с повышенной сейсмостойкостью.
Все железобетонные изделия можно разделить на монолитные и сборные.

Монолитные изделия из железобетона, как правило, выполняются на само строительной площадке, то есть происходит заливка бетона в подготовленную арматуру. Это могут быть каркасы, межэтажные перекрытия, балки.

Технология строительства в основе, которой лежит железобетон, отработан многими десятилетиями и зарекомендовала себя только с положительной стороны. Сборные железобетонные изделия выполняются, производятся на заводе и затем только привозятся на рабочую площадку, это позволяет значительно сократить сроки строительства удешевить его.

О положительных качествах изделий из железобетона можно говорить еще много и долго, но было бы нечестно не сказать и о его недостатках.
Основным недостатком железобетона считается его очень большая масса, но сейчас эта проблема решается с помощью более облегченных заполнителей стальных конструкций. Работа с использованием железобетонных изделий требует определенной техники, а значит и больших затрат.

Несмотря на свои отрицательные качества железобетон является очень востребованным строительным материалом.


 

Железобетонные изделия: состав, производство и применение.

Железобетон и его применение

Железобетонные изделия представляют собой бетонный монолит с внутренним каркасом из стальной арматуры.

В таком виде этот стройматериал применяется уже давно и в широком масштабе. По отдельности что бетон, что стальная арматура — суть материалы не очень долговечные, но соединённые в одном монолите обеспечивают высокую прочность, практичность и, что немаловажно, экономически очень выгодны, если сравнивать с другими строительными материалами…

Здание, построенное из железобетонных блоков, отличается долговечностью и огнестойкостью, ему не требуются специальные мероприятия по защите от атмосферных явлений. Железобетон со временем только прочнеет, арматурный каркас защищён от коррозии со всех сторон толстым слоем бетона. Высокая прочность и несущая способность ЖБИ позволяет сооружениям хорошо выдерживать статические и динамические сейсмические нагрузки.

Под термином «железобетон» понимается все семейство железобетонных изделий и конструкций, используемых в многоэтажном и промышленном строительстве. Железобетонными можно изготавливать конструкции различных форм, что по достоинству оценят архитекторы.

Производство ЖБИ

В состав бетона входят вода, цемент и песок или щебень. Вода и цемент — это активные компоненты бетона. Они взаимодействуют друг с другом, образуя цементный камень и скрепляя зёрна заполнителей в клейкую смесь. Цемент химически не взаимодействует со щебнем и песком, поэтому заполнители являются инертными материалами. Величина зерён заполнителя, начиная со щебня горных пород или известняка и заканчивая мелким речным песком, значительно меняет свойства и структуру бетона.

Арматурный каркас железобетонного изделия изготавливается из стальных прутков или пучков проволоки. В составе ЖБИ выделяют монтажную и рабочую арматуру. Рабочую арматуру устанавливают в низ изделия. Монтажной арматурой формируется готовый «скелет» изделия, придающий ему необходимую жёсткость и прочность. А это важно для изделий, работающих на изгиб: балок, плит перекрытий, опорных блоков фундамента. На монтажной арматуре крепят стержни рабочей арматуры, фиксируют и закрепляют закладные элементы и петли.

Железобетонные изделия из напряженного бетона

В строительстве также применяется такая разновидность железобетона, как напряжённый железобетон. При заготовлении железобетонного изделия арматуру в бетоне слегка растягивают или сжимают, и она застывает в таком положении. Это делается вот для чего. Как правило, перекрытия из бетона и несущие балки всё время подвержены давлению на изгиб. Изогнуть железобетонную конструкцию стремятся её собственный вес, вес размещённых на ней предметов и нагрузка от стен на каркас сооружения.

Если не предпринимать никаких мер, то постоянное воздействие на растяжение и изгиб конструкции может серьёзно её ослабить и в итоге уменьшить долговечность несущей балки и плиты перекрытия, что недопустимо. Для этого арматуру в процессе изготовления ЖБИ искусственно «напрягают», сжимая или растягивая её в сторону, противоположную предполагаемой нагрузке. Реальная нагрузка в итоге будет гаситься искусственным напряжением, и конструкция будет пребывать в нейтральном состоянии, испытывая лишь незначительное воздействие.

Из железобетона изготавливают пустотные и ребристые плиты перекрытия, ограды, перемычки, фундаменты, плиты дорожного полотна, кольца колодцев и столбы линий электропередач. Для каждого вида железобетонных изделий разрабатывают собственный арматурный рисунок, подбирают требуемый состав бетона и определяют технологию изготовления.

Как уже говорилось, конструкции, работающие на изгиб (перемычки, балки и плиты перекрытия), производят из напряжённого железобетона. Бетон заливают в подготовленную форму, в которой должны быть установлены на специальные упоры стальные стержни. Натяжение арматурных стержней производят домкратами или предварительно разогрев стальную деталь электрическим током. После натяжения арматуру фиксируют в таком состоянии на бортоснастке формы, где заливают бетон.

Бетон в формы заливают на специальных стендах либо на специальном конвейере способом роликового формования или прокатом. Залитую смесь уплотняют вибрирующим уплотнителем, затем подают в специальные тепловые камеры. В тепловой камере бетон быстро затвердевает, где методом пропаривания при температуре 80-95 градусов Цельсия в течение 8-12 часов железобетонное изделие набирает 65-75 % паспортной прочности. Сушка в естественных условиях дала бы такой результат лишь по прошествии 28 дней твердения. После затвердевания изделия напряжённую арматуру отсоединяют от фиксаторов на стенках формы. Арматурные стержни немного ужимаются по длине, передавая напряжение на прилегающие к стержням слои бетона.

Производство ЖБИ цилиндрической формы

Железобетонные изделия цилиндрической формы производят способом центрифугирования. Для этого устанавливают полуформу на стенд центрифуги, внутрь полуформы укладывают металлические стержни (иногда в напряжённом состоянии), на которые навивают стальную проволоку для получения каркаса. Далее ложковый бетонораздатчик заливает бетон по всей длине полуформы, которую накрывают другой полуформой, затем включают центрифугу. Под действием центробежной силы бетон скапливается у внешнего ограждения формы, а затем, меняя частоту вращения центрифуги, уплотняют залитую бетонную смесь, получая готовую форму.

Наконец, цилиндрическое изделие отправляют в тепловую камеру, где оно затвердевает и готово к использованию.

Автор: СИСТЕМА 2 Google

Железобетон

Железобетон

Сервер бесплатной
информации, нормативно-технической и популярной литературы для
специалистов строительной и смежных отраслей, студентов ВУЗов и
колледжей строительных специальностей, частных застройщиков.



Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги
в сфере жилой, коммерческой и иной недвижимости. Московский регион. Официально.

Часть 1

Железобетон представляет собой строительный
материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и
арматурной стали. Идея сочетания в железобетоне двух крайне
различающихся своими свойствами материалов основана на том, что
прочность бетона при растяжении значительно (в 10 … 20 раз)
меньше, чем при сжатии, поэтому в железобетонных конструкциях он
предназначается для восприятия сжимающих усилий; сталь же,
обладающая высоким временным сопротивлением при растяжении и
вводимая в бетон в виде арматуры, используется главным образом для
восприятия растягивающих усилий.

Наиболее выгодно применять железобетон для строительных конструкций,
работающих на изгиб (см. схему ниже):


Схема работы железобетонного элемента на изгиб

При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения
— растягивающее, воспринимаемое сталью, и сжимающее, воспринимаемое
бетоном, и железобетонная конструкция в целом успешно противостоит
изгибающим нагрузкам.

Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон
при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надежно
защищает ее от коррозии, так как в процессе гидратации цемента
образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры
обеспечивается также относительной близостью величин их
коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5
· 10-6 до 12 ·
10-6, для стальной арматуры 12 ·
10-6).

Железобетон используется в виде сборных и монолитных конструкций.
Сборные конструкции изготовляются на специальных заводах
железобетонных конструкций в многократно используемых формах и
средствами транспорта доставляются к месту строительства, где из них
возводят здания и сооружения. Конструкции из монолитного
железобетона изготовляются непосредственно на месте, в качестве форм
используются различного вида опалубки. В этом случае к месту
строительства подвозятся раздельно бетон и арматура. Монолитный
железобетон в современном строительстве применяется все более
широко.

В промышленном и гражданском строительстве достаточно часто
используется сборный железобетон, позволяющий превращать
строительную площадку в площадку монтажа сооружений из готовых
деталей и конструкций, тем самым облегчать и улучшать условия работы
строителей, особенно в зимнее время, ускорять, а иногда и удешевлять
строительство. В РФ широко применяются предварительно напряженные
железобетонные конструкции. В этих конструкциях свойства бетона и
арматуры используются наиболее полно. Основная идея этих конструкций
состоит в том, что путем искусственного предварительного обжатия
бетона в тех местах конструкций, где эксплуатационная нагрузка
вызывает растягивающие усилия, появление нежелательных растягивающих
напряжений в бетоне отодвигается на более поздний этап загружения
или даже совсем исключается. Таким образом, принципиальное отличие
предварительно напряженных конструкций от обычных заключается в том,
что еще до установки в эксплуатационное положение, т. е. при
отсутствии внешней нагрузки, в них уже будут выгодные с точки зрения
эксплуатации начальные напряжения (см. схему ниже):


Схемы предварительного напряжения железобетонных конструкций

а — предварительное напряжение в твердеющем бетоне; б -последующее
напряжение в затвердевших готовых изделиях; 1 — упор; 2 — форма; 3 —
натяжное устройство; 4 — анкерное устройство; 5 — стенка канала.

Конструкция рассчитывается и изготовляется так, чтобы в растянутой
зоне бетон либо вообще не испытывал растягивающих усилий, либо имели
место растягивающие усилия, не приводящие к появлению трещин. В
предварительно напряженных конструкциях растянутая арматура и сжатый
бетон испытывают более значительные нагрузки, но материал работает
полнее, что позволяет изготовлять более легкие и экономичные
конструкции.


Управление недвижимостью: сдача в аренду, работа с арендаторами и поставщиками услуг.
Технический надзор за подрядчиками (мастерами, специалистами), ведение документации.


2007-2021 © remstroyinfo.ru
При цитировании материалов в сети обратная ссылка строго обязательна

 

 

 

 

Что такое железобетон и для чего он нужен?

Железобетон – это нужный и полезный материал, который используется во многих отраслях строительства, промышленности. Его получают из соединения бетона и железа (арматуры). С появлением такой технологии удалось значительно расширить возможности строительства.

Железобетонные изделия долговечные и прочные. Качество продукции из ЖБ во многом зависит от правильной технологии изготовления. В статье мы расскажем, где чаще всего применяется железобетон и как выбрать качественные ЖБИ.

История появления железобетона

Впервые такое изделие появилось в 1867 году. Придумал его садовник из Франции. Это был цветочный горшок. Француз задумался о том, как сохранить растения при их транспортировке. Глиняные горшки не выдерживали тряску, поэтому было принято решение придумать более прочные емкости. Так на свет появился железобетонный горшок. Он был выполнен из цементного раствора, а внутри находилась стальная арматура.

Далее инженеры начали активно применять такую технологию для изготовления различных построек. Первые дома из ЖБИ появились во Франции, США и Британии в  XIX веке. В нашей стране изучение полезных свойств такого материала пришлось на конец XIX-начало XX века.

В наше время сложно встретить хотя бы один объект, где не использовался бы железобетон. Даже в деревянных домах фундамент заливают бетоном с армирующим веществом.

Характеристики железобетонных изделий

Сочетание железа и бетона делают ЖБИ очень прочными. В результате такой материал обладает отличной сопротивляемостью к сжатию. А это крайне важная опция для строительства высотных зданий и крупных объектов.

Перечислим и другие полезные свойства:

  • Пожаробезопасность. ЖБИ не реагируют на огонь и защищают другие материалы от пожара. Железобетон толщиной в 2 см надолго остановит распространение огня. Что уже говорить о более широких конструкциях.
  • Долгий срок службы. По сравнению с деревом и даже кирпичом конструкции из железобетона прослужат в разы дольше. Перекрытия из ЖБИ можно эксплуатировать столетиями.
  • Стойкость к коррозии. Железобетонным конструкциям не страшна влага и дождь, поэтому ржавчина на них не появляется.

Наиболее распространенные изделия из железобетона

С появлением ЖБИ возможности в сфере строительства значительно расширились. Сегодня сложно встретить хотя бы один объект, где не использовался бы этот материал. Перечислим основные изделия, которые изготавливаются из бетона с добавлением армирующих элементов.

Фундамент

Основа дома должна быть прочной. С появлением такого материала удалось, наконец, предотвратить большую усадку зданий, повысить их долговечность. Особенно хорошо зарекомендовали себя ЖБ фундаменты на нестабильном грунте, где раньше в принципе невозможно было возводить дома.

Плиты перекрытия

Отличное решение для перекрытия этажей и настила пола в каменных домах. ЖБ плиты надежны и влагостойки, поверх них можно укладывать плитку, теплый пол и другие материалы.

Внимание! Дома с плитами перекрытия требуют хорошей и прочной опалубки.

Стены

Дома из монолита довольно сложные в реализации, поэтому редко где можно встретить коттеджи, выполненные полностью из ЖБИ. Зато нередко монолитные конструкции встречаются в многоэтажных жилых, офисных и производственных зданиях.

Площадки

Учитывая, что бетон не боится влаги и больших нагрузок, он активно используется для строительства различных площадок и отмостков.

Лестницы

Такая лестница прослужит сотни лет, не потеряв своих первоначальных свойств. Потому именно этот материал применяется для изготовления лестничных маршей в многоэтажных домах. В загородном строительстве ЖБИ для производства лестницы используется реже.

Оконные и дверные перемычки
Тротуарные плиты, крышки колодца и другие элементы.

ТПК «Время строить» занимается собственным производством железобетонных изделий. У нас можно заказать лестничные марши, кольца колодцев, плиты перекрытия и другое.

 

Свойства бетона и железобетона | Полезная информация

Бетоном называется искусственный каменный материал, получаемый из смеси вяжущего вещества, воды и заполнителей, подобранных в соответствующей пропорции, после придания этой смеси необходимой формы и после ее твердения. В качестве вяжущего обычно применяют цементы различных видов, заполнителем служат гравий, щебень и песок.

Цементы и вода являются активными составляющими бетона. При затворении цемента водой получается цементное тесто. Оно обволакивает зерна заполнителя, заполняет промежутки между ними, а затвердевая, переходит в камневидное состояние и надежно связывает эти зерна в одно монолитное целое.

Бетоны подразделяются по объемной массе, по виду применяемого вяжущего, по крупности заполнителя, по назначению. По объемной массе бетоны делят на тяжелые, особо тяжелые, легкие, особо легкие.

Тяжелые бетоны имеют объемную массу 1800— 2500 кг/м3, заполнителем в таких бетонах служит гравий, щебень и кварцевый песок. Объемная масса легких бетонов 500—1800 кг/м3. Чтобы получить такой бетон, необходимо в качестве заполнителя применять легкие пористые заполнители (природные пемзу и туф, искусственные керамзит или шлаковую пемзу и т. д.) или же образовывать в теле бетона многочисленные ячейки-поры (ячеистые бетоны).

Особо тяжелые бетоны имеют объемную массу более 2500 кг/м3. Для их приготовления применяют очень тяжелый щебень из металлических руд, железный скрап и т. д.

Особо легкие бетоны имеют объемную массу менее 500 кг/м3. Легкие бетоны, как правило, обладают невысокой прочностью, но зато пониженной теплопроводностью и поэтому обычно их применяют в ограждающих конструкциях (наружные стены, панели кровель).

Высокопрочные легкие бетоны для изготовления несущих конструкций (балок, ферм, плит, колонн) в нашей стране применяются пока очень мало.

Если бетон приготовлен только на одном мелком заполнителе (песок, щебень крупностью до 10 мм), то он называется мелкозернистым. Если в бетоне нет песка, то цементное тесто не заполняет всех пустот между гравием или щебнем и получается так называемый крупнопористый бетон, обладающий также пониженной объемной массой.

К бетонам специального назначения относятся высокопрочные, дорожные, гидротехнические, декоративные, жаростойкие (для футеровки промышленных печей, дымовых труб), химически стойкие.

Одним из важнейших свойств бетона, как и любого конструкционного каменного материала, является его прочность на сжатие.

Прочность бетона зависит главным образом от прочности цементного камня, вида заполнителя и срока твердения. Прочность цементного камня зависит не только от марки (активности) цемента и его количества, но и от так называемого водоцементного отношения, т. е. отношения воды к массе цемента (обозначается В/Ц) в единице объема бетона: можно увеличить расход цемента в 1,5 раза, но если во столько же увеличить расход воды, прочность бетона не изменится. Если при том же расходе цемента увеличить дозу воды, прочность бетона уменьшится.

Это объясняется следующим. При твердении бетона вода вступает в химическое взаимодействие с цементом, образуя цементное тесто. Это тесто, связывающее зерна заполнителя, является минеральным клеем, а прочность любого клея снижается по мере разбавления его водой. Кроме того, для создания цементного камня требуется значительно меньше воды, чем ее нужно вводить при затворении, чтобы получить требуемую пластичность смеси. Излишняя вода при твердении бетона испаряется, при этом образуются поры. Чем больше сквозных пор, тем хуже качество бетона. Вторым интересным и также очень важным свойством бетона является то, что его прочность не постоянная величина, она непрерывно возрастает, и этот рост может при благоприятных условиях длиться многие годы. Но наиболее интенсивный рост прочности происходит в течение первых недель, затем он значительно замедляется. Поэтому при проектировании железобетонных конструкций условно принимается прочность бетона в возрасте 28 сут после затворения при нормальном (естественном) твердении. Всякое последующее нарастание прочности в расчеты не вводится и относится в запас. Отсюда проектную марку бетона определяют как предел прочности образцов, испытанных, как правило, в 28-суточном возрасте.

Образцами являются кубики размером 20Х20Х Х20 см; 15X15X15 или 10x10x10 см. Изготовляют их из бетона того же состава, из которого будут изготовлены данные конструкции. Проектную марку определяют как среднюю по прочности серии испытанных образцов.

Испытывая такие образцы-кубы, подбирают состав бетона для обеспечения заданной марки и систематически контролируют обеспечение этой марки в процессе изготовления продукции.

Для сборных конструкций установлены следующие проектные марки бетона по прочности на сжатие: тяжелого бетона—150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600 кгс/см2; легкого бетона на пористых заполнителях—25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250 и 300 кгс/см2; ячеистого бетона — от 25 до 200 кгс/см2 в зависимости от их плотности.

Помимо марки по прочности на сжатие для конструкций специального назначения устанавливаются и контролируются марки по прочности на изгиб, осевое растяжение и др.

К другим характеристикам бетона относятся также плотность бетона и его объемная масса, пористость, водопоглощение, водонепроницаемость, теплопроводность, звукопоглощение.

Высокая водонепроницаемость бетона нужна для конструкций, работающих под напором воды, например резервуаров, плотин. Водонепроницаемость обозначается марками В-2, В-4, В-6, В-8, указывающими на максимальное давление воды в кгс/см2, выдерживаемое специальными бетонными образцами при испытании.

Теплопроводность является важной характеристикой бетона ограждающих конструкций отапливаемых зданий (панелей наружных стен, чердачных перекрытий и кровель). Чем выше теплопроводность, тем «холоднее» бетон, тем больше тепла уходит из помещения. Теплопроводность бетона и всякого материала зависит от его структуры, плотности, влажности. Поэтому толщина стеновых панелей из легких или ячеистых бетонов зависит от их марки (и следовательно, плотности). Так, например, если панель наружной стены изготовлена из легкого бетона марки 50, то ее толщина в условиях московского климата 30 см, если из бетона марки 100, то толщина при той же влажности уже 40 см. Панели наружных стен делают и из тяжелого бетона марок 200—300. Но в этом случае внутрь панели закладывают прослойку из теплоизоляционного материала: шлаковойлок, плиты из пеностекла и т. д. Такую панель в отличие от однослойной легкобетонной называют многослойной: два наружных слоя из тяжелого бетона толщиной по 4—5 см и средний слой теплоизоляция, по контуру и в середине наружные слои соединены между собой ребрами также из тяжелого бетона. Эти ребра являются проводниками тепла. Поэтому при формовании таких панелей нужно следить, чтобы толщина этих ребер (мостиков холода) не превышала заданного значения, чтобы в уложенном слое утеплителя не было разрывов и пустот, в которые попадает тяжелый бетон при укладке второго наружного слоя, вызывая тем самым дополнительную потерю тепла в доме.

Не менее важным свойством тяжелого бетона является его звукопроводность. Уменьшить этот недостаток бетонных конструкций внутренних стен и перекрытий можно не только путем улучшения проектировщиками конструкций зданий или же улучшением качества строительства (более плотная заделка стыков панелей и т. д.), но и строгим соблюдением проектных размеров конструкции.

Свойства бетона, армированного различными видами промышленных отходов волокнистых материалов

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.06.017Получить права и содержание материалы на основе цемента стали обычной практикой в ​​бетонной промышленности. В этой статье обсуждается возможность добавления металлических и полипропиленовых побочных продуктов в качестве армирования обычного бетона. Экспериментально исследовано влияние введения различных видов отходов металлических волокон (ОМФ) и полипропиленовых волокон (ППФ) на механические свойства фибробетона.В качестве контрольной смеси использовали обычный бетон с пределом прочности при сжатии 30 МПа. Оценено влияние типа, объема и длины ВФ на прочность на сжатие и изгиб, а также ударную вязкость фибробетона (ФББ). Полученные результаты показали, что WPF снижает прочность на сжатие WFRC, особенно при использовании длинных волокон с большой объемной долей. Небольшое снижение прочности на сжатие также наблюдалось у композитов, содержащих более 2% ВМУ.Однако добавление WPF и гибридных волокон увеличивает прочность на изгиб WFRC. Было замечено, что композиты, армированные WPF, более выгодны с точки зрения поведения после образования трещин и несущей способности по сравнению с композитами, армированными WMF, даже в некоторых случаях WPF работает лучше, чем мультимодальные композиты. Результаты показали, что, как правило, пластичность, ударная вязкость и особенно поведение WFRC после растрескивания значительно улучшаются при использовании мультимодальных композитов по сравнению с композитами, армированными системой моноволокон.Также обсуждались результаты, касающиеся ориентации и распределения волокон в цементной матрице, а также пористости и их влияния на характеристики WFRC.

Ключевые слова

Ключевые слова

Степенные ключевые слова

Степень изгиба

Усилитель из отходов Бетон

Прочность на волокно

Остаточная прочность

Распределение нагрузки

Распределение волокна

пористость

Рекомендуемое Средственные изделия (0)

Просмотреть полный текст

Авторское право © 2009 ООО «Эльзевир». Все права защищены.

Рекомендованные статьи

Ссылающиеся статьи

Механические свойства сталефибробетона с использованием технологии вибрационного смешивания

Стальной фибробетон, как важный конструкционный материал, широко использовался в гражданском строительстве. До настоящего времени железобетон, армированный стальной фиброй, обычно производился традиционным методом смешивания. По причине равномерного распределения фибры усиление механических свойств бетона выполнено неадекватно.В этой статье стальной фибробетон C50 и стальной фибробетон C60 были изготовлены с использованием традиционных методов смешивания и вибрационного смешивания, соответственно, а затем были проведены испытания на кубическое сжатие, испытание на изгиб, испытание на растяжение при раскалывании и испытание на изгиб. вне. Эффект усиления механических свойств был проанализирован путем сравнения традиционных методов смешивания и вибрационного смешивания. Результаты показывают, что вибрационное перемешивание может эффективно улучшить распределение стальной фибры в бетоне и может увеличить плотность сталефибробетона, и, следовательно, оно эффективно улучшает механические свойства сталефибробетона по сравнению с традиционным методом перемешивания.

1. Введение

В качестве важного строительного материала бетон широко используется в гражданском строительстве, например, при строительстве мостов и дорог, и соответствующие экспериментальные исследования механических свойств бетона также оказались плодотворными [1–5]. С бурным развитием инженерного строительства в ответственных инженерных сооружениях постепенно стали применяться высокопрочные бетоны, такие как фибробетон [6–10]. Среди этих высокоэффективных бетонов, благодаря преимуществам низкой стоимости, простоты изготовления и улучшения характеристик, очевидно, сталефибробетон широко использовался в современной области техники [9, 10].Однако исследование показало, что неравномерное включение стальной фибры может повлиять на текучесть и однородность бетонного смешения и даже привести к склеиванию волокон, что в конечном итоге влияет на усиление механических свойств [11–15]. До сих пор в большинстве исследований внимание уделялось улучшающему эффекту различных типов волокон или оптимальному содержанию волокон, но мало литературы уделяло внимание разнице в улучшающем эффекте различных технологий перемешивания. В качестве своего рода новой технологии перемешивания, по сравнению с традиционной технологией перемешивания, технология вибрационного перемешивания может эффективно улучшить распределение волокон в бетоне, еще больше увеличить плотность сталефибробетона и, наконец, улучшить механические свойства сталефибробетона [16]. –20].Но в настоящее время технология вибрационного перемешивания не получила широкого применения в технике, а исследования по ее улучшению механических свойств бетона недостаточны как в стране, так и за рубежом. По этим причинам в этой статье были подготовлены образцы для испытаний бетона с различным объемом включения стальной фибры в различных пропорциях смеси, которые были изготовлены с использованием различных технологий перемешивания. Затем были проведены испытания на сжатие, испытание на изгиб, испытание на растяжение при раскалывании и испытание на изгиб; наконец, были сопоставлены и проанализированы различия в удобоукладываемости и механических свойствах сталефибробетона, изготовленного вибрационным смешиванием и традиционными технологиями смешивания соответственно.

2. Материалы и программы испытаний
2.1. Материалы
2.1.1. Стальная фибра

Физико-химические параметры стальной фибры должны соответствовать требованиям JGT 472-2015. Длина стальной фибры должна быть 20 мм ~ 60 мм, а диаметр или эквивалентный диаметр должен быть 0,3 мм ~ 1,2 мм; отношение длины к диаметру составляло 30∼65.

2.1.2. В этой статье использовался обычный портландцемент Cement

P.O 42.5, и каждый показатель эффективности цемента и его прочность в течение 3 дней и 28 дней проверялись в соответствии с показателем эффективности «General Portland Cement» (GB175-2007).

2.1.3. Мелкий заполнитель

Был выбран сортированный песок хорошего качества, модуль крупности должен находиться в диапазоне от 2,3 до 3,0; производительность мелкого заполнителя была проверена в соответствии с GB14684-2011.

2.1.4. Крупный заполнитель

Также был произведен пробный отбор твердого гранулометрического состава, фракционированного непрерывного гравия и формы заполнителя с более однородным реберным многогранником, с размером частиц 5 мм~20 мм и содержанием глины <1%. «Стандартный метод испытаний строительной гальки, гравия» (GB/T14685-2011) использовался в качестве показателей эффективности испытаний крупного заполнителя.

2.1.5. Добавка

В качестве добавки использовали поликарбоксилатный суперпластификатор со степенью снижения содержания воды не менее 25%. Количество добавки составляло 0,5-1% от содержания цемента.

2.1.6. Минеральная примесь

Добавление летучей золы должно соответствовать положениям GB/T1596.

2.2. Расчет пропорции смеси

Целью данного эксперимента является изучение улучшения механических свойств различных типов сталефибробетона (SFRC), которые были изготовлены путем обычного перемешивания и вибрационного перемешивания соответственно.В области машиностроения железобетон, армированный стальной фиброй, всегда использовался в качестве высокопрочного бетона, поэтому в этой статье были изучены два вида высокопрочного бетона С50 и С60, а количество добавки стальной фибры составляло 0,5. %, 1%, 1,5% и 2% соответственно. Конкретная смесь показана в Таблице 1.


5 C50

2


Образец Номер Стальной волокно Параметр (%) Стальное волокно (кг) Вода (кг) Цемент (кг) Грубый агрегат (кг) мелкий агрегат (кг) добавка (кг) соотношение совокупности песчаного грубая

0 0 172 347.5 1181,3 664,5 2,7 0,36
0,5 39 172 347,5 1159,5 674,3 2,7 0,36
1 58,9 172 347.5 1148,6 679.2 679.2 2.7 0.36
1,5 78,5 172 347. 59 1137.8 684.9 2,7 0,36
2 117 172 347,5 1115,1 693,7 2,7 0,36

С60 0 0 164 451.8 1078.2 660.8 660.8 660.8 4,9 0.36
0.5 39,3 164 451.8 1055.8 671,2 4,9 0,36
1 78,5 164 451,8 1033,5 681,5 4,9 0,36
1,5 117,8 164 451,8 1011.1 691.9 4.9 0.36
2 157 164 451.8 988.8 988. 8 702.2 4.9 0,36

2.3. Подготовка образцов

Для обеспечения равномерного распределения базальтовых волокон в смеси сначала смешивали песок и щебень, а затем добавляли цемент и волокно. После перемешивания смесей в течение 30 секунд в процессе перемешивания добавляли воду и добавки. Время перемешивания сталефибробетона составило 3 минуты; а процесс смешивания показан на рис. 1.

Приготовленную смесь помещали в испытательную форму для вибрации, а затем делали плоской.После выдержки в течение 48 часов форму удаляли, а затем образцы отверждали в стандартной сушильной камере при температуре 20°С и относительной влажности 97%. Процесс отверждения показан на рисунке 2.

Механизм усиления вибрации должен был заставить цементный порошок и мелкий материал быстро рассеиваться; скорость реакции гидратации воды и цемента была ускорена равномерно, так что микроскопическая структура цементного бетона была улучшена, а дозировка цемента была эффективно уменьшена. Контраст эффектов между вибрационным и традиционным перемешиванием показан на рисунке 3, а контраст микроструктуры между вибрационным и традиционным перемешиванием показан на рисунке 4.

3. Экспериментальные программы
3.1. Кубическое сжатие сталефибробетона

Кубический образец стандартной длины 150 мм использовался в кубическом испытании на прочность на сжатие, а также в методах и процедурах «стандартного метода испытаний механических свойств обычного бетона» GB/T 50080-2016 и « метод испытания фибробетона» (CECS 13-2009).В этом испытании использовался контроль напряжения с постоянной скоростью, а скорость нагружения составляла 0,6 МПа/с; образец будет автоматически разгружен, и машина зафиксирует силу повреждения. Кубическая машина для испытания прочности на сжатие показана на рисунке 5.

3.2. Испытание на изгиб сталефибробетона

Существующая литература показала, что испытания на изгиб сталефибробетона, изготовленного вибрационным перемешиванием, до настоящего времени были очень ограничены. С этой целью для изучения прочности на изгиб в данном исследовании использовалась серия образцов балки (в возрасте 28 d) размером 100 мм × 100 мм × 400 мм.Испытания на трехточечную нагрузку проводились на машине для испытаний на изгиб (типа NYL-300C) в соответствии с китайским стандартом (JTG E30-2005). Прибор для испытаний на прочность на изгиб представлен на рисунке 6.

3.3. Испытание сталефибробетона на растяжение при раскалывании

В испытании на растяжение при раскалывании использовался кубический образец стандартной длины 150  мм, и каждая группа включала 3 образца. В этом испытании использовалась машина для испытаний под давлением 3000 кН, и перед испытанием на раскалывание следует начертить положение раскола, как показано на рисунке 7.

4. Результат и обсуждение
4.1. Кубическая прочность на сжатие сталефибробетона
4.1.1. Кубическая прочность на сжатие сталефибробетона, изготовленного традиционным перемешиванием

Из рисунка 8 (а) видно, что для традиционного метода перемешивания прочность на сжатие сталефибробетона CF50 увеличивается по мере увеличения содержания стальной фибры. При содержании фибры 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2 % прочность бетона на сжатие увеличивается в 7 раз.05%, 13,79%, 18,17% и 20,85%. Рисунок 8(а) показывает, что при содержании волокон менее 1% скорость увеличения прочности на сжатие выше; поскольку содержание волокна составляет более 1% (например, 1,5% и 2%), скорость увеличения прочности на сжатие становится медленной.

На рис. 8(b) показано, что, подобно CF50, прочность на сжатие армированного стальной фиброй бетона CF60 также улучшается с увеличением содержания стальной фибры. При содержании фибры 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2 % прочность бетона на сжатие увеличивается в 6 раз.33%, 20,59%, 24,57% и 26,35%. Рисунок 8(b) также показывает, что хотя содержание волокна составляет менее 1%, скорость увеличения прочности на сжатие выше; поскольку содержание волокна составляет более 1% (например, 1,5% и 2%), скорость увеличения прочности на сжатие становится медленной.

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что армированный волокном эффект прочности на сжатие высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при том же содержании волокна 1% прочность на сжатие увеличивается в 20 раз. 59% в CF60; в CF50 значение составляет 13,79%. Другими словами, при вибрационном перемешивании более очевиден усиленный стальной фиброй эффект высокопрочного бетона.

4.1.2. Кубическая прочность на сжатие сталефибробетона, изготовленного вибрационным перемешиванием

Рисунок 9(a) показывает, что для режима вибрационного перемешивания с увеличением содержания стальной фибры кубическая прочность на сжатие бетона CF50 непрерывно увеличивается. При содержании фибры 0,5 %, 0,75 %, 1 %, 1,5 % и 2 % прочность бетона на сжатие увеличивается в 10 раз.23%, 11,35%, 12,12%, 13,79% и 17,71%. Рисунок 9(а) показывает, что при содержании волокон менее 0,5% скорость увеличения прочности на сжатие выше; поскольку содержание волокна составляет более 0,5% (например, 1,5% и 2%), скорость увеличения прочности на сжатие становится медленной.

Рисунок 9(b) показывает, что, подобно CF50, прочность на сжатие CF60 также улучшается с увеличением содержания стального волокна. При содержании фибры 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2 % прочность бетона на сжатие увеличивается в 7 раз. 9%, 14,14%, 19,96% и 22,89%. Рисунок 9(b) также показывает, что хотя содержание волокон составляет менее 1%, скорость увеличения прочности на сжатие выше; поскольку содержание волокна составляет более 1% (например, 1,5% и 2%), скорость увеличения прочности на сжатие становится медленной.

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что армированный волокном эффект прочности на сжатие высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при том же содержании волокна 1,5 % прочность на сжатие увеличивается в 19 раз.96% в CF60; в CF50 значение составляет 13,79%. Другими словами, при вибрационном перемешивании более очевиден усиленный стальной фиброй эффект высокопрочного бетона.

4.1.3. Влияние различных методов смешивания на свойства бетона при сжатии

Из рисунка 10 (а) видно, что с увеличением содержания стальной фибры кубическая прочность на сжатие бетона CF50 постоянно увеличивается. По сравнению с традиционным бетоном с тем же содержанием стальной фибры, бетон, изготовленный вибрационным перемешиванием, обладает более высокой прочностью на сжатие. При содержании фибры 0 %, 0,5 %, 0,75 %, 1 %, 1,5 % и 2 % по сравнению с традиционным бетоном прочность на сжатие вибрационного бетона увеличивается на 8,18 %, 11,40 %, 8,80 %, 6,59 %. , 4,17% и 5,36%. Рисунок 10(а) также показывает, что, хотя содержание волокна составляет менее 0,5%, повышение прочности на сжатие происходит быстрее; например, при содержании фибры 0,5 % прочность бетона вибрационного смешения на сжатие увеличилась на 11,4 %; поскольку содержание волокна составляет более 0,5% (например, 1,5% и 2%), скорость увеличения прочности на сжатие становится медленной.

Рисунок 10(b) показывает, что с увеличением содержания стальной фибры кубическая прочность на сжатие бетона CF60 непрерывно увеличивается. По сравнению с бетоном с традиционным смешиванием, при том же содержании стальной фибры, бетон, изготовленный вибрационным смешиванием, обладает более высокой прочностью на сжатие. При содержании фибры 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2,0 %, по сравнению с традиционным бетоном, прочность на сжатие вибрационного бетона увеличивается на 11,58 %, 13,22 %, 5,61 %, 7. 54% и 8,53%. Рисунок 10(b) также показывает, что при содержании фибры менее 0,5 % повышение прочности на сжатие происходит быстрее, например, при содержании фибры 0,5 % прочность на сжатие бетона вибрационного смешения увеличилась на 13,22 %; поскольку содержание волокна составляет более 0,5% (например, 1,5% и 2%), скорость увеличения прочности на сжатие становится медленной.

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что армированный волокном эффект прочности на сжатие высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при том же содержании клетчатки 0.5%, прочность на сжатие увеличивается на 13,22% и 11,40% в CF60 и CF50 соответственно.

4.2. Прочность на растяжение сталефибробетона при раскалывании
4.2.1. Прочность на растяжение при раскалывании сталефибробетона, изготовленного традиционным смешиванием

Из рисунка 11 (а) видно, что для традиционного метода смешивания прочность на растяжение при раскалывании сталефибробетона CF50 увеличивается по мере увеличения содержания стальной фибры. При содержании клетчатки 0,5%, 0,75%, 1%, 1.5% и 2%, прочность бетона на растяжение при раскалывании увеличивается на 1,82%, 6,22%, 7,79%, 25,26% и 35,41%. Рисунок 11(а) показывает, что при содержании волокна менее 1% прочность на растяжение при расщеплении увеличивается медленно, а при содержании волокна более 1% (например, 1,5% и 2,0%) прочность на разрыв при раскалывании увеличивается быстро.

На рис. 11(b) показано, что, как и в случае CF50, предел прочности при раскалывании сталефибробетона CF60 также улучшается с увеличением содержания стальной фибры.При содержании фибры 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2 % прочность бетона на раскалывание увеличивается на 6,39 %, 18,18 %, 30,71 % и 36,86 %. Рисунок 11(b) также показывает, что при содержании волокна менее 1 % прочность на разрыв при расщеплении увеличивается медленно, а при содержании волокна более 1 % (например, 1,5 % и 2,0 %) прочность на разрыв при раскалывании увеличивается быстро. .

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что при одинаковом содержании фибры эффект армирования волокнами прочности на разрыв при расщеплении высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при содержании волокна 1 % предел прочности при раскалывании увеличивается в 18 раз. 18% и 7,79% в CF60 и CF50 соответственно. Другими словами, при традиционном перемешивании более очевиден усиленный стальной фиброй эффект высокопрочного бетона.

4.2.2. Влияние содержания стальной фибры на предел прочности при растяжении при раскалывании бетона при вибрационном перемешивании

Из рисунка 12 (а) видно, что для традиционного метода смешивания предел прочности при растяжении при раскалывании сталефибробетона CF50 улучшается по мере увеличения количества стальной фибры. содержание увеличивается. При содержании клетчатки 0.5%, 0,75%, 1,0%, 1,5% и 2,0% прочность бетона на растяжение при раскалывании увеличивается на 4,44%, 7,96%, 11,99%, 28,57% и 36,99%. Рисунок 12(b) также показывает, что при содержании волокна менее 1 % прочность на сжатие увеличивается медленно, а при содержании волокна более 1 % (например, 1,5 % и 2,0 %) прочность на разрыв при раскалывании увеличивается быстро.

Рисунок 12(b) показывает, что, как и в случае с CF50, предел прочности при раскалывании сталефибробетона CF60 также улучшается с очевидным увеличением содержания стальной фибры. При содержании фибры 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2 % предел прочности бетона при раскалывании увеличивается на 12,11 %, 28,74 %, 43,23 % и 66,75 %.

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что при одинаковом содержании фибры эффект армирования волокнами прочности на разрыв при расщеплении высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при содержании волокна 1 % предел прочности при раскалывании увеличивается на 28,74 % и 11,99 % в CF60 и CF50 соответственно. Другими словами, при вибрационном перемешивании более очевиден усиленный стальной фиброй эффект высокопрочного бетона.

4.2.3. Влияние различных методов смешивания на прочность при растяжении при раскалывании сталефибробетона

Из рисунка 13 (а) видно, что с увеличением содержания стальной фибры прочность при растяжении при раскалывании бетона CF50 постоянно улучшается. По сравнению с бетоном с традиционным смешиванием, при том же содержании стальной фибры, бетон, изготовленный вибрационным смешиванием, обладает более высокой прочностью на сжатие. При содержании фибры 0 %, 0,5 %, 0,75 %, 1 %, 1,5 % и 2 %, по сравнению с традиционным бетоном, предел прочности при раскалывании вибрационного бетона увеличивается на 1.82%, 4,44%, 3,48%, 5,78%, 4,51% и 3,01%. Рисунок 13(а) также показывает, что при содержании фибры 1,0%, по сравнению с традиционным смешиванием, предел прочности при раскалывании бетона, изготовленного вибрационным смешиванием, явно улучшается.

На рис. 13(b) показано, что, как и в случае с CF50, с увеличением содержания стальной фибры прочность на растяжение при раскалывании бетона CF60 постоянно улучшается. По сравнению с бетоном с традиционным смешиванием, при том же содержании стальной фибры, бетон, изготовленный вибрационным смешиванием, обладает более высокой прочностью на растяжение при расщеплении.При содержании фибры 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2,0 %, по сравнению с бетоном с традиционным замесом, предел прочности при растяжении при расщеплении вибрационного бетона увеличивается на 3,44 %, 9,01 %, 12,68 %, 13,35 % и 26,03%. Рисунок 13(b) также показывает, что при содержании фибры 2,0%, по сравнению с традиционным перемешиванием, предел прочности при раскалывании бетона, полученного вибрационным перемешиванием, явно улучшается.

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что армированный волокном эффект прочности на разрыв при расщеплении высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при том же содержании клетчатки 1.0% прочность на сжатие увеличивается на 12,68% и 5,78% в CF60 и CF50 соответственно.

4.3. Свойства сталефибробетона при изгибе
4.3.1. Свойства сталефибробетона, изготовленного с использованием традиционных условий смешивания

Из рисунка 14 (а) видно, что при традиционном методе смешивания прочность на изгиб сталефибробетона CF50 очевидно возрастает по мере увеличения содержания стальной фибры. При содержании клетчатки 0,5%, 0,75%, 1%, 1.5% и 2% прочность бетона на изгиб увеличивается на 11,03%, 15,14%, 29,22%, 58,50% и 80,75%. Рисунок 14(а) также показывает, что при содержании волокон менее 1% прочность на изгиб увеличивается медленно, а при содержании волокон более 1% (например, 1,5% и 2,0%) прочность на растяжение при изгибе увеличивается быстро.

Рисунок 14(b) показывает, что, подобно CF50, прочность на изгиб армированного стальной фиброй бетона CF60 также улучшается с увеличением содержания стальной фибры. При содержании клетчатки 0.5%, 1%, 1,5% и 2% прочность бетона на изгиб увеличивается на 17,91%, 27,02%, 68,24% и 101,86%. Рисунок 14(b) также показывает, что при содержании волокна менее 1% прочность на изгиб увеличивается медленно, а при содержании волокна более 1% (например, 1,5% и 2,0%), прочность на разрыв при раскалывании увеличивается быстро.

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что при одинаковом содержании фибры эффект армирования волокном прочности на изгиб высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при содержании клетчатки 1.5%, прочность на растяжение при изгибе увеличивается на 68,24% и 58,50% в CF60 и CF50 соответственно. Другими словами, при традиционном перемешивании более очевиден усиленный стальной фиброй эффект высокопрочного бетона.

4.3.2. Влияние содержания стальной фибры на свойства бетона при изгибе при вибрационном перемешивании

Из рисунка 15 (а) видно, что для метода вибрационного смешивания прочность на изгиб армированного стальной фиброй бетона CF50 очевидно возрастает по мере увеличения содержания стальной фибры. увеличивается.При содержании фибры 0,5 %, 0,75 %, 1 %, 1,5 % и 2 % прочность бетона на изгиб увеличивается на 8,06 %, 13,82 %, 24,51 %, 55,76 % и 72,86 %. Рисунок 15(а) также показывает, что при содержании волокон менее 1% прочность на изгиб увеличивается медленно, а при содержании волокон более 1% (например, 1,5% и 2,0%) прочность на растяжение при изгибе увеличивается быстро.

Рисунок 15(b) показывает, что, подобно CF50, прочность на изгиб сталефибробетона CF60 также улучшается с увеличением содержания стальной фибры.При содержании фибры 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2 % прочность бетона на изгиб увеличивается на 8,45 %, 19,75 %, 47,82 % и 68,94 %. Рисунок 15(b) также показывает, что при содержании волокна менее 1 % прочность на изгиб увеличивается медленно, а при содержании волокна более 1 % (например, 1,5 % и 2,0 %) прочность на разрыв при раскалывании увеличивается быстро.

4.3.3. Влияние различных методов смешивания на характеристики бетона при изгибе

Из рисунка 16 (а) видно, что с увеличением содержания стальной фибры прочность на изгиб бетона CF50 постоянно улучшается. По сравнению с бетоном с традиционным смешиванием, при том же содержании стальной фибры, бетон, изготовленный вибрационным смешиванием, обладает более высокой прочностью на изгиб. При содержании фибры 0 %, 0,5 %, 0,75 %, 1 %, 1,5 % и 2 %, по сравнению с традиционным бетоном, прочность на изгиб вибрационного бетона увеличивается на 13,55 %, 10,61 %, 12,34 %, 9,50 %. , 11,67% и 8,69%. Рисунок 16(а) также показывает, что при содержании фибры 0,0%, по сравнению с традиционным смешиванием, предел прочности при раскалывании бетона, изготовленного вибрационным смешиванием, явно улучшается.

Рисунок 14(b) показывает, что, как и в случае с CF50, с увеличением содержания стальной фибры прочность на изгиб бетона CF60 постоянно улучшается. По сравнению с бетоном с традиционным смешиванием, при том же содержании стальной фибры, бетон, изготовленный вибрационным смешиванием, обладает более высокой прочностью на изгиб. При содержании фибры 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 % и 2,0 %, по сравнению с бетоном с традиционным замесом, предел прочности при раскалывании бетона с вибрационным замесом увеличивается на 10,01 %, 14,04 %, 16. 73%, 8,94% и 3,77%. Рисунок 14(б) также показывает, что при содержании фибры 1,0%, по сравнению с традиционным перемешиванием, прочность на изгиб бетона, полученного вибрационным перемешиванием, очевидно улучшается.

Сравнивая CF50 и CF60, можно обнаружить, что армированный волокном эффект прочности на изгиб высокопрочного бетона CF60 выше, чем у CF50; например, при том же содержании волокна 1,0 % прочность на изгиб увеличивается на 16,73 % и 9,50 % у CF60 и CF50 соответственно.

5.Заключение

В этой статье были проанализированы прочность на сжатие, прочность на растяжение при расщеплении и прочность на изгиб сталефибробетона, изготовленного различными методами смешивания. Основные выводы заключаются в следующем: (1) с увеличением содержания стальной фибры все эти механические свойства, такие как прочность на сжатие, прочность на изгиб и прочность на растяжение при раскалывании, постепенно улучшаются; особенно для прочности на изгиб и прочности на растяжение при раскалывании эффект армирования стальным волокном очевиден. При том же содержании волокна эффект усиления механических свойств высокопрочного бетона лучше. (2) Метод вибрационного смешивания позволяет равномерно распределить стальное волокно в бетоне; в результате, по сравнению с традиционным смешиванием, метод вибрационного смешивания может эффективно улучшить прочность на сжатие, прочность на разрыв при раскалывании и прочность на изгиб. Например, прочность на сжатие может быть улучшена на 10%, прочность на растяжение при раскалывании может быть улучшена на 15%, а прочность на изгиб может быть улучшена на 12%.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Фонда естественных наук провинции Хэнань (грант № 51508114), Научно-технической программы Департамента коммуникаций провинции Хэнань (№ 2014K37-2), Ключевые научно-исследовательские проекты в университетах провинции Хэнань ( нет. 16A580001) и Общий проект по решению проблем науки и техники в городе Чжэнчжоу (№ 153PKJGG095) и спонсируемый компанией Henan Wanli Road and Bridge Group Co. Ltd. Авторы очень благодарны Департаменту связи провинции Хэнань за поддержку в полевых условиях.

Механические свойства высокопрочного сталефибробетона и его применение в подземном горном деле

Материалы (Базель). 2019 авг; 12(15): 2470.

Сян Ли

1 Школа гражданского строительства и архитектуры Аньхойского университета науки и технологии, Хуайнань 232001, Китай

Вэйбэй Сюэ

1 Школа строительства и архитектуры Аньхойский университет науки и технологий, Хуайнань 232001, Китай

2 Постдокторская исследовательская станция по науке и технике безопасности, Аньхойский университет науки и технологий, Хуайнань 232001, Китай

Цао Фу

1 Школа гражданского права Инженерия и архитектура, Аньхойский университет науки и технологий, Хуайнань 232001, Китай

Чжишу Яо

1 Школа гражданского строительства и архитектуры, Аньхойский университет науки и технологий, Хуайнань 232001, Китай

Сяоху Лю

4 1 Школа гражданского строительства и архитектуры Аньхойского университета науки и технологии, Хуайнань 232001, Китай

9000 4 1 Факультет гражданского строительства и архитектуры Аньхойского университета науки и технологии, Хуайнань 232001, Китай

2 Исследовательская станция науки и техники безопасности Аньхойского университета науки и технологии, Хуайнань 232001, Китай

Поступила в редакцию 28 июня 2019 г . ; Принято 1 августа 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).Эта статья цитировалась в других статьях в PMC. .

Abstract

С целью экономичного и обоснованного решения проблемы крепи шахтных стволов в сложных горно-геологических условиях в данной работе исследованы механические свойства высокопрочного сталефибробетона (ВСФББ) и его применение в конструкциях крепи шахтных стволов.Во-первых, пропорция смеси HPSFRC для конструкции футеровки шахты была получена путем выбора сырья и подготовительных испытаний. Затем была проведена серия испытаний механических свойств. Результаты испытаний показали, что прочность на сжатие, изгиб и растяжение HPSFRC была на 9%, 71% и 53% выше, чем у обычного бетона, соответственно. Вязкость разрушения HPSFRC была на 75% выше, чем у обычного бетона, а энергия разрушения HPSFRC была в 16 раз выше, чем у обычного бетона. Наконец, результаты модельных испытаний конструкции футеровки вала из HPSFRC показали, что трещиностойкость, ударная вязкость и несущая способность конструкции футеровки вала были значительно улучшены при неравномерной ограничивающей нагрузке из-за замены обычного бетона на HPSFRC. Было доказано, что HPSFRC является идеальным материалом для опорных конструкций шахт в сложных геологических условиях.

Ключевые слова: HPSFRC, стальная фибра, механические свойства, подземное горное дело, прикладные исследования

1.Введение

Для разработки подземных полезных ископаемых скважинным способом необходимо сооружение вертикальных стволов в пласте для проветривания, транспортировки полезных ископаемых, персонала, материалов и оборудования. Для поддержания устойчивости ствола скважины и противодействия пластовому давлению необходимо построить прочную опорную конструкцию вокруг ствола скважины. В разрезе коренных пород обычно использовались обычные бетонные или железобетонные конструкции облицовки ствола. Однако с увеличением глубины разработки угольных шахт инженерно-геологические условия пластов, проходимых стволом скважины, усложняются [1,2].Особенно, когда конструкция ствола проходит через неустойчивые пласты, такие как области хорошо развитых мелких разломов и концентрации напряжений, зоны слабой трещиноватости и мощные угольные пласты с большими углами падения, возможны аварии с разрывом крепи ствола, даже если железобетонная крепь ствола структура была принята. Несколько конструкций вертикальных стволов угольных шахт были повреждены в зонах слабых трещин со сложным пластовым напряжением, таких как вентиляционная шахта угольной шахты Qujiang, старая вспомогательная шахта угольной шахты Banji и вентиляционная шахта угольной шахты Guobei [3]. ,4].Эта проблема серьезно угрожает безопасному производству на шахтах.

Исследования анализа напряжений и механизма разрушения конструкций крепи шахты показывают, что напряженное состояние является очень сложным в нестабильных пластах, таких как зона разлома, где напряженное состояние меняется со временем, а концентрации напряжений значительны. Очевидно, что конструкция крепи ствола подвержена неравномерному давлению на грунт. Бетон, часто используемый в таких конструкциях, легко повреждается, поскольку он выдерживает не только напряжение сжатия, но также напряжение растяжения и сдвига.Эта скрытая опасность всегда угрожает работе вала. Поэтому поиск или разработка новых крепящих материалов должны быть эффективным техническим способом избежать повреждения конструкций крепи шахт в сложных геологических условиях.

Высокоэффективный железобетон, армированный стальной фиброй (HPSFRC), представляет собой разновидность композитного материала, образованного путем добавления определенного количества стальных волокон в бетонную матрицу. Предыдущая литература показывает, что предел прочности при растяжении и сдвиге HPSFRC на 20-70% и 20-100% выше, чем у обычного бетона соответственно [5,6,7].Он особенно подходит для строительства крепи шахт в сложных геологических условиях из-за его высокой прочности по сравнению с обычным бетоном. Хотя HPSFRC широко используется в гражданском строительстве, он в основном используется в наземном строительстве и редко в строительстве крепи шахт в сложных геологических условиях. Для экономичного и обоснованного решения задачи крепления шахтных стволов в сложных условиях необходимо тщательно и систематически изучать механические свойства и характеристики конструкции крепи стволов КВД.Таким образом, для данного исследования были проведены механические испытания и модельные испытания.

2. Экспериментальные методы

Основная цель данного исследования заключалась в проверке превосходства HPSFRC в конструкции футеровки ствола. Таким образом, было необходимо получить механические свойства и вязкость разрушения HPSFRC и обычного бетона путем испытаний механических свойств материалов. Затем необходимо провести тесты HPSFRC и обычных бетонных моделей, чтобы доказать превосходство футеровки шахты HPSFRC.

2.1. Пропорция смеси

2.1.1. Сырье

Согласно нашим обширным исследованиям, бетон со стандартной кубической прочностью на сжатие 60 МПа (C60) обычно используется в конструкции крепи стволов угольных шахт. Сырье для бетонных образцов было получено на месте. Был выбран портландцемент

Conch P.II 52,5 с удельной поверхностью 389 м 2 /кг. Его начальное время схватывания составляло 145 минут, а окончательное время схватывания составляло 199 минут.Его стабильность была квалифицирована. Прочность на сжатие через 3 дня составила 25,7 МПа, а на изгиб – 4,6 МПа. Его прочность на сжатие через 28 дней составила 55,8 МПа, а на изгиб – 7,3 МПа.

Песок реки Хуайхэ был выбран в качестве мелкого заполнителя с модулем крупности 2,9 и плотностью насыщения при поверхностном высыхании 2580 кг/м 3 . В качестве крупного заполнителя был выбран базальтовый гравий с размером частиц менее 25 мм и плотностью насыщения при сушке на поверхности 2720 кг/м 3 .Градации песка и гравия приведены в [8].

Был выбран высокоэффективный порошковый восстановитель воды NF производства компании Anhui Huaihe Chemical Co., Ltd. в Хуайнане, Китай. Степень снижения содержания воды превышала 30%.

Был выбран шлак производства Qingya Building Material Co., Ltd. в Хэфэй, Китай, который имел удельную поверхность более 350 м 2 /кг. Был выбран порошок микрокремния производства Shanxi Dongyi Ferroalloy Factory (Xiaoyi, Китай), который имел удельную поверхность более 18000 м 2 /кг.Была выбрана стальная фибра

RC65/60BN Dramix производства Bekaert Applied Materials Technology Co., Ltd. (Шанхай, Китай). Внешний вид стальной фибры показан в, а параметры стальной фибры приведены в [9].

RC65/60BN Стальная фибра Dramix.

Таблица 1

Характеристические параметры стальной фибры.

Длина (мм) эквивалентный диаметр (мм) отношения длины диаметром плотность (кг / м 3 ) прочность на растяжение (MPA)
0 0 . 90 ≥65 7800 ≥1000
2.1.2. Тест пропорции смеси

Пропорция смеси эталонного бетона была получена с помощью ортогонального теста (показано на ). Обычные образцы бетона, обозначенные как A-0, были расположены в соответствии с пропорцией смеси эталонного бетона. Образцы HPSFRC были изготовлены из стальной фибры и эталонного бетона и были разделены на три группы, названные A-0,5, A-1,0 и A-1,5 в соответствии с объемной долей стальной фибры.

Таблица 2

Соотношение эталонного бетона (кг/м 3 ).

Цемент Песок Гравий Вода Пластификатор Добавка Шлак
400 667,2 1088,5 164,3 7,2 105 25

2.

2. Испытание механических свойств

2.2.1. Подготовка образцов

Последовательность смешивания HPSFRC была следующей.Сначала цемент, заполнитель и добавку сушили в бетономешалке в течение 2 мин. Во-вторых, добавляли стальные волокна и перемешивали в течение 2 мин. Затем порошковый водовосстановитель НФ растворяли в 60% воды и высыпали в смеситель на 3 мин. Наконец, оставшиеся 40% воды выливают в смеситель и перемешивают в течение 3 мин.

Мы подготовили четыре группы образцов (А-0, А-0,5, А-1,0 и А-1,5) для каждого испытания для сравнения. В каждой группе было по три экземпляра. Размеры и формы образцов для различных испытаний показаны на рис.

Размеры и формы образцов: ( a ) испытание на прочность при сжатии; ( b ) испытание на прочность при изгибе; ( c ) испытание на разрыв при разрыве; ( d ) испытание на изгиб; ( e ) Испытание на расщепление клина.

Образцы заливали и вибрировали на бетонном вибрационном столе типа 80 до тех пор, пока суспензия не выходила. Сразу после формовки поверхность была покрыта непроницаемой пленкой. Затем образцы помещали в стандартную среду обслуживания (температура: 20 ± 2 °C, влажность: ≥95%) на 24 ч, затем вынимали из форм и помещали в стандартный бокс для обслуживания YH-40 на 28 дней.

2.2.2. Метод испытаний и оборудование

Универсальная испытательная машина мощностью 2000 кН (SFMIT, Чанчжоу, Китай) использовалась для испытаний на прочность при сжатии, испытания на прочность при растяжении при раскалывании и испытания на прочность при раскалывании клиньев. Универсальная испытательная машина на 1000 кН использовалась для испытаний на прочность при изгибе и изгиб. Скорость нагрузки и смещение плиты контролировались и контролировались программным обеспечением. После того, как все образцы были извлечены из стандартного бокса, они были протерты сухой тканью, помещены в оборудование и откорректированы в соответствии с требованиями технических условий.В каждом испытании для обеспечения безопасности вокруг испытательной машины было установлено сетчатое покрытие против растрескивания [10,11].

Скорость нагружения при испытании на прочность при сжатии контролировалась в диапазоне от 0,8 до 1,0 МПа/с. Когда образец был близок к разрушению и начинал резко деформироваться, дроссель испытательной машины останавливали от регулировки до момента разрушения.

Скорость нагружения при испытании на прочность при изгибе контролировалась в диапазоне от 0,08 до 0,10 МПа/с. Устройство для испытания на изгиб использовалось для обеспечения возможности одновременного приложения двух равных нагрузок в трех точках пролета образца.

Скорость нагружения при испытании на растяжение при разделении контролировалась на уровне 0,08 и 0,10 МПа/с. Между верхней и нижней прессующими плитами и образцом помещали дугообразную прокладку и полоску прокладки.

Небольшой надрез (глубиной 20 мм) был прорезан в нижней части образцов для испытания на изгиб. Скорость нагрузки контролировали на уровне 0,025 мм/мин (скорость смещения цилиндра). Когда образец приближался к разрушению, скорость нагружения соответственно снижалась.

В испытании на расщепление клином устройство сначала зажимали в предварительно вырезанном широком пазу образца (показан на ).На поверхность образца устанавливали зажимной экстензометр. Был выбран поэтапный метод непрерывного нагружения, а скорость нагружения контролировалась на уровне 0,005 мм/с (скорость смещения цилиндра) [12].

Способ нагружения при испытании на расщепление клина: ( a ) приспособление для нагружения клина; ( b ) роликовый подшипник; ( c ) выемка; ( d ) Шарнирный ролик.

2.3. Модельные испытания конструкции футеровки вала

2.3.1. Схема испытаний модели

Угольная шахта Пансан принадлежит горнодобывающей группе Аньхой Хуайнань.Его вторая конструкция крепи вспомогательного ствола имеет внутренний диаметр 8,0 м и глубину 1004,2 м. Структура проходит через зону разломов и два мощных угольных пласта с выбросами газа на глубине 884–940 м. Породная масса в зоне разлома рыхлая и трещиноватая, и для добычи газа приходится бурить мощные угольные пласты. Все это приведет к ухудшению напряженного состояния конструкции крепи ствола. Насколько нам известно, в сходных инженерно-геологических условиях повреждено несколько конструкций крепи ствола.По вышеуказанным причинам в качестве инженерной основы для модельных испытаний была выбрана вторая конструкция крепи вспомогательного ствола угольной шахты Пансан.

В связи с высокой прочностью и большими размерами конструкции прототипа было сложно провести разрушающее испытание футеровки прототипа шахты. Модель должна быть меньше прототипа и соответствовать условиям аналогичного моделирования.

Необходимо было выяснить распределение напряжений по сечению модели в процессе нагружения и измерить разрушающую нагрузку модели.Следовательно, расчет модели конструкции крепи ствола должен удовлетворять аналогичным условиям напряжений, деформаций и прочности. Согласно теории подобия и основному уравнению механики упругости методом анализа уравнений [13] был выведен показатель подобия модели конструкции статической крепи ствола.

Согласно геометрическому уравнению C ε C l /C δ = 1. Согласно граничному уравнению C p /C σ 91,664 = 1.Согласно физическому уравнению C E C E C ε C ε / C Σ Σ = 1, C V = 1. C ε ε — это постоянная сходства штамма, C L – константа подобия геометрической формы, C δ – константа подобия смещения, C p – константа подобия нагрузки, C E – константа модуля упругости, C

v 9 – постоянная коэффициента Пуассона.

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.

9005

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 0

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.

9005

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.

9005

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

*

*