УДК 539.384:691.32:620.191.33

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ БЕТОНА C ДОБАВКОЙ ХРИЗОТИЛА И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА

Саденко Денис Сергеевич1, Ерошкина Надежда Александровна2, Коровкин Марк Олимпиевич3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., инженер-исследователь
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент

Аннотация
Приведены результаты исследования влияния хризотила на прочность и характеристики трещиностойкости (вязкости разрушения) мелкозернистого бетона при статическом нагружении. Показано, что добавка 1 % хризотила повышает трещиностойкость и деформативно-прочностные характеристики бетона.

Ключевые слова: бетон, хризотил


STUDY OF THE FRACTURE TOUGHNESS OF CONCRETE WITH THE ADDITION OF CHRYSOTILE AND SUPERPLASTICIZER

Sadenko Denis Sergeevich1, Eroshkina Nadezda Alexandrovna2, Korovkin Mark Olimpievich3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Engineer-researcher
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Abstract
The article contains the results of experimental research into the effect of chrysotile on the strength and fracture toughness characteristics of fine grained concrete under static loading. It is shown that 1% addition of chrysotile increases fracture toughness and deformability and strength characteristics of concrete.

Keywords: chrysotile, concrete


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Саденко Д.С., Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Исследование трещиностойкости бетона c добавкой хризотила и суперпластификатора // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/46320 (дата обращения: 29.09.2017).

Развитие технологии бетона, произошедшее за последние десятилетия, позволяет в несколько раз повысить прочность бетона, производимого промышленным способом [1]. Однако при повышении прочностных характеристик бетона возрастает его хрупкость и снижается трещиностойкость. Для устранения этого негативного эффекта применяется стальная, полимерная или минеральная фибра. Исследования, проводившиеся на протяжении последних десятилетий, убедительно показывают, что дисперсное армирование бетона повышает его трещиностойкость, ударостойкость, прочность на растяжение и изгиб [2-4]. Повышение трещиностойкости бетона за счет использования микроармирующих добавок, наряду с использованием высокоэффективных водоредуцирующих добавок, способно значительно повысить долговечность бетона [5, 6] и снизить его проницаемость для коррозионно-активных агентов.

В настоящее время для дисперсного армирования наиболее широко применяется дорогостоящая металлическая фибра, которая склонна к коррозии при неблагоприятных условиях эксплуатации. К числу наиболее перспективных материалов для дисперсного армирования бетона относятся волокна хризотила, которые представляют собой трубки с внешним диаметром 20 нм. Они характеризуются более высокой, чем у стали прочностью при растяжении и стойкостью в щелочных средах. Хризотил является природным материалом, и относится к одним из самых дешевых видов волокон.

В настоящей работе было исследовано влияние добавки хризотила в количестве 1 % от массы цемента на деформативно-прочностные свойства и параметры разрушения растворной составляющей бетона. Кроме состава с добавкой хризотила, исследовался бездобавочный контрольный состав.

Исследования проводились на составе с соотношением песок:цемент 1:2 при водоцементном отношении 0,4. Для приготовления смеси использовался один из наиболее эффективных суперпластификаторов [7] Melflux 5581F в количестве 0,25 % от массы цемента. Из этой смеси изготавливались образцы типа I с размерами 40×40×160 мм для испытания по методике [8]. После формования образцы выдерживались при температуре 20 °С в течении 4 часов, а затем подвергались тепловлажностной обработке по режиму: 3 часа – подъем температуры, 7 часов – выдержка при 80 °С и 5 часов – охлаждение.

Исследование трещиностойкости мелкозернистого бетона проводилось по методике стандарта [8], с помощью измерительно-вычислительного комплекса «АСИС-1» производства НПП «ГЕОТЕК» [9] с оснасткой для испытания на изгиб (рис. 1).

При исследовании трещиностойкости расстояние между опорами призм составляло 130 мм. Скорость нагружения образца составляла 0,02 мм/мин. Величины λ и φ, используемые в расчетах [8], принимались равными 0,35 и 0,3077, соответственно.

а)

б)

Рис. 1. Общий вид измерительно-вычислительного комплекса  «АСИС-1» (а) и схема испытания (б)

Результаты определения зависимостей «прогиб – сила» для составов без добавки и с добавкой хризотила приводятся на рис. 2.

Рис. 2. Влияние прогиба образцов на силу сопротивления

Из приведенных на рис. 2 зависимостей величины прогиба от приложенной нагрузки видно, что развитие магистральной трещины у состава бетона с армирующим волокном происходит позже, чем в составе бетона без хризотилового волокна. Несмотря на то, что величина прогиба такого состава почти в 2 раза выше, чем бездобавочного состава, этот состав дольше сопротивляется разрушению при большей нагрузке.

По полученным результатам (рис. 2) вычисляли следующие характеристики раствора – модуль упругости (Еб) рассчитывали исходя из величины прогиба (f), образуемого при действии на образец нагрузки (Fс) соответствующей началу движения магистральных трещин по формуле:

,

где Iк
– момент инерции (, b, h – ширина и высота образца в м).

Результаты вычисления различных характеристик трещиностойкости исследованных составов по методикам [8] приводятся в таблице.

Таблица. Характеристики трещиностойкости исследованных составов

№ п/п Характеристика Без добавки 1 % хризотила
1 Модуль упругости (Eb), МПа 18496,4 33299,1
2 Энергозатраты на процессы развития и слияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения (Wm), МДж 0,0129 0,0025
3 Энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения (We), Н×мм 0,0286 0,0051
4 Энергозатраты на локальное статическое деформирование в зоне магистральной трещины (Wi), Н×мм 1,53E-05 0,0069
5 Расчетные энергозатраты на упругое деформирование сплошного образца (Wuic), МДж 0,0077 0,01997
6 Удельные энергозатраты на статическое разрушение до момента начала движения магистральной трещины (Gi)
,МДж/м2
17,3 29,9
7 Удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение (GF), МДж/м2 11,6 27,5
8 Статический J-интегралi (Ji), МДж/м2 9,8 10,7
9 Статический критический коэффициент интенсивности напряжений (Ki), МПа×м0,5 0,74 0,76
10 Критерий хрупкости (χFc), м 11,5 15,8
11 Условный критический коэффициент интенсивности напряжений (Kc), кН×м0,5 0,65 0,78
12 Прочность на изгиб, МПа 8,4 10,2

Сравнение данных в таблице показывает, что за счет введения хризотила повышается прочность на изгиб при растяжении на 22 %, модуль упругости бетона возрастает в 1,8 раза.

При введении хризотилового волокна (данные таблицы) происходит значительное увеличение энергии приходящейся на развитие магистральных трещин и энергии расходуемой на разрушение образца вследствие восприятия растягивающих напряжений хризотиловыми волокнами. В результате коэффициент трещиностойкости – вязкость разрушения повышается с 0,65 до 0,78.

Растворная составляющая бетона с добавкой хризотила уступает по характеристикам бетонам, армированным стальной фиброй [2]. Причиной этого, по нашему мнению, является неравномерное распределение хризотиловых волокон из-за их комкования в процессе перемешивания.

Проведенные исследования позволили подтвердить предположение о положительной роли хризотилового волокна как армирующего элемента бетона для повышения его трещиностойкости, модуля упругости и прочности при растяжении.


Библиографический список
  1. Калашников В.И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч.3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего // Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 20.
  2. Пухаренко Ю. В., Голубев В. Ю. О вязкости разрушения фибробетона // Вестник гражданских инженеров. – 2008. – № 3 (16). – С. 80-83.
  3. Зайцев Ю.В. Механика разрушения для строителей: учеб. пособие для строит. вузов. М.: Высш. шк., 1991. – 288 с.
  4. Пащенко А.А. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. Наука – строительному производству. М.: Стройиздат. 1988. 382 с.
  5. Коровкин, М.О. Исследование эффективности суперпластификатор С-3 в вяжущем низкой водопотребности/М.О. Коровкин//Строительство и реконструкция. -2011. -№ 2. -С. 83-87.
  6. Коровкин, М.О. Ресурсосберегающая эффективность суперпластификатора в бетоне/М.О. Коровкин, В.И. Калашников//Региональная архитектура и строительство. -2011. -№ 2. -С. 59-61.
  7. Коровкин М.О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки: монография // М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012. 144 с.
  8. ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.
  9. Устройство компрессионного сжатия [Электронный ресурс] / режим доступа: http://www.npp-geotek.ru/catalog/info/compression/


Все статьи автора «Ерошкина Надежда Александровна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: