Мелкозернистый бетон
Попытки улучшения (Некоторых свойств бетонов (увеличение прочности ша растяжение и на сжатие, повышение износоустойчивости и (сопротивления динамическим нагрузкам) путем дисперсного армирования их обрезками проволоки, предпринимались еще в первых десятилетиях нашего века. Однако систематически изучать свойства таких бетонов начали всего лет десять назад.
В Рижском политехническом институте с 1965 г. ведутся исследования мелкозернистого бетона, армированного проволочными обрезками.
Вначале на образцах размером 4Х4Х Х16 см выявляли эффект от применения различного количества обрезков стальной проволоки диаметром от 0,2 до 0,5 мм длиной 1—4 см, исследовали прочностные и деформативные свойства этого бетона. Нужно было также отрабатывать технологию его приготовления. Результаты оказались удовлетворительными, поэтому авторы перешли к количественным исследованиям влияния основных факторов армирования диаметра проволок d, длины обрезков I и коэффициента армирования на улучшение свойств бетона на образцах более крупных размеров. Изучались свойства бетона, армированного проволочными обрезка.ми, при воздействии статической и многократно повторяющейся динамической нагрузки, а также работа такого бетона при комбинации с продольной арматурой.
Для приготовления бетона применялся портландцемент марок 400 или -500 и песок с (модулем крупности 2,10 4-2,20 в соотношении I : 3. В/Ц было принято 0.45 или 0,50. В качестве арматуры использовалась тонкая стальная проволока, предварительно очищенная и обезжиренная при кипячении в 10%-ном растворе едкого матра с последующей промывкой в горячей воде.
При уплотнении смеси на лабораторной виброплощадке 435А наблюдалась примерно такая же картина, как и при перемешивании, т. е. с увеличением р и I уплотнение ухудшалось, апри р= =14% и /=40 мм (для 6=0,3 -и 0,4 мм) бетонную смесь вообще не удалось уплотнить. Это объясняется тем, что в случае относительно высокого р из обрезков проволоки образуется пространственный каркас, который плохо заполняется малоподвижной бетонной смесью.
После-вибрирования образцы выдерживали в формах в течение 1 сут., а после распалубки и маркировки хранили в камере нормального твердения до испытания.
Изгибаемые образцы-белочки размером 5X5X54 см испытывались как балки, свободно лежащие на двух опорах с пролетом 48 см, загруженные двумя сосредоточенными силами в третях пролета. Деформации крайних растянутых и сжатых волокон измеряли тензометрами систем Гугенбергера Аистова с ценой деления 0,001 м и длиной базы 100 м. Прогибы измеряли мягко-оборотными индикаторами часового типа завода «Калибр» с ценой деления 0,002 мм и свободным ходом 5 мм. Нагрузка прикладывалась ступенчато с одинаковой скоростью нагружения— по 19 кг через каждые 2 мин.
Всего было испытано 20 серий образцов (696 балочек). В каждой серии сохранялись постоянными, а варьировался от 0 до 3% по объему изготавливали в 6 образцах. Длина отрезков 10, 20, 30 и 40 мм, диаметры проволок 0,42; 0,3; 0,4 и 0,5 мм. Разрушающая нагрузка определялась как максимальная, которую кратковременно нести опытная балка.
Испытание на изгиб показало, что для бетона, армированного обрезками проволоки, Яр, подсчитанная как для однородного изотропного материала при 6=0,3 мм, I—40 мм и р=3%, может достигать кратного прироста по сравнению со значением RPB для неармирз- ванных образцов. Прирост увеличивается с ростом и уменьшается при увеличении диаметра й. На рис. 1 показаны эти изменения в бетоне проволокой 0,3 мм.
Измерение деформаций растянутой зоны показало, что предельная растяжимость бетона, армированного обрезками проволоки, значительно вып/е, чем неармировзнных образцов. С увеличением она растет нелинейно. В некоторых опытах, достигало I20-/I0-5, что примерно в 10 раз превышает соответствующую величину для не армированного бетона (9=14) 10. 3 начальной стадии нагружения относительные деформации бетона, армированного обрезками проволоки, как в растянутой, таки в сжатой зоне примерно одинаковы. Непосредственно перед разрушением деформации в растянутой зоне примерно в 1,4—.1,9 раз превышают деформации сжатых волокон.
Видимые трещины шириной 0,05 мм появляются при нагрузках 0,8— 0,9. В сильно армированных образцах трещины появляются сравнительно раньше, чем при слабом армировании. Разрушите преодолением сил сцеплении между (бетоном, таи как длина обрезкой (10—40 MI) значительно меньше, чем требовалось бы для их достаточной (70-100 мм), считая от с трещиной в бетоне, чтобы при разрушении достигнуть разрыва проволок. Для армирования следует ипользовать проволоку очень высокой прочности ц принимать меры для увеличения ее. сцепления с бетоном путем отжига и другие способы.
Кривые прогибов балок имеют характер, аналогичный -характеру кривых относительных деформации.
Сопротивление армированного бетона статическому растяжению было исследовано двумя методами: испытанием образцов-восьмерок на осевое растяжение и раскалыванием образцов в виде половинок балок и восьмерок после на изгиб млн разрыв.
На осевое растяжение было испытано 182 восьмерки, в том числе 49 без арматуры. Размеры поперечного сечения восьмерок в средней части длиной 26 см были 5X5 см при общей длине образцов 36 см.
Результаты испытаний методом раскалывания показали относительный прирост прочности у армированного бетона па растяжение и зависимости, как по первому методу. На рнс. 2 приведены результаты образцов на раскалывание прн (1 = 0,-3 мм и зависимости. Наибольшая прочность (88,7 кгс/см2) наблюдалась при /= 30 мм н ,р = 3%, превышающая почти ш 3 раза соответствующим -показатель бетона.
Наиболее высокие значения Рр и RlK„ наблюдались при <0,2 и 0,3 мм. При 0,5 мм прочность па растяжение начинает понижаться. Это объясняется уменьшением относительной поверхности арматуры, которая играет основную роль при обеспечении между проволоками бетоном.
Аналогичные образцы были испытаны на осевое сжатие, р составлял 1, 2, 3 и 4%. Анализ результатов показал, что увеличение -прочности армированного бетона на осевое сжатие -небольшое — в среднем на 10—-20%. В отдельных сериях (при 0,3 мм, 1=0,2 мм и 0,3 мм -и х=3%) этот прирост составлял более 25%, однако результаты неустойчивы, и установить четкую закономерность увеличения Рпр затруднительно.
Для исследования основных факторов, влияющих на модуль упругости при растяжении, (изготовили образцы 5 серий в виде восьмерок (446 образцов). Модуль упругости определялся при напряжениях о=0,3 Rр.
Результаты показывают, что величина прироста модуля упругости армированного бетона Ер зависит от -р; зависимость линейная. В среднем модуль упругости увеличивается на 3% -при увеличении содержания арматуры р на 1%. Длина отрезков и диаметр практически не влияют из изменение коэффициент вариации для установленных значений модуля упругости как для армированных, так в образцов в среднем составляет 12—43%.
При многократно повторяющейся сжимающей нагрузке прочность бетона, ар- МПронашюго обрезками проволоки, исследовалась на образцах-туризмах 7Х28 см в возрасте примерно один год. Динамические испытания проводили на машине ГРМ-2а. Ступенями по 43 кгс/см2 -образцы /нагружалась статической нагрузкой до 200 кгс/см2« л/0,4 Р„(статической прочности).Затем прикладывали пульсирующую нагрузку с частотой 670 цикл/мин. После каждых 10 000 циклоп максимум пульсирующей нагрузки Рмакс повышали на 0,1 Rnp. Значения характеристики цикла напряжений р при этом составляли 0,4; 0,08; 0,07; 0,06 и 0,05. -Все образцы доводились до разрушения.
Передача циклически изменяющейся динамической нагрузки осуществлялась через стержневой динамометр с теплоатчиками. При статическом нагружении образца сигнал от тензодатчиков через усилитель подавался на экран осциллографа, фиксировалось положение Рмин И Рмакс
Анализ показал, что исследуемый бетон имеет несколько повышенную прочность и может выдержать большее количество циклов (N) до разрушения,, чем неармираванниый бетон (рис. 3). При данной технологии изготовления и методике испытания оптимальными значениями являются 1—2%. Дальнейшее увеличение этого показателя нежелательно из-за неоднородности макроструктуры бетона, образующейся при изготовлении образцов.