CC BY
16Реакция гибридного особо прочного бетонного камня на изгиб в пролете
Радченко Игорь Олегович;
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, rad4enkoigor@mail.ru
В данной статье приводится исследование гибридного бетона особо высокой прочности, тело которого заполняется сталефи-берволокнами в различном процентном соотношении и по различной глубине закладки фибрового слоя. Исследование проводилось в ходе эксперимента на лабораторном оборудовании лаборатории испытания бетонных и железобетонных изделий на базе Дальневосточного федерального университета. Эксперимент заключался в том, чтобы изготовить 26 образцов призматической формы особо прочного гибридного бетона с двумя изменяющимися параметрами: глубиной заполнения фибровыми волокнами и процентным соотношением объема фибер-волокон к обьему всего бетонного изделия. После выдержки образцов в лабораторных условиях в течение 28 суток были проведены испытания на изгиб каждого образца. Испытания проводились на пресс-машине на цилиндрических подставках согласно требованиям об испытаниях бетонных изделий. Итогом работы стали ценные данные по прочности гибридного камня в зависимости от того, как будут сопоставлены две переменные. Данные были стабулированы и заархивированы для дальнейшего развития данного научного направления. В заключении приведены выводы о работе такого бетона под нагрузкой, указаны общие результаты эксперимента и приведены рекомендации по применению заполнителя в смеси. Ключевые слова: гибридный бетон, высокопрочная бетонная смесь, прочность на изгиб, фибра, сталефиберволокна
о см о см
О!
^
I-О ш т х
<
т о х
X
Сверхвысокопрочный бетон был введен в строительную отрасль в последнее десятилетие прошлого века [1]. Этот тип бетона продемонстрировал улучшение как характеристик прочности на растяжение, так и прочности на сжатие, что сделало его подходящим материалом для важных конструкций, таких как автомагистрали, мосты, небоскребы, ядерные объекты, военное строительство и т.д. Поэтому интересы сторон в области науки и в области техники заключены в более глубоком исследовании этого бетона [2].
Добавление стальных волокон к бетону (с высокой прочностью на разрыв и пластичностью) способствует повышению несущей способности и снижению деформации элементов, изготовленных из такого материала; это также улучшает сопротивление растрескиванию при растяжении, прочность после растрескивания, пластичность и способность к поглощению энергии [3, 4].
Добавление стальных волокон в смесь привело к производству нового прочного материала под названием гибридные сверхпрочные армированные железобетоны; Этот материал является многообещающим по структуре и относится к группе высокоэффективных волокнистых цементных композитов, которые обеспечивают деформационное упрочнение при одноосном растяжении [1].
Стальные волокна, высокое содержание цемента, удаление крупнозернистого заполнителя и использование специальных материалов являются факторами, которые повышают стоимость такой смеси [5]. Критерии проектирования гибридных элементов основаны на концепции, согласно которой использование материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками, которые являются относительно дорогими материалами, должно ограничиваться частями в конструкции, подвергающейся воздействию тяжелых условий окружающей среды, и/или когда необходимо увеличить жесткость или сопротивление элемента конструкции без увеличения собственного веса или в местах приложения сосредоточенной нагрузки, тогда как другие части конструкции будут состоять из обычного бетона [1, 6].
При всех превосходных свойствах материала основным недостатком является то, что материал сам по себе очень дорогой. Поэтому в этом исследовании предлагается исследовать использование стальных волокон на полной и частичной глубине поперечного сечения элементов, чтобы оптимально использовать преимущества стальных волокон, отливая элемент в два слоя; верхний слой представляет собой бетон без стальных волокон, в то время как нижний слой содержит стальные волокна.
Двадцать шесть образцов 100 мм * 100 мм * 500 мм было изготовлено для этого исследования. Изученные переменные включали: объемное отношение используемого стального волокна (0, 1, 2 и 3%) и долю глубины, где стальные волокна были распределены (0,25, 0,5, 0,75 и 1). Восемь из них были отлиты с различными объемными соотношениями стального волокна, (0, 1, 2 и
3%) отливки на всю глубину образцов были использованы в качестве контрольных образцов. Оставшиеся восемнадцать были отлиты как гибридные образцы, состоящие из двух.
Все образцы были отлиты в горизонтальных стальных формах с размерами (100 * 100 * 500) мм. Смеси были приготовлены ранее с использованием роторного смесителя объемом 0,1 м3. Смешивание одной партии потребовало приблизительно 15 минут, от добавления воды до достижения приемлемой текучести. Достаточное перемешивание необходимо для достижения желаемых характеристик бетона и однородности. В гибридных смесях необходимо увеличить время перемешивания, чтобы полностью диспергировать испарения кремнезема, разрушить любые агломерированные частицы и обеспечить возможность полного развития су-перпластифицирующего агента.
Все образцы НС были отлиты в два слоя. Каждый слой был уплотнен внешним настольным вибратором, чтобы минимизировать воздушные пустоты, а также получить хорошо уплотненный бетон. Верхняя поверхность была затем выровнена, и образцы были покрыты полиэтиленовыми листами для предотвращения потери влаги.
Через 24 часа все образцы были вскрыты, помечены и помещены в резервуары для отверждения на 28 дней. После отверждения образцы были извлечены из емкостей для отверждения и оставлены для сушки при комнатной температуре на неделю, после чего они были готовы к испытаниям.
Основной переменной, изучаемой в этой статье, было распределение стальных волокон по глубине образца, были изучены три доли глубины, 0,25, 0,5 и 0,75, а также распределение по всей глубине образца.
Результаты испытаний показали, что для каждого объемного отношения используемого стального волокна нагрузка разрушения увеличивается с увеличением доли глубины. Это увеличение было более значительным, так как доля глубины увеличилась с 0,25 до 0,5 и 0,75. Когда он достиг 0,75, увеличение не было выражено, и нагрузка при отказе была почти аналогична нагрузке на полную глубину. Таким образом, можно сделать вывод, что максимальная эффективная доля глубины была бы 0,75, что дало почти те же результаты, что и распределение стальных волокон по всей глубине образца. Например, для 1% объемного отношения стальных волокон, когда доля глубины увеличилась с 0,25 до 0,5, 0,75 и 1, записанные проценты увеличения составили 78, 38 и 5 соответственно. Такое же поведение наблюдалось для других объемных соотношений, используемых в ходе этой исследовательской работы.
При сравнении несущей способности двух образцов С-1-1 и Н-2-0,5, которые имеют одинаковое количество стальных волокон, было обнаружено, что гибридный образец Н-2-0,5 показывает увеличение нагрузки разрушения на 11% по сравнению с образцом С-1-1. В то время как образец Н-3-0,5 с меньшим количеством стальных волокон по сравнению с С-2-1 показывает увеличение нагрузки разрушения на 12% Из этих результатов можно сделать вывод, что распределение стальных волокон по глубине сечения сильно влияет на несущую способность образца, а использование стальных волокон в зоне растяжения эффективно улучшает характеристики изгиба гибридных бетонных смесей.
На основании экспериментальной работы, выполненной в настоящем исследовании, можно сделать следующие выводы:
1. Для каждого объемного отношения (1%, 2% и 3%) используемого стального волокна нагрузка разрушения увеличивается с увеличением доли глубины. Это увеличение было более значительным, так как доля глубины увеличивается с 0,25 до 0,5 и 0,75. Когда он достиг 0,75, увеличение не было выражено, и нагрузка при отказе была почти аналогична нагрузке на полную глубину.
2. Максимальная эффективная доля глубины составила 0,75, что дало почти те же результаты, что и распределение стальных волокон по всей глубине образца.
3. Было обнаружено, что разное распределение одинакового количества стальных волокон в глубине сечения сильно влияет на максимальную прочность образца. Результаты также показали, что гибридный образец с меньшим количеством стальных волокон показал увеличение нагрузки разрушения с процентом 12% по сравнению с образцом на всю глубину, поэтому можно сделать вывод, что использование стальных волокон в зоне растяжения улучшает характеристики изгибной прочности.
4. Наиболее значимым эффектом после увеличения объемного отношения стальных волокон с 0% до 1%, 2% и 3% было увеличение нагрузки разрушения исследуемых образцов. Процент увеличения по сравнению с контрольным образцом составил 156%, 261% и 389%. В то время как процент увеличения прочности на сжатие относительно контрольного образца составлял 8%, 23% и 34%, соответственно.
Литература
1. Габель К Структурное поведение элементов, сочетающих в себе сверхвысокопрочные железобетонные и железобетонные. Докторская диссертация, Федеральный технологический институт в Лозанне, Франция Habel K 2004 Structural Behaviour of Elements
2. Ян Дж., Хун Бин Л., Шэн Дж., Ван Х. 2010 Экспериментальное исследование динамических механических свойств химически активного порошкового бетона при воздействии высоких скоростей Наука Китай Технологические науки 53 9 с. 2435-2449
3. Вилл К., Нэмаэн А.Е. и El-Tawil S 2011 Оптимизация сверхвысокопрочного фибробетона The International professors journal стр 35-41
4. Данха Л.С. 2012 Поведение на растяжение реактивного порошкового бетона. Магистр естественных наук диплом технологического университета Багдада, Ирак
5. Аль-Хассани Х.,., Аль Хафаджи Ж., и Измаил М. 2015 Изгибное поведение гибридных тройниковых балок (содержащих реактивный порошковый бетон и бетон нормальной прочности) Журнал по проектированию и разработке №19 2 ISSN стр. 1813-7822
6. Ву К., Канг Т.Х., Мпала И.Б., Ким Ч. 2018 Испытание на осевую нагрузку гибридных бетонных колонн состоящего из трубного гидридного бетона и бетонного сердечника нормальной прочности. Бетонные конструкции и материалы ISSN 1976-0485
Reaction of a hybrid extra strong concrete stone to bending in
span
Radchenko I.O.
Far Eastern Federal University
In this article, hybrid concretes with especially high strength are
investigated, in which they are filled with steel fiber fibers in
X X О го А С.
X
го m
о
to о м о
different percentages and according to the depth of the fiber layer. Research of experimental laboratories carried out in the laboratory on the basis of the laboratory of the Far Eastern Federal University. The experiment consisted of making 26 samples of a prismatic shape, providing an exceptionally high quality hybrid concrete with two variable parameters: depth filling with fiber fibers and the percentage of fiber volume to the volume of the entire concrete product. Flexural tests were performed on each specimen over 28 days. The tests were carried out on a press machine in accordance with the requirements for testing concrete products. Relationship between two variables. The data were stabilized and archived for the further development of this scientific direction. General experimental results are given and recommendations for the use of aggregates in mixtures are given.
Keywords: hybrid concrete, high strength concrete, flexural strength, fiber, steel fiber
References
1. Habel K Structural Behaviour of Elements Combining Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concretes (UHPFRC) and Reinforced Concrete. PhD thesis, Federal Institute of Technology in Lausanne, France
2. Yang J, HongBin L, Sheng G and Wang H 2010 Experimental study of dynamic mechanical properties of reactive powder concrete under high-strain-rate impacts Science China Technological Sciences 53 9 pp 2435-2449
3. Wille K, Naaman A E and El-Tawil S 2011 Optimizing Ultra-High-Performance Fiber- Reinforced Concrete Concrete International pp 35-41
4. Danha L S 2012 Tensile behavior of reactive powder concrete. M.Sc. thesis University of Technology Baghdad, Iraq
5. Al-Hassani H, Al-Kafaji J and Ismael M 2015 Flexural behavior of hybrid Tee Beams (Containing Reactive Powder Concrete and Normal Strength Concrete) Journal of Engineering and Development 19 2 ISSN pp 1813-7822
6. Wu X, Kang T H, Mpalla I B and Kim C 2018 Axial Load Testing of Hybrid Concrete Columns Consisting of UHPFRC Tube and Normal-Strength Concrete Core International Journal of Concrete Structures and Materials DOI 10.1186/s40069-018-0275-2 ISSN 1976-0485
o
CN O CN
O HI
m x
<
m o x
X
