CC BY
12ВЛИЯНИЕ ТУГОПЛАВКИХ АРМИРУЮЩИХ ВОЛОКОН НА СВОЙСТВА
ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ
Сульдин Вячеслав Витальевич
Магистрант 2 года обучения, СамарскийГосударственныйАрхитектурно-СтроительныйУниверситет,
г. Самара
Хлыстов Алексей Иванович
Доктор технических наук, СамарскийГосударственныйАрхитектурно-СтроительныйУниверситет, профессор кафедры «Производство Строительных Материалов Изделий и Конструкций», г. Самара
THE EFFECT OF REFRACTORY FIBER REINFORCEMENT ON THE PROPERTIES OF HEAT-RESISTANT CONCRETE Suldin Viacheslav, Undergraduate 2 years of training, Samara State Architecture and Construction University, Samara Hlistov Alexei, Doctor of technical Sciences, Samara State University of Architecture and Construction, Professor of the Department "Production of Building Materials, Products and Structures", Samara АННОТАЦИЯ
Разработаны составы жаростойких фибробетонов с повышенной термостойкостью. Применение огнеупорных волокон позволило изделиям из жаростойкого бетона увеличить значительно предел прочности при изгибе. Увеличенная прочность при изгибе в жаростойких конструкциях положительно скажется на долговечности. Применение металлической фибры из жаростойкой стали позволяет создать жаростойкие железобетонные конструкции, в которых не требуется стержневая арматура. ABSTRACT
The developed compositions of heat-resistant fiber-reinforced concrete with high thermal stability. The use of refractory fibers allowed the products from heat-resistant concrete can significantly increase the tensile strength in bending. Increased Flexural strength in the heat-resistant designs have a positive impact on durability. The use of metal fibers of heat-resistant steel allows you to create heat-resistant concrete structures, which is not required bar reinforcement.
Ключевые слова: жаростойкие бетоны, портландцемент, глиноземистый цемент, жидкое стекло, базальтовая фибра, металлическая фибра, термостойкость, долговечность.
Keywords: heat-resistant concretes, Portland cement, aluminous cement, liquid glass, basalt fiber, metal fiber, thermo stability, durability.
Жаростойкие бетоны также, как и обычные бетоны имеют повышенную прочность на сжатие, но в 40-50 раз меньшую прочность на растяжение. В конструкциях, которые работают на изгиб очень важно повысить прочностные показатели на растяжение. [1]
В жаростойких бетонах применяют следующие типы вяжущих: портландцемент с тонкомолотой добавкой, глиноземистый цемент, жидкое стекло и фосфатные связующие. Заполнители для жаростойких бетонов гото-
вятся в основном путем дробления огнеупорной керамики: шамота, муллита, магнезита, хромомагнезита и других огнеупоров. [2]
В г. Москва налажено производство базальтовой фибры. Поскольку в технологическом процессе использовался высокотемпературный расплав базальта (1500оС) это волокно можно применить в жаростойком бетоне в качестве арматуры с высокой температурой применения. В таблице 1 указаны характеристики базальтовой
фибры
Таблица 1
Характеристики базальтовой фибры
Наименование показателя Значение показателей с допустимыми нормами
Минимальный диметр волокна, мкм 20
Максимальный диаметр волокна, мкм 400
Средний диаметр волокна, мкм 200±20
Длина отрезка волокна, мм 6, 12, 18, 24±1,0
Массовая доля влаги, не более 0,3
Массовая доля замасливателя, %:
- замаслитель «парафиновая эмульсия»; Не более 1,0
- прямые замасливатели; Не менее 0,3
-неорганические замасливатели Не менее 0,3
Плотность рыхлой массы, кг/м3 70-80
Химическая устойчивость (потеря в весе после 3ч кипя-
чения), г
в H2O 1,6
в2hNaOH 2,75
в 2hHa 2,2
Диапазон рабочих температур -260о - +700о
Термическая стойкость жаростойких компонентов определялась по ГОСТ 20910-90. Как и следовало ожидать, возникающие растягивающие напряжения активно воспринимает огнеупорная волокнистая фибра. Так термостойкость жаростойкого бетона на портландцементе возросла с 12-15 водных теплосмен до 20-25, т.е. в 2 раза.
Оптимальное количество базальтовой фибры примерно такое же, как и у каолиновой ваты - 3-4% от массы вяжущего.
Применение базальтовой фибры заводского производства в качестве армирующего компонента также положительно сказалось не только на прочностных
Химический состав
показателях материала, но и на термической стойкости бетона.
Также в наших исследования мы использовали металлическую фибру. Химический состав представлен в таблице 2.
Сплав представлен легированной сталью с большим количеством хрома, поэтому температура применения достигает 1450оС.
В таблице 3 приведены составы бетонов, в которых были добавлены жаростойкие волокна в качестве армирующего компонента. [3]
Таблица 2
таллической фибры_
С Si Mn P S Cr Ni Остальные
0,50 3,5 2,0 0,050 0,030 18,0-20, 20,0 5575
Таблица 3
Составы тяжелых жаростойких бетонов_
№ п/п Состав бетона, кг/м3 Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 Предел после с в оС в М ности п прочности при сжатии бетонов ушки и обжига при температуре Па в числители и предел проч-ри изгибе в знаменателе Термо-стой-кость, водные тепло-смены
100 400 800 max
1 Портландцемент ПЦ-500-Д0-220 Алюмохромистый отход ИМ-2201-220 Шамотный щебень - 650 Шамотный песок - 750 Вода - 290 2090 32,4 3,9 36,5 4,1 11,8 1,5 38,7 4,1 1250оС 12
2 Глиноземистый цемент ГЦ-40 - 400 Шамотный щебень - 650 Шамотный песок - 750 Вода - 280 2060 35,4 4,1 38,9 4,3 12,9 1,6 37,6 4,2 1300оС 18
3 Глиноземистый цемент ГЦ-40 - 100 Алюмохромистый отход ИМ-2201 - 300 Шамотный щебень - 650 Шамотный песок - 750 Жидкое стекло Р=1,34 г/см3 - 350 2120 38,5 4,2 40,4 4,4 29,8 3,8 39,8 4,3 1350оС 25
В данные составы бетонов было введено армирующее волокно в количестве 4% от массы вяжущего вещества. В качестве армирующих волокон использовались: отработанное асбестовое волокно - отход Ульяновского шиферного завода; базальтовое волокно, выпускаемое в
ОАО «Вулкан» г.Москва и металлическая фибра из жаростойкой стали. У армированных жаростойких бетонов определялись следующие показатели: предел прочности при изгибе после обжига при различных температурах и термическая стойкость. Результаты испытаний представлены на данных рисунках.
Рисунок 1. Влияние жаростойких волокон на предел прочности при изгибе бетонов на портландцементе
1 - жаростойкий бетон на портландцементе с асбестовым волокном
2 - жаростойкий бетон на портландцементе с базальтовым волокном
3 - жаростойкий бетон на портландцементе с металлической фиброй из нержавеющей стали
200 400 600 800 1000 1200 1400 Температура, °С
Рисунок 2. Влияние жаростойких волокон на предел прочности при изгибе бетонов на глиноземистом цементе
1 - жаростойкий бетон на глиноземистом цементе с отработанным асбестовым волокном
2 - жаростойкий бетон на глиноземистом цементе с базальтовым волокном
3 - жаростойкий бетон на глиноземистом цементе с металлической фиброй из нержавеющей стали
I
5 4
200 400 600 800 1000 1200 1400
Температура. °С
Рисунок 3. Влияние жаростойких волокон на предел прочности при изгибе бетонов на жидком стекле
1 - жаростойкий бетон на жидком стекле с асбестовым волокном
2 - жаростойкий бетон на жидком стекле с базальтовым волокном
3 - жаростойкий бетон на жидком стекле с металлической фиброй из нержавеющей стали
Кроме определения прочностных показателей у данных составов бетонов с армирующими волокнами была определена термическая стойкость. Введение волокон в состав жаростойких бетонов значительно увеличило
Значения термичеа
термическую стойкость - основное свойство, определяющих их долговечность. Значения термической стойкости армированных жаростойких бетонов приведена в таблице 4. [4,5]
Таблица 4
й стойкости бетонов
Состав бетона Вид армирующего компонента
Асбестовое волокно Базальтовое волокно Нержавеющая сталь
На портландцементе №1 по табл.1 16 18 21
На глиноземистом цементе №2 по табл.1 21 24 27
На жидком стекле №3 по табл.1 27 30 33
Выводы. 1. Введение огнеупорных волокнистых материалов в качестве армирующих компонентов позволило повысить не только предел прочности при изгибе, но и термическую стойкость жаростойких бетонов на портландцементе, на глиноземистом цементе, на жидком стекле.
2. применение волокон в качестве армирующих компонентов в составах жаростойких бетонов позволило многие жаростойкие бетонные элементы использовать в
качестве изделий, которые испытывают изгибающий эффект (например в плитах перекрытия туннельных печей и в других тепловых агрегатов)
Список литературы
1. Некрасов, К.Д. Жароупорный бетон / К.Д. Некрасов. - М., 1957. -283с.
2. Лебедев, Н.Ф. Новые огнеупорные материалы на предприятиях цветной металлургии / Н.Ф. Лебедев.
- М., ЦНИИ цветмет экономики и информации. -1981 - 48с.
3. Хлыстов, А.И. Физико-химические основы определения составов жаростойких бетонов / А.И. Хлыстов // Строительные материалы. - 1998. - №8. - С. 8-9.
4. Хлыстов, А.И. Повышение эффективности и улучшение качества огнеупорных футеровочных материалов. Монография. г. Самара 2004-134с.
5. Хлыстов, А.И.; Божко, А.В.; Соколова, С.В.; Риязов, Р.Т. Повышение эффективности и улучшение качества футеровочных конструкций из жаростойкого бетона / А.И. Хлыстов, А.В. Божко, С.В. Соколова, Р.Т. Риязов // Огнеупоры и техническая керамика. -2004. - №3. - С. 26-31.
СОЧЕТАНИЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ПО АНАЛИТИЧЕСКИМ ФОРМУЛАМ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОБТЯЖКОЙ
Сурудин Сергей Викторович
Аспирант, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева
(национальный исследовательский университет), г. Самара
COMBINATION OF FE MODELING AND CALCULATION BY ANALYTICAL FORMULAS, PROCESSES OF STRETCHFORMING Surudin Sergey, post-graduate student, Samara State Aerospace University, Samara АННОТАЦИЯ
В работе показана процедура сочетания конечно-элементного моделирования и расчета по аналитическим формулам процессов формообразования обтяжкой с учетом геометрической индентификации поверхности обтяжного пуансона по отношению к основным координатам обтяжного пресса. ABSTRACT
The paper shows the procedure combination of FE modeling and calculation by analytical formulas, processes of stretchforming taking into account a geometrical identification of a surface of an stretchforming punch in relation to the main coordinates of an stretchforming press.
Ключевые слова: обтяжка, оболочка двойной кривизны, аналитические формулы, моделирование. Keyword: stretchforming, shell of double curvature, analytical formulas, modeling.
Анализ номенклатуры обводообразующих оболочек двойной кривизны современных летательных аппаратов позволяет выявить следующие группы деталей. Первая группа - это традиционные по конструкции и по сборке обшивки из листового материала в диапазоне от 0,8 до 2,5 мм. Вторая группа - это инновационные по конструкции и по сборке обшивки из листового материала в диапазоне от 3 до 8 мм.
Однако считается, что обводообразующие оболочки определены условиями тангенциальной непрерывности, определяющие переход к безмоментной теории, несмотря на применение листового материала разной толщины. Такой переход сопровождается понижением порядка до системы двухмерных уравнений рассматриваемых краевых задач и связан с дополнительными предположениями, которые мало отличаются от гипотез Кир-хгофа-Лява.
Во-первых, срединная поверхность оболочек различной геометрической формы всюду имеет определенную касательную плоскость, во-вторых, внешние силы, кривизны поверхности и граничные условия достаточно гладкие и идеализированы и в-третьих, края оболочек нигде не проходят вдоль асимптотических линий и не касаются их. Кроме того, обе группы относятся к техническим оболочкам, для которых применимы гипотезы Кирх-гоффа-Лява, исключающие влияние моментов относительно малого безразмерного параметра.
Были определены типы геометрических форм обводообразующих оболочек (рисунок 1):
- «пологие» оболочки с малой кривизной с углом охвата 2ак<30° и радиусом R1о>5000 мм в направлении обтяжки;
- «крутые» оболочки с большой кривизной в обоих направлениях двояковыпуклой формы с 120°<2ак<180° и R1о<500 мм.
- «крутые» оболочки с большой кривизной в обоих направлениях выпукло-вогнутой формы с 120°<2ак<180° и R1о<500 мм.
Для установления геометрических параметров приведенных типов оболочек двойной кривизны воспользовались принципом соприкасающихся квадратичных поверхностей второго порядка в определенной точке, названной полюсом. Поверхности этих оболочек соответственно являются каноническими сферического, эллиптического и гиперболического типа. Для этого ввели две ортогональные плоскости симметрии F1 (продольная) и F2 (поперечная).
При пересечении плоскости F1 с поверхностью обтяжного пуансона установлен формообразующий контур, проходящий через «полюс» (точка «О») оболочки двойной кривизны в направлении обтяжки. При пересечении плоскости F2 с поверхностью обтяжного пуансона установлен контур центрального сечения, который также проходит через «полюс» оболочки двойной кривизны. Из теории оболочек известно, что величина обратная произведению радиусов R1 и R2 данных контуров характеризует значение гауссовой кривизны - к.
