Մանրաթելային ամրացված բետոնի մեխանիկական հատկությունները և քայքայման մեխանիզմները. Մանրաթելի տեսակի և պարունակության ազդեցությունը

Բետոնը ամենատարածվածն է Շինարարություն նյութ։ Այն առաջարկում է բազմաթիվ առավելություններ, այդ թվում՝ լայնորեն մատչելիությունը, պարզ արտադրական գործընթացը, ցածր գինը և կիրառման հեշտությունը։ Այն լայնորեն կիրառվում է տարբեր ոլորտներում, ինչպիսիք են շենքերը, ճանապարհները, կամուրջները, թունելները և հիդրոտեխնիկան։ Ինժեներական նախագծերի մեծ թվի զարգացմանը զուգընթաց աստիճանաբար աճել են նաև բետոնի կատարողականի նկատմամբ պահանջները։ Հետևաբար, ակնհայտ են դարձել ավանդական բետոնի թերությունները, ինչպիսիք են անբավարար ձգման ամրությունը, ճաքերի նկատմամբ վատ դիմադրությունը և ծավալային անկայունությունը։ Հետևաբար, բետոնի կատարողականի բարելավումը մշտապես եղել է քաղաքացիական ճարտարագիտության հիմնական հետազոտական ​​ուղղություններից մեկը։

Բետոնի կատարողականը բարելավելու համար սովորաբար ավելացվում են մանրաթելեր՝ դրա մեխանիկական հատկությունները և ամրությունը բարելավելու համար: Օրինակներ են՝ Պողպատե մանրաթելs (SF), սինթետիկ մանրաթելեր (օրինակ՝ պոլիպրոպիլենային մանրաթելեր), հանքային մանրաթելեր (օրինակ՝ բազալտե մանրաթելեր - BF) և ածխածնային մանրաթելեր (CF): Այս մոտեցումը էլ ավելի է բարելավել բարձր արդյունավետության բետոնի (HPC) և գերբարձր արդյունավետության բետոնի (UHPC) արդյունավետությունը:

Մանրաթելերը կարող են որոշ չափով բարելավել բետոնի մեխանիկական հատկությունները: Այնուամենայնիվ, տարբեր տեսակի մանրաթելերը և դրանց պարունակությունը անխուսափելիորեն հանգեցնում են բետոնի մեխանիկական հատկությունների վրա իրենց ազդեցության զգալի տատանումների: Ներկայումս օպտիմալ մանրաթելի պարունակությունը, համապատասխան պարամետրերի և մեխանիկական հատկությունների միջև քանակական կապը, ինչպես նաև մանրաթելային ամրանավորված բետոնի հիմքում ընկած մեխանիզմները դեռևս լրացուցիչ պարզաբանման կարիք ունեն: Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրել է ածխածնային մանրաթելերը (CF), բազալտե մանրաթելեր (BF) և պողպատե մանրաթելերը (SF) որպես հետազոտության առարկաներ՝ պատրաստելով բետոնե նմուշներ՝ տարբեր մանրաթելային պարունակությամբ: Այս մանրաթելերն ընտրվել են բետոնի մեջ դրանց լավ փաստաթղթավորված կատարողականի բարելավման և լայն կիրառման շնորհիվ: Վերահսկվող փոփոխականների փորձերի միջոցով համակարգված կերպով վերլուծվել է մանրաթելի տեսակի և պարունակության ազդեցությունը բետոնի սեղմման ամրության, առաձգականության մոդուլի և կոտրման ռեժիմի վրա: Թվային պատկերի և սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) վերլուծության տեխնիկաների համատեղմամբ՝ դիտարկվել է մանրաթելային բետոնի ճաքերի առաջացման վարքագիծը փորձերի ընթացքում, ինչը հանգեցրել է հետևյալ եզրակացություններին.

1. Սովորական բետոնի (PC) համեմատ, պողպատե մանրաթելերի (SF), ածխածնային մանրաթելերի (CF) և բազալտե մանրաթելեր (BF)-ը զգալիորեն բարելավել է մանրաթելային ամրացված բետոնի (FRC) մեխանիկական հատկությունները և փոխել դրա փչացման եղանակը: Այս մանրաթելերը փոխել են բետոնի կոմպակտությունը և ծակոտիների սկզբնական սեղմման բնութագրերը: Մանրաթելի պարունակության աճին զուգընթաց, փչացման եղանակը փոխվել է փխրունությունից դեպի ճկուն: Կրիտիկական անցումային կետը պողպատե մանրաթելային բետոնի (SFC) համար կազմել է 0.5% և ածխածնային մանրաթելային բետոնի (CFC) և բազալտե մանրաթելային բետոնի (BFC) համար՝ 1.0%: Մեխանիկական կատարողականությունը մեծացնելու համար պողպատե մանրաթելերի օպտիմալ պարունակությունը կազմել է 2.0%, ածխածնային մանրաթելերի համար՝ 1.0%, իսկ բազալտե մանրաթելերի համար՝ 0.5%:

2. Չնայած մանրաթելի պարունակությունը կարող է բարելավել բետոնի կոմպակտությունը և կրողունակությունը, չափազանց բարձր պարունակությունը կարող է հանգեցնել «հագեցման» երևույթի՝ առաջացնելով մանրաթելի «ագլոմերացիա»։ Սա բացասաբար է անդրադառնում բետոնի ֆիզիկական հատկությունների, ամրության և դեֆորմացիոն բնութագրերի վրա։ Պողպատե մանրաթելային բետոնը օպտիմալ ցուցանիշներ է ապահովել մանրաթելի ծավալային մասնաբաժնի 2.0% դեպքում, մինչդեռ ածխածնային մանրաթելային բետոնը և բազալտե մանրաթելային բետոնը հասել են իրենց օպտիմալ ցուցանիշների համապատասխանաբար 1.0% և 0.5% դեպքում։ Այս օպտիմալ պարունակություններից այն կողմ ցուցանիշները նվազել են։

3. Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) վերլուծությունը ցույց տվեց, որ մանրաթելերի և ցեմենտային մատրիցի միջև միջերեսային կապը զգալիորեն ազդում է բետոնի մակրոսկոպիկ մեխանիկական հատկությունների վրա: Մանրաթելերի համապատասխան քանակը բետոնի ներսում ձևավորում է խիտ եռաչափ ցանցային կառուցվածք, բարելավելով մատրիցի կապը և ընդհանուր կատարողականը: Այնուամենայնիվ, մանրաթելերի չափազանց բարձր պարունակությունը հանգեցնում է մանրաթելերի կուտակման, ստեղծելով թույլ միջերեսային շրջաններ և նվազեցնելով բետոնի խտությունն ու ամրությունը: Միկրոկառույցի փոփոխությունները խիստ համապատասխանում էին մակրոսկոպիկ մեխանիկական հատկությունների զարգացմանը:

4. Մանրաթելերի ավելացումը զգալիորեն փոխեց բետոնի փլուզման եղանակը: Սովորական բետոնի համեմատ, մանրաթելային բետոնը ցուցաբերեց ավելի բարձր հետփլուզման ամբողջականություն՝ ավելի քիչ և նեղ ճաքերով, ինչպես նաև բարելավված ամրությամբ: Պողպատե մանրաթելերն ամենաարդյունավետն էին ճաքերի կանխման գործում, որին հաջորդում էին ածխածնային և բազալտե մանրաթելերը: Մանրաթելերի «կամրջող ազդեցությունը» կարևոր դեր խաղաց ճաքերի տարածումը զսպելու գործում, մինչդեռ «թույլ միջերեսային էֆեկտը» բացասաբար ազդեց մեխանիկական հատկությունների վրա: