Талшықты темірбетонның механикалық қасиеттері мен бұзылу механизмдері: талшық түрі мен мазмұнының әсері

Бетон - ең көп қолданылатыны Құрылыс материал. Ол көптеген артықшылықтарды ұсынады, оның ішінде кең таралған қолжетімділік, қарапайым өндіріс процесі, төмен баға және қолданудың қарапайымдылығы. Ол ғимараттар, жолдар, көпірлер, туннельдер және гидротехника сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады. Көптеген инженерлік жобалар дамыған сайын бетонның өнімділігіне қойылатын талаптар да біртіндеп артты. Демек, дәстүрлі бетонның жеткіліксіз созылу беріктігі, нашар жарыққа төзімділігі және көлемнің тұрақсыздығы сияқты кемшіліктері айқын болды. Сондықтан бетонның өнімділігін арттыру құрылыс құрылысындағы негізгі зерттеу бағыттарының бірі болды.

Бетонның өнімділігін арттыру үшін оның механикалық қасиеттері мен қаттылығын жақсарту үшін әдетте талшықтар қосылады. Мысалдар жатады Болат талшықs (SF), синтетикалық талшықтар (полипропилен талшықтары сияқты), минералды талшықтар (мысалы, базальт талшықтары - BF) және көміртекті талшықтар (CF). Бұл тәсіл өнімділігі жоғары бетонның (HPC) және өте жоғары өнімді бетонның (UHPC) өнімділігін одан әрі арттырды.

Талшықтар белгілі бір дәрежеде бетонның механикалық қасиеттерін жақсарта алады. Дегенмен, талшықтардың әртүрлі түрлері мен мазмұны олардың бетонның механикалық қасиеттеріне әсер етуінде сөзсіз елеулі өзгерістерге әкеледі. Қазіргі уақытта талшықтың оңтайлы құрамы, тиісті параметрлер мен механикалық қасиеттер арасындағы сандық байланыс және талшықты темірбетонның негізгі механизмдері әлі де қосымша нақтылауды қажет етеді. Бұл зерттеу көміртекті талшықтарды (CF) зерттеді, базальт талшықтары (BF) және болат талшықтары (SF) зерттеу субъектілері ретінде, талшықтың құрамы әртүрлі бетон үлгілерін дайындау. Бұл талшықтар олардың бетонда жақсы құжатталған өнімділігін арттыруға және кеңінен қолдануға байланысты таңдалды. Бақыланатын ауыспалы эксперименттер арқылы талшық түрі мен мазмұнының бетонның қысу беріктігіне, серпімділік модуліне және бұзылу режиміне әсері жүйелі түрде талданды. Сандық кескінді және сканерлеуші ​​электрондық микроскопияны (SEM) талдау әдістерін біріктіре отырып, эксперименттер кезінде талшықты темірбетонның жарықшақтарының эволюциясы байқалды, бұл келесі қорытындыларға әкелді:

1. Қарапайым бетонмен (PC) салыстырғанда, болат талшықтары (SF), көміртекті талшықтар (CF) және базальт талшықтары (BF) талшықты темірбетонның (ТҚҚ) механикалық қасиеттерін айтарлықтай жақсартты және оның бұзылу режимін өзгертті. Бұл талшықтар бетонның жинақылығын және бастапқы кеуекті сығу сипаттамаларын өзгертті. Талшықтың мөлшері артқан сайын бұзылу режимі сынғыштан иілгішке ауысты. Критикалық өту нүктесі болат талшықты бетон (SFC) үшін 0,5% және көміртекті талшықты бетон (CFC) және базальт талшықты бетон (BFC) үшін 1,0% болды. Механикалық өнімділікті барынша арттыру үшін болат талшықтары үшін оңтайлы мазмұн 2,0%, көміртекті талшықтар үшін 1,0%, базальт талшықтары үшін 0,5% болды.

2. Талшықтың мазмұны бетонның жинақылығы мен көтергіштік қабілетін жақсарта алатынына қарамастан, шамадан тыс жоғары мазмұн талшықтың «агломерациясын» тудыратын «қанықтыру» құбылысына әкелуі мүмкін. Бұл бетонның физикалық қасиеттеріне, беріктігіне және деформациялық сипаттамаларына теріс әсер етеді. Болат талшықты бетон талшықтың көлемдік үлесі 2,0% болғанда оңтайлы өнімділікке қол жеткізді, ал көміртекті бетон және базальт талшықты бетон сәйкесінше 1,0% және 0,5% оңтайлы өнімділікке жетті. Осы оңтайлы мазмұннан басқа өнімділік төмендеді.

3.Сканерлеуші ​​электронды микроскопия (SEM) талдауы талшықтар мен цементті матрица арасындағы фазааралық байланыс бетонның макроскопиялық механикалық қасиеттеріне айтарлықтай әсер ететінін көрсетті. Талшықтардың сәйкес мөлшері бетон ішінде тығыз үш өлшемді желі құрылымын құрайды, бұл матрицаның байланысын және жалпы өнімділігін арттырады. Алайда талшықтың шамадан тыс жоғары мөлшері талшықтардың агломерациясына әкеледі, әлсіз фазааралық аймақтарды тудырады және бетонның тығыздығы мен беріктігін төмендетеді. Микроқұрылымдағы өзгерістер макроскопиялық механикалық қасиеттердің эволюциясына өте сәйкес келді.

4. Талшықтардың қосылуы бетонның бұзылу режимін айтарлықтай өзгертті. Қарапайым бетонмен салыстырғанда талшықты темірбетон бұзылудан кейінгі жоғары тұтастықты, аз және тар жарықшақтармен және күшейтілген қаттылықты көрсетті. Жарықшаларды тежеуде ең тиімді болат талшықтары болды, одан кейін көміртекті талшықтар мен базальт талшықтары болды. Талшықтардың «көпірлік әсері» жарықшақтардың таралуын басу үшін шешуші рөл атқарды, ал «әлсіз интерфейс әсері» механикалық қасиеттерге теріс әсер етті.