Талшықты темірбетонның механикалық қасиеттері және бұзылу механизмдері: талшық түрі мен құрамының әсері

Бетон ең көп қолданылатын материал Құрылыс материал. Ол кеңінен қолжетімділігі, өндіріс процесінің қарапайымдылығы, төмен құны және қолданудың қарапайымдылығы сияқты көптеген артықшылықтарды ұсынады. Ол ғимараттар, жолдар, көпірлер, туннельдер және гидротехника сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады. Көптеген инженерлік жобалар дамыған сайын бетонның өнімділігіне қойылатын талаптар да біртіндеп артты. Нәтижесінде, дәстүрлі бетонның кемшіліктері, мысалы, созылу беріктігінің жеткіліксіздігі, жарықшақтарға төзімділіктің нашарлығы және көлем тұрақсыздығы айқындала бастады. Сондықтан бетонның өнімділігін арттыру құрылыс инженериясындағы негізгі зерттеу бағыттарының бірі болып келеді.

Бетонның жұмысын жақсарту үшін, әдетте, оның механикалық қасиеттері мен беріктігін жақсарту үшін талшықтар қосылады. Мысал ретінде мыналарды айтуға болады Болат талшығыs (SF), синтетикалық талшықтар (полипропилен талшықтары сияқты), минералды талшықтар (базальт талшықтары - BF сияқты) және көміртекті талшықтар (CF). Бұл тәсіл жоғары өнімді бетонның (HPC) және өте жоғары өнімді бетонның (UHPC) өнімділігін одан әрі арттырды.

Талшықтар белгілі бір дәрежеде бетонның механикалық қасиеттерін жақсарта алады. Дегенмен, әртүрлі талшық түрлері мен құрамы сөзсіз бетонның механикалық қасиеттеріне әсер етуінде айтарлықтай өзгерістерге әкеледі. Қазіргі уақытта талшықтың оңтайлы құрамы, тиісті параметрлер мен механикалық қасиеттер арасындағы сандық байланыс және талшықты темірбетонның негізгі механизмдері әлі де қосымша түсіндіруді қажет етеді. Бұл зерттеу көміртекті талшықтарды (КТ) зерттеді, базальт талшықтары (BF) және болат талшықтары (SF) зерттеу нысандары ретінде әртүрлі талшық құрамы бар бетон үлгілерін дайындады. Бұл талшықтар бетондағы өнімділіктің жақсы құжатталғандығы және кеңінен қолданылуына байланысты таңдалды. Бақыланатын айнымалы эксперименттер арқылы талшық түрі мен құрамының бетонның қысу беріктігіне, серпімділік модуліне және бұзылу режиміне әсері жүйелі түрде талданды. Сандық кескін және сканерлеуші ​​​​электрондық микроскопия (SEM) талдау әдістерін біріктіре отырып, эксперименттер кезінде талшықты-темірбетонның жарықшақ эволюциясының мінез-құлқы байқалды, бұл келесі қорытындыларға әкелді:

1. Кәдімгі бетонмен (КБ) салыстырғанда, болат талшықтарының (СҚ), көміртекті талшықтардың (КТ) және т.б. қосылуы базальт талшықтары (BF) талшықты-темірбетонның (FRC) механикалық қасиеттерін айтарлықтай жақсартты және оның бұзылу режимін өзгертті. Бұл талшықтар бетонның тығыздығын және бастапқы кеуек сығымдау сипаттамаларын өзгертті. Талшық мөлшері артқан сайын бұзылу режимі сынғыштан созылғышқа ауысты. Сыни өтпелі нүкте 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 талшықтарының оңтайлы мөлшері 2,0%, көміртекті талшықтар үшін 1,0% және базальт талшықтары үшін 0,5% болды.

2. Талшық мөлшері бетонның тығыздығын және көтергіштігін жақсарта алса да, тым жоғары мөлшері «қанығу» құбылысына әкеліп соғуы мүмкін, бұл талшықтың «агломерациясын» тудырады. Бұл бетонның физикалық қасиеттеріне, беріктігіне және деформация сипаттамаларына кері әсер етеді. Болат талшықты бетон талшықтың көлемдік үлесі 2,0% болғанда оңтайлы өнімділікке қол жеткізді, ал көміртекті талшықты бетон және базальт талшықты бетон сәйкесінше 1,0% және 0,5% деңгейінде оңтайлы өнімділікке жетті. Осы оңтайлы құрамнан тыс өнімділік төмендеді.

3. Сканерлеуші ​​электронды микроскопия (СЭМ) талдауы талшықтар мен цементті матрица арасындағы беттік байланыс бетонның макроскопиялық механикалық қасиеттеріне айтарлықтай әсер ететінін көрсетті. Талшықтардың тиісті мөлшері бетон ішінде тығыз үш өлшемді желілік құрылымды құрайды, бұл матрицаның байланысын және жалпы өнімділігін арттырады. Дегенмен, талшықтың тым жоғары мөлшері талшықтың агломерациясына әкеледі, бұл беттік аймақтардың әлсіздігін тудырады және бетонның тығыздығы мен беріктігін төмендетеді. Микроқұрылымдағы өзгерістер макроскопиялық механикалық қасиеттердің эволюциясымен өте сәйкес келді.

4. Талшықтарды қосу бетонның бұзылу режимін айтарлықтай өзгертті. Қарапайым бетонмен салыстырғанда, талшықты темірбетон бұзылғаннан кейінгі тұтастықты жоғары көрсетті, жарықтар аз және тар болды, ал беріктігі артты. Болат талшықтары жарықшақтардың пайда болуын тежеуде ең тиімді болды, одан кейін көміртекті талшықтар мен базальт талшықтары келеді. Талшықтардың «көпірлік әсері» жарықшақтардың таралуын басуда шешуші рөл атқарды, ал «әлсіз интерфейс әсері» механикалық қасиеттерге теріс әсер етті.