Диссертация (1172914), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Результаты представлены на рисунке 1.16.Предел прочности на сжатие, МПа70605059,957,849,447,3403020100В 50, 3 кг/м3 В 40, 3 кг/м3 В 50, 6 кг/м3 В 40, 6 кг/м3Рисунок 1.16 – Гистограмма прочности на сжатие бетонов без добавкии с добавкой полипропиленовой фибры различных марок [116]Во-первых, автором сделан вывод о снижении предела прочности на сжатие бетона с добавкой ППФ и понижении марки бетона. Во-вторых, из рисунка1.16 видно, что при добавке ППФ в размере 6 кг/м3 предел прочности бетона28снижается, поэтому не рекомендуется применять большее количество ППФ дляповышения прочности бетона.В Санкт-Петербурге в 2015 году проведены исследования бетона с ППФ[117–118].
Целью исследований была оценка прочностных характеристик бетона с различным расходом ППФ. При исследовании выявлено, что армированиебетона не влияет на его прочность. Однако остаточное сопротивление растяжению при изгибе выше, чем у неармированного бетона, но при низком сцепле-Среднее напряжение приизгибе, Н/мм2нии фибры с бетоном происходит процесс выдергивания (рисунок 1.17).4,34,24,143,93,83,73,63,53,43,34,214,164,023,6403,55Расход фибры, μ, кг/м37,5Рисунок 1.17 – График зависимости среднего напряженияпри изгибе образцов от количества содержания фибры в бетоне [118]Самый эффективный расход фибры составил 5 кг/м3 (рисунок 1.9). Прирасходе ППФ в бетоне 7,5 кг/м3 происходит переармирование бетона, что приводит к снижению прочности.Исследования прочностных показателей ППФ также проводили [119–120].
Результатами этих исследований являлось улучшение прочностных характеристик бетона.Ещё одним важным свойством ППФ в бетоне является противодействиерастрескиванию материала и защита от взрывообразного разрушения. Полипропиленовая фибра снижает риск растрескивания и усадки бетона, придает бетону эластичность, стойкость к перепадам температур, а также обеспечивает29пожаробезопасность. Эта фибра легко распределяется и перемешивается в растворах и создает трехмерное упрочнение бетона.Анализ указанных источников позволяет сделать вывод о повышениипрочности бетонов при добавке ППФ, однако остается открытым вопрос, как изменяются свойства бетонов с ППФ при воздействии высоких температур, что является очень важным для обеспечения огнестойкости конструкций и возможности определения ее расчетными методами.
Также выявлено, что в отечественнойнаучной литературе исследований, посвященных использованию ППФ для защиты от взрывообразного разрушения, нет, в отличие от зарубежных источников.В качестве примера приведем исследования, проводимые в Австралии [121]на образцах в виде цилиндров размерами 100×200 мм по три образца на каждуюсерию испытаний с использованием нейлоновой и полипропиленовой фиброй сразными длинами этих волокон. Целью данного эксперимента было установитьнаиболее оптимальный расход волокна для защиты бетона от растрескивания.Это исследование показало, что при сочетании волокон нейлона длиной9 мм и полипропиленовых волокон длиной 19 мм (NY 9 mm / PP 19 mm) достигается высокий уровень защиты от растрескивания бетона и более высокая прочность бетона на сжатие. При этом стоит отметить, чем выше количество полипропиленовых волокон, тем выше связь между порами бетона.
Это свойство особенноважно при исследовании взрывообразного разрушения бетона (рисунок 1.18).NY 9 mm/PP19 mmРисунок 1.18 – Образцы испытания фибробетона на прочность при нагреве(слева направо: процент содержания фибры 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05) [121]По итогам анализа сделан вывод о необходимости исследования прочностных характеристик фибробетонов, в том числе и бетонов с добавкой ППФ.Актуальность этого обусловлена тем, что, во-первых, ППФ изменяет, а в некоторых случаях улучшает прочностные характеристики бетонов, а во-вторых,30защищает бетон от взрывообразного разрушения. Однако для понимания процесса защиты от взрывообразного разрушения необходимо рассмотреть процесс и механизмы, протекающие в бетоне при взрывообразном разрушении, атакже механизмы, позволяющие избежать этого явления при добавке ППФ.1.3.Причины и механизм взрывообразного разрушения бетонапри высокотемпературном воздействииВзрывообразное разрушение бетона во время пожара чрезвычайно опасно, так как приводит к преждевременному разрушению конструкции вследствие отслаивания защитного слоя бетона, прогреву рабочей арматуры до критической температуры и обрушению конструкции.
Исследованиям в даннойобласти положили начало ученые В.Л. Руссо, В.Н. Морозов, Л.В. Павлова, В.И.Гельмиза, В.В. Жуков, А.А. Гусев, В.М. Ройтман, Е.А. Мешалкин.Основные положения исследований данного явления приведены в статьях[8–9, 122–123], где также представлены теоретические расчеты. Целью всехэтих работ являлось изучение такого опасного явления как взрывообразное разрушение нагретого бетона с учетом влажности, газонепроницаемости, деформативности при различных температурах и нагрузках.Сам процесс является процессом накопления повреждений в капиллярнопористой структуре материала при нагружении. Объясняется это явление действием сжимающих напряжений и испаряющейся в порах бетона влаги, фильтрационным переносом паровоздушной смеси, возникновению растягивающихи температурных напряжений и особенностями видов бетона.Практически на начальном этапе прогрева конструкции в зоне, примыкающей к обогреваемой поверхности (зона испарения), создается высокий градиент температур, давлений и влагосодержания [8] (происходит процесс нагревавлаги, которая при температуре примерно 90–170 ºС начнет переходить в пар).При этом по мере прогрева конструкции зона испарения влаги будет двигатьсявглубь материала и стремиться к необогреваемой поверхности конструкции, помере продвижения увеличивая избыточное давление, рост градиента темпера-31тур и влагосодержания, что при воздействии нагрузки в дальнейшем приводитк еще большим накоплениям нарушений структуры материала.
При дальнейшем воздействии пожара на конструкцию будет продолжаться процесс накопления нарушений k до тех пор, пока это значение не приблизится к показателюкритических накоплений нарушений kкр, вследствие чего образуется магистральная трещина, которая приведет к образованию осколка и его последующему отслоению. При этом условие послойной потери целостности материалазаписывается следующим образом [8]:k ≥ kкр.(1.1)На рисунке 1.19 в графическом виде представлены причины взрывообразного разрушения бетона [8].t, P, uРисунок 1.19 – Причины взрывообразного разрушениятяжелого бетона: 1 – сухая зона бетона; 2 – зона испарения;3 – зона повышенного влагосодержания;4 – зона начального влагосодержания [8]Данное явление можно исследовать двумя путями: первый – проведениебольшого количества натурных экспериментов с конструкциями с применением32разных видов бетонов и при разных процентах содержания влаги, второй – расчетный метод, представленный в вышеуказанных статьях.Результаты, описанные в статьях В.Л.
Руссо, В.Н. Морозова, Л.В. Павловой, В.И. Гельмиза, В.В. Жукова, А.А. Гусева, В.М. Ройтмана, легли в основуработы [124], где представлены основные положения по защите железобетонных конструкций от взрывообразного разрушения при проектировании и возможности теоретического расчета этого явления.Вариант предотвращения данного явления представлен на графике (рисунок 1.20), где отражены толщины конструкций и нагрузки, которые не должныпревышать значений для разных видов бетона.Рисунок 1.20 – Зависимость взрывообразного разрушения бетонаот напряжения сжатия в бетоне и его толщины [124]Взрывообразное разрушение в основном происходит в конструкциях, вкоторых влажность превышает [124]: 3,5 % для тяжелого бетона с силикатным заполнителем; 4 % для тяжелого бетона с карбонатным заполнителем; 5 % для легкого конструкционного керамзитобетона плотностью1200 кг/м3.Однако в [124] не представлен такой метод защиты от взрывообразногоразрушения как введение в состав бетона микроволокон полипропилена.33Как было отмечено выше, при высокой влажности железобетонной конструкции (3,5 % и более) и ее прогреве создается зона испарения, т.е.
влага,находящаяся в структуре материала, переходит в пар. При этом диапазон температуры перехода влаги составляет 90–170 ℃. В зоне испарения создается избыточное давление, а при сочетании давления и нагрузки происходит накопление нарушений в структуре бетона. Добавление ППФ позволит избежать этоговследствие низкой температуры плавления полипропилена, которая равна примерно 140–160 ℃. При нагреве конструкции одновременно с преобразованиемводы в пар выплавляется ППФ. В результате, на месте фибры образуются микроканалы, по которым пар может перемещаться, не создавая избыточного давления. А так как температура нагретого пара и влаги выше температуры плавления полипропилена, то при дальнейшем нагреве конструкции нагретый парпо мере перемещения и плавления фибры будет свободно двигаться к необогреваемой поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
