Исследование трещиностойкости бетона c добавкой хризотила и суперпластификатора

Развитие технологии бетона, произошедшее за последние десятилетия, позволяет в несколько раз повысить прочность бетона, производимого промышленным способом [1]. Однако при повышении прочностных характеристик бетона возрастает его хрупкость и снижается трещиностойкость. Для устранения этого негативного эффекта применяется стальная, полимерная или минеральная фибра. Исследования, проводившиеся на протяжении последних десятилетий, убедительно показывают, что дисперсное армирование бетона повышает его трещиностойкость, ударостойкость, прочность на растяжение и изгиб [2−4]. Повышение трещиностойкости бетона за счет использования микроармирующих добавок, наряду с использованием высокоэффективных водоредуцирующих добавок, способно значительно повысить долговечность бетона [5, 6] и снизить его проницаемость для коррозионно-активных агентов.

В настоящее время для дисперсного армирования наиболее широко применяется дорогостоящая металлическая фибра, которая склонна к коррозии при неблагоприятных условиях эксплуатации. К числу наиболее перспективных материалов для дисперсного армирования бетона относятся волокна хризотила, которые представляют собой трубки с внешним диаметром 20 нм. Они характеризуются более высокой, чем у стали прочностью при растяжении и стойкостью в щелочных средах. Хризотил является природным материалом, и относится к одним из самых дешевых видов волокон.

В настоящей работе было исследовано влияние добавки хризотила в количестве 1% от массы цемента на деформативно-прочностные свойства и параметры разрушения растворной составляющей бетона. Кроме состава с добавкой хризотила, исследовался бездобавочный контрольный состав.

Исследования проводились на составе с соотношением песок: цемент 1:2 при водоцементном отношении 0,4. Для приготовления смеси использовался один из наиболее эффективных суперпластификаторов [7] Melflux 5581 °F в количестве 0,25% от массы цемента. Из этой смеси изготавливались образцы типа I с размерами 40Ч40Ч160 мм для испытания по методике [8]. После формования образцы выдерживались при температуре 20 °C в течении 4 часов, а затем подвергались тепловлажностной обработке по режиму: 3 часа — подъем температуры, 7 часов — выдержка при 80 °C и 5 часов — охлаждение.

Исследование трещиностойкости мелкозернистого бетона проводилось по методике стандарта [8], с помощью измерительно-вычислительного комплекса «АСИС-1» производства НПП «ГЕОТЕК» [9] с оснасткой для испытания на изгиб.

При исследовании трещиностойкости расстояние между опорами призм составляло 130 мм. Скорость нагружения образца составляла 0,02 мм/мин. Величины л и ц, используемые в расчетах [8], принимались равными 0,35 и 0,3077, соответственно.

Результаты определения зависимостей «прогиб — сила» для составов без добавки и с добавкой хризотила приводятся на рис. 1.

Рис. 1. Влияние прогиба образцов на силу сопротивления

Из приведенных на рис. 1 зависимостей величины прогиба от приложенной нагрузки видно, что развитие магистральной трещины у состава бетона с армирующим волокном происходит позже, чем в составе бетона без хризотилового волокна. Несмотря на то, что величина прогиба такого состава почти в 2 раза выше, чем бездобавочного состава, этот состав дольше сопротивляется разрушению при большей нагрузке.

По полученным результатам (рис. 2) вычисляли следующие характеристики раствора — модуль упругости (Е_б) рассчитывали исходя из величины прогиба (f), образуемого при действии на образец нагрузки (F_с) соответствующей началу движения магистральных трещин по формуле:

.

где I_к — момент инерции (, b, h — ширина и высота образца в м).

Результаты вычисления различных характеристик трещиностойкости исследованных составов по методикам [8] приводятся в таблице.

Характеристики трещиностойкости исследованных составов.

Сравнение данных в таблице показывает, что за счет введения хризотила повышается прочность на изгиб при растяжении на 22%, модуль упругости бетона возрастает в 1,8 раза.

При введении хризотилового волокна (данные таблицы) происходит значительное увеличение энергии приходящейся на развитие магистральных трещин и энергии расходуемой на разрушение образца вследствие восприятия растягивающих напряжений хризотиловыми волокнами. В результате коэффициент трещиностойкости — вязкость разрушения повышается с 0,65 до 0,78. хризотил трещиностойкость бетон Растворная составляющая бетона с добавкой хризотила уступает по характеристикам бетонам, армированным стальной фиброй [2]. Причиной этого, по нашему мнению, является неравномерное распределение хризотиловых волокон из-за их комкования в процессе перемешивания.

Проведенные исследования позволили подтвердить предположение о положительной роли хризотилового волокна как армирующего элемента бетона для повышения его трещиностойкости, модуля упругости и прочности при растяжении.

Библиографический список

• 1. Калашников В. И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч.3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего // Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 20.
• 2. Пухаренко Ю. В., Голубев В. Ю. О вязкости разрушения фибробетона // Вестник гражданских инженеров. — 2008. — № 3 (16). — С. 80−83.
• 3. Зайцев Ю. В. Механика разрушения для строителей: учеб. пособие для строит. вузов. М.: Высш. шк., 1991. — 288 с.
• 4. Пащенко А. А. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. Наука — строительному производству. М.: Стройиздат. 1988. 382 с.
• 5. Коровкин, М. О. Исследование эффективности суперпластификатор С-3 в вяжущем низкой водопотребности/М.О. Коровкин//Строительство и реконструкция. -2011. -№ 2. -С. 83−87.
• 6. Коровкин, М. О. Ресурсосберегающая эффективность суперпластификатора в бетоне/М.О. Коровкин, В.И. Калашников//Региональная архитектура и строительство. -2011. -№ 2. -С. 59−61.
• 7. Коровкин М. О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки: монография // М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования «Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва». Пенза, 2012. 144 с.
• 8. ГОСТ 29 167–91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.
• 9. Устройство компрессионного сжатия [Электронный ресурс] / режим доступа: http://www.npp-geotek.ru/catalog/info/compression/