Бетон b30 характеристики: Бетон B30 М400: вес, состав, прочность, пропорции

Содержание

прочность, расход, сколько цемента, пропитки, расчёт, производство, область применения.

Бетон класса B30

Бетон класса B30 (марка М400) применяется при постройке конструкций, которые предусматривают работу при высоких нагрузках, резких перепадах температур. Он используется при создании крупногабаритных железобетонных конструкций. Бетон относится к тяжелому материалу с повышенными параметрами плотности. Стоимость бетона выше за счет применения большого количества высококачественного цемента.

Сфера применения бетона


С помощью бетона B30 строят:

  • мосты различного назначения высокой протяженности;
  • монолитные конструкции различной геометрии, сложности;
  • сейфы, хранилища в банках;
  • вибрационно устойчивые сооружение под землей;
  • спецсооружения, работающие в энергетической, гидротехнической, добывающей отраслях. 

Основные технические параметры


К характеристикам относятся:

  • параметр прочности – 393 кг/см²;
  • параметр подвижности – П4-П5;
  • плотность – 2310 кг/м³;
  • водоустойчивость – W6-W12;
  • морозоустойчивость – F200-F300. 

Составляющие материала


B30 должен соответствовать ГОСТам, СНиПам, чтобы выдерживать заявленные степени нагрузок, поэтому в его составе есть (для 1м³):

  • портландцемент М400 (М500) с сертификатами качества – 420 кг;
  • чистый речной песок крупных фракций – 770 кг;
  • щебень (фракций 5-20 мм) – 1,08 т.;
  • чистая вода, без содержания кислот, щелочей и т.п. – 155 л.;
  • химические добавки, повышающие характеристики.

Изготовление


Бетон данного класса производится в заводских условиях, так как требует тщательного подбора сырья, соблюдение всех этапов производства, в противном случае, материал будет не соответствовать требованиям ГОСТа, уменьшится параметр несущей способности и снизится устойчивость к коррозии.


Бетон B30 – прочен, устойчив к износу, долговечен, поэтому так широко применим в монолитном крупногабаритном строительстве. Он выдерживает предельные нагрузки в течение всего периода эксплуатации.

Бетон М400 (В30): характеристики, цена

Бетон М400 – марка бетона, используемая в современном строительстве достаточно редко. Десять лет назад бетон такого типа практически не использовался, сейчас на фоне ужесточения требований к прочности строительных материалов он набирает все большую популярность.

В составе бетона М400 – щебень только гранитного типа, это обуславливает его высокую прочность. В такой материал всегда добавляют дополнительные компоненты, в том числе пластификаторы.

 

Закажите бетон М400 с доставкой у нас по телефону +7 (812) 703-90-66 (отдел продаж) или +7 (812) 333-11-55 (отдел строительства) (Прием звонков: с 8:00 до 21:00). Мы доставляем бетон в любую точку Санкт-Петербурга и Ленинградской области

Бетон М400 (В30): прайс-лист

Цена актуальна на 08 октября 2020, при заказе от 100 м³, стоимость за 1 м3 в рублях, без учета стоимости доставки.

*Цена действительна при заказе от 100 м3. При меньших объёмах уточняйте стоимость у наших менеджеров.

Бетон М400: характеристики

  • Соответствует классу В30;
  • Подвижность: П1-5;
  • Морозостойкость: F100-300;
  • Водонепроницаемость: W2-W12.

Бетон М400 обладает повышенной прочностью, что позволяет использовать его во многих областях промышленного строительства.

Морозостойкость материала позволяет ему выдержать до 300 замораживаний и оттаиваний, благодаря чему его можно использовать в строительстве в экстремальных погодных, климатических условиях.

Высокий показатель водонепроницаемости позволяет использовать бетон класса В30 в непосредственном контакте с водой. Железные элементы железобетонных конструкций не будут подвержены водному воздействию и сохранят свои характеристики прочности на длительное время.

Заявка на скидку

Отправьте заявку на доставку бетона и получите скидку на доставку.

Бетон М400: применение

В силу высоких показателей прочности бетон класса В30 применяется для создания конструкций и сооружений, на которые приходится повышенная нагрузка: ЖБ изделий и конструкций (колонны, ригели, балки, часто несущие элементы).

Распространено применение материала для строительства мостов и гидротехнических сооружений, так как он обладает не только высокими показателями прочности, но и водонепроницаемости.

Высокая прочность позволяет использовать этот материал для строительства банковских хранилищ.

Бетон М400 в промышленном строительстве

Бетон класса В30 применяется практически исключительно в промышленном строительстве, использование его для частных целей нерационально по ряду причин. Во-первых, этот тип бетона слишком прочен, в малоэтажном строительстве такая прочность не требуется. Во-вторых, этот тип бетона отличается высокой скоростью застывания. Это может создать проблемы не только на этапе доставки бетона на строительную площадку (особенно на дальние расстояния), но и на этапе укладки. Недостаточная скорость укладки может привести к тому, что бетон застынет неправильно, и исправить это не будет возможности. В-третьих, бетон М400 обладает высокой стоимостью в силу повышенного содержания цемента.

Другие марки (классы), выпускаемые заводами ЛенБетон:

М100 (В7,5)М150 (В10)М150 (В12,5)М200 (В15)М250 (В20)М300 (В22,5)М350 (В25)М400 (В30)М450 (В35)М500 (В40)

Классы бетона и их характеристики

Важный показатель, свидетельствующий о качестве бетонного раствора, — его класс. На класс бетона,  как и на его марку, покупатели обращают особое внимание при выборе конкретного вида такого стройматериала. Класс бетона представляет собой числовую характеристику определенного его качества, которая гарантированно обеспечена на 95%. То есть это качество сохраняется минимум в 95 случаях из 100. В оставшихся 5 случаях возможно несоблюдение этого свойства.

Класс бетона по прочности на сжатие

Классом смеси по прочности называется степень прочности бетонного образца, выполненного в виде куба. Данный параметр исчисляется в Мпа и показывает давление, выдерживаемое минимум 95 одинаковыми образцами из 100. Класс бетона маркируется буквой «В» и числовым показателем. Существуют классы смеси по прочности от B0,5 до В60.

Применение различных классов бетона:

  1. В0,5 — В2,5. Такие смеси используются при выполнении подготовительных работ и создания конструкций, используемых без нагрузки.
  2. B3,5 — B5. Эти смеси расходуется в ходе подготовительных операций перед заливкой фундаментов и изготовлением монолитных  плит. Применяются также как бетонная подушка в дорожном строительстве и как основа для укладки бордюрного камня.
  3. B7,5. Бетон данной марки применяется для дорожного строительства, для фундаментов, для отмостки и бетонных дорожек. Может использоваться для стяжки пола.
  4. B10 — B12,5. Эти смеси используются для создания конструктива. Могут применяться для строительства малоэтажных зданий.
  5. B15 — B22,5. Бетоны этих марок являются универсальными. Они применяются для изготовления фундаментов, создания подпорных стен, лестниц, для монолитного перекрытия.
  6. B25 — B30. Такие смеси используются для строительства разнообразных ответственных конструкций, в том числе монолитного фундамента, ригелей, плит перекрытия, колонн, емкостей бассейнов и так далее.
  7. B35 — B60. Эти бетоны расходуются при строительстве мостов, денежных хранилищ, гидротехнических сооружений и прочих конструкций со спецтребованиями.

Класс бетона по морозостойкости

Чем выше класс бетона, тем большую степень морозостойкости он имеет. Морозостойкостью данных смесей называется их способность сохранять свои свойства после нескольких циклов попеременного замерзания и оттаивания. Так, бетон класса В7,5 способен выдержать 50 таких циклов, а бетон В40 – до 300 циклов. Ниже приведена таблица, в которой указано соответствие класса бетона и степени его морозостойкости.

Класс бетонной смеси

Морозостойкость

В-7,5

F50

В-12,5

F50

В-15

F100

В-20

F100

В-22,5

F200

В-25

F200

В-30

F300

В-35

F200-F300

В-40

F200-F300

В-45

F100-F300

 

Степень морозостойкости бетонного раствора может быть увеличена благодаря использованию специальных добавок. Смеси с низкой морозостойкостью используются в условиях умеренного климата и для создания внутренних элементов зданий. Бетон с максимальной морозостойкостью применяется в регионах с холодным климатом, например, в условиях севера.

Классы подвижности бетона

Бетон, как вещество достаточно текучее, обладает определенной подвижностью. Данным понятием называется способность такого раствора заполнять форму, в которую он помещен. Подвижность является параметром удобоукладываемости бетона, которая определяется опытным путем исходя из степени осадки конуса. Для этого бетонный раствор заливается в форме конуса. Его высота должна соответствовать 30 см. После осадки конуса определяется разница между первоначальной высотой и окончательной. Если бетон осел на 5 см и менее, то такая смесь считается жесткой. Раствор с осадком 6-12 см является пластичным.  Бетонные смеси по степени подвижности делятся на классы:

  1. П1 – малоподвижные. Осадка конуса такого бетона не превышает 5 см.
  2. П2 – подвижные. Конус такого бетона осаживается на 5-10 см.
  3. П3 – сильноподвижные. Осадка конуса таких веществ варьируется в пределах 10-15 см.
  4. П4 – литые. Конус таких бетонов уменьшается на 15-20 см.
  5. П5 – текучие. Осадка конуса этих смесей равняется 21 см и более.

На практике потребители используют те бетонные смеси, подвижность которых достаточна для выполнения необходимой задачи. Наибольшей востребованностью обладает бетон класса П3, так как он достаточно подвижен, но не излишне текуч. Такая бетонная смесь быстро занимает свободное пространство и принимает необходимую форму. Для повышения подвижности растворов используются специальные пластификаторы. Добавление воды вместо таких веществ может сильно ухудшить качество смеси.

Класс бетона на растяжение при изгибе

Бетон – материал универсального назначения. Он используется не только для создания конструкций с прямыми формами, но и для изготовления бетонных изделий с изогнутой формой. Важной характеристикой смесей подобного назначения выступает их класс на растяжение при изгибе. Данный параметр важен также для дорожного бетона. Он обозначается в маркировке числовым показателем после аббревиатуры «Btb» и исчисляется в Мпа. По данному критерию выделяют классы Btb0,4 – Btb8,0 с шагом в 0,4 Мпа. Показатель растяжения при изгибе у бетона всегда ниже нагрузочной способности этой смеси. Данный параметр бетонного раствора учитывается на этапе проектирования здания или бетонной конструкции. Чем выше класс бетона по данному параметру, тем большую нагрузку при изгибе смесь может выдержать без потери свой формы и монолитности.

Класс бетона по водонепроницаемости

С повышением класса бетона увеличивается его степень устойчивости  к влаге. Водонепроницаемость таких смесей обозначается цифровым значением после буквы «W». Соответствие класса бетона и степени его водонепроницаемости отражено в таблице:

Класс бетонной смеси

Водонепроницаемость

В-7,5

W2

В-12,5

W2

В-15

W4

В-20

W4

В-22,5

W6

В-25

W8

В-30

W10

В-35

W8-W14

В-40

W10-W16

В-45

W12-W18

 

Как и степень морозостойкости, водонепроницаемость таких составов может быть увеличена благодаря использованию специальных добавок. Водонепроницаемые бетоны применяются при строительстве гидростанций, бассейнов, отделке ванных комнат и прочих объектов с повышенной влажностью. Смеси с низкой устойчивостью к влаге используются на объектах, где нет необходимости обеспечивать качественную гидроизоляцию.

Как определяется класс бетона?

Современное разнообразие видов бетонов осложняет выбор потребителей. Порой у них возникает необходимость определения класса бетонной смеси. Это необходимо для уточнения его важных характеристик: прочности, морозостойкости, влагонепроницаемости, растяжимости. Определение класса бетона осуществляется разными методами. Для этого может использоваться специализированное оборудование, например, ультразвуковые приспособления, склерометры, а также простой инвентарь – молоток и зубило. Для подобного исследования бетон смешивается в смесителе и заливается в куб определенного размера. После его застывания, которое заканчивается на 28 день, он отправляется в специальную лабораторию для испытаний. Такое исследование позволяет определить фактические показатели конкретного вида бетона. Благодаря этому потребитель сможет ответить на вопрос: подходит ли бетонный раствор для решения конкретной задачи. 

СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»

На главную | База 1 | База 2 | База 3
Поиск по реквизитамПоиск по номеру документаПоиск по названию документаПоиск по тексту документа
Искать все виды документовДокументы неопределённого видаISOАвиационные правилаАльбомАпелляционное определениеАТКАТК-РЭАТПЭАТРВИВМРВМУВНВНиРВНКРВНМДВНПВНПБВНТМ/МЧМ СССРВНТПВНТП/МПСВНЭВОМВПНРМВППБВРДВРДСВременное положениеВременное руководствоВременные методические рекомендацииВременные нормативыВременные рекомендацииВременные указанияВременный порядокВрТЕРВрТЕРрВрТЭСНВрТЭСНрВСНВСН АСВСН ВКВСН-АПКВСПВСТПВТУВТУ МММПВТУ НКММПВУП СНЭВУППВУТПВыпускГКИНПГКИНП (ОНТА)ГНГОСТГОСТ CEN/TRГОСТ CISPRГОСТ ENГОСТ EN ISOГОСТ EN/TSГОСТ IECГОСТ IEC/PASГОСТ IEC/TRГОСТ IEC/TSГОСТ ISOГОСТ ISO GuideГОСТ ISO/DISГОСТ ISO/HL7ГОСТ ISO/IECГОСТ ISO/IEC GuideГОСТ ISO/TRГОСТ ISO/TSГОСТ OIML RГОСТ ЕНГОСТ ИСОГОСТ ИСО/МЭКГОСТ ИСО/ТОГОСТ ИСО/ТСГОСТ МЭКГОСТ РГОСТ Р ЕНГОСТ Р ЕН ИСОГОСТ Р ИСОГОСТ Р ИСО/HL7ГОСТ Р ИСО/АСТМГОСТ Р ИСО/МЭКГОСТ Р ИСО/МЭК МФСГОСТ Р ИСО/МЭК ТОГОСТ Р ИСО/ТОГОСТ Р ИСО/ТСГОСТ Р ИСО/ТУГОСТ Р МЭКГОСТ Р МЭК/ТОГОСТ Р МЭК/ТСГОСТ ЭД1ГСНГСНрГСССДГЭСНГЭСНмГЭСНмрГЭСНмтГЭСНпГЭСНПиТЕРГЭСНПиТЕРрГЭСНрГЭСНсДИДиОРДирективное письмоДоговорДополнение к ВСНДополнение к РНиПДСЕКЕНВиРЕНВиР-ПЕНиРЕСДЗемЕТКСЖНМЗаключениеЗаконЗаконопроектЗональный типовой проектИИБТВИДИКИМИНИнструктивное письмоИнструкцияИнструкция НСАМИнформационно-методическое письмоИнформационно-технический сборникИнформационное письмоИнформацияИОТИРИСОИСО/TRИТНИТОсИТПИТСИЭСНИЭСНиЕР Республика КарелияККарта трудового процессаКарта-нарядКаталогКаталог-справочникККТКОКодексКОТКПОКСИКТКТПММ-МВИМВИМВНМВРМГСНМДМДКМДСМеждународные стандартыМетодикаМетодика НСАММетодические рекомендацииМетодические рекомендации к СПМетодические указанияМетодический документМетодическое пособиеМетодическое руководствоМИМИ БГЕИМИ УЯВИМИГКМММНМОДНМонтажные чертежиМос МУМосМРМосСанПинМППБМРМРДСМРОМРРМРТУМСанПиНМСНМСПМТМУМУ ОТ РММУКМЭКННАС ГАНБ ЖТНВННГЭАНДНДПНиТУНКНормыНормы времениНПНПБНПРМНРНРБНСПНТПНТП АПКНТП ЭППНТПДНТПСНТСНЦКРНЦСОДМОДНОЕРЖОЕРЖкрОЕРЖмОЕРЖмрОЕРЖпОЕРЖрОКОМТРМОНОНДОНКОНТПОПВОПКП АЭСОПНРМСОРДОСГиСППиНОСНОСН-АПКОСПОССПЖОССЦЖОСТОСТ 1ОСТ 2ОСТ 34ОСТ 4ОСТ 5ОСТ ВКСОСТ КЗ СНКОСТ НКЗагОСТ НКЛесОСТ НКМОСТ НКММПОСТ НКППОСТ НКПП и НКВТОСТ НКСМОСТ НКТПОСТ5ОСТНОСЭМЖОТРОТТПП ССФЖТПБПБПРВПБЭ НППБЯПВ НППВКМПВСРПГВУПереченьПиН АЭПисьмоПМГПНАЭПНД ФПНД Ф СБПНД Ф ТПНСТПОПоложениеПорядокПособиеПособие в развитие СНиППособие к ВНТППособие к ВСНПособие к МГСНПособие к МРПособие к РДПособие к РТМПособие к СНПособие к СНиППособие к СППособие к СТОПособие по применению СППостановлениеПОТ РПОЭСНрППБППБ-АСППБ-СППБВППБОППРПРПР РСКПР СМНПравилаПрактическое пособие к СППРБ АСПрейскурантПриказПротоколПСРр Калининградской областиПТБПТЭПУГПУЭПЦСНПЭУРР ГазпромР НОПРИЗР НОСТРОЙР НОСТРОЙ/НОПР РСКР СМНР-НП СРО ССКРазъяснениеРаспоряжениеРАФРБРГРДРД БГЕИРД БТРД ГМРД НИИКраностроенияРД РОСЭКРД РСКРД РТМРД СМАРД СМНРД ЭОРД-АПКРДИРДМРДМУРДПРДСРДТПРегламентРекомендацииРекомендацияРешениеРешение коллегииРКРМРМГРМДРМКРНДРНиПРПРРТОП ТЭРС ГАРСНРСТ РСФСРРСТ РСФСР ЭД1РТРТМРТПРУРуководствоРУЭСТОП ГАРЭГА РФРЭСНрСАСанитарные нормыСанитарные правилаСанПиНСборникСборник НТД к СНиПСборники ПВРСборники РСН МОСборники РСН ПНРСборники РСН ССРСборники ценСБЦПСДАСДАЭСДОССерияСЗКСНСН-РФСНиПСНиРСНККСНОРСНПСОСоглашениеСПСП АССП АЭССправочникСправочное пособие к ВСНСправочное пособие к СНиПСправочное пособие к СПСправочное пособие к ТЕРСправочное пособие к ТЕРрСРПССНССЦСТ ССФЖТСТ СЭВСТ ЦКБАСТ-НП СРОСТАСТКСТМСТНСТН ЦЭСТОСТО 030 НОСТРОЙСТО АСЧМСТО БДПСТО ВНИИСТСТО ГазпромСТО Газпром РДСТО ГГИСТО ГУ ГГИСТО ДД ХМАОСТО ДОКТОР БЕТОНСТО МАДИСТО МВИСТО МИСТО НААГСТО НАКССТО НКССТО НОПСТО НОСТРОЙСТО НОСТРОЙ/НОПСТО РЖДСТО РосГеоСТО РОСТЕХЭКСПЕРТИЗАСТО САСТО СМКСТО ФЦССТО ЦКТИСТО-ГК «Трансстрой»СТО-НСОПБСТПСТП ВНИИГСТП НИИЭССтП РМПСУПСССУРСУСНСЦНПРТВТЕТелеграммаТелетайпограммаТематическая подборкаТЕРТЕР Алтайский крайТЕР Белгородская областьТЕР Калининградской областиТЕР Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕР Краснодарского краяТЕР Мурманская областьТЕР Новосибирской областиТЕР Орловской областиТЕР Республика ДагестанТЕР Республика КарелияТЕР Ростовской областиТЕР Самарской областиТЕР Смоленской обл.ТЕР Ямало-Ненецкий автономный округТЕР Ярославской областиТЕРмТЕРм Алтайский крайТЕРм Белгородская областьТЕРм Воронежской областиТЕРм Калининградской областиТЕРм Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРм Мурманская областьТЕРм Республика ДагестанТЕРм Республика КарелияТЕРм Ямало-Ненецкий автономный округТЕРмрТЕРмр Алтайский крайТЕРмр Белгородская областьТЕРмр Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРмр Краснодарского краяТЕРмр Республика ДагестанТЕРмр Республика КарелияТЕРмр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРпТЕРп Алтайский крайТЕРп Белгородская областьТЕРп Калининградской областиТЕРп Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРп Краснодарского краяТЕРп Республика КарелияТЕРп Ямало-Ненецкий автономный округТЕРп Ярославской областиТЕРрТЕРр Алтайский крайТЕРр Белгородская областьТЕРр Калининградской областиТЕРр Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРр Краснодарского краяТЕРр Новосибирской областиТЕРр Омской областиТЕРр Орловской областиТЕРр Республика ДагестанТЕРр Республика КарелияТЕРр Ростовской областиТЕРр Рязанской областиТЕРр Самарской областиТЕРр Смоленской областиТЕРр Удмуртской РеспубликиТЕРр Ульяновской областиТЕРр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРррТЕРрр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРс Ямало-Ненецкий автономный округТЕРтр Ямало-Ненецкий автономный округТехнический каталогТехнический регламентТехнический регламент Таможенного союзаТехнический циркулярТехнологическая инструкцияТехнологическая картаТехнологические картыТехнологический регламентТИТИ РТИ РОТиповая инструкцияТиповая технологическая инструкцияТиповое положениеТиповой проектТиповые конструкцииТиповые материалы для проектированияТиповые проектные решенияТКТКБЯТМД Санкт-ПетербургТНПБТОИТОИ-РДТПТПРТРТР АВОКТР ЕАЭСТР ТСТРДТСНТСН МУТСН ПМСТСН РКТСН ЭКТСН ЭОТСНэ и ТЕРэТССЦТССЦ Алтайский крайТССЦ Белгородская областьТССЦ Воронежской областиТССЦ Карачаево-Черкесская РеспубликаТССЦ Ямало-Ненецкий автономный округТССЦпгТССЦпг Белгородская областьТСЦТСЦ Белгородская областьТСЦ Краснодарского краяТСЦ Орловской областиТСЦ Республика ДагестанТСЦ Республика КарелияТСЦ Ростовской областиТСЦ Ульяновской областиТСЦмТСЦО Ямало-Ненецкий автономный округТСЦп Калининградской областиТСЦПГ Ямало-Ненецкий автономный округТСЦэ Калининградской областиТСЭМТСЭМ Алтайский крайТСЭМ Белгородская областьТСЭМ Карачаево-Черкесская РеспубликаТСЭМ Ямало-Ненецкий автономный округТТТТКТТПТУТУ-газТУКТЭСНиЕР Воронежской областиТЭСНиЕРм Воронежской областиТЭСНиЕРрТЭСНиТЕРэУУ-СТУказУказаниеУказанияУКНУНУОУРврУРкрУРррУРСНУСНУТП БГЕИФАПФедеральный законФедеральный стандарт оценкиФЕРФЕРмФЕРмрФЕРпФЕРрФормаФорма ИГАСНФРФСНФССЦФССЦпгФСЭМФТС ЖТЦВЦенникЦИРВЦиркулярЦПИШифрЭксплуатационный циркулярЭРД
Показать все найденныеПоказать действующиеПоказать частично действующиеПоказать не действующиеПоказать проектыПоказать документы с неизвестным статусом
Упорядочить по номеру документаУпорядочить по дате введения

Влияние рубленых базальтовых волокон на механические свойства и микроструктуру высокоэффективного фибробетона

В данной статье представлены механические свойства и микроструктура высокопрочного фибробетона (HPFRC), содержащего до 3% объемной доли рубленых базальтовых волокон . Были приготовлены три типа бетона, из которых первый был приготовлен с использованием 100% цемента. Два других типа бетона были приготовлены путем замены 10% цемента дымом кремнезема и метакаолином местного производства.Для каждого типа бетона были приготовлены четыре смеси, в которые были добавлены базальтовые волокна в диапазоне 0–3%; то есть, всего было приготовлено двенадцать смесей бетона HPFRC. Из каждой из двенадцати бетонных смесей было отлито в общей сложности двенадцать образцов для определения механических свойств HPFRC, включая прочность на сжатие (куб и цилиндр), прочность на растяжение при раскалывании и прочность на изгиб. Таким образом, в данном исследовании было отлито и испытано 108 образцов. Результаты испытаний показали, что добавление базальтовых волокон значительно увеличило прочность на разрыв при растяжении и прочность на изгиб HPFRC, в то время как при добавлении базальтовых волокон было небольшое улучшение прочности на сжатие.Микроструктура HPFRC была исследована для определения межфазной переходной зоны (ITZ) между агрегатами и пастой с использованием автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (FESEM), который показал улучшение ITZ за счет добавления базальтовых волокон.

1. Введение

Механические свойства бетона в значительной степени зависят от микроструктуры, особенно от структуры пор. Пористую структуру бетона можно улучшить за счет использования минеральных добавок, которые наряду с улучшением свойств свежего бетона [1], затвердевшего бетона [2] и долговечности бетона [3].Среди различных минеральных примесей микрокремнезем является наиболее хорошо изученной и признанной минеральной добавкой. Пары кремнезема использовались при строительстве нескольких объектов гражданского строительства в качестве важнейшего компонента высокопрочного бетона. Однако высокая стоимость бетона, полученного с использованием микрокремнезема, и усадка бетона — две основные проблемы при использовании микрокремнезема [4]. В последнее время метакаолин привлек значительное внимание исследователей, и в литературе сообщается о нескольких исследованиях механических свойств бетона, содержащего метакаолин, с использованием и без использования волокон [5-7].

В этой статье авторы исследовали механические свойства трех типов высокоэффективного фибробетона (HPFRC), содержащего рубленые базальтовые волокна. В бетоне первого типа использовалось 100% цементное содержание. Однако во втором и третьем типах бетона 10% цемента были заменены микрокремнеземом и метакаолином местного производства соответственно. Подробное исследование производства метакаолина местного производства приведено в [8]. Рубленые базальтовые волокна являются относительно новыми на рынке, которые недавно использовались в нескольких исследованиях в качестве микроармирования бетона [9–12] и показали обнадеживающие результаты.О первом использовании базальтовых волокон было сообщено в 1998 г. в отчете, опубликованном в США для проекта 45 [13], посвященного инновациям в автомобильных дорогах, заслуживающим исследовательского анализа (IDEA). Результаты характеристик бетона, армированного базальтовым волокном, были представлены с использованием максимального объема фибры 0,5%, при этом основными характеристиками бетона, армированного базальтовым волокном, были более высокая способность поглощать энергию и повышенная пластичность. Далее было добавлено, что базальтовые волокна легко диспергируются в бетонной смеси, не вызывая сегрегации, и что волокна теряют свою форму из-за гибкой структуры.Аналогичные выводы сделаны в [14, 15].

Базальтовое волокно — это высокопрочное волокно с высоким модулем упругости, высокой термической стабильностью, химической стабильностью [16], хорошей звукоизоляцией и электрическими характеристиками [17]. На сегодняшний день максимальный объем волокна, используемый для исследования механических свойств, составляет 0,5% [13, 18]. Этот объемный процент классифицируется как «Низкая объемная доля (<1%)», которая обычно используется для уменьшения растрескивания при усадке элементов конструкции, таких как плиты и тротуары, из-за большой открытой поверхности [19].Для структурного применения рекомендуется более высокая объемная доля, превышающая 2%, чтобы добиться деформационного упрочнения бетона. Использование от 1 до 2% объема волокна может быть выгодным при применении в конструкции, где требуется высокая способность поглощать энергию, повышенное сопротивление расслоению, растрескиванию и усталости, модуль разрыва, сопротивление удару и вязкость разрушения материала. бетон [19].

В этом исследовании представлена ​​информация о микроструктуре и механических свойствах HPFRC, содержащего от 1 до 3% объемов волокон, из-за пробелов в литературе, касающихся использования базальтовых волокон в бетоне от умеренных до более высоких объемов.Для достижения этой цели было проведено экспериментальное исследование поведения HPFRC с прочностью на сжатие цилиндра в диапазоне от 73 до 85 МПа с использованием 0–3% объема базальтового волокна. Пары кремнезема и метакаолин местного производства использовались в качестве частично заменяющего цемент материала для наблюдения за эффектом увеличения прочности. Механические свойства, определенные в этом исследовании, включали прочность на сжатие (как куба, так и цилиндра), прочность на растяжение при раскалывании и прочность на изгиб.Наряду с этим была предложена эмпирическая зависимость между объемом волокна и механическими свойствами HPFRC.

2. Экспериментальная программа
2.1. Материалы

В этом исследовании были приготовлены три разные бетонные смеси с использованием 0, 1, 2 и 3% объемных долей базальтового волокна, измеренных по отношению к общему объему бетона. Первая смесь была приготовлена ​​с использованием 100% цемента, а две другие смеси были приготовлены путем замены 10% цемента дымом кремнезема и метакаолином местного производства.Физические и химические свойства обычного портландцемента (OPC), микрокремнезема и метакаолина приведены в таблице 1. Химические свойства микрокремнезема показывают, что основным химическим компонентом микрокремнезема является кварц, то есть SiO 2 (91,40%), а его удельный вес и удельная поверхность по БЭТ составляют 2,20 и 16,46 м. 2 / г соответственно. Картина дифракции рентгеновских лучей (XRD) показывает, что микрокремнезем содержит в основном аморфную фазу диоксида кремния с небольшим количеством кристаллизованного кварца (SiO 2 ).Метакаолин производился на месте, подробности его прокаливания приведены в [8]. Физические и химические свойства метакаолина показывают, что метакаолин содержит 53,87% SiO 2 и 38,57% Al 2 O 3 с потерями при прокаливании 11%. Метакаолин имеет удельную поверхность 12,17 м 2 / г, определенную с помощью анализа удельной поверхности Брунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ), что на 26% меньше, чем площадь поверхности микрокремнезема. Картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) микрокремнезема и метакаолина показаны на рисунке 1, тогда как изображение микрокремнезема и метакаолина с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (FESEM) получено при 50X и 5.00 KX показано на рисунках 2 и 3 соответственно для идентификации распределения частиц по размерам. Можно видеть, что метакаолин имеет более равномерное распределение частиц по размерам по сравнению с микрокремнеземом. При увеличении 5,00 KX можно увидеть, что метакаолин представляет собой алюмосиликатный минерал с хорошо сформированными шестигранными чешуйками.


Свойства OPC Дым кремнезема Метакаолин

Удельный вес 3.05 2,2
Площадь поверхности BET (м 2 / г) 0,39 16,46 12,17
Потери при воспламенении (%) 2,0 1,85
Средний размер частиц ( µ м) 2,5–4,5
SiO 2 (%) 20,44 91,40 53,87
Al 2 O 3 (%) 2.84 0,09 38,57
CaO (%) 67,73 0,93 0,04
MgO (%) 1,43 0,78 0,96
SO 3 ( %) 2,20
Na 2 O (%) 0,02 0,39 0,04
K 2 O (%) 0,26 2 .41 2,68
TiO 2 (%) 0,17
MnO (%) 0,16 0,05 0,01
Fe 2 O 3 (%) 4,64 1,40
TiO 2 (%) 0,04 0,95
P 2 O 5 (%) 0.38 0,10

Примечание: свойства определяли с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF) и анализа удельной площади поверхности Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ).

Для всех бетонных смесей использовались два размера крупных заполнителей: от 20 до 10 мм и менее 10 мм. В качестве мелкого заполнителя использовали речной песок с модулем крупности 3,55. 1, 2 и 3% рубленых базальтовых волокон (измеренные по отношению к общему объему бетона) были использованы в качестве микроармирования.Свойства и химический состав рубленых прядей базальтовых волокон приведены в таблицах 2 и 3. Чтобы улучшить удобоукладываемость и новые свойства HPFRC, в качестве суперпластификатора был использован Sika ViscoCrete-1600. Этот суперпластификатор специально разработан для производства бетона и раствора с высокой удобоукладываемостью и соответствует требованиям стандартов ASTM C494-86, тип G и BS 5075: Часть 3.


Детали волокна Базальтовые волокна

Тип волокна Тип волокна
Диаметр ( µ м) 18
Длина реза (мм) 25
Предел прочности (МПа) 4100–4840
Модуль упругости (ГПа) 93.1–110
Удельный вес 2,63–2,8
Удлинение (%) 3,1

Примечание: данные свойства предоставлены производителем.

Химический состав базальтового волокна (%)
SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO FeO + Fe 2 O 3 TiO 2 Na 2 O + K 2 O Прочие

51.6–59,3 14,6–18,3 5,9–9,4 3,0–5,3 9,0–14,0 0,8–2,25 0,8–2,25 0,09–0,13

Примечание: химический состав базальтового волокна предоставляется поставщиком.
2.2. Состав, смешивание и отливка бетона

Состав материала, количества и номенклатура, предлагаемые для каждой смеси, приведены в таблице 4.Все материалы были смешаны в тарельчатом смесителе вместимостью 0,05 м 3 , рекомендованном в качестве стандарта BS 1881-125: 1986. Для бетонных смесей с фиброй потребовалось дополнительное время для обеспечения правильного перемешивания. Во время смешивания в бетонных смесях не наблюдалось никаких фибровых шариков и сегрегации, и все составляющие взаимодействовали как единая масса из-за микрочастиц и гибкости измельченных базальтовых волокон.

9004 6 2


Тип бетона Ингредиенты смеси (кг / м 3 ) Базальтовое волокно (%) * Этикетка на образце Водоредуцирующая добавка (суперпластификатор) высокого диапазона

Цемент Минеральная добавка Мелкий заполнитель (FA) Крупный заполнитель (CA) Вода
<10 мм 10-20 мм

0 P-0 Переменная, целевая осадка 75 ± 10 мм
Palin Бетон450 0 1 ПБ-1 *
PB-2
3 PB-3
0 S-0
Бетон из дымчатого кремнезема 405 45 (микрокремнезем) 670 500 600180 (w / c = 0.4) 1 SB-1
2 SB-2
3 SB-3
0 P-0
Метакаолин бетон 405 45 (метакаолин) 1 MB-1
2 MB-2
3 MB-3

Термин «P» означает «Обычный» бетон, подготовленный u Если обозначить 100% цемент, буква «B» представляет собой базальтовое волокно, а цифра «1» после дефиса означает 1% объема базальтового волокна.
Примечание: 1 мм = 0,03937 дюйма и 1 кг / м 3 = 0,06243 фунта / фут 3 .

Из каждой из двенадцати смесей (см. Таблицу 4) всего шесть цилиндров (размер: 100 × 200 мм согласно стандарту BS 1881-110: 1983), три куба (размер: 100 × 100 × 100 мм по стандарту BS 1881-108: 1983) и отлили три балки (размер: 100 × 100 × 500 мм по стандарту BS 1881-118: 1983). Всего в этом исследовании приняли участие 108 образцов. Все формы образцов были полностью залиты бетоном, за исключением цилиндров, в которых глубина 3-6 мм от верха оставалась частично незаполненной, чтобы обеспечить перекрытие раствором.Затем это пространство было заполнено раствором, который был приготовлен с использованием цементно-водоцементного соотношения, аналогичного тому, что используется в бетоне. Процедура укупорки соответствовала стандартной процедуре, рекомендованной BS 1881-110: 1983. Через 24 часа все образцы помещали в резервуар для отверждения водой, а затем вынимали из форм на 28 дней, как рекомендовано в стандарте BS 1881-111: 1983. После завершения периода отверждения все образцы вынимали из резервуара и оставляли сушиться на несколько часов перед испытанием в соответствии со стандартом BS 1881-111: 1983.

2.3. Деталь испытаний

Особое внимание было уделено до и во время испытаний образцов. Перед испытаниями была проверена калибровка машин, опорные поверхности испытательных машин были начисто вытерты, и на поверхности не было рыхлых зерен или других посторонних материалов, которые могут контактировать с образцами.

Прочность кубиков на сжатие была определена в соответствии со стандартом BS 1881 Часть 116: 1983 с использованием испытательной машины на сжатие с усилием 3000 кН.Испытание на сжатие проводилось при скорости нагружения 3 кН / с. Для получения данных о деформации к поверхности куба не применялись тензодатчики.

Испытания трех цилиндров на сжатие были выполнены в соответствии со стандартом ASTM C 39 / C 39 M: 2005. Измерения деформации регистрировались с помощью линейного переменного дифференциального трансформатора (LVDT). Испытание цилиндров на сжатие проводилось в условиях контроля деформации при скорости нагружения 0,0083 мм / с.

Прочность цилиндров при растяжении и раскалывании была определена в соответствии со стандартом BS 1881, часть 117: 1983, на той же машине, которая использовалась для испытания кубиков на сжатие.Испытание проводилось при постоянной скорости нагружения 0,3 кН / с.

Прочность балок на изгиб была определена в соответствии со стандартом BS 1881 Часть 118: 1983. Испытание проводилось при скорости нагружения 0,05 кН / с.

3. Результаты тестирования и обсуждение
3.1. Поведение при сжатии

Результаты испытаний на сжатие кубов и цилиндров представлены в таблице 5. Кривые напряжения-деформации цилиндров представлены на рисунке 4. Несколько исследователей подробно обсудили поведение бетона при напряжении и деформации.Например, Озтекин и др. [20] и Wee et al. [21] упомянули, что форма кривых напряжения-деформации очень чувствительна к условиям испытаний, таким как размер и форма образца, жесткость образца относительно машины, его собственная жесткость, тип нагрузки, скорость деформации, а также тип и длина тензодатчик. Следовательно, одна действительная кривая напряжения-деформации для бетона невозможна.

900


Этикетки с образцами Результаты испытаний на сжатие Результаты испытаний на растяжение при раскалывании Результаты испытаний на изгиб
Средняя прочность куба (МПа) Средняя прочность на цилиндр (МПа) Изменение прочности куба относительно контроля Прочность на растяжение при раскалывании (МПа) Повышение прочности относительно контроля Прочность на изгиб (МПа) Предельный момент * (Нм)

Бетон Palin ( изготовлены с использованием 100% цемента) с содержанием 0, 1, 2 и 3% объемных долей базальтового волокна
PB-0 88.73 73,89 0,83 5,16 5,00 900
PB-1 84,71 74,48 0,88 5,16 1,00 6,42 1070
ПБ-2 89,66 77,26 0,86 5,40 1,05 7,46 1244,33
ПБ-3 89,36 77,90 0.87 6,00 1,16 5,99 998,33

Бетон кварцевый (приготовленный с использованием 90% цемента и 10% кремнезема), содержащий 0, 1, 2 и 3% базальтового волокна объемные доли
SB-0 102,37 81,17 0,79 6,65 5,66 943,33
SB-1 101,74 80,63 0.79 6,71 1,01 6,54 1090
SB-2 100,42 82,68 0,82 6,72 1,01 7,16 1193,33
SB-3
SB-3 98,92 81,98 0,83 7,99 1,20 6,86 1143,33

Бетон с метакаолином (приготовленный с использованием 90% цемента и 10% метакаолина), содержащий 0, 1, 2 и 3% Объемные доли базальтового волокна
MB-0101.27 84,85 0,84 5,27 5,91 985
MB-1 103,43 81,54 0,79 5,49 1,04 7,09 1181,635 900

МБ-2 101,3 84,96 0,84 5,86 1,11 8,48 1413,33
МБ-3 100,97 85.11 0,84 7,18 1,36 8,73 1455

Максимальный момент, который был достигнут балкой, рассчитанный с использованием максимальной нагрузки, достигаемой балками.
Примечание: каждый результат прочности на сжатие, прочности на разрыв и прочности на изгиб, представленный в этой таблице, представляет собой среднее значение для 3 образцов. Всего в этом исследовании было протестировано 108 образцов.

Кривые напряжения-деформации, показанные на рисунке 4, показывают, что наклон восходящей ветви всех смесей более линейный по сравнению с нисходящей ветвью.Наклон нисходящей ветви кривой зависимости напряжения от деформации контрольной смеси круче, чем у смесей, в которые были добавлены базальтовые волокна. Значения деформаций контрольных смесей оказались самыми низкими среди всех смесей. Это указывает на то, что базальтовые волокна были полностью активными и показали устойчивость к обширному растрескиванию и расширению бетона. С увеличением объема волокна также увеличивалось сопротивление растрескиванию; поэтому образцы достигли немного большей нагрузки.При любом уровне деформации в нисходящей ветви образцы, содержащие 3% объема базальтовых волокон, показали более высокие значения напряжения, за которыми следуют образцы, содержащие 2% и 1% объема базальтовых волокон.

Влияние объема базальтового волокна на результаты прочности на сжатие всех смесей HPFRC показано на рисунке 5. Можно видеть, что результаты кубической и цилиндрической прочности на сжатие бетона, в который были добавлены микрокремнезем и метакаолин. поскольку 10% замены цемента близки друг к другу для всех объемов базальтового волокна.Следовательно, можно сделать вывод, что метакаолин можно использовать в качестве альтернативы дыму кремнезема, не влияя на прочность на сжатие. Однако улучшение деформационной способности бетона, содержащего метакаолин, лучше, чем у бетона, в который был добавлен микрокремнезем. Принимая во внимание результаты средней прочности на сжатие кубиков и цилиндров, представленные в таблице 5, было обнаружено, что добавление минеральных добавок увеличивает прочность бетона на сжатие.Увеличение прочности цилиндра и куба оказалось на уровне 15,37% и 9,85% по сравнению с обычным бетоном при использовании микрокремнезема; однако добавление метакаолина увеличило прочность на сжатие куба и цилиндра на 14,13% и 14,83%.

Было обнаружено, что изменение средней прочности куба и цилиндра HPFRC, содержащего базальтовые волокна, находится в диапазоне ± 4% по сравнению со средней прочностью на сжатие контрольных образцов. Это показывает, что добавление от 1 до 3% объема базальтового волокна не привело к значительному увеличению прочности на сжатие.Аналогичные результаты недавно были получены Jiang et al. [18]. С другой стороны, по сравнению с контролем, среднее увеличение деформации сжатия составило 4,76%, 9,99% и 12,20% по сравнению с контролем, когда базальтовые волокна были добавлены в бетонные смеси в количестве 1%, 2 % и 3% по объему соответственно.

Согласно Wee et al. [21], бетон, достигающий более высокой прочности, обычно демонстрирует более высокое значение деформации. Аналогичные результаты были получены и в этом исследовании. Результаты деформаций, соответствующих пиковому напряжению, и предел прочности при растяжении при расщеплении были значительно обнадеживающими с увеличением объема базальтовых волокон.Влияние увеличения объема базальтовых волокон на деформации сжатия показано на Рисунке 6.

3.2. Характеристики расщепления при растяжении

Результаты прочности на раскалывание при растяжении представлены в таблице 5, которая показывает, что прочность бетона на растяжение при растяжении увеличивается с добавлением минеральной добавки и волокон. В обычном бетоне без волокон использование микрокремнезема (S-0) и метакаолина (M-0) в качестве 10% -ной замены цемента увеличило прочность бетона на растяжение при растяжении до 28.88% и 2,13% по сравнению с обычным бетоном (П-0).

Внутри групп прочность на разрыв при раскалывании бетона с базальтовыми волокнами оказалась выше, чем у бетона без волокон (т. Е. Контрольной смеси). В обычном бетоне увеличение предела прочности при растяжении и раскалывании составило 0%, 4,65% и 16,28% при добавлении базальтовых волокон в количестве 1, 2 и 3% соответственно (т.е. образцы ПБ-1, ПБ-2 , и ПБ-3). В кварцевом бетоне увеличение прочности на разрыв при растяжении оказалось равным 0.09%, 1,05% и 20,15% при добавлении базальтовых волокон в количестве 1, 2 и 3% соответственно (т.е. образцы SB-1, SB-2 и SB-3). Аналогичным образом, для метакаолинового бетона увеличение предела прочности на растяжение составило 4,17%, 11,19% и 36,24%, когда базальтовые волокна были добавлены в количестве 1, 2 и 3% соответственно (т.е. образцы MB-1, MB -2 и МБ-3). Это показывает, что при использовании базальтовых волокон прочность на растяжение увеличилась, и самые высокие результаты были получены при использовании 3% объема волокна во всех трех смесях бетона HPFRC (см. Рисунок 7).Однако использование метакаолина более эффективно в увеличении прочности бетона на растяжение и раскалывании, что может значительно повысить прочность бетона на растяжение при растяжении до 36,24% вместе с 3% объема базальтового волокна.

Сравнение прочности на раскалывание при растяжении по группе показывает, что самая высокая прочность на раскалывание при растяжении была получена с кварцевым паром бетона при аналогичном объеме волокна. Повышение прочности на расщепление при растяжении кварцевого бетона (т.е.е., серия «S») оказалось на 28,88%, 30,04%, 24,44% и 33,17% выше, чем у простого бетона (т. е. серия «P»), когда базальтовые волокна были добавлены как 0, 1, 2. , и 3% соответственно. Аналогичным образом, увеличение прочности на расщепление при растяжении у кварцевого бетона (т.е. серии «S») оказалось на 26,19%, 22,22%, 14,68% и 11,28% выше, чем у метакаолинового бетона (то есть серии « M ”) при добавлении базальтовых волокон в количестве 0, 1, 2 и 3% соответственно. Повышение прочности на раскалывание при растяжении метакаолинового бетона (т.е., серия «M») оказалось на 2,13%, 6,39%, 8,52% и 19,66% выше, чем у простого бетона (то есть серии «P»), когда базальтовые волокна были добавлены как 0, 1, 2 и 3% соответственно.

После усреднения результатов всех серий, основанных на аналогичном объеме волокна, было обнаружено, что среднее увеличение прочности на разрыв при использовании 1, 2 и 3% было на 1,64%, 5,27% и 23,95% выше, чем у контрольный образец (без волокон). Среднее увеличение прочности на раскалывание при растяжении бетона, содержащего 2% и 3% базальтовых волокон, составило 3.На 57% и на 21,95% больше, чем у бетона, содержащего 1% базальтовых волокон. Среднее увеличение прочности на разрыв бетона с добавлением 3% базальтового волокна было на 17,74% выше, чем у бетона, содержащего 2% базальтового волокна. Недавно Jiang et al. [18] сообщили об увеличении предела прочности на разрыв от 14,08 до 24,34% при использовании базальтового волокна длиной 12 мм до 0,5% объема волокна. В этом исследовании увеличение прочности на разрыв при расщеплении также было обнаружено при использовании рубленых базальтовых волокон длиной 25 мм до 3% объема волокна.Наибольшее увеличение средней прочности на разрыв при растяжении составило 24,22% при 3% объема базальтового волокна. Это подтверждает вывод, сделанный Jiang et al. [18], что добавление базальтовых волокон увеличивает прочность бетона на растяжение.

Зависимость прочности на разрыв при расщеплении от прочности на сжатие хорошо известна. Таким образом, были получены следующие соотношения между средней прочностью на растяжение при раскалывании и средней прочностью на сжатие цилиндра:

Эти выражения показывают, что для получения более высокой прочности на разрыв следует использовать больший объем волокна (3%).

3.3. Поведение при изгибе

Увеличение прочности на изгиб HPFRC с использованием базальтовых волокон показано на рисунке 8. Из результатов испытаний, представленных в таблице 5, было замечено, что в кварцевом бетоне без волокон прочность на изгиб увеличилась до 13,2. %, тогда как у метакаолинового бетона прочность на изгиб была увеличена до 18,2% по сравнению с обычным бетоном.

Внутри групп прочность на изгиб бетона с базальтовыми волокнами оказалась выше, чем у бетона без волокон (т.е.е. контрольная смесь). В простом бетоне (т.е. серии «P») увеличение прочности на изгиб составило 18,89%, 38,15% и 10,93%, когда базальтовые волокна были добавлены в количестве 1, 2 и 3% соответственно. В микрокремнеземном бетоне (то есть серии «S») было обнаружено увеличение прочности на изгиб на 15,55%, 26,50% и 21,20%, когда базальтовые волокна были добавлены в количестве 1, 2 и 3% соответственно. Аналогичным образом, для метакаолинового бетона (т. Е. Серии «М») увеличение прочности на растяжение составило 19.97%, 43,49% и 47,72%, когда базальтовые волокна были добавлены в количестве 1, 2 и 3% соответственно. Из этого можно сделать вывод, что использование базальтового волокна выгодно для улучшения прочности на изгиб; однако комбинация метакаолина и 3% базальтовой фибры (например, образец «МБ-3») может повысить прочность на изгиб до 47,72, что значительно выше, чем у простого бетона (например, серии «P») и кварцевого бетона. (т.е. серия «S»). В простом и дымчатом бетоне наивысшая прочность на изгиб была достигнута при использовании 2% базальтовых волокон (т.е.э., образец «ПБ-2» и образец «СБ-2»). Снижение прочности на изгиб при использовании 3% базальтовой фибры (т.е. образца «ПБ-3» и образца «SB-3») наблюдалось на 19,71% и 4,19% по сравнению с обычным бетоном и кварцевым бетоном, содержащим 2% базальта. волокна. Снижение прочности на изгиб дымокремнезема бетона, содержащего 3% (т.е. образца «SB-3»), было незначительным по сравнению с простым бетоном (например, образцом «PB-3»). Причина снижения прочности на изгиб при 3% объема волокна может быть связана с тем, что с увеличением объема волокна увеличивается потребность в воде.Однако в этом исследовании используется постоянное соотношение вода / (цемент или вяжущее), равное 0,4, что может повлиять на качество бетона (хотя эффекта комкования не наблюдалось). В литературе уже сообщалось, что использование микрокремнезема увеличивает потребность в воде, в то время как использование метакаолина не оказывает или оказывает очень небольшое влияние на потребность в воде, улучшает обрабатываемость бетона и поддерживает отделку даже при 3% объема базальтового волокна. . На данном этапе нельзя сделать никаких выводов для бетона, содержащего 3% базальтовых волокон, и рекомендуется дальнейшее исследование, прежде чем делать какие-либо выводы.

В целом, использование 1%, 2% и 3% базальтовых волокон увеличивало среднюю прочность бетона на изгиб (например, pla

.

Поведение при сжатии и механические характеристики и их применение для зависимости напряжения от деформации в железобетонном реактивном порошке, армированном стальным волокном

Хотя механические свойства бетона при одноосном сжатии важны для проектирования бетонной конструкции, текущие нормы проектирования или другие эмпирические уравнения имеют четкие ограничения на прогноз механических свойств. Различные типы армированной волокном матрицы реактивного порошкового бетона были испытаны для создания более удобных и точных расчетных уравнений для механических свойств сверхвысокопрочного бетона.Исследуемая матрица имеет прочность на сжатие от 30 МПа до 200 МПа. Бетон сверхвысокой прочности был изготовлен из реактивного порошкового бетона. Для предотвращения хрупкого разрушения матрицы этого типа использовалась стальная фибра. Объемная доля стальной фибры составляла от 0 до 2%. По результатам испытаний, стальные волокна значительно увеличивают пластичность, прочность и жесткость сверхвысокопрочной матрицы. Они количественно подтверждены ранее проведенными исследованиями свойств бетона при одноосной нагрузке.Применимость оценочных уравнений для механических свойств бетона была оценена с результатами испытаний этого исследования. По результатам оценки был проведен регрессионный анализ и предложены новые уравнения оценки. И эти предложенные уравнения были применены к соотношению напряжения и деформации, которое было разработано в ходе предыдущих исследований. Восходящая часть, на которую непосредственно повлияли предложенные уравнения данного исследования, хорошо вписалась в экспериментальные результаты.

1. Введение

Прочность бетона на сжатие является важным параметром при проектировании железобетонных конструкций в соответствии с текущими критериями проектирования [1].В последние годы все чаще используются конструкции, основанные на характеристиках, что сопровождается увеличением разнообразия типов и прочности используемого бетона и арматуры. В результате прогнозирование прочности на сжатие и других механических свойств бетона стало важным при использовании различных типов материалов, поскольку эти параметры контролируют поведение бетона при напряжении и деформации. Конкретные модели напряжения-деформации, разработанные в предыдущих исследованиях [2–11] и широко используемые, основаны на коэффициентах, определенных в результате экспериментов.Эти зависимости напряжения от деформации нельзя использовать без дополнительных исследований, поскольку многие коэффициенты зависимости напряжения от деформации бетона определяются ограниченным количеством экспериментов. Причина этого в том, что существуют пределы диапазонов прочности, к которым применимы такие модели, в зависимости от условий испытаний, проводимых для разработки этих моделей. Таким образом, было получено уравнение для использования при оценке механических свойств сверхвысокопрочного фибробетона.Эти уравнения могут служить в качестве основы для описания отношений напряжение-деформация для таких материалов, даже за пределами используемых в настоящее время эмпирических формул или положений кодов.

Обычно бетонные элементы нормальной прочности проектируются с использованием прямоугольных параметров напряженного блока при изгибе. Текущие нормы проектирования обеспечивают параметры прямоугольного блока напряжений для упрощенной методологии проектирования. Однако эти блоки напряжений являются полуэмпирическими параметрами. Они определены испытаниями железобетонных колонн и имеют очевидные ограничения.Прямоугольный блок напряжений может использоваться, потому что форма отношения напряжения к деформации бетона аналогична трапеции. Однако форма зависимости напряжения от деформации бетона изменилась на треугольную по мере увеличения прочности бетона на сжатие. По этой причине параметры прямоугольного напряженного блока зависят от прочности бетона на сжатие. Для прочности бетона на сжатие выше 76 МПа параметры прямоугольного блока напряжений и ACI318 [1] ограничены значениями 0,85 и 0,65 соответственно.Однако в этом случае следует еще раз проверить связь между предельной деформацией бетона и пиковым напряжением. Поскольку высокопрочный бетон обычно разрушается с хрупким характером, они не могут испытывать легкое и постепенное уменьшение сжимающего напряжения. Это может вызвать неожиданное разрушение при изгибе, особенно для бетонных элементов сверхвысокой прочности.

Чтобы сделать хрупкое и неожиданное разрушение матрицы сверхвысокопрочного бетона при сжатии более пластичным, в матрицу можно включить стальную фибру.Включение стальной фибры может изменить взрывное разрушение сверхвысокопрочного бетона и обеспечить большую прочность на разрыв и деформируемость [12]. Таким образом, стальная фибра обычно может использоваться для изготовления сверхпрочной бетонной матрицы.

Бетон со сверхвысокими характеристиками обычно имеет гораздо более высокую прочность на сжатие и разрыв, чем бетон нормальной прочности [13, 14]. При проектировании сечения необходимо учитывать форму распределения напряжений при сжатии и влияние прочности бетона на разрыв. Многие соответствующие руководящие принципы проектирования были предложены методологии проектирования для сверхвысокопроизводительных бетонных изгибных элементов, но их безопасность должна быть исследована, и должен быть найден более простой способ проектирования секции.Таким образом, в этом исследовании различные типы комбинаций блоков стресса и распределения были оценены с учетом экспериментальных результатов и результатов предыдущих исследований.

2. Испытания на сжатие сверхвысокопрочного стального фибробетона

В данном исследовании были проведены испытания на сжатие цилиндрических образцов бетона с прочностью на сжатие в диапазоне 30–200 МПа для получения уравнений, которые можно безопасно использовать для оценки механические свойства бетона даже за пределами прочности, указанной в критериях проектирования.Результаты испытаний были проанализированы, чтобы определить зависимость напряжения от деформации бетона в диапазоне проектной прочности бетона и сравнить отношения с другими, описываемыми существующими уравнениями. Важными механическими свойствами, связанными с отношением напряжения к деформации бетона при сжимающей нагрузке, которые были рассмотрены в этом исследовании, были модуль упругости, отношение напряжения к прочности матрицы и деформация при максимальном напряжении.

2.1. План эксперимента

Согласно предыдущим исследованиям механических свойств бетона и фибробетона [2–11], механические свойства, определяющие соотношение напряжения и деформации фибробетона, зависят от соотношения содержания волокон и прочности матрицы. из бетона.Таким образом, прочность на сжатие бетонной матрицы и содержание стальной фибры являются важными параметрами в этом исследовании. Рассмотренный диапазон прочности на сжатие составлял 30–200 МПа. Поскольку трудно добиться прочности на сжатие, превышающей 100 МПа, мы используем реактивный порошковый бетон (RPC) в качестве матрицы бетона, армированного стальной фиброй.

Стальные волокна смешивали с партиями бетона в объемных соотношениях от 0,5% до 2%, чтобы обеспечить как улучшение структурных характеристик бетона, так и удобоукладываемость бетона после добавления волокон.Для каждой смеси было изготовлено пять цилиндрических образцов (размер φ 100 × 200 мм). Нагрузка производилась с помощью KS F 2405 [15]. Скорость деформации образца измерялась компрессорным измерителем. В таблице 1 перечислены смеси, использованные при тестировании.


ID w / b Вес (кг / м 3 )
Цемент Вода Дым кремнезема Песок Наполнитель Стальная фибра Суперпластификатор [МПа]

30-0 и серии f 0.43 344 172 635 1180 †† 0, 37, 74, 147 0,0 30
80-0 и серия f 0,30 780 255 60 1097 114 0, 37, 74, 147 0,5 80
100-0 и серии f 0,25 809 222 80 1052 162 0, 37, 74, 147 1 100
150-0 и серии f 0.20 820 190 112 918 186 0, 37, 74, 147 1,04 150
200-0 и серии f 0,17 830 176 207 912 246 0, 37, 74, 147 1.08 200

Серия f означает армированную волокном смесь.
0 означает отсутствие волокна, 37 — 0.5% объемной доли содержимого волокна, 74 означает 1% объемной доли содержимого волокна, а 147 означает 2% объемной доли содержимого волокна.
Водоцементное соотношение использовалось для бетона нормальной прочности.
†† Крупные заполнители использовались для бетона нормальной прочности.
2.2. Результаты экспериментов по изучению механических свойств реактивного порошкового бетона, армированного стальной фиброй

На рис. 1 показано типичное соотношение напряжения и деформации образцов цилиндра из порошкового бетона, армированного стальной фиброй.Как видно из рисунка 1, стальная фибра может повысить пластичность и прочность хрупкой матрицы. Следовательно, наиболее важным исследованием должно быть увеличение пластичности и прочности матрицы в зависимости от включения стальной фибры. Поэтому мы перечислили результаты испытаний модуля упругости, максимального напряжения и деформации при максимальном напряжении, которые показывают пластичность и прочность материала, в таблице 2.


ID
[%] [МПа] [МПа] []

C30-0 0 26,756 32.54 2,65
C30-f0,5 0,5 27,659 33,32 2,98
C30-f1,0 1,0 28,751 34,72 3,32
C30-f2,0 2,0 31,221 34,98 3,43
C80-0 0 32,970 80,79 3,16
C80-f0,5 0.5 33,597 82,60 3,55
C80-f1,0 1,0 34,097 85,17 3,64
C80-f2,0 2,0 34,768 89,01 4,04
C100-f0 0 36,233 104,86 3,39
C100-f0,5 0,5 37,376 107,39 3,71
C100-f1.0 1,0 38,732 111,93 3,95
C100-f2.0 2,0 38099 116,92 4,09
C150-0 0 42,023 149,40 3,97
C150-f0,5 0,5 41,203 154,96 4,47
C150-f1,0 1,0 42,365 159.60 4.77
C150-f2,0 2,0 43,222 162,40 4,79
C200-0 0 45,512 198,21 4,87
C200-f0,5 0,5 45019 202,70 4,97
C200-f1.0 1,0 46,734 210,40 5,26
C200-f2,0 2,0 47,515 216.52 5,39

: объемная доля стальной фибры (%),: модуль упругости (МПа),: прочность бетона на сжатие (испытанное значение, МПа),: пиковое напряжение, соответствующее деформации .

Указанные значения представляют собой средние значения для пяти образцов из каждой смеси. Результаты испытаний показывают, что стальная фибра значительно влияет на свойства, связанные с пластичностью материала.На рис. 2 показаны тенденции изменения параметров модуля упругости и деформации при максимальной прочности в зависимости от содержания стальной фибры.

Смеси с расчетной прочностью 30, 80, 100, 150 и 200 МПа, армированные волокнами в объеме 2%, показали увеличение прочности на сжатие на 7,5%, 10,2%, 11,5%, 8,7% и 9,2%. соответственно. Деформации при максимальном напряжении увеличились на 29,4%, 27,8%, 23,5%, 20,6% и 10,6%, соответственно, с объемной долей волокна 2%. Повышение напряжения при пиковом напряжении значительно по сравнению с увеличением прочности.Существенное увеличение деформации при пиковом напряжении может быть вызвано ограничивающим эффектом стальной фибры для образования трещин вдоль оси образца, как показано на рисунке 3, аспекты разрушения армированного волокном образца.

Это усиливающее действие на деформацию при пиковом напряжении было показано во всех случаях прочности матрицы на сжатие. Однако увеличение пластичности образцов бетона с прочностью более 100 МПа было меньше, чем увеличение пластичности бетона 30 и 80 МПа.То есть при более высоких значениях прочности на сжатие влияние армирующего действия стальных волокон на улучшение пластичности уменьшается.

3. Оценка механических свойств армированного стальным волокном реактивного порошкового бетона

Мы собрали результаты испытаний бетонного материала из ряда исследований [30–44] и проанализировали их вместе с результатами испытаний, полученными в этом исследовании, для оценки важные параметры, необходимые для получения зависимости напряжения от деформации, которую можно легко применить к более широкому диапазону прочности бетона, чем диапазон, охватываемый предыдущими исследованиями.Собранные данные включали 295 результатов по увеличению прочности на сжатие, 134 результата по деформации при максимальном напряжении и 1486 результатов по модулю упругости. В этом исследовании армирующий эффект волокна был охарактеризован с использованием индекса армирования (RI), связанного с соотношением сторон и другими физическими свойствами волокна. Значение RI для конкретного типа волокна определяется с помощью (1). Соотношение сторон волокон, форма конца волокна и количество армирующего волокна являются важными параметрами в этом уравнении.Рассмотрим, где — показатель армирования, — объемная доля стальной фибры, — длина стальной фибры и — диаметр стальной фибры.

Член в (1) представляет собой поправочный коэффициент для формы торца волокна. В этом исследовании мы использовали поправочные коэффициенты 1, 2,0 и 1,5 для прямых волокон, изогнутых волокон и гофрированных волокон, соответственно, чтобы скорректировать влияние формы волокна, как это предлагается в литературе [45].

Чтобы сравнить предложенные методы оценки и найти важные параметры механических характеристик реактивного порошкового бетона, армированного стальной фиброй, мы также собираем эмпирические уравнения для уравнений оценки механических характеристик для бетона при одноосном сжатии.

Таблица 3 показывает уравнение для оценки деформации при максимальном напряжении в зависимости от усиливающего эффекта стальных волокон и прочности бетона на сжатие. В таблице 4 показано уравнение для оценки модуля упругости. При изучении уравнений механических характеристик сжатия бетона и фибробетона наиболее важным параметром является прочность бетона на сжатие и (1) показатель армирования. Большинство уравнений рассматривают влияние стальной фибры как дополнительную величину, не зависящую от прочности бетона на сжатие.Однако, как показывают результаты испытаний, на скорость повышения механических свойств реактивного порошкового бетона, армированного стальной фиброй, влияет прочность бетона на сжатие. В этом разделе мы количественно оцениваем скорость повышения механических свойств бетона с учетом комбинации прочности на сжатие матрицы и содержания стальной фибры.


Исследователь Уравнение Ограничение [МПа]

Collins et al.[6],

.

Устойчивость волокон к щелочам и статические механические свойства композитов

В данном исследовании анализируются и обобщаются в относительной глубине исследования трехмерных, случайно распределенных BFRC в Китае. Результаты показывают, что влияние компонента волокна и температуры щелочной коррозии на щелочную стойкость BF является значительным; BF мало влияет на прочность бетона на сжатие; прочность на растяжение и изгиб композитов значительно увеличивается по сравнению с обычным бетоном, а содержание волокна оказывает значительное влияние на прочность.В свете некоторых проблем в текущем исследовании предлагается шесть возможных тем исследования: (1) исследование щелочной стойкости доменной печи при динамических температурах, более низких концентрациях щелочи и более длительном времени щелочной коррозии; (2) повышение щелочной стойкости BF за счет увеличения его гидрофобности; (3) определение оптимальной ориентации распределения волокон в доменной печи с различными характеристическими параметрами; (4) установление формул расчета критического содержания и критического соотношения сторон различных типов доменных печей; (5) определение оптимального соотношения смеси двух или более волокон в FRC при изучении взаимодополняющих механизмов между собой; и (6) улучшение дисперсии БФ и межфазных свойств БФ / матрица.

1. Введение

Бетон, который является наиболее широко используемым материалом в гражданском строительстве, обладает такими преимуществами, как высокая прочность на сжатие и хорошая долговечность. Однако он также имеет такие недостатки, как высокий собственный вес, низкая прочность на растяжение, низкая вязкость, низкая энергия разрушения и плохая ударопрочность [1–3]. Бетон необходимо использовать вместе с другими материалами, которые дополняют его свойства, и, таким образом, область применения будет расширена. Железобетон и FRC — два самых распространенных строительных материала.Волокна, используемые в таких композитах, включают стальное волокно, углеродное волокно, стекловолокно, BF, синтетическое волокно и растительное волокно [4]. Среди них, как новый материал в 21 веке [5], доменная печь имеет широкий спектр источников сырья, хорошую термическую стабильность (диапазон конечных температур от −263 до 900 ° C), теплоизоляцию (теплопроводность составляет примерно 0,04 Вт / (м · К)), хорошей экологической совместимости, высокой прочности на разрыв и высокого модуля упругости [6–9]. Благодаря смешиванию BF можно оптимизировать внутреннюю структуру бетона; он может быть усилен и упрочнен, а его теплоизоляция и долговечность могут быть улучшены, среди прочего [10–13].

Чешская Республика начала испытания базальтовой ваты в качестве заменителя асбеста в конце 1950-х годов. Было обнаружено, что эрозионная стойкость волокна и связь между волокном и цементом были эффективно улучшены за счет добавления в волокно компонентов, устойчивых к щелочам, и обработки поверхности полимером [14, 15]. Бывший Советский Союз сделал шаг вперед в своем исследовании BF и приступил к его изучению в 1960-х годах. Однако публикация многочисленных патентов и статей, касающихся доменных печей и крупномасштабного производства, началась только в 1990-х годах [16, 17].Изучение BF в Европе, США, Японии и других странах началось в 1970-х годах, и производственный процесс уступал таковым в бывшем Советском Союзе [5]. Однако в последние годы подробные исследования BFRC были опубликованы в Европе, США и Японии, в частности, о щелочной устойчивости BF Sim et al. [18] и Липатов с соавт. [19]; прочность, жаропрочность, жаропрочность и замедление воспламенения стеклобетона BF по Borhan et al.[20–22]; термическая деформация газобетона Sinica et al. [23]; обычные механические свойства бетона с высоким содержанием BF по Ayub et al. [24]; износостойкость и коррозионная стойкость BFRC по Кабай [25], среди прочих.

В Китае в 1978 году Нанкинский институт стекловолокна [26] впервые предложил использовать базальт для производства стойкого к щелочам волокна и улучшения бетона. В том же году Шен [27] провел экспериментальное исследование устойчивости BF к щелочам. В 1980 году Ду [28] резюмировал отчет в бывшем Советском Союзе Building Materials о преимуществах и перспективах инженерного применения BF.В 1990 году Чжао [29] перевел краткий отчет из бывшего Советского Союза, озаглавленный «Бетон, армированный базальтовым волокном», в котором впервые была представлена ​​концепция компонентов BFRC. Тем не менее, систематические отчеты о BFRC начались в начале 21 века с отчетов Ху и др. О характеристиках BF, успехах зарубежных исследований, широких перспективах применения BF в области бетона и других аспектах BF. [5, 30], Е [31], Ван и Чжан [32] и другие.

Благодаря постоянному совершенствованию производственного процесса, BF был включен в трехмерные, беспорядочно распределенные FRC, армированные волокном полимерные стержни, волокнистую ткань, решетку из волокна и другие композитные формы для удовлетворения практических инженерных нужд.Это значительно улучшило различные свойства бетона. В этой статье в основном рассматриваются результаты исследований, опубликованных в китайских журналах в отношении устойчивости BF к щелочам и основных механических свойств трехмерного, случайно распределенного BFRC. Отмечены существующие проблемы, некоторые из них подробно описаны, а также предложены конкретные исследовательские стратегии, указывающие направление улучшения вышеупомянутых свойств BFRC. Из-за нехватки места ударно-механические свойства, трещиностойкость и долговечность BFRC будут представлены в другой статье.

2. Щелочная стойкость BF

Поскольку бетон является щелочным, стойкость BF к щелочной коррозии напрямую влияет на приспособляемость и свойства BF в материале. В литературе [33] оговаривается стойкость доменного печи к щелочам и требуется, чтобы коэффициент сохранения прочности на разрыв волокон доменной печи, используемой для бетона, был не менее 75% после выдержки в насыщенном растворе Ca (OH) 2 при 100 °. C в течение 4 ч [34]. Поэтому исследования щелочной стойкости BF с точки зрения свойств BFRC необходимы и значимы.

2.1. Research Progress

На стойкость BF к щелочам в основном влияют такие факторы, как концентрация щелочи в окружающей среде, температура щелочной коррозии, время щелочной коррозии, свойства самого волокна и условия предварительной обработки, среди прочего. В течение почти 40 лет, прошедших с тех пор, как Шен впервые изучил BF в 1978 г. [27], экспериментальные исследования устойчивости BF к щелочам были в основном сосредоточены на вышеупомянутых аспектах. Поскольку физические и механические свойства нынешних доменных печей намного лучше, чем 20 лет назад, исследования, проводимые с 2000 года, являются основной частью работы, которая подробно описывается в следующих разделах.

В 2004 году Wang et al. [6] исследовали химический состав BF и модификацию его поверхности растворами щелочей. Их результаты показали, что основными химическими компонентами доменного печи были SiO 2 , CaO и Al 2 O 3 , которые играли важную роль в определении химической стабильности, механической прочности и термической стабильности доменного печи. После обработки раствором NaOH с концентрацией 0,1 моль / л на поверхности доменной печи появились некоторые дефекты, такие как опухолевидное вещество и коррозионные ямки, увеличивающие шероховатость и площадь поверхности.Этот эффект привел к снижению прочности волокна, но улучшил межфазное соединение между волокном и матрицей. В 2010 и 2015 годах Wei et al. [35] и Ли и др. В [36] проанализирован механизм щелочной коррозии доменной печи. Сетчатая каркасная структура волокна состояла в основном из Si и Al. В щелочном растворе протекала реакция замещения между OH и Si – O – Si≡ в волокне, что приводило к растворению элемента Si, разрыву каркасной сетки силикатных ионов и разрушению других компонентов в волокне. фреймворк.ОН диффундировал во внутреннюю структуру волокна, что привело к ламеллярному растрескиванию поверхностного слоя.

В 2006 г. Wang et al. [37] изучали устойчивость к щелочам BF, производимого Heilongjiang Jingpo Lake Basalt Fiber Company, в среде щелочной коррозии при кипении 2 моль / л раствора NaOH. Их результаты показали, что доменная печь в основном состоит из Si, O, Fe, Ca и других элементов. После кипячения в течение 3 ч степень удерживания массы сырой пряжи и степень сохранения прочности жгута волокон после погружения и отверждения составляли приблизительно 96% и 82% соответственно, что указывает на высокую стойкость к щелочной коррозии.Авторы объясняют такую ​​высокую емкость присутствием в доменной печи оксидов щелочных металлов.

В 2007 году Huo et al. [38] исследовали устойчивость нитей и жгута BF к щелочам в среде щелочной коррозии 2 моль / л раствора NaOH при 80 ° C. Модель волокна, которая была произведена Shanghai Russian Basalt Fiber Co. Ltd., отличалась от модели, исследованной Wang et al. Жгут был приготовлен погружением в эпоксидную смолу на 648 см. Результаты (рис. 1 (а)) показали, что масса волокна медленно уменьшалась с увеличением времени щелочной коррозии после вымачивания в растворе щелочи.Степень удерживания массы через 24 часа составляла примерно 88%. Прочность на излом нити и жгута после обработки резинки со сложением быстро снижалась; степень сохранения их прочности через 3 часа составляла примерно 60%. Эти результаты показали, что обработка слоистой жевательной резинки не может улучшить стойкость волокна к щелочам за короткое время. Микроскопический вид волокна после щелочной коррозии показал значительные ямки из-за растрескивания поверхности (Рисунки 1 (b) и 1 (c)). Кроме того, по сравнению с условиями, использованными Wang et al.[37] эксперимент имел более низкую температуру щелочной коррозии и, соответственно, меньшую скорость реакции; однако степень сохранения прочности жгута была ниже, что могло быть связано с волокнистым компонентом.

В 2010 году Хуанг и Дэн [39] изучали стойкость доменных печей к щелочам при различных температурах щелочной коррозии и более длительном времени коррозии. Они обнаружили, что после замачивания в растворе NaOH с концентрацией 1 моль / л в течение 5 дней (рис. 2 (а)), BF показал степень удерживания массы 87% при температуре 20 ° C; кроме того, степень коррозии была ниже.Однако степень удерживания массы составила всего 33% при 80 ° C, что свидетельствует о значительной коррозии и растрескивании (Рисунки 2 (b) и 2 (c)). Температура сильно влияет на стойкость BF к щелочам. Кроме того, по сравнению с результатами Huo et al. [38], результаты Хуанга и Дэна [39] были получены при той же температуре щелочной коррозии (80 ° C), но при разных концентрациях щелочного раствора (1 моль / л и 2 моль / л), что дало массовые скорости удерживания 87% и 89% соответственно; таким образом, концентрация раствора мало влияла на массу доменной печи при более высоких концентрациях щелочи.

В 2012 году Wu et al. [40] исследовали влияние концентрации щелочи на предел прочности крученой доменной печи с одинарным диаметром 8 мкм м. Концентрация раствора NaOH составляла от 0,5 до 2 моль / л, а время и температура щелочной коррозии составляли 3 ч и 100 ° C соответственно. Степень сохранения прочности волокна при растяжении определяли в соответствии с GB / T 7690.3-2001, и результаты (рис. 3) показали, что повреждение волокна щелочным раствором усиливается с увеличением концентрации, что приводит к слабой поверхности волокна и резкому снижению. в силе.Степень сохранения прочности волокна составляла всего 53,67% при концентрации 2 моль / л, что сильно отличалось от 82%, полученной Wang et al. [37] при тех же условиях. Это различие может быть результатом обработки скручиванием в дополнение к разному содержанию волокон.

В заключение, результаты вышеупомянутых исследований показывают, что влияние компонента волокна, внутренней микроструктуры, температуры щелочной коррозии и времени щелочной коррозии на щелочную стойкость BF является значительным.Однако эффекты предварительной обработки волокна и увеличения концентрации щелочного раствора в более высоких щелочных условиях имеют ограниченное влияние на стойкость к щелочам. Таким образом, в будущих исследованиях необходимы целенаправленные исследования устойчивости доменных печей к щелочам и их адаптируемости с учетом характеристик бетона. Вышеупомянутые характеристики BF могут быть улучшены за счет характеристик волокна и щелочной коррозии.

2.2. Анализ и перспективы

На основе обзора предшествующих результатов исследований, касающихся стойкости доменных печей к щелочам и рабочих условий применения доменных печей в бетоне, выдвигаются следующие четыре направления исследований: (1) На основе температуры кривая изменения в зависимости от возраста бетонной конструкции в реальных условиях эксплуатации, необходимо измерить и изучить щелочную стойкость доменной печи при температуре динамической щелочной коррозии.Такое исследование позволит одновременно изучить механизм влияния на свойства BFRC. В данном исследовании изучается щелочная стойкость BF при постоянной температуре. Однако в процессе твердения бетона такие факторы, как свойства бетонного материала, теплота гидратации и температура заливки, указывают на то, что температура изменяется параболически и имеет тенденцию к стабилизации с возрастом. Более того, разные бетонные конструкции с разным расположением точек измерения демонстрируют совершенно разные изменения температуры (Рисунок 4).Кроме того, температура влияет на скорость реакции щелочной коррозии и щелочность окружающей среды, окружающей волокно, что является важным фактором при изучении щелочной стойкости доменного волокна. Следовательно, исследования коррозионной стойкости доменного печи при динамической температуре необходимы для моделирования среды, в которой находится бетон, и изучения механизма, с помощью которого доменная печь изменяет механические свойства, долговечность и другие свойства BFRC. бетон, стойкость BF к щелочам в смоделированном растворе щелочи с pH 10.5–13,5 следует оценить. Некоторые авторы [41] показали, что значение pH хорошо гидратированного портландцемента составляло от 12,5 до 13,5, а значение pH сульфоалюминатного слабощелочного цемента составляло от 10,5 до 11,5. В результате значение pH бетона ниже этого. В вышеупомянутых исследованиях в основном использовались растворы NaOH с концентрацией 1 моль / л или выше; Щелочность этих растворов значительно выше, чем у портландцементного теста. В противном случае скорость щелочной коррозии сильно коррелирует с концентрацией щелочного раствора [42].Таким образом, следует изучить щелочную стойкость действующего доменного печи в растворе со щелочностью, равной щелочности бетонного материала. (3) Время щелочной коррозии доменного печи в смоделированном щелочном растворе должно быть соответствующим образом увеличено в соответствии с конкретной структурой бетона. Как показано на Рисунке 4, температура основания плота почти возвращается к своей нормальной температуре через 10 дней; однако дамбе требуется 25 дней для достижения своей начальной температуры, что значительно больше, чем время, необходимое для основания плота.Однако большая часть времени щелочной коррозии в вышеупомянутых исследованиях составляла всего несколько часов и, конечно же, не более 7 дней. Даже в случае экспериментов по ускоренной щелочной коррозии при более высоких температурах и более коротком времени, степень, в которой эти результаты испытаний отражают фактические условия доменной печи в бетоне, требует дальнейшего изучения. Следовательно, время щелочной коррозии доменного печи должно быть увеличено соответствующим образом в соответствии с фактическими ожидаемыми рабочими условиями. (4) Необходимо измерить гидрофобность доменного печи и определить механизм переноса влаги.Устойчивость к щелочам BF и общие свойства композитов улучшаются за счет повышения его гидрофобности. Как упоминалось ранее, необходимо улучшить долговременную стойкость BF к щелочам. Существующие методы улучшения гидрофобности в основном включают модификацию поверхности BF путем нанесения смолы, добавление ZrO 2 в BF [19] и использование слабощелочного цемента. Однако необходимо учитывать многие факторы, такие как ограниченное улучшение, задержка щелочной коррозии вместо ее прекращения, увеличение стоимости проекта и отсутствие поставок, среди прочего.Однако, определив дзета-потенциал, Hu et al. [43–45] показали, что, хотя BF представляет собой неорганический материал, полученный из горных пород путем плавления и волочения проволоки, его поверхность инертна, и элементы на поверхности BF могут образовывать водородные связи с гидрофильными полярными группами. Между тем, поверхность BF содержала много атомов Si, которые при определенных условиях могли бы химически реагировать с окружающими активными группами. Следовательно, реакция щелочной коррозии может легко произойти.С другой стороны, вода — это среда передачи различных ионов. Если гидрофобность BF хорошая, ионы щелочной коррозии не могут легко проникнуть в волокно из-за отсутствия передающей среды, и трудно разрушить BF. Напротив, BF может не только поглощать окружающую воду, используемую для реакции гидратации цемента, что отрицательно сказывается на твердении бетона и свойствах поверхности раздела волокно / матрица, но также обеспечивать переносчик ионов щелочной коррозии.Следовательно, улучшения гидрофобности BF и способности блокировать влагу полезны для улучшения устойчивости к щелочам, а также механических свойств и долговечности BFRC. Гидрофобность и влагопроницаемость BF редко подробно освещаются в литературе. Следующим шагом должно быть улучшение устойчивости BF к щелочам и общих характеристик композита путем измерения гидрофобности и выяснения механизма передачи влаги. Благодаря этим двум аспектам доменного печного камня и бетона, посредством модификации поверхности волокна и добавления минеральных добавок в матрицу, дисперсия доменного волокна в матрице и межфазные свойства доменного волокна и матрицы улучшатся, а механические свойства композита будут быть улучшенным.

3. Статические механические свойства BFRC

Подобно обычным бетонным элементам, элементы BFRC подвергались различным нагрузкам в различных рабочих условиях. Исследования статических механических свойств также в основном сосредоточены на прочности, вязкости при изгибе и механических свойствах разрушения, которые подробно рассматриваются ниже.

3.1. Прочность BFRC

В последние годы исследователи изучили правила изменения механических свойств различных бетонов, включая обычный бетон, самоуплотняющийся бетон, бетон с высоким содержанием минеральных добавок, торкретбетон и стальные трубы, заполненные бетоном.Эта работа заключалась в измерении прочности на сжатие, растяжение и изгиб BFRC с различным содержанием волокон в различных условиях, таких как разный возраст и минеральные примеси. Содержание волокна обычно составляло порядка 0,5–8,5 кг / м³, исследованное время старения в основном составляло 3 дня, 7 дней и 28 дней, а минеральные примеси в основном включали летучую золу и микрокремнезем. Мы опишем это ниже.

В 2008 году Ли и др. [48] ​​изучали 28-дневное кубическое сжатие, осевое сжатие, растяжение при раскалывании и прочность на изгиб самоуплотняющегося бетона, армированного BF (BFRSCC) (рис. 5) с содержанием волокна 0.8–4,8 кг / м 3 , длиной 10–25 мм и диаметром 7–15 мкм м в соответствии с CECS13: 89. Результаты показали, что с увеличением содержания волокна, по сравнению с обычным самоуплотняющимся бетоном (PSCC), кубическая прочность на сжатие BFRSCC снизилась на 3–10%. Общая тенденция осевой прочности на сжатие BFRSCC сначала уменьшилась, а затем увеличилась, прежде чем, наконец, достигла прочности, немного большей, чем у PSCC. Прочность на разрыв при расщеплении постепенно увеличивалась после начального небольшого снижения, тогда как прочность на изгиб уменьшалась после начального медленного увеличения.И прочность на разрыв, и прочность на изгиб показали пиковые значения, где максимальное увеличение составило 17% и 24%, соответственно, а соответствующее оптимальное содержание волокна составляет 3,2 кг / м 3 . Эти результаты были приписаны BF [48], который является мягким и тонким, образует слабую сотовую или пористую структуру в бетоне и приводит к плохому диспергированию или образованию кластеров в процессе перемешивания бетона. Эти особенности уменьшили плотность бетона и кубическую прочность на сжатие.Что касается осевой прочности на сжатие, в дополнение к вышеупомянутому обсуждению, увеличение BF имело эффект поперечного ограничения, аналогичный эффекту хомутов, что улучшало прочность на сжатие матрицы. Под влиянием двух плюсово-минусовых факторов осевая прочность на сжатие претерпела параболические изменения. Исследование, касающееся осевой прочности на сжатие стальных трубчатых коротких колонн, заполненных BFRC, проведенное Wang et al. [49] в 2013 г. также продемонстрировали эту точку зрения. Прочность на растяжение и изгиб при расщеплении можно использовать в качестве показателей для оценки прочности материала на разрыв.Согласно теории композитов [50], предел прочности на разрыв BFRC напрямую связан с пределом прочности волокна на разрыв и его содержанием; в противном случае предел прочности на разрыв у BF выше. Следовательно, разумное количество BF может улучшить два механических показателя, не влияя на удобоукладываемость самоуплотняющегося бетона.

В 2009 году, предварительно обработав доменную печь путем обертывания цементной пастой перед смешиванием, Wu et al. [51] исследовали прочность на сжатие стандартных кубических образцов BFRC с содержанием волокна 1.2–2,0 кг / м 3 , длиной 12 мм и радиусом 15 мкм м согласно стандарту GB / T 50081-2002. Результаты показали, что (рис. 6 (а)) с увеличением содержания волокна наибольший рост на 28 дней и начальная кубическая прочность на сжатие ( f cu ) BFRC составили около 5% и 17% соответственно. По сравнению с результатами Li et al. [48], предварительная обработка в некоторой степени улучшила характеристики сжатия BFRC. Причина заключалась в том, что цементная паста обеспечивала смазывающий эффект между волокнами и заполнителями и заставляла их полностью контактировать друг с другом, таким образом эффективно уменьшая пористость матрицы и улучшая межфазное соединение между волокнами и матрицей (Рисунки 6 (b) -6 ( д)).Кроме того, волокна, обернутые цементным тестом, имели лучшую текучесть в матрице, что увеличивало равномерность ее распределения.

В 2011 г. Ye et al. [52] изучали предел прочности при изгибе высокопрочного BFRC с относительно большим количеством летучей золы и микрокремнезема с содержанием волокон 8,4 кг / м 3 и длиной 6 мм, 18 мм и 30 мм. Волокно предварительно обрабатывали тремя способами: прямое разрезание, укладка резинки и скручивание резинки. Результаты показали, что по сравнению с ПК максимальное увеличение прочности на разрыв при изгибе BFRC через 3 дня, 7 дней и 28 дней составило 20%, 27% и 18% соответственно.Соответствующая оптимальная длина волокна и метод предварительной обработки составляли 18 мм при прямом сокращении волокна. На основании изменения скорости увеличения прочности с возрастом в экспериментах не наблюдалось видимого ослабления армирования волокном с возрастом, что могло быть связано с улучшением стойкости к щелочам.

В 2012 году Луо и Би [53] изучили влияние BF и гибридных волокон, состоящих из BF и полипропиленового волокна (PPF), на кубическую прочность на сжатие самоуплотняющегося бетона с точки зрения его пористой структуры.Содержание доменных печей составляло 1,3 кг / м 3 и 2,7 кг / м 3 , а содержание ППФ — 0,05–0,3 кг / м 3 . В случае бетона, армированного только BF, результаты показали, что прочность на сжатие была снижена по сравнению с таковой у PSCC, аналогично результатам исследования Li et al. [48]. Это снижение численности объяснялось тремя факторами. Во-первых, в соответствии с четырьмя уровнями размера пор в бетоне, предложенными Wu и Lian [54], уменьшение безвредных или менее вредных пор и увеличение вредных или более вредных пор в BFRC приведет к снижению плотности и прочности.Во-вторых, с точки зрения микроморфологии (Рисунок 7), BF был довольно гладким по сравнению с PPF. Таким образом, очень небольшое количество продуктов гидратации могло бы прилипнуть к нему, что привело бы к ослаблению границы раздела BF / матрица, что, в свою очередь, уменьшило эффективные преимущества свойств волокна. Третий фактор — режим отказа. Только трещины появились во время разрушения BFRC при сжатии; разрыва осколков не наблюдалось. Режим отказа BFRC был интегрирован, что свидетельствует о повышении вязкости образца.Для гибридного армированного волокном самоуплотняющегося бетона прочность на 28 дней была улучшена в разной степени, а наибольшее увеличение составило примерно 38%. Соответствующее содержание доменных печей и ППФ составило 2,7 кг / м 3 и 0,1 кг / м 3 соответственно. Наличие PPF уменьшало плотность и размер пор, а модуль упругости и прочность на разрыв PPF были на порядок меньше, чем у BF; Таким образом, PPF стал дополнительным опорным материалом к ​​BF, значительно увеличив прочность.

В 2016 году Zhou et al. [55] изучили прочность на разрыв и изгиб торкретбетона, армированного доменным печным газом, в условиях туннельного сухого нагрева, смоделированного с использованием печи, и проанализировали структурные механизмы с точки зрения противодействия трещинам функциональности доменного печи в матрице. Соотношение сырья определялось согласно JGJ55-2000 и GB50086-2001. Их результаты показали, что механические свойства торкретбетона, армированного BF, в условиях сухого нагрева были значительно снижены по сравнению с измеренными в стандартных условиях.Наличие BF не могло заметно улучшить прочность торкретбетона на растяжение и изгиб, и результаты даже показали небольшое снижение механических свойств при некотором содержании волокон. Вероятные причины такого поведения были связаны с более низким коэффициентом ориентации трехмерного, случайно распределенного BF [50], недостаточной стойкостью к щелочам и дисперсностью BF, использованного в эксперименте, а также плохими характеристиками соединения между волокном и волокном. матрица.

В 2016 году, основываясь на испытании на одноосное сжатие бетонного цилиндра, армированного BF, и теории механики повреждений, Yu et al.[56] построили конститутивную модель одноосного сжатия в соответствии с обобщенным законом Гука и теорией распределения прочности Вейбулла:

Результаты показали, что модель хорошо согласуется с экспериментальными результатами, и тенденция изменения модели была аналогичной. по сравнению с обычным бетоном, но напряжение во время подъема было явно больше, чем у последнего [57]. Это исследование внесло теоретический вклад в изучение механических свойств материала.

Короче говоря, исследование прочности BFRC привело к дискретным или даже противоположным результатам, поскольку на прочность, помимо других факторов, влияли характеристические параметры волокна, содержание волокна, свойства материала матрицы, метод подготовки и возраст композита. . Однако наличие BF в целом мало повлияло на прочность бетона на сжатие, но, тем не менее, могло привести к очевидным улучшениям прочности на растяжение и изгиб. Содержание волокна влияет на прочность материала, и существует оптимальное значение содержания.Добавление минеральных добавок и PPF способствовало улучшению бетона доменной печи. На основе вышеупомянутых исследований могут быть проведены дальнейшие исследования оптимального соотношения компонентов смеси и дополнения механизма армирования из BF и других волокон с различными свойствами, таких как PPF, на основе различных материалов матрицы и требований.

3.2. Прочность на изгиб и механика разрушения

Существует несколько опубликованных работ по вязкости при изгибе и механике разрушения BFRC.Ученые в основном изучали влияние характерных параметров, таких как содержание и соотношение сторон волокна, на индекс вязкости при изгибе, вязкость разрушения и энергию разрушения. Они также обсудили улучшение ударной вязкости и свойств разрушения бетона в результате использования волокна. Эти результаты проиллюстрированы и проанализированы ниже.

He and Lu [58] и Ye et al. [52] сообщили о прочности на изгиб балки B2010 в 2009 и 2011 годах соответственно.Индекс, используемый для измерения прочности на изгиб, был стандартом JSCEG552, предложенным Японским обществом инженеров-строителей. Прочность на изгиб BFRC была в 5,6 раза выше, чем у PC, как сообщают Хе и Лу [58]. Однако в последнем исследовании Ye et al. [52] отметили, что BFRC, на который влияли длина волокна, обработка скручиванием и модификация поверхности, показал вязкость при изгибе только в 1,2–2,1 раза выше, чем у ПК, по оценке в различных экспериментальных условиях. Поскольку шероховатость волокна увеличилась после обработки скручиванием, которая улучшила свойства сцепления между волокном и матрицей, кривая нагрузка-смещение для бетона, армированного скрученным волокном, была намного более пологой.Скрученная фибра может существенно улучшить ударную вязкость бетона. Учитывая, что данных в последнем отчете было гораздо больше, результаты были ближе к практическим ситуациям. Тем не менее, присутствие BF может явно улучшить прочность бетона на изгиб.

В 2016 году, согласно методу испытания на трехточечный изгиб ASTM E647-11 и RILEM, Xue et al. [59] изучили влияние содержания BF и аспектного отношения на три рабочих параметра: энергию разрушения, вязкость разрушения и индекс пластичности, которые определяют механические свойства разрушения бетона, и тщательно проанализировали механизм удара.Содержание доменной печи в их исследовании составляло примерно 6,6–40 кг / м 3 , диаметр — 15 мкм, м, длина — 5–25 мм. Их результаты предполагают следующее: (1) Во время возникновения и развития трещин в BFRC было три стадии: (i) стадия без расширения трещин, когда волокно и бетон работали вместе; (ii) стадия устойчивого роста трещины, когда мостиковое напряжение волокна имеет замедленные эффекты; и (iii) стадия нестабильного роста трещины после того, как суммарное напряжение вершины трещины достигло предельного напряжения.(2) Наличие доменной печи может в некоторой степени улучшить механику разрушения бетона. Усиление составляло 37% по энергии разрушения, 44% по вязкости разрушения и 19% по индексу пластичности. Тенденции к изменению всех трех механических параметров разрушения сначала увеличивались, а затем уменьшались с увеличением содержания волокна и увеличением соотношения сторон. Таким образом, существовало соответствующее оптимальное содержание или соотношение размеров BF. (3) Механизм, с помощью которого BF влиял на механику разрушения бетона, был следующим: (i) Нить BF слишком мягкая, тонкая и гладкая, чтобы вызвать модификацию поверхности [6] и анкеровка, а его предел прочности на растяжение высок.Следовательно, межфазное напряжение связи могло быть меньше, чем предел прочности волокна на разрыв, и основная причина разрушения заключалась в том, что волокна вытягивались во время процесса разрушения разрушения. Однако сопротивление неосновному растрескиванию увеличивалось, когда трещины распространялись, и характеристики разрушения улучшались за счет улучшения межфазного разрыва, фрикционного скольжения и эффекта наклона. Однако оставшиеся поры будут ускорять нестабильное распространение трещин по мере того, как композит достигнет предельной прочности.

На основании вышеупомянутого исследования был сделан один вывод о том, что доменная печь существенно улучшит ударную вязкость и механику разрушения бетона, если правильно выбрать смешивание и характеристические параметры волокна.

3.3. Анализ и перспективы

После организации и обобщения исследований, касающихся прочности, ударной вязкости и механики разрушения BFRC, мы определяем следующие вопросы, требующие дальнейшего исследования: (1) На основе испытания на отрыв одного (или одного -bundle) BF с различным распределением и ориентацией в бетоне, связью между прочностью на разрыв, прочностью межфазного сцепления волокна / матрицы и прочностью волокна на поперечный сдвиг, а также оптимальным распределением волокна, соответствующим различным типам характеристик параметры могут быть определены.Когда ориентация BF соответствует силе вытягивания, волокно будет легко вытягиваться. Напротив, если угол между волокном и силой вытягивания слишком велик, для волокна, скорее всего, произойдет отказ от бокового сдвига. В обоих случаях прочность волокна на разрыв не может быть эффективно использована. Таким образом, если соединение между ними может быть реализовано и может быть получено оптимальное распределение ориентации различных типов волокон, механические свойства (например,g. характеристики при растяжении, изгибе и разрушении) BFRC могут быть значительно улучшены. (2) Формула, касающаяся критического содержания и аспектного отношения BF в бетоне, может быть установлена ​​в отношении свойств сцепления между BF и бетон и характеристики случайного распределения волокна в матрице. В текущем исследовательском корпусе сообщается только о влиянии содержания волокна и соотношения сторон на механические свойства, тогда как экспериментальные исследования и теоретический анализ критического содержания и соотношения сторон остаются скрытыми.Однако, согласно теории функции соединения волокна и бетона [50], предел прочности при растяжении может быть значительно улучшен только в том случае, если содержание волокна превышает критическое значение. Соотношение между фактическим соотношением сторон и критическим соотношением сторон волокна напрямую влияет на режим отказа и реализацию улучшения качества волокна. Следовательно, необходимы дополнительные исследования этого аспекта. (3) Механическая модель BFRC нуждается в глубоком изучении, чтобы полностью раскрыть механизм ее механического поведения.На основании приведенного выше анализа установлено, что количество модельных исследований BFRC очень ограничено в Китае. По сравнению с конститутивной моделью одноосного сжатия высокопрочного BFRC, предложенной Ayub et al. [60], эти модели все еще имеют некоторые дефекты, такие как неадекватное отражение содержания волокна и единственное выражение полного процесса «напряжение-деформация», и они нуждаются в дальнейших модификациях и усовершенствованиях. Кроме того, исследования модели статической механики BFRC, такие как механика сдвига и изгиба, все еще редки.Следовательно, это будет важная область для будущих исследований.

4. Заключение

Таким образом, исследования, проведенные в Китае в этом столетии, описывают щелочную стойкость волокон в различных средах щелочной коррозии и различных методах предварительной обработки, а также статические механические свойства, такие как прочность и ударная вязкость, BFRC под разные характерные параметры и содержание. Основные результаты были проиллюстрированы следующим образом: состав и температура сильно влияли на стойкость доменной печи к щелочам, тогда как предварительная обработка имела ограниченный эффект; BF практически не влиял на прочность на сжатие, но мог значительно улучшить прочность на растяжение и изгиб; кроме того, содержание волокна могло заметно повлиять на прочность.

Настоящим мы предлагаем следующие шесть исследовательских тем, связанных со стойкостью к щелочам и статическими механическими свойствами трехмерных случайно распределенных BFRC: (1) Устойчивость к щелочам и адаптивность в бетоне с BF в условиях температуры динамической щелочной коррозии, следует измерять и исследовать более низкую концентрацию щелочи и более длительное время щелочной коррозии. Кроме того, следует изучить механизм его влияния на механические свойства BFRC.(2) На основе определения механизма гидрофобности и влагопропускания волокна, щелочная стойкость BF и общие характеристики композитов могут быть улучшены за счет гидрофобности и влагопроницаемости BF. (3) На основе Испытание на вырыв одиночного (или одиночного) доменного печи с различным распределением и ориентацией в бетоне, оптимальная ориентация доменного печи с различными характеристическими параметрами должна быть исследована для достижения максимального улучшения матрицы.(4) Должна быть установлена ​​формула для критического содержания и коэффициента формы для различных видов доменных печей в бетоне, а также механизм влияния доменных печей с различным содержанием и соотношением сторон на механические свойства матрицы (например, растяжение, изгиб , и характеристики разрушения) должны быть изучены, и вышеупомянутые свойства должны быть оптимизированы. (5) С целью изменения характеристик материала и применения матрицы, оптимальное соотношение смеси и дополнительный механизм между BF и другими типами волокон с различными свойствами, такими как PPF, в бетоне.(6) С точки зрения доменных печей и бетона, дисперсия межфазных свойств доменных печей и доменных печей / матрица должна быть улучшена за счет модификации поверхности волокна и добавления минеральных добавок к матрице, тем самым улучшая механические свойства композитов. .

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (грант №51578140).

.

Характеристики водопроницаемости бетона нормальной прочности из дробленого глиняного кирпича в виде крупного заполнителя

Исследованы характеристики водопроницаемости бетона, изготовленного из дробленого глиняного кирпича в качестве крупного заполнителя, и проведено сравнение с бетоном из заполнителя природного камня. Для этого были отобраны шесть различных образцов кирпича и пять различных образцов природного камня. Также измеряли прочность на раздавливание образцов кирпича и водопоглощение полученного из них заполнителя. Бетонные образцы трех различных значений прочности на сжатие были приготовлены в соответствии с методом проектирования смеси ACI из каждого из этих образцов заполнителя.Прочность на сжатие бетона, которая могла быть достигнута с использованием кирпичного заполнителя, варьировалась от 19 до 28 МПа, тогда как для каменного заполнителя прочность на сжатие варьировалась от 24 до 46 МПа. Затем эти образцы были протестированы на водопроницаемость с использованием машины AT 315 в соответствии с EN 12390-8: «Глубина проникновения воды под давлением». Экспериментальные результаты и последующий анализ показывают, что водопроницаемость бетона из кирпичного заполнителя на 225–550% выше, чем у бетона из природного камня с такой же прочностью на сжатие.Было обнаружено, что водопроницаемость напрямую связана с прочностью на сжатие, водопоглощением и пористостью затвердевшего бетона. Также было замечено, что на водопроницаемость бетона влияет водопоглощение кирпичного заполнителя и прочность кирпича на раздавливание.

1. Введение

Бетон является основным ингредиентом в постоянно растущей строительной отрасли Бангладеш. Поскольку натурального камня не хватает и, следовательно, он дорогой, кирпичи из обожженной глины широко используются в качестве экономичной альтернативы крупнозернистого заполнителя при приготовлении бетона в Бангладеш для строительства жилых и производственных зданий средней этажности, жестких тротуаров, мостов и водопропускных труб малых и средних пролетов. [1].Свойства заполнителя кирпича значительно отличаются от заполнителя природного камня с точки зрения прочности, ударной вязкости и других связанных показателей [2]. Поскольку крупный заполнитель занимает большую долю объема бетона, можно предположить, что свойства бетона, изготовленного из заполнителя кирпича, будут значительно отличаться от свойств бетона из заполнителя камня. Хотя прочность бетона на сжатие в нормальном диапазоне может быть достигнута удовлетворительно, тем не менее, именно такие свойства долговечности, как водопроницаемость, ползучесть и усадка, всегда были проблемой для бетона из кирпичного заполнителя.Водопроницаемость — важная проблема для бетона, сделанного из измельченного глиняного кирпича, потому что заполнитель кирпича гораздо более пористый и, следовательно, проницаемый, чем гранит и другие заполнители природного камня [3]. К настоящему времени опубликован ряд работ по свойствам бетона из кирпичного заполнителя [1–8]. Однако ни в одном из них не проводилось всесторонних исследований водопроницаемости бетона из кирпичного заполнителя, за исключением Дебейба, который показал, что можно производить бетон, содержащий дробленый кирпич (крупный и мелкий) с характеристиками водопроницаемости, аналогичными характеристикам бетона из природного заполнителя, при условии, что процентное содержание заполнение кирпича ограничено 25% и 50% для грубых и мелких заполнителей соответственно [5].Однако авторы этой работы считают, что систематическое и сравнительное исследование бетона из заполнителя из природного камня и глиняного кирпича поможет понять основные особенности характеристик водопроницаемости кирпичного бетона из заполнителя. Это также поможет проектировщикам и инженерам, использующим бетон из заполнителя кирпича, прогнозировать ожидаемое поведение водопроницаемости. Результат этого исследования будет значительным дополнением к существующим знаниям в этой области, поскольку проницаемость является одним из основных параметров, ответственных за разрушение бетона.Информация об ожидаемом значении коэффициента водопроницаемости бетона из кирпичного заполнителя поможет практикующим инженерам спроектировать более прочные и устойчивые конструкции с использованием бетона из кирпичного заполнителя. Это также может помочь изменить существующие строительные нормы и правила по бетону из заполнителя из кирпича в таких областях, как прозрачное покрытие арматурных стержней из бетона, а также положения по строительству водоудерживающих конструкций с использованием бетона из заполнителя из кирпича. Для этого в Бангладешском инженерно-технологическом университете, Дакка, Бангладеш, была проведена экспериментальная программа по изучению поведения водопроницаемости бетона, сделанного из измельченного глиняного кирпича.Для этого было выбрано шесть различных блоков кирпича и пять различных заполнителей природного камня. В рамках экспериментальной программы образцы бетона, имеющие три различных значения прочности на сжатие, были приготовлены из природного камня и щебня из глиняного кирпича. Затем эти образцы были подвергнуты испытаниям на водопроницаемость с использованием европейского стандарта AT 315 машины согласно BS EN 12390-8: «Глубина проникновения воды под давлением» [9]. Результаты испытаний были проанализированы, чтобы изучить увеличение водопроницаемости, связанное с бетоном из кирпичного заполнителя по сравнению с соответствующим бетоном, изготовленным из заполнителя природного камня.Также были измерены некоторые свойства кирпича, заполнителя и бетона, включая прочность кирпича на раздавливание, водопоглощение кирпичного заполнителя, водопоглощение и пористость затвердевшего бетона. Также было исследовано влияние этих свойств на поведение водопроницаемости соответствующего бетона.

2. Используемые материалы
2.1. Цемент

Обычный портландцемент (Тип 1), имеющий 28-дневную прочность на сжатие 46 МПа согласно ASTM C 150 [10], был использован для приготовления всех образцов бетона.Используя один тип цемента, было исследовано влияние различных типов крупного заполнителя в бетоне.

2.2. Мелкозернистый заполнитель

На протяжении всей экспериментальной работы использовался один тип природного крупнозернистого песка, чтобы параметр мелкозернистого заполнителя оставался постоянным. Ситовой анализ проводили в соответствии со стандартом ASTM C136 [11]. Результаты этого анализа показали, что использованный песок соответствовал ограничениям, установленным в ASTM C33 [12]. Удельный вес заполнителей также определяли в соответствии со стандартом ASTM C29 / C29M [13], тогда как водопоглощение и удельный вес мелкозернистого заполнителя определяли в соответствии с ASTM C128 [14].В результате этих процедур испытаний модуль тонкости, удельный вес, водопоглощение и удельный вес мелкозернистого заполнителя были определены как 2,70, 1630 кг / м 3 , 1,26% и 2,66, соответственно.

2.3. Глиняные кирпичи

В этой работе было собрано шесть различных типов кирпича, пронумерованных от 1 до 6, с разных заводов по производству кирпича. Эти фабрики используют два типа широко используемых печей в Бангладеш, а именно, траншейные печи Bulls и стационарные дымоходные печи. Перед тем, как эти кирпичи были раздроблены до агрегата, было проведено испытание на прочность на сжатие (раздавливание) в соответствии с ASTM C 67 [15].Результаты испытаний представлены в таблице 1, которая показывает, что прочность кирпича на раздавливание варьировалась от 14 до 29 МПа. Был выбран большой разброс прочности кирпича на раздавливание, чтобы можно было наблюдать его влияние на водопроницаемость бетона.


Тип кирпича Прочность на раздавливание (МПа) Удельный вес (SSD) Плотность (кг / м 3 ) Водопоглощение (%) LA Истирание значение (%)

1 28.25 2,16 1450 9,8 39,25
2 27,65 2,12 1422 9,95 40,15
3 18,30 2,10 1400 44,10
4 17,25 2,06 1390 14,05 44,80
5 14,85 2.02 1380 14,60 46,10
6 13,95 1,97 1350 17,90 49,50

2,4. Заполнитель кирпича и камня

Заполнитель кирпича был получен путем разбивания целых новых кирпичей на твердой бетонной поверхности с помощью молотка. В качестве каменного заполнителя использовались валуны природного щебня из песчаника. В этой работе из разных источников были собраны пять различных типов валунов из природного камня.В целях сравнения кирпичи и каменные валуны дробили таким образом, чтобы они обладали аналогичной градацией и примерно одинаковым модулем крупности, чтобы свести на нет влияние размера и формы, если таковое имеется, на свойства водопроницаемости бетона. Кроме того, было также обеспечено строгое соблюдение пределов классификации, установленных в ASTM C33 [12]. Перед приготовлением бетона были измерены различные свойства заполнителей кирпича и камня. Это включает водопоглощение и удельный вес согласно ASTM C127 [16] и испытание на истирание в Лос-Анджелесе (LA) согласно ASTM C131 [17].Результаты испытаний представлены в таблицах 1 и 2. Наблюдение за этими результатами показывает, что более прочные кирпичи имеют более высокую плотность и более низкое значение истирания LA. Кроме того, все заполнители кирпича имеют меньшую плотность, чем заполнители щебня. Следовательно, бетон более низкой плотности может быть получен за счет использования кирпичного заполнителя. Напротив, водопоглощение кирпичного заполнителя в несколько раз выше, чем у каменного заполнителя.


Sl.номер Удельный вес (SSD) Плотность (кг / м 3 ) Водопоглощение (%) Степень истирания LA (%)

1 2,63 1580 1,62 28,70
2 2,20 1550 1,93 30,85
3 2,69 1615 0,82 25,20
4 2.67 1605 1,22 26,90
5 2,64 1590 1,36 27,70

3. Схема тестирования
3.1. Разработка смесей и метод смешивания

Процедура проектирования бетонных смесей с нормальным заполнителем может быть использована для создания смесей с использованием щебеночного кирпичного заполнителя [3]. В этой работе используются расчетные соотношения смеси как для каменного, так и для кирпичного бетона с заполнителем с целевой прочностью на сжатие 20.0, 30,0 и 40,0 МПа были оценены методом ACI [18] с водоцементным соотношением () 0,4, 0,5 и 0,6, соответственно, с учетом величины осадки в диапазоне от 25 до 50 мм. Необходимые количества цемента, воды, крупного и мелкого заполнителя для всего кирпича и каменного заполнителя представлены в таблице 3. Поскольку водопоглощение заполнителя кирпича намного выше, рекомендуется вымачивать заполнители кирпича водой перед добавлением в бетон. смесь [2, 3, 6]. В противном случае большая часть воды из расчета конструкции смеси будет пропитана заполнителем и не сможет вступить в реакцию с цементом, изменяя водоцементное соотношение.Следовательно, и камень, и кирпичный заполнитель вымачивали в воде в течение 48 часов и добавляли в смесь в сухом состоянии с насыщенной поверхностью. Вода, абсорбированная агрегатом, является дополнением к потребности в воде из расчета конструкции смеси, как показано в таблице 1. Мелкий заполнитель сушили в течение 48 часов в печи при 110 ° C и оставляли охлаждаться до комнатной температуры перед добавлением к смеси. Потребность в воде в процессе проектирования смеси была скорректирована с учетом эффекта водопоглощения мелких заполнителей. Затем заполнители, цемент и вода были объединены и перемешаны в машинном смесителе согласно ASTM C 192 [19].Испытания на оседание были также проведены на свежем бетоне в соответствии с ASTM C143 [20], и соответствующие значения представлены в таблице 3. Бетонные смеси, для которых величина осадки превышала расчетный диапазон от 25 до 50 мм, были отброшены и смешаны.


Аггр. Типы Состав смеси Осадка (мм)
Цемент Мелкий заполнитель Крупный заполнитель Вода
кг / м 3 кг / м 3 кг / м 3 кг / м 3

Кирпич-1 0.4 440 578 1000 176 30
0,5 360634 1000 180 35
0,6 300 684 1000180 45

Кирпич-2 0,4 440 582 982 176 25
0.5 360 642 982180 40
0,6 300 690 982 180 40

Кирпич-3 0,4 440 592 966 176 30
0,5 360 648 966180 45
0.6 300 698 966180 45

Кирпич-4 0,4 440 571 959 176 30
0,5 360627959180 40
0,6 300 678959 180 45

Brick-5 0.4 440 549 952 176 35
0,5 360 606 952 180 45
0,6 300 656 952180 50

Кирпич-6 0,4 440 545 931 176 35
0.5 360 601 931 180 50
0,6 300 652 931 180 50

Stone-1 0,4 440 722 1075 176 30
0,5 360779 1075180 35
0.6300 829 1075180 40

Stone-2 0,4 440 743 1050 176 25
0,5 360 799 1050180 35
0,6 300 849 1050 180 45

Stone-3 0.4 440 698 1115 176 30
0,5 360 755 1115 180 35
0,6 300 805 1115180 40

Stone-4 0,4 440705 1100 176 25
0.5 360 762 1100180 35
0,6 300 812 1100 180 50

Stone-5 0,4 440 715 1085 176 30
0,5 360772 1085180 30
0.6 300 820 1085 180 45

Для каждого набора бетона с определенной целевой прочностью на сжатие, всего три цилиндрических образца размером 300 мм × 150 мм и были отлиты шесть кубов размером 150 мм × 150 мм. Образцы цилиндров были подвергнуты испытанию на прочность при сжатии в соответствии с ASTM C39 [21], поддерживая скорость нагружения от 0,25 до 0,30 МПа / с. Испытаниям на водопроницаемость были подвергнуты три кубических образца.Остальные три куба использовались для определения плотности, водопоглощения и пористости затвердевшего бетона в соответствии с ASTM C642 [22].

3.2. Тестирование водопроницаемости

Аппарат европейского стандарта AT 315 использовался для определения водопроницаемости бетона в соответствии с EN 12390-8 [9]. Аппарат был соединен с обычным воздушным компрессором, способным непрерывно обеспечивать сжатым воздухом не менее 5 бар, и оснащен осушителем и масляным фильтром. Затем было выполнено подключение к лабораторному водопроводу и к дренажной системе.Образец подвергался испытаниям, когда его возраст составлял не менее 28 дней. Для испытания образец помещали на устройство таким образом, чтобы давление воды действовало на испытательную зону, которая фактически представляет собой зону диаметром 75 мм в центре нижней поверхности куба 150 мм на 150 мм. К этой поверхности прикладывали давление воды () кПа в течение () часов. После приложения давления в течение заданного времени образец вынимали из аппарата. Лицо, на которое было оказано давление воды, протирали, чтобы удалить излишки воды.Затем образец был разделен пополам, перпендикулярно поверхности, на которую было оказано давление воды. Как только поверхность с разрезом высохла до такой степени, что можно было отчетливо увидеть фронт проникновения воды, регистрировалась максимальная глубина проникновения под испытательный участок и измерялась с точностью до миллиметра. На рис. 1 показан пример такой зоны проникновения и обозначенный фронт проникновения в образце бетона из кирпичного заполнителя.

Глубина проникновения воды внутрь образца может быть преобразована в эквивалентный коэффициент водопроницаемости с помощью уравнения Валенты [23]: где — глубина проникновения бетона в метрах, — гидравлический напор в метрах, время под давлением в секунд, а — доля объема бетона, занятая порами.

Значение представляет собой дискретные поры, такие как пузырьки воздуха, которые не заполняются водой, кроме как под давлением, и может быть вычислено по увеличению массы бетона во время испытания.

4. Результаты и обсуждение
4.1. Прочность бетона, водопоглощение и пористость

В таблице 4 приведены результаты испытаний на прочность на сжатие подготовленных образцов бетона. Как видно, прочность на сжатие, достигаемая при использовании бетона из каменного заполнителя, довольно близка и находится в пределах 15% от целевой прочности на сжатие.С другой стороны, достигнутая прочность на сжатие с использованием кирпичного заполнителя была намного меньше целевой прочности. Например, для бетона с целевой прочностью 40 МПа достигнутая прочность на сжатие варьировалась от 21 до 27,9 МПа, то есть примерно на 30-47,5% ниже целевой прочности. Однако для бетона 20 МПа разница меньше. Как видно из Таблицы 4, между кирпичным и каменным бетоном из заполнителя обнаружена четкая разница в водопоглощении и пористости. В текущей схеме испытаний водопоглощение и пористость бетона из каменного заполнителя находятся в пределах 1.От 5 до 4% и от 3,8 до 8,9%, соответственно, тогда как для бетона из кирпичного заполнителя водопоглощение и пористость варьировались от 5,9 до 9,9% и от 7,6 до 15,8% соответственно. То есть при эквивалентной прочности на сжатие водопоглощение и пористость в бетоне из заполнителя из кирпича были на 60-80% выше. Аналогичная тенденция наблюдалась для бетона из кирпичного заполнителя и другими исследователями [5, 8].


Аггр. типы Прочность на сжатие (МПа) Водопоглощение после погружения (%) Пористость (%)

.

Want to say something? Post a comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *