Эффективность армирования


При известных допущениях (равномерность распределения волокна, его совершеннее сцепление с матрицей) прочность и модуль упругости композита можно приближенно оценить по правилу смесей: где RK — предел прочности при растяжении композита, армированного непрерывными волокнами; RB — средняя прочность волокон; VB — объемное содержание волокон (в долях от объема композита, равного 1); гтм — напряжение в матрице при деформации разрушения волокна; Умин — объемное содержание волокон, при котором начи-нается эффект армирования волокнами.

Эффективность армирования короткими волокнами зависит от ориентации волокон к действию растягивающих усилий и при перпендикулярной ориентации составляет 40—50 %, а при объемно-произвольной — лишь около 20 % по отношению к параллельной ориентации. Поэтому при вычислении прочности композита вводят коэффициент, учитывающий ориентацию волокон.

Из приведенного выражения видно, что прочность композита зависит от прочности и содержания волокна.

В зависимости от отношения длины волокна к диаметру d возрастающее растяжение вызовет или разрыв волокна в его средней части, или сдвиг волокна относительно матрицы, т. е. вырыв волокна из бетона. Для фибробетона, армированного короткими волокнами, имеется критическое значение отношения (Ш)кр, при котором усилия сдвига по границе раздела и растяжения волокна равны: где т—предел прочности на сдвиг по поверхности «волокно— матрица».

Исходя из теоретических соображений желательно применять волокна с отношением длины к диаметру близким к критическому. Опыты подтвердили также, что трещиностойкость композита обратно пропорциональна корню квадратному из среднего расстояния между волокнами, уменьшение которого позволяет перекрывать начальные трещины и тормозить их рост при нагружении конструкции. Волокна препятствуют также возникновению усадочных трещин, их наличие повышает прочность сцепления стержневой арматуры с бетоном примерно на 40 %.

На прочность фибробетона влияет не только материал, но и форма волокон (круглые или сплющенные, прямые или волнистые и т. п.). Приходится учитывать и технологические возможности изготовления фибробетона. Замечено, что перемешивание смеси с добавленными волокнами затрудняется при увеличении отношения lid и объемного содержания волокон свыше определенного количества. Благодаря предварительной распушке и обработке волокон, а также применению пластификаторов облегчается приготовление и уплотнение смесей. В конструкциях, требующих усиления в одном направлении, волокнам стараются придать нужную ориентацию, используя для этой цели направленное вибрирование, воздействие электромагнитного и ультразвукового полей, центрифугирование и раздельную укладку волокон и бетонной смеси.