Повышение трещиностойкости фибробетона за счет оптимизации формы стеклокомпозитного волокна

Abstract

Исследование направлено на изучение новых видов армирующих элементов в бетоне – стеклокомпозитной фибры, как альтернативы стали и стержневому армированию. Актуальность вызвана необходимостью снижения материалоемкости и веса конструкций. Сложность заключается в слабо предсказуемом взаимодействии волокна с бетонной матрицей из-за его анизотропии и нестандартной геометрии. В работе описаны основные методы испытаний для оценки качества сцепления стеклокомпозитного волокна с бетоном, обозначены основные нормативные документы, по которым проводились испытания. Объектом исследования является тяжелый фибробетон на основе стеклокомпозитного волокна: прямая с навивкой 4 мм и 10 мм, а также волновая с шагом периодического профиля 8 мм. По результатам испытаний представлены зависимости прочности сцепления фибры от прочности бетонной матрицы. Зависимость имеет экспоненциальный взрастающий экспоненциально характер с помощью, которого можно отследить эффективную область применения стеклокомпозитной фибры в бетоне. Определено, что для матрицы бетона от 30 до 50 МПа является оптимальной с точки зрения сцепления со стеклокомпозитной фиброй. Сцепление волокна с шагом навивки 4 мм с бетонной матрицей достигает 20 МПа. В последствии были проведены испытания на определение трещиностойкости фибробетона с различными конфигурациями волокон, где выявлены оптимальные концентрации фибры, её форма. Волокно с навивкой 4 мм показало высокий результат, так удельные энергозатраты на раскрытие магистральной трещины составляют 5139,6 Дж/м2, а коэффициент интенсивности напряжений равен 1,26. Результаты испытаний на трещиностойкость и вырыв из бетона позволили выявить оптимальную геометрическую форму фибры. Полученные результаты подтверждают возможность использования стеклокомпозитной фибры взамен стальной, для определённых областей применения, где значимым являются особенности более легкого коррозионностойкого волокна. Работа экспериментально доказывает, что прочность сцепления связана с геометрией стеклокомпозитного волокна.