Экспериментально-теоретическое исследование базальтопластиковой арматуры, ее преимуществ и недостатков
Актуальность темы. В современном строительстве широко используется железобетон, в нем эффективно сочетаются бетон и стальная арматура. Неметаллическая композитная арматура, которая имеет высокую прочность, диэлектрические свойства, малый вес, антикоррозионные свойства. Этот вид арматуры в последнее время все чаще заменяет стальную арматуру, особенно в зданиях и сооружений специального назначения. Ее применение для армирования бетонных конструкций ограничено недостаточным исследованием особенностей работы таких элементов, ограничениями нормативного обеспечения и небольшим опытом эксплуатации соответствующих объектов [4].
Актуальными задачами являются проведение исследований конструкций, армированных базальтопластиковой арматурой и разработка нормативных документов, обеспечивающих возможность использования такой арматуры в строительстве.
Цель работы заключается в экспериментально-теоретическом исследовании базальтопластиковой арматуры, ее преимуществ и недостатков.
Объект исследования - работа бетонных и фибробетонных элементов, армированных базальтопластиковой арматурой, при действии однократных и малоцикловых нагрузок.
Предмет исследования - напряженно-деформированное состояние, прочность, ширина раскрытия нормальных трещин и прогибы изгибаемых балочных бетонных и фибробетонных элементов, армированных базальтопластиковой арматурой, при действии однократных и малоцикловых нагрузок.
Методы исследования - современные методы экспериментальных исследований, методы теории железобетона и расчета конструкций по предельным состояниям, метод акустической эмиссии, метод конечных элементов, сравнение и анализ результатов экспериментальных исследований и теоретических данных [6].
Научная новизна полученных результатов:
- получены новые экспериментальные данные напряженно-деформированного состояния, характера разрушения, прочности, ширины раскрытия нормальных трещин и прогибов балочных изгибаемых базальтобетонных элементов;
- получены экспериментальные данные влияния на работу балочных изгибаемых базальтобетонных элементов микроармирования бетона базальтовой фиброй;
- получены экспериментальные данные влияния малоцикловых нагрузок высокого уровня на ширину раскрытия нормальных трещин и прогибов балочных изгибаемых базальтобетонных элементов;
- установлено параметры излучения акустической эмиссии сгибаний базальтобетонными конструкциями.
Практическое значение полученных результатов заключается в разработке алгоритмов расчета базальтобетонных конструкций транспортных сооружений и методики расчета таких конструкций на действие малоцикловых нагрузок. Их можно использовать при проектировании мостов и других сооружений с использованием бетонных конструкций, армированных базальтопластиковой арматурой.
Исследованиями бетонных конструкций, армированных композитной арматурой, занимались ученые Бамбура А. М., Барашиков А. Я., Вильдановский Ю. М., Климов Ю. А., Канюк В.М., Кузеванов Д. В., Михайлов К. В., Овчинников И. И., Ониськов Б. М., Солдатченко А. С., Bank L., Brik VB, Fares E. и другие.
Перспективным для армирования бетонов является использование базальтовой фибры. Залежи базальта встречаются во многих странах мира. Проводились использования базальтовой фибры для дисперсного армирования бетонов. Положительное влияние на характеристики бетона при использовании базальтовой фибры состоит в том, что повышается прочность бетона на растяжение, трещиноустойчивость, снижается его истираемость, наблюдается более пластичный характер разрушения.
Отличие базальтопластиковой арматуры от других видов композитной арматуры заключается только в используемом сырье. Для производства базальтокомпозитной арматуры применяется базальтовое волокно, которое имеет некоторые преимущества перед стекловолокном. В связи с этим качества базальтопластиковой арматуры немного, но превосходят качества стеклопластиковой арматуры [3].
Преимущества базальтопластиковой арматуры
Базальтопластиковая арматура имеет те же преимущества перед металлической арматурой, присущие всем разновидностям композитной арматуры.
Отличительные характеристики базальтопластиковой арматуры
Высокая прочность. Характеризуется временным сопротивлением при растяжении, которое варьируется от 700 до 1300 МПа в зависимости от качества материала и диаметра стержня (чем меньше диаметр, тем выше показатель временного сопротивления). Арматурная сталь с такими показателями редко применяется в строительстве, большую популярность имеют классы А240, А300, А400С. Для большей из них, А400С, например, временное сопротивление при разрыве равно всего-навсего 390 МПа, что в разы ниже, чем для базальтопластиковой композитной арматуры.
Низкий вес базальтопластиковой арматуры позволяет облегчить элементы в несколько раз без ущерба прочности конструкции. В случае применения композитной арматуры в сочетании с легкими бетонами базальтопластиковая арматура дает хорошие результаты, сокращая в разы нагрузки на несущие конструкции. Связано это с низкой плотностью базальтопластиковой арматуры, которая составляет всего 1900 кг/м3 (фактически схожа с плотностью стеклопластиковой арматуры), плотность все той же металлической арматуры составляет 7850 кг/м3. Итак, стержни базальтопластиковой (а также стеклопластиковой) и металлической арматуры одинакового диаметра будут отличаться по весу в 4,5 раза. Связано это с тем, что в разницу веса они закладывают композитный стержень равнопрочной металлической арматуры. То есть, например, для 12-го диаметра стальной арматуры они принимают равнопрочный эквивалент 8-го диаметра, что, конечно же, не так однозначно.
Транспортировка базальтопластиковой арматуры. Низкая плотность также дает ей еще одно неоспоримое преимущество - простота транспортировки. Базальтопластиковая арматура, как и вся композитная, изготавливается в бухтах (за исключением особо крупных диаметров), ее низкий вес и удобство транспортировки существенно снижают затраты на эти операции. А если речь идет о частном малоэтажном строительстве, то следует понимать, что бухта композитной арматуры с легкостью поместится в багажнике автомобиля.
Простота монтажа базальтопластиковой арматуры
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Следующее преимущество так же связано с низким весом базальтопластиковой арматуры - это ее простота монтажа. С переносом бухты запросто справится один человек. Устроить арматуру, обеспечив ее проектное положение так же под силу одному человеку. Фиксация арматуры обеспечивается связкой жгутами, что позволяет обойтись без дорогостоящих сварочных работ [7].
Низкая теплопроводность базальтопластиковой арматуры. Теплопроводность композитной арматуры ниже, чем металлической более чем в 100 раз. Композитная арматура, в т.ч. базальтопластиковая арматура, является теплоэффективным материалом, что позволяет значительно снизить теплопередачу конструкции.
Экологичность. Композитная арматура экологическая, соответствует всем европейским стандартам, не выделяет никаких токсичных элементов. Композитная арматура радиопрозрачная и не создает никаких препятствий для сотовой связи и приборов, где это критично, например, кабинет МРТ.
Химическая стойкость базальтопластиковой арматуры. Чаще всего решающим преимуществом, конечно же, является коррозионная стойкость и устойчивость к агрессивным средам. Базальтопластиковая арматура не ржавеет и обеспечивает надежную работу армированного бетона долгие годы. Это, во многом, определяет ее ведущие отрасли применения: устройство фундаментов, дорожного полотна, строительство берегоукрепляющих сооружений и т.д. Коррозия металлической арматуры является очень серьезным ее минусом, с которым борется все строительное сообщество уже долгие годы. Борьба с коррозией металла - очень многозатратное мероприятие, и, к сожалению, часто именно коррозия арматуры приводит не только к необходимости реконструкции здания, но и уже печальным последствиям - обрушению конструкций.
Диэлектрические свойства. Композитная арматура является диэлектриком, что повышает безопасность зданий, исключая проводимость блуждающих токов, которые, в случае с металлической арматурой, так же является причиной коррозии [2].
Надежность и долговечность. Базальтопластиковая арматура долговечна. Срок эксплуатации композитной арматуры превосходит срок эксплуатации металлической и достигает более 80 лет без каких-либо ремонтных мероприятий.
Низкая стоимость базальтопластиковой арматуры. Преимуществом композитной арматуры, в том числе и базальтопластиковой, является экономическая выгода при ее рациональном использовании. Равнопрочный эквивалент металлической арматуры стоит до 2 раза дешевле, таким образом, стоимость композитной арматуры позволяет удешевить строительный проект в 1,5-1,7 раз.
Недостатки базальтопластиковой арматуры
Температура эксплуатации базальтопластиковой арматуры имеет большой потенциал, однако, на данный момент слабым звеном, является полимер, скрепляющий базальтовые волокна. Сами базальтовые волокна очень неприхотливы к температуре использования, но вот полимер ограничивает этот температурный диапазон, который варьирует от -70 до +160 градусов Цельсия. При этом в режимах ниже -10 градусов полимер отличается своей хрупкостью (но здесь и для металлической арматуры наблюдается подобный эффект, именуемый хладоломкостью). Верхняя планка диапазона +160 градусов для базальтопластиковой, как и для любой композитной арматуры, так же является недостатком, поскольку для металлической арматуры этот показатель начинается примерно от 300-400 градусов и зависит от класса стали. Таким образом, при достижении этих высоких температур (например, при пожаре) арматура, металлическая и композитная, теряет свои первоначальные характеристики. Все это, в некоторых случаях, заставляет устраивать дополнительную противопожарную изоляцию конструкций. На данный момент ведутся исследовательские работы, направленные на получение более термостойкого полимера [4].
Модуль упругости базальтопластиковой арматуры. Невозможность применения гибочных станков. Отсутствие пластики также играет большую роль. При сборе каркасов, часто необходимы гнутые арматурные стержни. Возможность получения гнутых стержней с малым радиусом большое преимущество металлической арматуры. Есть возможность изгиба стержней прямо на строительной площадке с использованием специального оборудования. Такую пластичность для упругого материала из стали обеспечивает уникальная площадка текучести. В случае же с композитной арматурой, изменение формы проводится путем локального повышения температуры в зоне изгиба и делается это, как правило, на производстве по предварительному заказу. Из-за этого недостатка получила распространение комбинированная схема армирования, когда прямые стержни выполнены из композитной арматуры, а изогнутые элементы из металлической.
Отсутствие свариваемости. К относительным недостаткам можно отнести отсутствие свариваемости. Но на самом деле в виду легкого веса самих стержней и неограниченность по длине, отсутствие чего является недостатком металлической (она поставляется в пачках длиной 11,4 м, что также влечет за собой наличие большого количества отходов-обрезков), композитная арматура вяжется пластмассовыми жгутами.
Малая Нормативная база композитной арматуры, неполнота нормативной документации. На данный момент количество нормативных документов минимально. Для полноты использования и внедрения в проекты композитной арматуры необходимо развитие стандартов и детальное изучение этого строительного материала [6].
Поскольку на конструкции мостов действуют циклические нагрузки, рассмотрим действие малоцикловых нагрузок.
Прочностные и деформативные характеристики бетона и базальтофибробетона для опытных образцов балок определялись испытанием кубов размерами 100 * 100x100 мм и призм размерами 150 * 150 * 600 мм и 100 * 100 * 400 мм
При экспериментальных исследованиях базальтофибробетона используют базальтовую фибру длиной 24 мм. Содержание фибры принимался по массе от массы цемента в сухом состоянии и составил от 0% (контрольные образцы без армирования) до 6%, для исследовательских балок принято содержание фибры 4%. Использование базальтовой фибры повышает прочность бетона на растяжение до 33%, стираемость уменьшилась на 13%.
Опытные образцы правили балами поперечного сечения 100 * 200 мм и длиной 2100 мм (рис. 1), которые изготавливались из бетона класса В40
50% статьи недоступно для прочтения
Закажи написание статьи по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
