Корзина
+78126421031
+78129848067

Разработка волокон и фибробетона

Разработка волокон и фибробетона
Фибробетон: виды, технология производства и применение

20.04.20

Бетонные волокна и фибробетон, а также вся строительная индустрия и все области техники и мир в целом постоянно развиваются. Как обычно, темпы разработки неуклонно замедляются, а улучшения фокусируются на мельчайших деталях. Смещение акцента с почти идеальных материалов и решений формы на технологию обработки, где в настоящее время находятся самые большие запасы.

 

История
Первое использование существующих предшественников волокон было оценено в 3500 лет назад, когда хрупкие (высушенные на солнце) кирпичи были усилены соломой. Со временем конский волос стал использоваться в качестве армирующего материала для строительных растворов. Позже, в течение почти 100 лет, он был переведен на асбестовые волокна.

После их воздействия на здоровье начались интенсивные исследования новых типов рассеянного армирования, что привело к появлению стальных волокон на рынке США в 1960-х годах и на европейском рынке в 1970-х годах. С тех пор волокна были очищены и претерпевают некоторые изменения, которые влияют на свойства получаемого строительного материала, к которому они добавляются (в основном, бетон). Кроме того, синтетические (полимерные) волокна были введены на рынок в 1990-х годах, и ассортимент и материальная база волокон расширяется по сей день.

 

Как мы понимаем темы сегодня
Волокна используются в качестве рассеянного армирования в гетерогенных материалах, демонстрирующих низкую прочность на растяжение, и при надлежащей технологии изготовления такой композит имеет тенденцию изотропно улучшать свои механические свойства как при растягивающих, так и сжимающих напряжениях.

Волокна уже не только сталь и полимер. Очки были добавлены к ним, углерод или даже композит из нескольких материалов или одного, но с разными свойствами. Каждый тип волокна имеет свое конкретное применение. В дополнение к волоконной основе мы также различаем длину и, в случае аналогичных характеристик поперечного сечения, коэффициент гибкости. Форма центральной линии волокна также определяет использование и эффективность использования.

 

Первоначально простой продукт, разработанный для улучшения свойств особенно хрупких материалов, стал сложным продуктом, непрерывное развитие которого расширило область применения для передачи нагрузки в конкретных ситуациях или конкретном возрасте.
Фибробетон в глазах профессиональной общественности хвалят и проклинают. Однако, по нашему мнению, он может гордиться названием «неправильно понято».

 

В частности, предлагается рассредоточенная арматура для переноса напряжений из-за пластической усадки, особенно о влиянии динамической нагрузки во время работы или даже о статических воздействиях и замене традиционного стержня или арматурной сетки.

 

Каковы тенденции
Рассеянная арматура первоначально использовалась главным образом для предотвращения трещин в отдельных материалах или изделиях. Рассеянные волокна усиления усиливают целостность всей системы, тем самым уменьшая проявления изменения объема, связанные, главным образом, с колебаниями влажности. Позже, однако, было обнаружено, что, добавляя волокна рассеянной арматуры, можно эффективно армировать хрупкие материалы и тем самым заменить некоторые традиционные армирующие элементы.

Исходя из конструкции традиционного армирования (определенной области армирования для определенного поперечного сечения бетонного элемента при определенной нагрузке), было сочтено, что традиционное армирование может быть заменено рассеянным армированием, что значительно сокращает время изготовления конструкции и экономит время.

Еще одним неоспоримым преимуществом является то, что волокна в бетоне увеличивают его прочность и поглощение энергии в виде ударов или вибраций.  На другом этапе они помогают распределять и передавать внутренние напряжения в отверждающемся и отверждающемся композите, чтобы он оставался целостным и мог достичь желаемого срока службы, что особенно важно для крупных конструкций, подверженных агрессивным воздействиям.

Упомянутые преимущества фибробетона - это некая информация для неспециалистов, но с которой не может справиться инженер-строитель. Поэтому мы разделяем полезные свойства по наиболее распространенным волокнистым материалам и таким образом определяем область их использования.

Бетонные волокна и фибробетон

 

Чтобы обеспечить надлежащее функционирование фибробетонной конструкции и предотвратить ее возможные последующие дефекты, необходимо различать, по меньшей мере, две основные области применения бетонных волокон. Первый - это статическая зона. Волокна, разработанные в определенной партии, предназначены для замены полностью или частично стальных стержней или арматурных сеток. Исходя из характеристик материала заменяемой стали на волокна, для этих волокон также необходимо достичь высокой прочности на разрыв, высокой пластичности, высокого модуля упругости и высокой когезии с цементирующим герметиком. Помимо новейших двухкомпонентных волокон, для этого применения подходят только стальные волокна.

Конечно, даже в случае стальных волокон волокно не является волокном, и, следовательно, продольная форма волокна, форма и диаметр его поперечного сечения, длина волокна, а также технология производства тесно связаны с шероховатостью поверхности и цементной связью. Все эти характеристики оказывают существенное влияние на обрабатываемость свежего фибробетона и на механические свойства закаленного фибробетона не только через технологичность (и связанную с этим однородность), но и непосредственно через эффективную площадь поперечного сечения волокна. Поэтому стальные волокна предназначены для статического воздействия в бетоне.

Их целью является передача статических и динамических нагрузок, действующих на конструкцию. Для этих целей и нормальных нагрузок рекомендуется проектировать в дозах от 30 до 90 кг / м³. Фибробетон с такой волокнистой нагрузкой надежно обеспечивает передачу напряжений, вызванных напряжением, даже в поперечном сечении с трещинами, т.е. после превышения предела пропорциональности, тем самым обеспечивая остаточную прочность.

 

Вторая область применения, сфокусированная на структурной целостности и долговечности, может без сомнения применяться для синтетических (полимерных) волокон. В соответствии с технологией производства синтетические волокна делятся на моноволокна и фибриллированные. В то время как моноволокно на первый взгляд прекрасны и напоминают волокна целлюлозы, фибриллированные волокна получают, например, путем разрезания полимерной пленки до волокон желаемых размеров. Технология изготовления и связанные с ней размерные свойства являются ключом к равномерности распределения волокон во время смешивания и, следовательно, к эффективности в уменьшении проявлений изменений объема в бетоне.

Поэтому, если бы мы хотели упростить цель использования полимерных волокон, мы бы предложили их уменьшить образование усадочных трещин в бетоне. Поэтому, по логике, те конструкции, которые будут реализованы в летний период, могут быть добавлены в бетон, особенно если они подвергаются воздействию окружающей среды с низкой относительной влажностью на большой площади.

 

Особое внимание и рассмотрение использования синтетических волокон требуют тех конструкций, которые будут иметь общесоюзное значение, соответственно. ожидается, что они будут иметь длительный срок службы, особенно если они подвергаются воздействию агрессивной среды, которая быстро ускоряет разрушение конструкции из-за усадочных трещин.
В общем, рекомендуется придерживаться мин. 0,9 кг / м³, но оказывается, что при увеличении тонкости волокон (особенно моноволокна) дозу можно безопасно уменьшить до примерно 0,6 кг / м³.

 

Благодаря значительным достижениям за последнее десятилетие в области нанотехнологий, мы можем производить волокна для бетона, также на основе углерода и различных полимеров.
Двухкомпонентные полимерные волокна кажутся настоящим переворотом. С помощью новой технологии производства волокон сердцевины и оболочки (с различными модификациями) можно достичь механических свойств полимерных волокон, которые были невозможны с обычными термопластами. Однако улучшенные механические свойства не имеют недостатков со стальными волокнами. Результаты испытаний на фибробетоне с использованием бинарных волокон были представлены в 2009 году лабораториями EMPA.
Результаты показывают в 10-15 раз большую когезию с цементным цементом по сравнению с традиционными полимерными волокнами и возможность безопасной замены партии стального волокна 30 кг / м³ на партию двухкомпонентного волокна 5 кг / м³.

 

Однако наряду с волокнами рынок также развивается. Они предлагают широкий ассортимент бетонных волокон европейским производителям.
Все эти волокна прошли множество испытаний и демонстрацию соответствия. В настоящее время тестирование волокна в основном проводится для азиатских производителей, которые также должны продемонстрировать соответствие европейским стандартам, чтобы выйти на европейский рынок.

TSS рассматривал волокна и их влияние на свойства бетона в рамках подтверждения соответствия.
В этом случае он выполнил испытания волокон и фибробетона в соответствии со стандартами STN EN 14889-1 для стальных волокон и STN EN 14889-2 для полимерных волокон. В результате этого процесса получены результаты по геометрическим параметрам волокон - размерам и форме, а также по их механическим свойствам - прочности на разрыв, модулю упругости и удлинению.
Кроме того, исследуется влияние волокон на свойства свежего и затвердевшего бетона - влияние на консистенцию и влияние на прочность на растяжение (изгиб). Влияние волокон на бетон проверяется на образцах из эталонного бетона в соответствии со стандартом EN 14845-1. Консистенция свежего бетона с волокнами и без них проверяется в соответствии со стандартом STN EN 12350-3.
Влияние волокон на растягивающие свойства бетона проверяется путем испытания прочности бетона на растяжение при изгибе с измерением остаточной прочности в соответствии со стандартом STN EN 14651. Критерии оценки влияния волокон на прочность бетона приведены в стандарте STN EN 14845-2. Содержание волокон в свежем и затвердевшем бетоне измеряется в соответствии с EN 14721.
Обширные базы данных результатов приходят из этих тестов. К сожалению, диапазон волокон и их параметров настолько широк, что создание статистически пригодных выборок с несколькими одинаковыми характеристиками и получение общепринятых зависимостей практически невозможно.

 

Выводы
В 2008 году база данных результатов испытаний стальных и полимерных волокон была обработана и оценена. Несмотря на разнообразие граничных условий соответственно. Параметры волокна сделали несколько выводов и описывают действие волокон в бетоне.
Гибкость волокна (L / d) влияет на изменение консистенции свежего бетона (B / W) при добавлении. С увеличением гибкости волокон при их постоянной дозе обрабатываемость ч / б снижается. Таким образом, армированный волокном бетон становится более жестким, что оказывает влияние на сегрегацию зерен заполнителя и «потоотделение бетона» во время уплотнения.
Это было подтверждено тестированием консистенции фибробетона с нагрузкой стальным волокном 25 кг / м³. Оценка результатов показала, что использование волокон L / d = 80 увеличивало время Вебе на 51%, а использование волокон L / d = 50 увеличивало время Вебе на 21%,
подтверждение сообщенной связи между худобой и консистенцией фибробетона.

 

Зависимость консистенции от формы волокон (в частности, центральной линии) определяли по результатам испытаний на прямых и гофрированных волокнах длиной 50 мм, все в дозах 25 кг / м³. Сравнивая результаты изменений относительной согласованности, мы заключаем что волнистая форма волокон вызывает ок. на 15% выше время расширения себя, чем прямая форма. В этот момент, однако, сравнивали прямые волокна с гофрированными волокнами, но имеющие различную гибкость (L / d), и поэтому важно отметить, что гибкость гофрированных волокон вызывала разницу во времени между двумя образцами на 8%.
Остаточная прочность на растяжение при изгибе fR (после образования трещины по всему поперечному сечению) определяется на отдельных этапах так называемой деформации. Интегрируя полученную диаграмму непрерывной работы, мы получаем вторичную картину способности тела поглощать энергию нагрузки, которая выражает жесткость композита.

 

На него в первую очередь влияет количество добавляемых волокон, обычно выражаемое в кг / м. В принципе, простое соображение заключается в том, что чем выше нагрузка на волокно, тем больше она соответствующим образом ориентируется на передачу нагрузки и, таким образом, действует как усиливающий элемент для уменьшения толщины фибробетонной конструкции.
Влияние дозы клетчатки оценивали для доз 20 и 25 кг / м³ очень похожих волокон (но не полностью идентичных). Сравнивая образцы с одинаковыми метками, мы обнаружили увеличение остаточной прочности на растяжение при 3,5 мм CMOD на 0,26-0,39 МПа, что представляет собой относительное изменение на 14-30%.

 

Остаточная прочность также влияет на форму волокон.
Мы предположили, что более сложная форма волокон обеспечивает их лучшее сцепление с цементом и, следовательно, более высокое результирующее сопротивление, мы ожидали более высокие остаточные прочности волнистых волокон, чем прямые, с простыми крючками на концах. Сравнивая результаты испытаний на прямых и гофрированных волокнах в дозах 25 кг / м³, мы пришли к удивительному выводу. Гофрированные волокна демонстрировали на 17-34% более низкую остаточную прочность в течение всего испытания, чем прямые волокна с крючками, и с увеличением CMOD fR снижалось быстрее. Мы предполагаем, что результат можно объяснить выпрямлением волнистой формы волокон, но пока это только предположение.

 

Технологические требования к фибробетону
Конструкция фибробетона основана на допущении, что все стальные волокна в бетоне равномерно распределены  ориентированы все направленно. В этом случае 1/3 всех волокон должны быть ориентированы в направлении каждой из трех основных осей (направлений).
Таким образом, одна треть партии стального волокна входит в расчет, чтобы передать влияние нагрузки. На практике мы сталкиваемся с проблемой того, что минимальные рекомендуемые дозы клетчатки 30 кг / м³ не соблюдаются.

Достижение требуемых материальных характеристик фибробетона обусловлено не только правильным подбором отдельных компонентов, но также правильный метод их обработки и включения в будущее строительство. После созревания он выполняет свою функцию. Функциональные требования и свойства требуются по всему сечению и объему.

 

Их направление и ориентация должны иметь одинаковое представление о каждой оси в трехмерном пространстве. Обеспечение такой однородности является трудным, потому что есть много факторов, влияющих на желаемые результаты. Таким образом, проверка и распределения волокон является правильным, который будет иметь тенденцию оценивать и переоценивать весь или, по крайней мере, часть процесса строительства из фибробетона. С момента добавления предлагаемой партии стальных волокон (указанного типа) к бетону происходит процесс производства фибробетонной конструкции которые оказывают прямое и косвенное влияние на распределение волокон и, следовательно, на свойства получаемой фибробетонной структуры. Различные зависимости были найдены между геометрией волокна, временем и скоростью смешивания фибробетона. Однако они не могут быть обобщены для какой-либо конкретной формулы и типов волокон.
Поэтому фибробетон остается материалом с большим потенциалом, но из-за недостатка знаний и постоянного контроля производства в обычных строительных конструкциях его использование ограничено несущими (обычно плоскими) конструкциями, такими как распределительные щиты для пола.
В случае возможности обеспечения равномерного распределения стальных волокон в бетоне и его контроля можно было бы изготовить некоторые несущие конструктивные элементы из фибробетона.

 

В рамках производственно-контрольных испытаний фибробетонных конструкций количество (равномерность распределения волокна) проверяется в соответствии со стандартом STN EN 14721 + A1: 2008.
Однако метод характеризует только однородность набора образцов, отобранных во время опорожнения смесителя. Установлен критерий максимальной разницы между обнаруженным количеством волокон и предписанной формулой до 10%.
Однако результаты не могут быть интерпретированы с точки зрения равномерности распределения в конкретной части структуры, а вовсе не в смысле ориентации волокна в направлении основных направлений (осей) структуры. Для этой цели существуют различные методы испытаний, которые, однако, не были найдены полезными в современной строительной практике.

Обычно из-за технических и технологических требований и требований технического оборудования. Это, например, цифровое изображение и последующий анализ (фотограмметрия). Это методы, которые нашли свое место в строительстве, тестировании, исследования и разработки, как на уровне технологий, так и на уровне материалов. Все известные методы проверки однородности рассеянных волокон (CT-SCAN, X-RAY) предлагают значение однородности на единицу объема или площади, но некоторые из них, из-за их высокой стоимости и невозможности их использования на практике, толкают их к последним местам при практическом и немедленном использовании.

 

Сотрудничество в области исследований и разработок
Проект был сфокусирован на построении и проверке функциональности инструмента для фотограмметрической оценки однородности распределения волокон в бетоне, как части обработанной методики испытаний. Был разработан программный инструмент для анализа и сбора данных из цифровых изображений поперечного сечения фибробетона для идентификации стальных волокон, их количество и местоположение. Функциональность и надежность, включая численное определение однородности распределения волокон, в настоящее время тестируется на бета-версии с использованием 60 образцов.

 

Заключение
Первоначальное намерение, после интенсивных исследований в области фибробетона, было упростить строительство железобетонных конструкций. Со временем, научный прогресс и расширение ассортимента продукции, а также обнаружение технологических проблем при переработке свежего фибробетона, первоначальное намерение лишено эффекта.

Фибробетон - это сложный материал, способный снизить потребность в рабочей силе на месте, но только при строгом соблюдении рекомендуемых приемов волокна, рецептур и технологий обработки, а также производственных и инспекционных испытаний тщательно разрабатываются и проверяются.

Купить черепицу Санкт-Петербурге

https://lenprofisnab.ru

Другие статьи
Меню
+78126421031
+78129848067
ЛенПрофиСнаб
ЛенПрофиСнаб
Россия Ленинградская область Санкт-Петербург Индустриальный пр. 44/2
Карта