Введение к работе
Аісгуальность темы.
Развитие капитального строительства тесно связано с задачами дальнейшего повышения эффективности строительного производства, снижения стоимости и трудоемкости технологических процессов, экономного использования материальных и энергетических ресурсов, применения новых прогрессивных материалов и конструкций.
Ведущее место в капитальном строительстве в ближайшие десятилетия сохранится за железобетоном. Успешное решение поставленных задач возможно лишь при широком внедрении различных видов бетона, так как- применение каждого вида дает наибольший эффект только в определенных условиях.
Не является исключением и фибробетон, который представляет собой одну из разновидностей общего класса композиционных материалов, которые в настоящее время широко применяются в различных отраслях строительства.
Однако области рационального применения различных видов фибробето-на в строительстве и технико-экономическая эффективность их применения пока изучены недостаточно.
Наиболее исследованными являются бетоны со стальной фиброй. Однако такие фибробетоны требуют большого расхода дефицитной и дорогой стали, отличаются большим весом и теплопроводностью.
В целях экономии стали в последние годы все большее внимание привлекают бетоны с неметаллическим фибровым армированием. К таким щело-честойким фибрам относятся стеклянные волокна, полипропиленовые волокна, минеральные волокна, полученные из расплавов металлургических шлаков, базальтовые волокна и другие. Эффективность дисперсного армирования бетона зависит от свойств волокон. Последние должны быть достаточно гибкими, иметь высокую прочность на растяжение и модуль упругости, близкий к такой же характеристике бетона.
Фибробетоны с различными волокнами в сравнении с бетоном без фибр имеют повышенную трешиностойкость, меньшую усадку и ползучесть, более высокие ударную вязкость, морозостойкость, износостойкость, сопротивление силовым и термическим воздействиям. При использовании неметаллической фибры в сравнении со стальной кроме того появляются дополнительные преимущества - снижение веса и повышение коррозионной стойкости в агрессивных средах.
Исследования, проведенные в РГСУ показали, что одним из наиболее эффективных и перспективных являются фибры из грубого базальтового волокна (ГБВ).Такие волокна получают путем плавления базальтовой горной породы, вытягивания волокна из расплава и пропиткой полимерной композицией. При растяжении базальтового волокна диаграмма о - є сохраняется линейной вплоть до разрыва.
Перспективность фибр из ГБВ обуславливается не только их физико-механическимим свойствами, но и неограниченностью запасов и дешевизной исходного сырья, а также простотой получения базальтового волокна. Стоимость такой фибры в 7...10 раз ниже, чем стальной.
В связи с перспективностью бетона и железобетона с фибровым армированием базальтовыми волокнами в последние годы были выполнены исследования, позволившие получить некоторые данные об их свойствах.
В РГСУ такие исследования были проведены применительно к керамзитобетону, посхольку с одной стороны фибровое армирование базальтовым волокном керамзитобетона особенно эффективно благодаря близости свойств фибр и матрицы, с другой - достигается значительное снижение плотности бетона и возможность его использования в конструктивных элементах, в которых несушие и ограждающие функции совмещены ( панели стен, покрытий и др.).
Ранее проведенные исследования керамзитофибробетона и армированных элементов из таких бетонов не коснулись изучения их сопротивления действию поперечных сил. Очевидно, что без исследования этого вопроса невоз-
можно спроектировать большинство изгибаемых элементов с заданной надежностью.
В связи с этим была поставлена задача исследовать сопротивление фиб-рокерамзитожелезобетонных изгибаемых элементов действию поперечных сил и разработать рекомендации по расчету наклонных сечений с учетом особенностей свойств фибробетона.
Исследования по данной теме выполнялись автором в 1994 - 1997 годах в соответствии с Общероссийской программой " Архитектура и строительство" и фантом на 1995 -1996 годы.
Задачи исследования:
выполнить эксперименты для установления влияния фибрового армирования базальтовыми волокнами на прочность и трещиностойкость наклонных сечений керамзитожелезобетонных балок при наличии и отсутствии поперечного армирования;
определить влияние фибрового армирования на ширину раскрытия наклонных трещин;
установить влияние сдвиговых деформаций на прогибы фиброкерамзи-тожелезобетонных изгибаемых элементов;
на основе анализа опытных данных разработать рекомендации, уточняющие расчет наклонных сечений по прочности фиброкерамзитожелезобетон-ных изгибаемых элементов на основе методики СНиПа и методики НИИЖБа;
ввести коррективы в формулы для определения ширины раскрытия наклонных трещин и прогибов с учетом сдвиговых деформаций, отражающих влияние фибрового армирования;
исследовать влияние фибрового армирования на сцепление стержневой арматуры с керамзитобетоном и дать рекомендации по определению длины ан-керовки арматуры в фибробетоне.
Автор защищает:
- новые экспериментальные данные по прочности и трешиностойкости
наклонных сечений фнброкерамзитожелезобетонных изгибаемых элементов;
- новые экспериментальные данные о сцеплении стальной стержневой
арматуры с фиброкерамзитобетоном;
новые данные о влиянии сдвиговых деформаций на прогибы фиброке-рамзитожелезобетонных балок;
рекомендации по учету особенностей свойств фиброкерамзитобетона с фибрами из базальтового волокна при расчете прочности и трешиностойкости наклонных сечений изгибаемых элементов.
Научная новизна работы:
получены новые экспериментальные данные по прочности и трещино-стойкости наклонных сечений керамзитожелезобетонных балок с фибровым армированием базальтовым волокном;
установлено влияние сдвиговых деформаций на прогибы фиброкерамзи-тожелезобетонных изгибаемых элементов;
разработаны рекомендации по учету особенностей свойств фиброкерамзитобетона с базальтовым волокном при расчете прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов из такого бетона по двум методикам;
разработаны рекомендации по расчету трещиностойкости наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных балок;
получены новые данные о сцеплении стальной стержневой арматуры с фиброкерамзитобетоном и даны рекомендации по определению длины зоны ан-керовки арматуры в фиброкерамзитобетоне.
Достоверность полученных результатов исследований и предложенных рекомендаций по проектированию и расчету фиброкерамзитожелезобетонных элементов обеспечена научной обоснованностью и высоким уровнем статистической надежности, полученными при обработке большого количества результатов тщательно проведенных экспериментов.
Практическое значение и внедрение результатов работы.
Полученные результаты и основанные на них рекомендации позволяют повысить надежность и экономичность фиброкерамзигожелезобетонных изгибаемых элементов. Разработанные рекомендации по проектированию и расчету
таких элементов используются проектными организациями, в частности Сев-кавНИПИагропром. С участием автора подготовлены и изданы "Рекомендации но проектированию железобетонных конструкций из керамзигобетона с фибровым армированием базальтовым волокном". - СевкавНИПИагропром, РГАС. - г. Ростов-на-Дону, 1996.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете, Ростовском архитектурном институте и в других вузах.
Апробация работы и публикации.
Основные положения диссертации опубликованы в 5 работах.
Материалы диссертации доложены и получили одобрение на международной научно-технической конференции "Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций" (г. Ростов-на-Дону, 1994 г.), региональной научно-практической конференции РГАС и СевкавНИПИагро-прома (г. Ростов-на-Дону, 1995 г.), научно-технических конференциях Ростовской государственной академии строительства (1995 и 1996 г.), международной научно-практической конференции (г. Ростов-на-Дону, РГСУ, 1997 г.).
Диссертационная работа выполнялась в период с 1994 по 1997 гг. на кафедре железобетонных и каменных конструкций Ростовского государственного строительного университета.
Crpvicrvna и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 115 страниц, 22 рисунка, 19 таблиц, 141 литературный источник.