Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
дисперсно-армированного бетона
а — в объемном изображении (1 — геометрический центр волокна-фибры; 2 — часть макроскопической неоднородности в виде 1/8 шара, принадлежащая ячейке Vnl и совмещенная с ее вершиной); б — то же в линейном (одномерном) изображении (к определению числа пересечений структурных ячеек волокнами); 1...8 — волокна; центры волокон 2...7 условно смещены от вершин ячеек; в — то же в плоском изображении; г — вариант модели торможения трещины в плоскости, диаганально пересекающей ячейку макроструктуры бетона решетки (это эквивалентно размещению центра фибр в центре куба, как показано на рис. 3.5,6).
На рис. 3.6,а показана также система распределения макроскопических неоднородностей, представленных условно в виде шаров, фиксируемых в вершинах кубических ячеек решетки Rn. Структурные ячейки решеток R и Rn совмещаются друг с другом в соответствии с принципом их взаимного проникновения, обусловливающего трансляцию (передачу в пространстве — в объеме бетонной матрицы) заданного уровня дисперсного распределения и периодического чередования совокупности центров неоднородностей бетона Цп и центров волокон-фибр Ц
Рассмотрим этот принцип на примере совмещения двух кубических ячеек V и V , выделенных из структурных решеток Rn и Д (рис. 3.6, а). Взаимное проникновение указанных ячеек друг в друга обусловливается тем, что сопряженный с вершиной ячейки Vfj центр фибры, например/^ при модельном отображении структуры композита совмещается с центром ячейки V решетки неоднородностей R1 при этом данный центр фибры попадает в окрестность, на периферии которой размещены макроскопические неоднородности (в вершинах ячейки V j). С другой стороны, сопряженный с вершиной ячейки Vnl центр макроскопической неоднородности, например Цп8, совмещается с центром ячейки волокон Vfl (решетки R^1 при этом, как видно, соблюдается симметрия дисперсного распределения компонентов структуры, в которой каждая макроскопическая неоднородность оказывается в окрестности, окруженной центрами армирующих волокон (фиксируемых в вершинах ячейки Vf]).
Видно также (рис. 3.6, а), что каждой вершине ячейки V j принадлежит только 1/8 часть зерна (шара) макроскопической неоднородности, остальные части принадлежат сопряженным соседним ячейкам. Тем не менее, на 8 вершин и соответственно на объем каждой кубической ячейки в целом приходится одно полное зерно (шар) неоднородного включения. Такая же ситуация наблюдается и при распределении центров волокон-фибр, т.е. на каждую ячейку Vf структуры следует отнести количество армирующего материала, равное объему одного волокна.
Как видно из рис. 3.5, б, длина If фибры превышает размер cf (сп) структурной ячейки, соответственно, одно подобное волокно не в состоянии разместиться в объеме одной ячейки. На рис. 3.6,в показан фрагмент решетки R (в плоском изображении) с ориентацией волокон-фибр, равновероятной для любого направления. Ячейки решетки Rn показаны пунктиром на части фрагмента (слева), центры макроскопических неоднородностей для упрощения рисунка не изображены.
Таким образом, каждое волокно-фибра выступает за пределы исходной (собственной) ячейки и проникает в соседние ячейки. Количество пересечений каждой фиброй соседних ячеек пропорционально отношению S=IfZcfOfZcJ. Вместе с тем, в каждую из рассматриваемых исходных (собственных) ячеек проникают волокна-фибры, центры которых расположены в соседних ячейках, при этом суммарная длина отрезков волокон (и их объем), проникающих в каждую ячейку равна в целом длине (объему) одного волокна. Это значит, что количество волокна, выходящее за пределы каждой ячейки, возвращается в том же количестве в эту ячейку из смежных (соседних) ячеек. В упрощенном (одномерном) виде данная ситуация изображена на рис. 3.6, б. Суммарная длина отрезков волокон в центральной ячейке (в сечениях «ак-вп») равна длине одного волокна. Такое же положение окажется в любой другой ячейке, если эту ситуацию представить в пространственном (трехмерном) изображении: из этого следует, что объемное содержание волокон Hf= 7id2flf/4c3f в каждой отдельной ячейке и в композите (ДАВ) в целом соответствует одному и тому же значению.
Рассмотрим представленную модель структуры дисперсного армирования бетона с позиций конструкционного торможения трещины. В данном вопросе важное значение имеет величина предельной нагрузки, связанная с началом развития трещины, которую часто, применительно к хрупким материалам, отождествляют с понятием полного разрушения. Однако это справедливо только в случае лавинообразно- го неустойчивого распространения трещины. В наибольшем приближении подобная ситуация характерна для матриц на основе цементного камня. В бетоне на значительном участке изменения нагрузок при взаимодействии трещин с препятствиями и границами (например, с зернами крупного заполнителя), а также при-взаимодействии систем трещин, их развитие протекает устойчиво [9].
Очевидно, что наличие таких устойчивых трещин в конструкциях менее опасно, причем искусственное усиление конструкций (например, как это осуществляется в металлических конструкциях за счет постановки пластин с заклепками, стрингеров, подкрепляющих ребер жесткости или высверливания отверстий на пути распространения трещин и т.д. [19]) может значительно продлить их «жизнь».
