СВОЙСТВА СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРЫ

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 
В настоящей главе приводятся свойства арматуры, изготовленной из алюмоборосиликатного волокна и эпоксифенольного связующего.
.
Прочность и деформативность арматуры.
Прочность и деформативность стеклопластиковой арматуры исследовались при растяжении и сжатии, т.е. при воздействиях, которые она воспринимает в строительных конструкциях и изделиях.
Для исследования прочностных и деформативных свойств арматуры при кратковременном растяжении испытывались образцы арматуры при температуре окружающей среды около 20°С и относительной влажности 50 ... 60%. Длина рабочей зоны (расстояние между захватами разрывной машины), как и для стальной арматуры, принималась не менее 30 диаметров образца и не менее 200 мм. Нагружались образцы плавно, ступенями примерно через 0,1 Р
Длительность нагружения одной ступени составляла около 30 с. После каждой ступени нагружения индикаторами часового типа замерялись удлинения образца на базе 100 мм с точностью t0,05 мм. В расчет.принимались образцы, разрушенные в рабочей зоне.
Значения начального модуля упругости определялись по линейному участку диаграммы деформаций растяжения при напряжениях 0,2 . . .0,5 6
(предела прочности). Для определения кратковременной прочности арматуры и модуля упрутости при сжатии испытывались короткие образцы диаметром 6 мм. Рабочая длина образца (расстояние между захватами) принималась равной 10 мм. После закрепления испытуемого образца в захватах с четырех сторон устанавливались индикаторы часового типа, по которым центрировались сжимающие усилия по физической оси стеклопластикового стержня. При этом усилие обжатия образца доводилось до 0,2 д
. После центровки нагрузка к образцу прикладывалась ступенями, примерно равными 0,1 ^р
, В процессе нагружения замерялись деформации образца и фиксировалась разрушающая нагрузка. По этим данным определялись кратковременный предел прочности и модуль упругости стеклопластиковой арматуры при сжатии. На растяжение испытывались образцы арматуры, изготовленные из первичного стеклянного волокна, обычного жгута в 20 и 40 сложений, а также из жгута-ровинга в 30 и 60 сложений.
При анализе результатов деформативности и прочности арматуры при кратковременном растяжении необходимо обратить внимание на следующее (табл. 3).
Таблица 3. Зависимость деформативности и прочности стеклопластиковой арматуры диаметром 6 мм от вида стеклянного волокна
Вид стеклянного волокна
Временное сопротивление разрыву, МПа
Начальный модуль упругости E
t
ГПа
Жгут в 40 сложений
1200
Жгут в 20 сложений
1242
_
Жгут-ровинг в 30 сложений
1540
52
"Жгут-ровинг в 60 сложений
1435
53
Первичная нить
1600
55,8
Наибольшую прочность имеет арматура, изготовленная из первичной нити. Арматура же, выработанная из обычного жгута, обладает самой низкой прочностью. Прочность арматуры из жгута-ровинга, в котором устранена разнодлинность нитей, будет выше.
В связи с тем, что при выработке арматуры из первичной нити требуется большой объем магазина для стекловолокна и усложняется контроль обрыва нитей, стеклопластиковую арматуру следует изготовлять из жгута-ровинга в 30 сложений. При большом числе каналов технологической линии можно использовать жгут в 60 сложений.
Модуль упругости стеклопласти-ковой арматуры также в некоторой степени зависит от вида стеклянного волокна, из которого изготовляется арматура. Наибольшее значение начального модуля упругости арматуры получено при использовании первичного волокна.
При выработке опытных партий арматуры изучалась возможность изготовления арматуры одновременно из нескольких видов стеклянного волокна. Например, арматуру диаметром 6 мм вырабатывали, используя жгут-ровинг в 30 и 60 сложений. При испытании такой арматуры было установлено, что разрыв образцов происходит двухстадийно, а их прочность оказывается низкой. Вначале разрывается часть волокна из жгута в 30 сложений, а затем - в 60. Отсюда следует вывод, что в арматурном стержне лучше использовать только один вид стеклянного волокна.
Диаграмма ’’напряжение — деформация” стеклопластиковой арматуры (рис. 13) практически прямолинейна вплоть до разрыва. Диаметр арматуры существенно влияет на значение временного сопротивления стеклопластиковой арматуры (рис. 14). Чем тоньше арматура, тем выше ее прочность. Прочность арматуры диаметром 3 мм достигает 1800 МПа, а диаметром 12 мм — только 1050 МПа. Поэтому с увеличением диаметра арматуры требуется повышенное ее содержание в конструкциях, что ведет к удорожанию конструкций.
С другой стороны, при использовании стеклопластиковой арматуры для армирования конструкций, эксплуатируемых под воздействием агрессивных сред, целесообразно использовать.
арматуру больших диаметров с менее развитой относительной поверхностью (поверхностью, приходящейся на единицу площади поперечного сечения). Химическая стойкость арматуры больших диаметров будет выше, чем тонкой, так как относительная поверхность ее значительно меньше, а скорость химического разрушения арматуры в определенной степени определяется площадью ее поверхности. Таким образом, долговечность конструкций при восприятии агрессивных воздействий с увеличением диаметра арматуры будет увеличиваться, а их стоимость на единицу эксплуатационного времени — уменьшаться.
В конструкциях, в которых арматура не подвергается химическому разрушению, следует использовать арматуру небольших диаметров с меньшей стоимостью единицы прочности. Поэтому при проектировании конструкций со стсклопластиковой арматурой следует назначать оптимальные диаметры арматуры, которые определяются экономическими соображениями и зависят от функционального назначения конструкций.
Влияние диаметра арматуры на прочность при растяжении можно объяснить следующим. Стеклопластик является композиционным материалом, состоящим из стеклянных волокон, склеенных полимерным связующим. Деформативность его в несколько раз выше, чем стеклянного волокна. При испытании образцов стеклопластиковой арматуры на разрывной машине усилие, обжимающее стержень в захватах, воспринимается стеклянными волокнами, расположенными на поверхности стержня, а затем через прослойки связующего передается волокнам, находящимся в его сердцевине. В связи с этим при растяжении образца наибольшие деформации получают волокна на поверхности стержня, так как за счет повышенной деформативности слоев полимерного связующего происходит некоторое смещение крайних волокон относительно волокон, расположенных ближе к центру испытуемого образца (без нарушения сцепления волокон с полимером), поэтому напряжения в стеклянных волокнах по диаметру стержня от его поверхности к центру уменьшаются (рис. 15). Разрушение образцов начинается с разрыва наиболее напряженных стеклянных волокон, расположенных по периметру стержня, а затем за счет перераспределения напряжений происходит разрыв волокон в оставшемся сечении стержня.
В процессе экспериментального исследования прочности и деформативности образцов стеклопластиковой арматуры на разрывных машинах было установлено, что разрушение их начинается, как правило, с разрыва оплеточной нити, образующей периодический профиль поперечного сечения. Затем следует разрыв отдельных волокон в поверхностном слое по всей длине рабочей части испытуемого стержня, после чего происходит более интенсивное разрушение волокон по периметру стержня с распространением к его центру, при этом рост нагрузки прекращается и наступает разрыв стержня с образованием ’’метелки”. Некоторые стержни разрываются в одном сечении подобно разрыву стальной арматуры без образования ’’метелки”. Особенно четко послойное разрушение арматуры нами наблюдалось при разрушении стержней диаметром 12 мм.
Рис. 15. Напряженное состояние в сечении стержня стеклопластиковой арматуры при разрыве:
1 - захват; 2 - стеклянные волокна; 3 - прослойки полимерного связующего
В некоторых из них после разрыва волокон
в поверхностном слое происходило проскальзывание неразрушенной сердцевины стержня по слою полимерного связующего.
Степень изменчивости механических свойств стеклопластиковой арматуры определялась путем статистического анализа контрольных испытаний образцов (рис. 16, табл. 4). Из приведенных данных следует, что механические свойства стеклопластиковой арматуры обладают неоднородностью, зависящей от числа сложений жгута. Поэтому значения браковочного минимума временного сопротивления арматуры из жгута в 30 сложений приняты 1420 МПа, а в 60 сложений — 1190 МПа, т.е. ниже их минимальных граничных значений, соответственно равных 1449 и 1264 МПа. Из данных табл. 4 и рис. 16 следует также, что механические характеристики и однородность арматуры из жгута в 30 сложений несколько выше, чем арматуры из жгута в 60 сложений, поэтому жгут-ровинг в 30 сложений предпочтительнее для изготовления стеклопластиковой арматуры, особенно при армировании наиболее ответственных конструкций.
Таблица 4. Физико-механические свойства стеклопластиковой арматуры диаметром 6 мм, изготовленной из стекложгута-ровинга на эпоксифенольном связующем
Волокно
Временное.
сопротивление.
разрыву
Начальный.
модуль.
упругости
Относительное удлинение перед разрывом
МПа
коэффи.
циент.
однород.
ности
Я,.
ГПа
коэффи.
циент.
однород.
ности
%
коэффи.
циент.
однород.
ности
Жгут-ровинг в 30 сложений
1540
0,92
52
0,85
2,81
0,72
То же, в 60 сложений
1435
0,82
53
0,81
2,66
0,67
Рис. 16. Распределение значений временного сопротивления 6 , модуля упругости £ и относительного удлинения € в стеклопластиковой арматуре диаметром 6 мм из жгута-ровинга в 30 сложений.
1 - эмпирическое распределение; 2 - теоретическое распределение
Низкое значение модуля упругости стеклопластиковой арматуры (примерно в четыре раза меньшее, чем стальной) предопределяет использование ее только в предварительно напряженных конструкциях, так как в конструкциях без предварительного напряжения полное использование прочности арматуры невозможно: жесткость таких конструкций будет низкой. При создании предварительно напряженных конструкций из низкомодульных материалов (полимербетонов, древесины, пластмасс), обладающих повышенной ползучестью, низкий модуль стеклопластиковой арматуры следует рассматривать как одно из ее преимуществ по сравнению со стальной, так как потери предварительного напряжения в стальной арматуре конструкций из перечисленных материалов достигают больших значений и эффект предварительного напряжения либо снижается, либо исчезает.