| |
СВОЙСТВА СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ
АРМАТУРЫ
ФизИко-механические свойства стеклопластиковой
арматуры
в основном определяются свойствами стеклянного
волокна, т.е.
основного ’’рабочего” материала арматуры. Это
обстоятельство
предопределяется, во-первых, относительно низким (в
6—7 раз
меньше, чем у стеклянного волокна) значением модуля
упругости связующего и, во-вторых, небольшим содержанием
полимера
в стеклопластике (около 20% по массе). При повышении
темпера
туры проявляются пластические свойства связующего. В
этой
связи степень участия полимера в работе арматурного
стержня
снижается и, как следствие, повышается рол£
стеклянного волокна. При химическом воздействии различных
реагентов на стеклопластиковую арматуру наблюдаются проникание жидкой
либо
газообразной фазы через связующее к стеклянному
волокну
и затем его разрушение. Поэтому коррозионная
стойкость арматуры также определяется в основном свойствами
волокна. В связи с этим качество арматуры следует изучать в тесной
зависимости от свойств стеклянного волокна, которые
изложены в
главе I монографии.
В настоящей главе приводятся свойства арматуры,
изготовлен
ной 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 при
мерно через 0,1 Рразр 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
линей
ному участку диаграммы деформаций растяжения при
напряже
ниях 0,2 . . .0,5 69р (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 длр . После центровки нагрузка к
образцу
прикладывалась ступенями, примерно равными 0,1 ^разр,
В процессе нагружения замерялись деформации образца и
фиксировалась разрушающая нагрузка. По этим данным
определялись крат
ковременный предел прочности и модуль упругости
стеклопластиковой арматуры при сжатии. На растяжение
испытывались об
разцы арматуры, изготовленные из первичного
стеклянного во
локна, 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
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 стеклопластиковой арматуры также в некоторой степени зависит от вида стеклянного волокна, из которого изготовляется арматура. Наибольшее
значение начального модуля упру
гости 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 низ
кой. 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 по
верхностью (поверхностью, прихо
дящейся на единицу площади попе
речного 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,
долговеч
ность 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 стеклопластиковой
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 де
формативности 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. 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 не
сколько 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.
Низкое значение модуля упругости
стеклопластиковой арматуры (примерно в четыре раза меньшее, чем
стальной) пред
определяет использование ее только в предварительно
напря
женных конструкциях, так как в конструкциях без
предвари
тельного напряжения полное использование прочности
арма
туры невозможно: жесткость таких конструкций будет
низкой.
При создании предварительно напряженных конструкций
из
низкомодульных материалов (полимербетонов,
древесины, пласт
масс), 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. |
