Свойства сверхвысокопрочного фибробетона с различными видами стальной фибры при осевом растяжении

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Одним из ключевых преимуществ сверхвысокопрочных фибробетонов (СВФБ) является высокая прочность при осевом растяжении и пластический характер разрушения, который отличается от рядовых фибробетонов наличием зоны деформационного упрочнения, характеризующейся образованием множества равномерно распределенных трещин и увеличением растягивающего напряжения после начала трещинообразования. В статье представлены результаты испытаний образцов СВФБ с различным видом и объемным содержанием стальной фибры на осевое растяжение. В качестве дисперсного армирования была использована стальная латунированная волновая фибра с соотношением длины к диаметру 15/0,3 и 22/0,3 мм и прямая с соотношением 13/0,2 мм. Объемное содержание фибры составляло от 1 до 3%. Установлено, что вид и концентрация фибры практически не влияют на напряжение трещинообразования. Максимальное растягивающее напряжение и энергия разрушения фибробетонов линейно увеличиваются при увеличении значения фактора фибры, учитывающего как объемное содержание, так и геометрические размеры отдельных волокон. При равных значениях фактора фибры составы с волновой и прямой фиброй воспринимают одинаковое напряжение, при этом энергия разрушения выше у образцов, армированных фиброй волнового профиля. По экспериментальным данным было получено уравнение для расчета минимально необходимого объема стальной фибры с заданными геометрическими размерами, при котором обеспечивается деформационное упрочнение при осевом растяжении.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. В. Матюшин

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: matyushinev@mgsu.ru

Преподаватель, аспирант 

Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26

В. Г. Соловьев

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Email: solovevvg@mgsu.ru

Канд. техн. наук, доцент 

Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26

Список литературы

  1. Wille K., El-Tawil S., Naaman A.E. Properties of strain hardening ultra high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) under direct tensile loading. Cement and Concrete Composites. 2014. Vol. 48, pp. 53–66. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.12.015
  2. Park J.J., Yoo D.Y., Park G.J., Kim S.W. Feasibility of reducing the fiber content in ultra- high-performance fiber-reinforced concrete under flexure. Materials. 2017. Vol. 10. https://doi.org/10.3390/ma10020118
  3. Wille K., Naaman A.E., Parra-Montesinos G.J. Ultra-High performance concrete with compressive strength exceeding 150 MPa (22 ksi): a simpler way. ACI Materials Journal. 2011. Vol. 108. No. 1, pp. 46–54. EDN: OENBLV. https://doi.org/10.14359/51664215
  4. Wille K., Kim D.J., Naaman A.E. Strain-hardening UHP-FRC with low fiber contents. Materials and Structures. 2011. Vol. 44, pp. 583–598. EDN: OEMTJL. https://doi.org/10.1617/s11527-010-9650-4
  5. Yang J., Chen B., Wu X., Xu G. Quantitative analysis of steel fibers on UHPFRC uniaxial tensile behavior using X-CT and UTT. Construction and Building Materials. 2023. Vol. 368. EDN: LNFCOI. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130349
  6. Hiew S.Y., Teoh K.B., Raman S.N., Hung C.C., Chaen Y.X., Kong D., Hafezolghorani M. A unified tensile constitutive model for mono/hybrid fibre-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC). Cement and Concrete Composites. 2024. Vol. 150. EDN: JBFVGM. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105553
  7. Yoo D.Y., Kim S., Kim J.J., Chun B. An experimental study on pullout and tensile behavior of ultra-high- performance concrete reinforced with various steel fibers. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 206, pp. 46–61. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.058
  8. Chun B., Yoo D.Y. Hybrid effect of macro and micro steel fibers on the pullout and tensile behaviors of ultra-high-performance concrete. Composites Part B. 2019. Vol. 162, pp. 344–360. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.11.026
  9. Abellán-García A. Tensile behavior of recycled-glass-UHPC under direct tensile loading. Case Studies in Construction Materials. 2022. Vol. 17. EDN: ZWNJEX. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01308
  10. Park S.H., Kim D.J., Ryu G.S., Koh K.T. Tensile behavior of ultra high performance hybrid fiber reinforced concrete. Cement and Concrete Composites. 2012. Vol. 34. Iss. 2, pp. 172–184. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.09.009
  11. Чилин И.А. Влияние технологических факторов на свойства сверхвысокопрочного сталефибробетона // Вестник НИЦ «Строительство». 2020. № 4. С. 135–157. EDN: KILLOU. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2020-4(27)-135-147 / Chilin I.A. Influence of technological factors on the properties of ultra-high-strength steel fiber concrete. Vestnik of the Scientific Research Center «Construction». 2020. No. 4, pp. 135–157. (In Russian). EDN: KILLOU. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2020-4(27)-135-147
  12. Matiushin E., Sizyakov I., Shvetsova V., Soloviev V. The properties and behavior of ultra-high-performance concrete: the effects of aggregate volume content and particle size. Buildings. 2024. Vol. 14. No. 9. EDN: JHROZS. https://doi.org/10.3390/buildings14092891
  13. Yoo D.Y., Park J.J., Kim S.W. Fiber pullout behavior of HPFRCC: Effects of matrix strength and fiber. Composite Structures. 2017. Vol. 174, pp. 263–276. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.04.064
  14. Dupont D., Vandewalle L. Distribution of steel fibres in rectangular sections. Cement and Concrete Composites. 2005. Vol. 27. No. 3, pp. 391–398. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2004.03.005
  15. Abrishambaf A., Pimentel M., Nunes S. A meso-mechanical model to simulate the tensile behaviour of ultra-high performance fibre-reinforced cementitious composites. Composite Structures. 2019. Vol. 222. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2004.03.005
  16. Shen X., Brühwiler E. Influence of local fiber distribution on tensile behavior of strain hardening UHPFRC using NDT and DIC. Cement and Concrete Research. 2020. Vol. 132. EDN: NXOVPP. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106042
  17. Abrishambaf A., Pimentel M., Nunes S. Influence of fibre orientation on the tensile behaviour of ultra-high performance fibre reinforced cementitious composites. Cement and Concrete Research. 2017. Vol. 97, pp. 28–40. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.03.007
  18. Duque L.F.M., Graybeal B. Fiber orientation distribution and tensile mechanical response in UHPFRC. Materials and Structures. 2017. Vol. 50. EDN: XEWNGW. https://doi.org/10.1617/s11527-016-0914-5
  19. Laranjeira F., Aguado A., Molins C., Grünewald S., Walraven J., Cavalaro S. Framework to predict the orientation of fibers in FRC: A novel philosophy. Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42, pp. 752–768. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.02.013

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение этапов деформирования СВФБ при осевом растяжении: 1-й этап – зона упругих деформаций; 2-й этап – зона деформационного упрочнения, сопровождающаяся образованием множества равномерно распределенных трещин и увеличением воспринимаемого напряжения; 3-й этап – разрушение материала, связанное с началом выдергивания фибры из бетонной матрицы и снижением напряжения

Скачать (85KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Внешний вид образца и испытательной установки (a) и схематическое изображение захватов и геометрические размеры образцов (b)

Скачать (128KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Диаграммы «напряжение – относительная деформация»: a – составы с волновой фиброй длиной 15 мм; b – составы с волновой фиброй длиной 22 мм; c – составы с прямой фиброй

Скачать (135KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость σcc от χf (a) и зависимость σpc от χf (b)

Скачать (128KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Внешний вид волновой фибры после испытания (a) и сравнение характера разрушения образцов с волновой и прямой фибрами (b)

Скачать (169KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость gf,a от χf (a) и зависимость εpc от количества трещин (сплошная линия для волновой фибры, пунктирная линия для прямой фибры) (b)

Скачать (125KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Влияние объемного содержания волновой фибры длиной 22 мм на распределение трещин в образцах

Скачать (152KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость усредненной ширины раскрытия трещин в процессе деформационного упрочнения от фактора фибры

Скачать (56KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость σpc/σcc от параметра структуры фибрового армирования λ: a – составы с волновой фиброй; b – составы с прямой фиброй (собственные результаты и по данным [1, 17, 18])

Скачать (80KB)
Метаданные

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2025