Page 40 - Zmist-n3-2015-new

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 3. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК 691.5
РОЗРАХУНКОВА МОДЕЛЬ ФІБРОБЕТОНУ
НА МІЦНІСТЬ ЗА РОЗТЯГУ

В. П. СИЛОВАНЮК, Р. Я. ЮХИМ, А. Є. ЛІСНІЧУК, Н. А. ІВАНТИШИН
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Запропоновано модель деформування та руйнування композита на основі цементної
матриці (фібробетону) за розтягу, яка враховує мікротріщини і пори в структурі ма-
теріалу та наявність армувальних волокон. Встановлено розрахункові формули для
оцінювання міцності фібробетону за розтягу. Проаналізовано вплив пористості та
об’ємного вмісту армувальних волокон на міцність композита. Експериментальні
дослідження та розрахунки свідчать про суттєве зростання міцності на розтяг за
збільшення об’ємного вмісту фібри. Теоретичний прогноз міцності та експеримен-
тальні результати добре корелюють між собою.
Ключові слова: міцність, цементний камінь, розрахункова модель, базальтова
фібра, фібробетон.
Композити на цементній основі, армовані волокнами різної природи, є одни-
ми із перспективних конструкційних матеріалів. Їх широке використання зумов-
лене прагненням спеціалістів суттєво підвищити такі показники бетону, як міц-
ність, тріщиностійкість, ударну в’язкість, зменшити мікророзтріскування під час
тужавіння [1, 2]. У будівництві як армувальні елементи бетонної матриці вико-
ристовують широкий спектр волокон: сталеві, скляні, базальтові, вуглецеві, полі-
мерні тощо. Як і в традиційних композитах на основі полімерних матриць, зміц-
нення волокнами базується на тому, що значну частину навантаження беруть на
себе волокна, модулі пружності яких, як правило, вищі від матриці. На практиці
використовують як напрямлене армування з використанням неперервних або ко-
ротких волокон, так і стохастичне.
Розраховують міцність фібробетону та конструкцій на його основі за допо-
могою методів теорії композиційних матеріалів, в основу яких покладено фено-
менологічні теорії міцності опору матеріалів [1–6]. Використовують також ста-
тистичні методи, у яких міцнісні характеристики композита пов’язані з варіацією
міцності фаз у статистичному аспекті [7]. Застосування точних методів теорії
пружності, в’язкопружності, механіки руйнування пов’язане зі складністю вибо-
ру адекватної, але доступної для аналізу математичної моделі.
Для визначення міцності композитів на цементній основі, які експлуатують-
ся в умовах простих навантажень, існує – альтернативний теоретичним – експе-
риментальний метод. Він дає змогу отримати достовірні результати щодо міцнос-
ті матеріалу. Однак вони стосуються лише конкретного співвідношення склад-
ників композита і не дозволяють дати рекомендації для конструювання матеріалу
із заданими службовими властивостями.
Мета роботи – на основі концепцій механіки руйнування розробити розра-
хункову залежність міцності фібробетонів від механічних характеристик цемент-
ної матриці та волокон, їх об’ємного вмісту, пористості матеріалу.
Розрахункова модель. Суттєву роль у міцності фібробетону відіграє бетон-
на матриця. Розглядаючи бетон як конгломерат цементного каменю, піску та ще-

Контактна особа: Р. Я. ЮХИМ, e-mail: yukhym.roman@gmail.com
39