Пропилен бетон: Полипропилен и фибра. Что ждет бетон в будущем

Содержание

Полипропилен и фибра. Что ждет бетон в будущем

Снижение себестоимости, сроков изготовления с одновременным улучшением качественных показателей бетона – вот цель к которой стремятся все производители данного широко востребованного материала.

Полипропиленовые добавки

Морозостойкость, малая степень усадки, повышенная ударостойкость, отсутствие трещин, стойкость к истиранию, повышенные прочностные характеристики и влагостойкость, увеличение сроков межремонтной эксплуатации – основные показатели качества бетона. Добиться этих целей стало возможным за счет добавок полипропиленовых волокон.

Наличие металлической арматуры эти добавки, конечно, не исключают, но механические свойства бетона от их применения существенно улучшаются, качество возрастает. Бетон с добавками становится более пластичным. Причем объем добавок на один кубометр бетона лежит в диапазоне всего-то 1-2 кг. Длина полипропиленовых волокон составляет 8-12 мм в зависимости от желаемых характеристик. Строительство транспортных дорог и освоение новых месторождений нефти, газа, в том числе на морских шельфах в условиях воздействия вечной мерзлоты, соляных туманов, морской воды, больших ветровых нагрузок, строительство подземных “мини-городов” и мостовых конструкций, – вот неполный, но весьма характерный перечень областей, где используются новые бетоны со и специальными добавками. Необходимо упомянуть, что бетоны с полипропиленовыми волокнами применяется в военных целях и для строительства бетонных конструкций в местах повышенной сейсмической активности.

Как это работает?

Каков же механизм достижения желаемых результатов? Полипропиленовые волокна работают как микро арматура в бетонных и растворных смесях. Толщина единичного волокна сравнима с толщиной человеческого волоса и волокна видны в бетонной смеси на стадии замешивания, после замеса на поверхности их не видно. Волокна улучшают свойства смеси, исключаются возможности образования трещин, усадки. Сила внутренних связей сильно возрастает. Трещины в бетоне без добавок, как правило, образуются в течение первых суток после того как бетон был уложен и их трудно обнаружить. Трещины образуются по причине того, что возникающие внутренние напряжения превышают прочность бетона. Волокна, благодаря их большой суммарной поверхности сцепления поглощают силы растяжения во время становления бетона (сила распределяется на миллионное количество волокон), что в итоге равносильно дополнительному армированию по всему объему бетонной массы. Волокно удерживает микрочастицы воды внутри бетонных конструкций, уменьшая риск образования трещин при оседании материала.

Для реализации специально заданных параметров (аналогично бетону с добавками полипропиленового волокна) в качестве добавок в бетон используют фибру.

Улучшение огнестойкости

Этот материал используется для промышленных складов, в нефтехимической промышленности, в дорожном строительстве. Огнестойкость бетона за счет добавления фибры повышается. Возможно применение такого бетона в нефтехимии, повышается устойчивость бетона к проникновению воды.

Выше перечисленные добавки из фибры и полипропиленовых волокон способствуют более качественному и равномерному перемешиванию песка, воды, цемента, других наполнителей, тем самым рождается более прочная, долговечная поверхность. Данные добавки позволяют использовать и актуальные и повышающие производительность по укладываемым объемам бетононасосы.

Полипропиленовые волокна для бетона

Еще в середине прошлого века были проведены исследования по использованию полипропиленовых или олефиновых волокон (ППВ) при производстве бетона. Исследования показали, что при добавлении полипропиленовых волокон улучшаются характеристики товарного бетона.

Волокна представляют собой полимеры или сополимеры пропилена. Это абсолютно нейтральное вещество, совместимое с любыми вяжущими средствами. При изготовлении волокон расплавленный пропилен штампуют с одновременной вытяжкой. В результате получают мононить, или листы, которые в процессе производства расщепляют на волокна и нарезают разной длины.

Производство бетона с добавлением полипропиленовых волокон

Получаемое сырье используют как добавку при производстве бетона. Нормативная доза внесения добавки составляет 0,1% от веса или 0.6-0.9 кг на м3 бетона. В промышленном масштабе выпускаются ППВ в водорастворимых мешках 600-900 гр.

Полипропиленовые волокна можно добавлять в готовый бетон на растворном узле или в бетономешалку. Достаточно 5 минут работы бетономешалки, чтобы волокна полностью перемешались с бетоном до однородной массы.

Применение ППВ увеличивает устойчивость бетона к раскалыванию, а так же значительно повышает сопротивление удару.

Увеличение этих показатели позволили использовать его в защитных оболочках при изготовлении свай.

Полностью “раскрыть” возможности использования волокон удалось в 80-е годы при изготовлении бетонных плит. Сейчас многие страны при изготовлении бетона используют полипропиленовые волокна, достаточно сказать, что в США 10% товарного бетона выпускают с применением волокон.

Применение бетона с полипропиленовыми волокнами

При применении более высокой концентрации (стандартной считается 0,1%) волокон в бетоне, улучшается прочность и устойчивость к раскалыванию, это используется в сборном бетоне, торкрет – бетоне и других видах бетона.

Полипропиленовые волокна при добавлении в бетон сразу дают положительный эффект. Улучшается сцепление смеси, в результате чего происходит препятствование оседанию тяжелых и крупных частиц бетона. И, как следствие, смесь лучше перекачивается бетононасосом.

Исследования показали, что увеличивать количество ППВ выше 2% от общей массы бетона нецелесообразно, т.к. очень тяжело перемешать смесь с таким количеством волокон.

Оптимальная дозировка составляет 0.1-1% от объема, что рационально с производственной и коммерческой точек зрения.

При введении волокон в состав бетонной смеси происходит уменьшение образования микротрещин внутри бетона. Также волокна препятствуют образованию поверхностных трещин, неизменно появляющихся при пластической усадке.

Независимые тестирования, производимые в разных странах мира в течение 16 лет, подтвердили улучшение свойств бетона при пластической усадке, истирании, циклах “замораживание\оттаивание”, повышение огнестойкости, антимикробной защиты. Это подтверждено сертификатом ВВА. Добавление ППВ в бетон дает возможность использовать бетон в различных областях строительства. Изделия с добавлением ППВ с успехом применятся при:

  • строительстве мостов;
  • сооружении дамб для водохранилищ;
  • постройке иных видов сооружений, предполагающих контакт с водой;
  • возведении укреплений набережных;
  • дорожных строительных работах – в качестве поверхностного слоя.

Но наибольший эффект от применения ППВ проявился при изготовлении бетонных плит. Появилась возможность заменить металлическую арматуру на ППВ, не уменьшая прочностных характеристик плит.

Если использовать максимально допустимую концентрацию ППВ в бетоне, прочность плит сравнима с плитами, использующими металлическую арматуру в своем составе до 25-30 кг.

Бетон с ППВ менее подвержен повреждению при случайной распалубке, имеет пониженную проницаемость и, как следствие, слабее подвергается коррозии.

Повышаются темпы строительства и уменьшаются ремонтные работы при использовании скользящей опалубки.

Однако бетон с ППВ и прочностными характеристиками 60-100 МПа подвержен взрывному откалыванию при температуре 2000С и более. Тем не менее, он безопасен при нагреве до 160-1700С.

Таким образом, бетона с добавлением полипропиленовых волокон

находит все большее применение в строительстве.

Фибра для бетона – что это такое и как применяется

Полипропиленовое фиброволокно – искусственно созданный материал, который впервые применен в 70-х годах минувшего века в США как дополнительная армирующая присадка, предотвращающая образование микротрещин на дорожном полотне из бетона.Опыт был настолько удачным, что в бетонных участках с армировкой перестали появляться трещины от разности температур, что особенно было важным при сильных морозах.

Спустя десять лет этот полимер становится неотъемлемой частью любого строительного процесса, где первоочередной задачей стало армирование на микроуровне. Уже в 80-х годах во многих европейских странах волокно постепенно вытесняет металлическую сетку для полусухой бетонной стяжки, приобретая все большую популярность.

На территорию бывшего Союза технология, где в качестве армировки применяется полипропиленовое фиброволокно (цена на которое значительно ниже, чем на сетку из нержавейки), пришла после 2000-ого года. Сейчас намечается существенный рост применения полимера в отечественном строительстве как профессионального, так и бытового сегмента.

Многие часто задаются вопросом – «Фибра для бетона – что это такое и как выглядит?» Отвечаем: внешне материал представляет собой хаотично перемешанные волокна белого цвета разной длины и с полупрозрачной структурой. Каждое волокно имеет длину от трех до восемнадцати миллиметров (в зависимости от марки) и диаметр в районе 20 микрон.

Основные свойства

Полипропиленовое фиброволокно для армирования бетона обладает целым рядом свойств, которые позволили ему успешно конкурировать с другими способами укрепления бетонных блоков и плит, в том числе металлическими сетками или прутками.

Ключевыми особенностями полимера являются следующие свойства:

  • укрепление бетонной конструкции происходит равномерно по всему объему и площади, а не сегментарно, как в случаях с решетками и прутами;
  • смесь не растекается, что уменьшает ее расход и экономит средства;
  • увеличивается срок службы конструкции на несколько десятилетий;
  • у бетона с фиброволокном повышенный класс огнеупорности;
  • значительно улучшен внешний вид поверхности после введения в состав бетона полимера;
  • при резких перепадах температур, особенно при сильных морозах, бетон остается монолитным и в нем не образуются микротрещины;
  • благодаря полимеру значительно уменьшены свойства бетона впитывать влагу;
  • бетонная конструкция практически не имеет усадки;
  • увеличилась износостойкость бетона;
  • повысился коэффициент сопротивления истиранию.

Это наиболее значимые свойства полипропиленового волокна, которые ощутимо влияют на качество получаемого бетона и его долговечность.

Области применения

Одно из основных свойств полимера – его универсальность. Несмотря на то, что в основном фибра применяется в качестве армирующей добавки в бетон, ее можно использовать в любой строительной смеси, содержащие гипс или цемент. Недавно волокно стали использовать при создании пенобетона, что улучшило в несколько раз его показатели прочности и сопротивляемости внешним воздействиям.

В качестве основных видов конструкций полипропиленовая фибра нашла широкое применение:

  • в фундаментах;
  • в сваях;
  • в пеноблоках;
  • при создании стяжки пола;
  • в формировании отмостки.

Широкая сфера применения материала позволяет ему легко завоевывать строительную сферу.

Способ использования и расход

Используется фиброволокно в качестве армирующей добавки в цементный, гипсовый или бетонный раствор. В промышленной отрасли строительства бетонную смесь с полимером или готовые пеноблоки получают в заводских условиях.

Для получения подобного раствора при небольших объемах строительных работ фибра для бетона, расход которой сравнительно невелик, просто засыпается в нужном количестве в стандартную бетономешалку и перемешивается с остальными компонентами смеси до образования необходимой консистенции.

Вводить фибру можно как на начальной стадии замешивания раствора, так и в самом конце. Только в первом случае время перемешивания составит около 10-15 минут, а во втором варианте после основной стадии замеса необходимо немного выждать и еще раз включить бетономешалку на 5-10 минут для окончательной стадии смешивания.

Фибра для бетона, расход на м3 в зависимости от состава смеси:

  • бетон/железобетон. Приблизительный расход 700-900 г/м3 готового раствора;
  • сухие строительные смеси. Расход – 1кг/м3. Можно от этого показателя отталкиваться, загружая в барабан бетономешалки произвольное количество ингредиентов. При замешивании вручную, необходимо сначала в сухую смесь добавить фиброволокно, тщательно перемешать, затем операцию повторить, залив состав необходимым количеством воды;
  • штукатурка. Расход 1-1.2 кг/м3. При оштукатуривании поверхности составом с фиброволокном, состав наносится на очищенную и загрунтованную поверхность методом равномерного разбрызгивания, а затем проводятся основные работы по выравниванию поверхности;
  • для малых архитектурных форм расход составляет примерно 2 кг/м3.

Придерживаясь рекомендуемого расхода полимера при добавлении в различные строительные смеси, можно добиться оптимального результата и увеличить прочность конструкции в несколько раз даже в домашних условиях. Технологический процесс предельно прост и не требует специальных знаний и навыков. Единственный агрегат, который понадобится – бытовая бетономешалка.

Краткие итоги

Фибра для бетона, цена которой в несколько раз ниже, чем другие материалы для армировки (металлическая ячеистая сетка, решетка или прутья), является универсальной добавкой, которая увеличивает в несколько раз долговечность бетонных конструкций. Полимер невосприимчив ко всем составляющим строительной смеси и не вступает с ее компонентами в реакцию, что делает его применение универсальным и легким.

При проведении некоторых замеров, было установлено, что добавление полипропиленовой фибры в состав бетона на 90% уменьшает образование трещин в первые часы затвердевания бетона.

Учитывая относительно недавнее появление на отечественном строительном рынке, технология еще полностью не раскрыла свой потенциал. Отчетливо просматриваются хорошие перспективы бетона с полимерной фиброй, что со временем сможет вытеснить с рынка армировочных материалов такие привычные материала, как металлическая сетка и стальные пруты.

Читайте также интересную статью свойства утеплителя техноплекс и особенности его монтажа.

расход, рекомендации по применению, компания Полимер

Главная / Рекомендации по применению фиброволокна
Область применения Рекомендуемый размер фиброволокна, мм Расход фиброволокна
Промышленные полы, 
цементнобетонные дорожные покрытия
12, 20, 40 от 1 кг  на 1 м3  в зависимости от необходимых прочностных характеристик
Стяжки, теплые полы 12, 20 от 0,9 до 1,5 кг  кг на 1  м3  в зависимости от необходимых прочностных характеристик
Железобетонные, бетонные конструкции и изделия  12, 20 от 0,9 кг на 1 м3 для придания конструкциям и изделиям повышенной прочности и исключения трещин
Ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон неавтоклавного твердения) 12, 20, 40 от 0,6 кг до 1,5 кг  волокна на 1 м3 в зависимости от необходимых прочностных характеристик готового изделия
Сухие строительные смеси (наливные полы, штукатурки, шпаклёвки, затирки, гидроизоляция, ремонтные составы) 3, 6, 12 от 1 кг  на 1 м3 Дозировка зависит от вида сухой строительной смеси, технологии производства
Мелкоштучные изделия, сложнопрофильные изделия, малые архитектурные формы 6, 12 от 0,9 кг  на 1 м3 Расход фиброволокна зависит от параметров изделия, размеров, типа вяжущего, технологии производства
Тротуарная плитка 6, 12 от 0,6 кг до 1,5 кг  на 1м³ смеси в зависимости от прочностных характеристик готового изделия, технологии производства.
Жидкие обои, клеевые составы 3 от 0,5 кг  на 1 м3  Дозировка зависит от технологии производства

Способ применения фиброволокна

Вариант 1: Фиброволокно засыпается в любой бетоно- или растворосмеситель (миксер) в сухую смесь перед добавлением воды .

Вариант 2: Фиброволокно  добавляется в цементное молоко, затем все остальные компоненты бетонной смеси.
 

Рекомендации по применению фиброволокна

Объемное армирование бетона (пенобетона, цементно-песчаных смесей) с помощью полимерных волокон в последние годы все шире применяется в строительной индустрии. В отличие от армирующих сеток из стали, микроволокна равномерно распределяются в объеме смеси, улучшают вяжущие свойства, делают ее устойчивой к расслоению.

Применение фиброволокна приводит к тому, что бетон становится более прочным к растяжениям, снижается показатель его усадки, что повышает трещиностойкость. Вместе с тем возрастает устойчивость материала к воздействию среды: к чередующимся циклам замораживания и оттаивания, высыхания и увлажнения.

Эффективность армирования бетона с помощью полимерного микроволокна – величина переменная, которая определяется рядом параметров: длиной и диаметром волокон, модулем упругости полимера, а также количеством волокон в единице объема цементной смеси.

Наиболее важными факторами являются упругость и длина волокон: чем больше модуль упругости полимера соответствует аналогичному показателю цементной матрицы, и чем больше по длине используемые волокна, тем значительнее будет влияние дисперсионного армирования на характеристики трещиностойкости бетона. Следует отметить, что длина волокон не должна быть чрезмерно высокой – это привело бы к появлению технологических трудностей при попытке провести равномерное распределение микроволокон в объеме подготавливаемой смеси.

Для каждого вида бетонной смеси следует опытным путем устанавливать, какая длина
волокна является оптимальной – при каком показателе будет достигаться наиболее равномерное распределение армирующей добавки по объему. К примеру, для пенобетонных смесей используется волокно длиной до 40 мм, в случае тяжелого подвижного бетона – длиной от 12 до 20 мм, а если смеси малоувлажненные, уплотняемые с помощью метода вибропрессования – не более 6-7 мм.

Испытания данных армирующих добавок для цементно-песчаных растворов (под устройство стяжек) и для пенобетона проводились в Ростовском государственном строительном университете, на кафедре строительных материалов. Ниже, в таблице, приводятся результаты исследований влияния количества полипропиленового волокна в смеси на прочностные характеристики, на растяжение при изгибе, на усадку состава при высыхании.

Таблица 1. Влияние содержания полипропиленового волокна на прочность материала при изгибе и усадку при высыхании пенобетона (длина волокон 20 мм)

Серия Расход фибры
на 1 м3 бетона, кг
Средняя плотность
бетона, кг/м3
Прочность на растяжение при изгибе Нормированная усадка ( в интервале влажности 5-35%) Общая усадка (при полном высыхании)
МПа % мм/м % мм/м %
Ф-1 0,00 528 0,23 100 3,55 100 8,1 100
Ф-2 0,98 538 0,41 178 3,07 86 7,2 89
Ф-3 1,95 530 0,54 235 3,32 93 7,1 88
Ф-4 2,92 532 0,60 261 3,67 103 6,8 84
 

Данные, приведенные в таблице 1, дают возможность сделать вывод: при изготовлении фибробетона марки D500 (самого популярного по плотности) наибольший технико-экономический эффект будет достигнут при дозировке фибры от 0,6 до 2 кг/м3. Показатель прочности на растяжение при изгибе при этом вырастает примерно в 2 раза, а нормированная усадка при высыхании снижается на 10-15%.

Таблица 2. Влияние полипропиленового волокна на усадку цементно-песчаной смеси при полном высыхании и на прочность при изгибе (длина волокон 12 мм)

  Серия

Расход
фибры
на 1 м3
бетона,

кг               

Прочность при сжатии, МПа

Прочность
на растяжение
при изгибе
Общая усадка
(при полном 
высыхании)
МПа % мм/м %
Ф-1 0,00 29,2 1,63 100 1,32 100
Ф-2 0,95 26,0 2,27 139 0,93 70
Ф-3 1,43 27,1 2,56 157 0,81 61
Ф-4 1,90 28,7 2,80 172 0,54 41
 


Как следует из приведенных показателей, включение волокна в качестве армирующей добавки оказало существенное влияние на показатель прочности на растяжение при изгибе и усадку цементно-песчаного раствора при высыхании. В данном случае положительное влияние фибры сказывается при росте ее дозировки. В цементно-песчаных стяжках оптимальным показателем для снижения риска образования трещин при усадке является величина в пределах от 1 до 2 кг/м3.

Таким образом, применение полипропиленового волокна позволяет улучшить показатели трещиностойкости пенобетона и плотного песчаного бетона.

 

Полистиролбетон своими руками: пропорции и рецептура

Структура полистиролбетона

Состоящий из гранулированного полистирола, цемента и различных добавок, полистиролбетон является легким строительным материалом с высокими теплоизоляционными свойствами. Как и многие другие виды растворов, его можно изготавливать самостоятельно.

В этой статье рассказывается о том, как сделать полистиролбетон своими руками: пропорции, компоненты смеси, последовательность их введения в раствор. Кроме того, вы узнаете о том, где и как применяется этот материал, каковы его свойства и характеристики.

Содержание статьи

Что нужно для изготовления рабочего раствора

В состав смеси для полистиролбетона, помимо цемента входит гранулированный пенополистирол. Или шарики пенопласта. Он обладает очень высокими теплосберегающими способностями. Заменяя им песок в растворе, можно получить материал с хорошими теплоизоляционными характеристиками.

На увеличенном фрагменте фото, видна структура материала

Они будут выше или ниже в зависимости от того, какие пропорции полистиролбетона будут выбраны. А выбор этот, в свою очередь, определяется областью применения готового раствора.

Об этом расскажем подробнее чуть ниже, а пока посмотрите, какова рецептура полистиролбетона, в каких соотношениях берутся все компоненты для его приготовления.

Плотность бетона (марка), кг/м3 D200 D300 D400 D500
 

Цемент марки М400

160 кг 240 кг 330 кг 410 кг

Гранулированный полистирол

1 м3 1 м3 1 м3 1 м3

Смола древесная омыленная

0,8 л 0,65 л 0,6 л 0,45 л

Вода

100 л 120 л 150 л 170 л

Подробнее о каждом компоненте:

  • Если вместо М400 взять цемент более высокой марки, то в раствор можно добавлять песок в пропорции 2:1 (2 части цемента и 1 часть песка).
  • Пенополистирол можно купить в строительных магазинах, он продается в полиэтиленовых мешках объемом до 1 кубометра.

Наполнитель для теплого бетона

  • СДО – это специальная добавка, вовлекающая в смесь воздух, и образующая воздушные пузырьки, наличие которых повышает теплозащитные свойства материала.

Для справки. СДО не обязательно включать в рецепт полистиролбетона, но в этом случае он получится не таким теплым.

  • Пластификаторы. Они не включены в таблицу, так как их концентрация может быть разной в зависимости от производителя. Добавлять их следует в соответствии с  рекомендациями на упаковке.

Жидкий пластификатор Оптипласт

Обратите внимание. Этот компонент успешно можно заменить моющим средством для посуды или жидким мылом. Они добавляются в воду из расчета: 20 мл на 10 литров.

Как делать

Теперь, когда состав полистиролбетона своими руками нам известен, давайте разберемся с технологией изготовления.

Перерасчет объемов

Описанная выше рецептура изготовления полистиролбетона, дана для больших объемов, а все компоненты «привязаны» к кубометру наполнителя. В условиях индивидуального производства, замесить такой объем за один раз невозможно.

К тому же, расход цемента указан в килограммах, а все остальные составляющие в объемных единицах. Нам для удобства нужно привести их все к одной единице измерения.

Как правило, замешивая пенополистиролбетон или любой другой раствор в бетономешалке или вручную, для дозирования компонентов используют ведра. Вот их и возьмем за единицу.

  • В 10-литровое ведро входит 12 кг цемента.
  • Допустим, нам нужно изготовить раствор полистиролбетона D300.
  • На кубометр наполнителя его нужно 240 кг или 20 порций (240 : 12 = 20).
  • Все остальные значения из этого столбика таблицы тоже делим на 20, чтобы узнать объем каждого на один замес.
  • 1000 л : 20 = 50 л или 5 ведер полистирола.
  • 120 л : 20 = 6 л воды.
  • 650 мл : 20 = 32,5 мл СДО.

Итак, у нас получилось, что на ведро цемента нужно 5 ведер наполнителя и чуть больше половины ведра воды. Аналогично можно посчитать объемный состав пенополистиролбетона любой другой марки.

Последовательность замешивания

Чтобы изготовленный своими руками материал получился прочным и однородным, должна соблюдаться инструкция по очередности добавления компонентов в раствор.

  • Сначала нужно засыпать в барабан бетономешалки весь объем полистирола.

Засыпаем гранулы и включаем агрегат

  • Затем растворяем в воде пластификатор или моющее средство, и выливаем в бетономешалку примерно треть.

Вода с пластификатором

  • Ждем, когда все гранулы смочатся раствором. Это нужно для того, чтобы они хорошо сцепились с цементом.
  • Высыпаем во вращающийся барабан весь цемент, и выливаем оставшуюся воду.

Пенополистиролбетон: раствор почти готов

  • Вливаем воздухововлекающую добавку, и перемешиваем смесь в течение 2-3 минут.

Последний шаг – добавление СДО

Совет. Оставьте немного воды от общего объема, чтобы растворить в ней смолу перед добавкой в раствор.

Такая технология позволяет получить качественный строительный раствор, который можно использовать для разных целей. Но есть и другой способ.

Можно купить готовый полистиролбетон в мешках и просто смешать его с водой. Он продается комплектами, каждый из которых предназначен для производства раствора определенной плотности.

Для примера в таблице указаны цена и объемы сухих компонентов для приготовления теплого бетона Д300

Сухая смесь уже содержит в составе пластификаторы, а гранулы полистирола предварительно омылены, поэтому никакие добавки вам не понадобятся.

Свойства и назначение

В строительстве полистиролбетон используется в виде свежего раствора или блоков, а сфера применения зависит от его особых свойств.

Характеристики материала

Этот материал можно поставить в один ряд с пено- и газобетоном. Он тоже обладает небольшой плотностью и малым весом. А от обычного бетона на основе песка или щебня, отличается высокими теплозащитными свойствами.

Придает эти особенности материалу, именуемому полистиролбетон, состав смеси. Точнее — вид наполнителя. Ведь пенопласт считается одним из самых легких и эффективных утеплителей.

Перечислю и другие его свойства, чтобы было понятно, почему он так активно используется в разных областях строительства. Это:

  • Высокая прочность на растяжение и сжатие, что позволяет возводить из него несущие стены;
  • Негорючесть;
  • Низкое водопоглощение, позволяющее даже при намокании сохранять низкую теплопроводность;
  • Морозостойкость, доходящая до 100 циклов;
  • Отличная адгезия (сцепляемость) с другими строительными материалами;
  • Более высокая, чем у ячеистых бетонов, эластичность;
  • Легкость обработки и отделки;
  • Устойчивость к таким атмосферным и биологическим воздействиям, как осадки, солнечные лучи, грибки и плесень.

Область применения

Выше были даны сведения о плотности, которой может обладать полистиролбетон: технология + составы + рецептура. Этот параметр в основном и определяет область применения материала.

Таблица определения марки теплого бетона для использования в разных целях

В зависимости от цели, используют раствор по-разному:

  • Для стяжки пола или устройства и утепления перекрытий – в жидком виде;
  • Для возведения стен из раствора делают блоки, заливая его в формы. Они могут быть любого размера;
  • Из полистиролбетона можно построить и монолитный дом, заливая раствор в опалубку с установленной в ней арматурой.

В отличие от цементно-песчаных смесей, бетон с легким наполнителем оказывает меньшую нагрузку на фундаменты и другие конструктивные элементы зданий. А при устройстве стяжек и перекрытий не требует применения парогидроизоляционных материалов, без которых не обойтись при утеплении пола минеральной ватой.

Все это удешевляет строительство, а дома получаются теплыми и прочными.

Калькулятор объема бетона

Заключение

Если вы не совсем представляли себе, что такое пенополистиролбетон – состав материала, его свойства и применение, то теперь, надеемся, этот вопрос для вас отчасти прояснился. Как видите, изготовить его можно прямо на своей стройплощадке из доступных компонентов. Но и это не обязательно, так как готовые блоки можно купить практически в любом специализированном магазине или у производителя.

Если же вы все же решите сделать все сами, видео в этой статье вам поможет.

Полипропиленовые волокна для бетона, производство полипропиленовых волокон

Введение

В 1998 году исполняется 15 лет с того момента, как полипропиленовые волокна (ППВ) для бетона стали широко использоваться во всем мире. В 1963 году в научно-исследовательскую инженерную лабораторию армии США поступило сообщение о том, что полипропилен является одним из целого ряда волоконных материалов, которые значительно повышают сопротивление удару и устойчивость бетона к раскалыванию. По этой причине в коммерческих целях ППВ впервые было использовано в защитных оболочках свай.

Однако,полностью его потенциал реализовался в 80-е годы, главным образом в бетонных плитах покрытий. Сегодня в США 10% всего товарного бетона содержит ППВ, а в Великобритании уложены миллионы кубометров такого бетона. В настоящее время волокна используются в конструкционном бетоне для морских укреплений, мостов и водохранилищ, а также в сборном бетоне и торкрет-бетоне. Новые разработки включают антибактериальный бетон, тонкий бетон для покрытия асфальтированных дорог, бетон с обнаженным заполнителем – с шуршащей поверхностью, бетон, менее подверженный взрывному откалыванию при воздействии огня.

Что такое полипропиленовые волокна для бетона?

Полипропиленовые волокна – это олефиновые волокна, изготовленные из полимеров или сополимеров пропилена. Расплавленный полипропилен подвергается штамповке с вытяжкой, образуя ровные листы или волокна. Затем из него можно получить два типа ППВ. Ровные листы расщепляются на мелкие волокнистые элементы, из которых состоит основная структура, и разрезаются на части различной длины. Эти фибриллированные волокна в поперечном сечении имеют форму, близкую к прямоугольной. Волокна с круглым поперечным сечением также разрезаются на части различной длины для получения моно- и мультифиламентных волокон.

ППВ – чистое, безопасное, простое в использовании, химически нейтральное и совместимое со всеми вяжущими веществами и добавками волокно.

Как использовать полипропиленовые волокна?

Количество, тип и длина используемых волокон зависит от требований проекта. Обычная дозировка составляет 0,1% по объему или 0,6 – 0,9 кг/м3 бетона. Для удобства в применении ППВ поставляется в растворимых мешках по 0,6 – 0,9 кг. На каждый кубометр бетона добавляется один мешок – или в смесительную установку на бетонном заводе или прямо в автобетономешалку. Достаточно всего 5 минут смешивания в автобетономешалке для равномерного рассеивания без образования комков и скоплений.

Более высокая дозировка, особенно фибриллированных волокон, используется в сборном бетоне, торкрет-бетоне и других видах бетона, где важна прочность и устойчивость к раскалыванию.

Как действуют полипропиленовые волокна и какие они дают преимущества?

При дозировке 0,1-1% ППВ не обеспечивает первичного армирования. Теория показывает, что количество волокна, которое выдерживает нагрузку после растрескивания – критический объем волокна – для ППВ составляет примерно 2% по объему. Такое количество трудно ввести в бетонную смесь и оно неприемлемо с коммерческой точки зрения. Однако, дозировка 0,1-1% ППВ по объему действительно дает определенные преимущества бетону как в пластичном, так и в затвердшем состоянии. Волокна оказывают эффект немедленно, повышая сцепление бетонной смеси, препятствуя оседанию крупных, тяжелых частиц при уплотнении и облегчая подачу бетонной смеси насосом.

ППВ повышает способность бетона к деформации без разрушения в критический период схватывания, что мешает образованию микротрещин внутри застывшего бетона, а также сдерживает расширение видимых поверхностных трещин, возникших при пластической усадке. ППВ препятствует перемещению и последующему испарению воды, повышая гидратацию цемента на поверхности, но не заменяет надлежащих процедур выдерживания бетона.

16 лет независимого тестирования по всему миру, теперь подкрепленного сертификатом ВВА, показали, что ППВ в количестве 0,1% по объему обеспечивает устойчивость к выступанию воды, оседанию, растрескиванию при пластической усадке, истиранию, циклам замораживание/оттаивание, сопротивление удару, а также огнестойкость, остаточную прочность, антимикробную защиту и пониженную проницаемость.

В каких областях применяются полипропиленовые волокна?

Вышеописанные преимущества означают, что ППВ можно использовать во всех областях применения бетона. Выгода ППВ видна при анализе затрат даже на такие сооружения как мосты, водохранилища и стенки набережных. Но с наибольшим успехом этот материал использовался в бетонных плитах покрытий, особенно там, где он служил заменой вторичной стальной проволочной арматуры. Расчеты для бетонных плит покрытия с ППВ ничем не отличаются от обычных, изложенных в техническом отчете N 34 Общества Бетона. ППВ не увеличивает допустимую нагрузку бетонной плиты заданной прочности и толщины.

Простота в применении, устранение стальной арматурной проволочной сетки и беспрепятственный доступ для выгрузки бетонной смеси делают укладку бетона с ППВ более быстрой и экономичной. Учитывая уже описанные преимущества поверхности такого бетона, нетрудно понять, почему он с таким успехом используется в плитах покрытий.

Преимущества торкрет-бетона с ППВ заключаются в лучшем сцеплении бетонной смеси, что cнижает отскок и ускоряет укладку. При высокой дозировке более длинных фибриллированых волокон его прочность может сравниться с бетоном, содержащим 25-30 кг стальной арматуры. Преимущества сборного бетона с ППВ заключаются в уменьшении опасности случайного повреждения при распалубке и последующей транспортировке, пониженной проницаемости и, следовательно, меньшей подверженности коррозии. Преимущества бетона с ППВ при использовании скользящих опалубок заключаются в лучшем сцеплении бетонной смеси, что способствует повышению темпов строительства и снижению объемов ремонтных работ.

Новые достижения в области бетона с полипропиленовыми волокнами

Текущие испытания показывают обнадеживающие результаты – при использовании ППВ в количестве 1% по объему повышается прочность бетона на срез, что может дать альтернативный метод проектирования соединений плит с колоннами. Волокна с антимикробными добавками борются с бактериями на протяжении всего срока службы бетонных конструкций. Использование ППВ в бетоне с обнаженным заполнителем усиливает внутреннюю опору и удерживает крупный заполнитель близко к поверхности.

В ультра-тонкие белые покрытия, которые более 20 лет используются в США в качестве верхнего слоя асфальтированных дорог, последние 6 лет добавляется ППВ для повышения прочности 50-75 мм бетонного покрытия, укладываемого поверх асфальта.

Бетон с высокими рабочими характеристиками, обладающий прочностью 60-100 МПа и более, приобретает все большую популярность во всей Европе. Однако, как показал пожар в туннеле под Ла-Маншем, такой бетон подвержен взрывному откалыванию при температуре выше 200 гр.С. ППВ обеспечивает безопасный выход перегретого пара через капилляры на поверхность, когда плавится полипропилен при температуре 160-170 гр.С, и в настоящее время ППВ вводится в спецификации бетона для туннелей и других областей применения, где взрывное откалывание может угрожать жизни.

Исследование и совершенствование этой и других указанных характеристик подтверждает, что ППВ продолжает оставаться неотъемлемой частью бетонного строительства.

Можно ли заливать полипропиленовые трубы бетоном

Отопительные системы, устанавливаемые в частных домах и квартирах, с каждым годом совершенствуются, в результате чего современные изделия не только удобные, но и экономичные. Чтобы помещение стало ещё более комфортным, сейчас популярно обустройство системы «тёплый пол».

Трубы прокладываются в бетонной стяжке, которая нагревается из-за циркулирующей горячей воды. Тепло постепенно поднимается вверх, из-за чего сперва нагревается пол, а уже после – все помещение. Описываемая отопительная система считается более экономичной. Но остаётся вопрос, можно ли заливать полипропиленовые трубы в стяжку и как это делать правильно.

Трубы из полипропилена в системе тёплый пол

Трубы из полипропилена известны многим, по большей части из-за того, что они популярны для организации водопроводных систем. Однако, если в жилье планируется система «тёплый пол», использование этих изделий все ещё рождает споры. Главное достоинство материала – доступная стоимость, недостаток – низкий уровень теплопроводности, если сравнивать с металлопластиковыми изделиями.

Важно! Некоторые мастера переживают, что полипропиленовые трубы заливать бетоном опасно, из-за чего повреждается как стяжка, так и сами изделия. Однако следует помнить, что рабочая температура тёплого пола: +45 градусов Цельсия, так что вероятность минимальна.

Некоторые энтузиасты пытались объединить тёплый пол с центральным водоснабжением. Однако, нынешние законы запрещают это делать. Кроме того, не будет возможности для регулирования температуры теплоносителя – здесь кроются основные сложности. Проект, как правило, реализуется на базе автономного котла.

Монтируя систему, важно учитывать, что трубы отопления из полипропилена имеют низкий показатель теплопроводности, поэтому придётся увеличить частоту витков – укладка должна быть не реже 10 см друг от друга. Залить трубы стяжкой допускается, но важно, чтобы последней был не слишком большой слой. Если это возможно, используемое напольное покрытие должно иметь высокий показатель теплопроводности. Оптимальный вариант – керамогранит.

 

Прежде чем будет произведена укладка, перекрытие обкладывается слоем гидро-, а после и теплоизоляции. В любом случае, полипропиленовая продукция допускается для использования в водо- и теплоснабжении. Конечно, изделия имеют и ограничения, но, чтобы предотвратить возможные сложности, с ними следует тщательно ознакомиться. Каждый домашний мастер с уверенностью отметит для себя доступную стоимость полипропиленовых изделий и их высокие эксплуатационные характеристики.

Нюансы монтажа

Если канализационную трубу устанавливать в пол, то систему не обязательно закреплять. Это требуется только в сложных местах, где велика вероятность, что трубопровод прогнётся и к нему нужен будет доступ для дальнейших работ. Важно помнить, что у полипропиленовых труб большой коэффициент температурного расширения. Таким образом, монтируя подобную систему, берутся в учёт следующие рекомендации:

  • Если устанавливаемый трубопровод общей длиной будет превышать 10 метров, то на участке монтируется компенсационная муфта. Заливка муфты стяжкой не допускается. Альтернативным вариантом здесь служит песочная подушка.
  • На трубопроводе устанавливаются всевозможные узлы, то есть колена, тройники и прочие фитинги. Их помещают в утеплительный короб или гофротрубу. Если в системе будет слишком много напряжения, это приведёт к протечке или разрушению как изделий, так и самой стяжки. В худшем случае, неправильный монтаж испортит облицовку пола.
  • Если хочется провести отопительные трубы из полипропилена в полу, то лучше использовать поперечносшитый вид изделий. Такой материал характеризуется прочностью, надёжностью и стойкостью к высоким температурам. Но, важно знать, что в цементных полах эти изделия будут плохо держать свою форму, поэтому их фиксируют крепёжными деталями, которые могут понадобится в больших количествах.
  • В случае, если полипропиленовая магистраль имеет диаметр 15 мм, ветки будут отдалены между собой на 120 см, а это не лучший вариант, если хочется эффективно прогревать помещение. Монтажом тёплого пола с использованием таких изделий можно заниматься лишь в том случае, если в жилье температура не менее +15 градусов Цельсия.

Вывод

Современные продукты из полипропилена пользуются большой популярностью, в первую очередь своей доступной стоимостью. Но у неё есть определённые ограничения, которые нужно учитывать, прежде чем приступать к тем или иным монтажным работам. Так, трубы из ПП можно заливать в стяжку, но важно знать все условия монтажа. Только в этом случае система будет функционировать бесперебойно и правильно, не создавая хлопот.

Бетон, армированный полипропиленовым волокном: обзор

Способность прочной конструкции противостоять атмосферным воздействиям, химическому воздействию, истиранию и другим процессам деградации в течение всего срока службы при минимальном техническом обслуживании не менее важна, чем способность конструкции выдерживать прилагаемые к ней нагрузки. Хотя бетон предлагает множество преимуществ в отношении механических характеристик и экономических аспектов конструкции, хрупкое поведение материала остается большим препятствием для сейсмических и других применений, где по существу требуется гибкое поведение.Однако в последнее время разработка бетона, армированного полипропиленовым волокном (PFRC), обеспечила техническую основу для устранения этих недостатков. В этой статье представлен обзор влияния полипропиленовых (ПП) волокон на различные свойства бетона в свежем и затвердевшем состоянии, такие как прочность на сжатие, прочность на растяжение, прочность на изгиб, удобоукладываемость, прочность сцепления, свойства разрушения, деформация ползучести, удар и проникновение хлоридов. . Также обсуждалась роль волокон в предотвращении трещин.

С. К. Сингх , научный сотрудник, структурное проектирование, Центральный научно-исследовательский институт строительства, Рурки, и почетный секретарь Института инженеров, Рурки

Введение

Керамика была первым инженерным материалом, известным человечеству, и до сих пор остается наиболее часто используемым материалом с точки зрения веса [1, 2]. Гидравлические цементы и композиты на основе цемента, включая бетоны, являются основными материалами на керамической основе. Бетон предлагает множество преимуществ в применении благодаря своим улучшенным механическим характеристикам, низкой проницаемости и более высокой стойкости к химическим и механическим воздействиям.Хотя поведение бетона в значительной степени определяется его прочностью на сжатие, прочность на растяжение важна с точки зрения внешнего вида и долговечности бетона. Прочность бетона на растяжение относительно намного ниже. Поэтому волокна обычно вводят для повышения его прочности на растяжение при изгибе, системы защиты от трещин и пластичности после растрескивания основной матрицы.

Модификация бетона с использованием полимерных материалов изучается в течение последних четырех десятилетий [3]. В целом, армирование хрупких строительных материалов волокнами было известно с древних времен, например, когда в грязь засыпали солому для стен жилищ или укрепляли строительный раствор с использованием шерсти животных и т. Д.Многие материалы, такие как джут, бамбук, кокос, рисовая шелуха, тростниковый жмых и опилки, а также синтетические материалы, такие как поливиниловый спирт, полипропилен (ПП), полиэтилен, полиамиды и т. Д., Также использовались для армирования бетона [4,5, 6,7,8]. Исследования и разработки нового фибробетона продолжаются и сегодня.

Полипропиленовые волокна были впервые предложены в качестве добавки к бетону в 1965 году для строительства взрывостойких зданий для инженерного корпуса США.Впоследствии волокно было усовершенствовано, и в настоящее время оно используется либо в качестве короткого прерывистого фибриллированного материала для производства армированного волокном бетона, либо в виде непрерывного мата для производства тонких листовых компонентов. С тех пор использование этих волокон в строительстве конструкций значительно расширилось, поскольку добавление волокон в бетон улучшает ударную вязкость, прочность на изгиб, прочность на растяжение и ударную вязкость, а также режим разрушения бетона. Полипропиленовый шпагат дешев, доступен в большом количестве и, как и все искусственные волокна, неизменно высокого качества.

Свойства полипропиленовых волокон

Сырье для полипропилена получают из мономерного C3H6, который является чисто углеводородным. Его способ полимеризации, его высокая молекулярная масса и способ переработки в волокна в совокупности придают полипропиленовым волокнам очень полезные свойства, как описано ниже [9]:

  • В молекуле полимера существует стерически правильное расположение атомов и высокая степень кристалличности. Из-за регулярной структуры он известен как изотактический полипропилен.
  • Химическая инертность делает волокна устойчивыми к большинству химикатов. Любой химикат, который не повлияет на составные части бетона, также не повлияет на волокно. При контакте с более агрессивными химическими веществами бетон всегда сначала разрушается.
  • Гидрофобная поверхность, не смачиваемая цементным тестом, помогает предотвратить комкование измельченных волокон во время смешивания, как и другие волокна.
  • Потребность в воде для полипропиленовых волокон равна нулю.
  • Ориентация оставляет пленку слабой в латеральном направлении, что способствует фибрилляции. Таким образом, цементная матрица может проникать в сетчатую структуру между отдельными фибриллами и создавать механическую связь между матрицей и волокном.
Рисунок 1: моноволокно Рисунок 2: Фибриллированное волокно
Волокна производятся методом вытягивания проволоки с круглым поперечным сечением или путем экструзии пластиковой пленки с прямоугольным поперечным сечением.Они выглядят либо как фибриллированные пучки, либо мононити, либо микрофиламенты, как показано на рис. 1 и 2. Свойства этих трех типов полипропиленовых волокон приведены в таблице 1 [10]. Фибриллированные полипропиленовые волокна образуются путем расширения пластиковой пленки, которая разделяется на полосы, а затем разрезается. Пучки волокон нарезаются на отрезки определенной длины и фибриллируются. В моноволокнах добавление пуговиц на концах волокна увеличивает растягивающую нагрузку. Кроме того, максимальная передача нагрузки и напряжения также может быть достигнута путем скручивания волокон [11].

Роль волокон

Трещины играют важную роль, поскольку они превращают бетонные конструкции в проницаемые элементы и, следовательно, с высоким риском коррозии. Трещины не только снижают качество бетона и делают его эстетически неприемлемым, но и выводят конструкции из строя. Если эти трещины не превышают определенной ширины, они не вредят ни конструкции, ни ее работоспособности. Поэтому важно уменьшить ширину трещины, и этого можно добиться, добавив в бетон полипропиленовые волокна [13].Преодоление трещин путем добавления полипропиленовых волокон показано на рис. 3.

Таким образом, добавление волокон в цементно-бетонную матрицу перекрывает эти трещины и предотвращает их дальнейшее раскрытие. Чтобы добиться большего отклонения луча, требуются дополнительные силы и энергия для выдергивания или разрушения волокон. Этот процесс, помимо сохранения целостности бетона, улучшает несущую способность конструктивного элемента за пределами растрескивания. Это усовершенствование создает длинный участок спада после пика на кривой прогиба нагрузки, как показано на рис. 4 [12].Армирование стальных стержней в бетоне имеет такой же положительный эффект, потому что они действуют как длинные непрерывные волокна. Однако преимущество коротких прерывистых волокон состоит в том, что они равномерно перемешиваются и распределяются по бетону.

Основными причинами образования трещин являются пластическая усадка, оседание пластика, повреждение от замерзания, повреждение от огня и т. Д.

Пластическая усадка: Это происходит, когда поверхностная вода испаряется до того, как отводимая вода достигает поверхности. Полипропиленовые волокна уменьшают площадь трещин пластической усадки благодаря своей гибкости и способности принимать форму.Было обнаружено, что добавление 0,1% волокон эффективно снижает степень растрескивания в 5-10 раз. Степень уменьшения трещин пропорциональна содержанию фибры в бетоне.

Таблица 1: Свойства различных типов полипропиленовых волокон
Тип волокна Длина (мм) Диаметр (мм) Прочность на разрыв (МПа) Модуль упругости (ГПа) Удельная поверхность (м2 / кг) Плотность (кг / см3)
мононить 30-50 0.30-0,35 547-658 3,50–7,50 91 0,9
микрофиламент 12-20 0,05-0,20 330-414 3,70-5,50 225 0,91
Фибриллированный 19-40 0,20–0,30 500-750 5.00-10.00 58 0,95

Рис. 3: Перекрытие трещины с помощью полипропиленовых волокон Рис. 4: Типичная реакция удлинения на нагрузку при растяжении FRC.

Осадка пластика: Высокая скорость истечения и осадки в сочетании с ограничением осадки (например, арматурными стержнями) приводит к растрескиванию при оседании.В случае PFRC волокна распределены равномерно. Волокна гибкие, поэтому они незначительно сдерживают оседание агрегатов.

Повреждение при замораживании и оттаивании: Небольшая добавка полипропиленовых волокон в бетон уменьшает поток воды через бетонную матрицу, предотвращая передачу воды через нормальные режимы проникновения, например капилляры, пористая структура и т. д. Последствия этих качеств в бетоне с добавками полипропиленового волокна заключаются в том, что гидратация цемента будет улучшена, разделение заполнителя будет уменьшено и поток воды через бетон, который вызовет ухудшение из-за действия замораживания / оттаивания и коррозии арматуры будут уменьшены, создавая среду, в которой может иметь место повышенная долговечность.

Отслаивание однородной структуры бетона из-за недостаточного количества капиллярных пор Развитые каналы взрыва из-за плавления полипропиленовых волокон
Рис. 5: Истечение давления пара через расплавленные волокна полипропилена в случае пожара

Повреждение от огня: Тепло проникает в бетон, что приводит к десорбции влаги в наружном слое.Пары влаги возвращаются в холодное внутреннее пространство и снова впитываются в пустоты. Вода и пар скапливаются внутри, что приводит к быстрому увеличению давления пара, вызывая трещины и сколы в бетоне. В случае PFRC волокна плавятся при 160 ° C, создавая пустоты в бетоне. Давление пара сбрасывается во вновь образованных пустотах, и взрывное растрескивание значительно снижается, как показано на рис. 5 [14].

Свойства бетона, армированного полипропиленом

Перед смешиванием бетона, длина, количество волокна и переменные конструкции смеси регулируются, чтобы предотвратить образование комков волокон.Хорошие смеси FRC обычно содержат большой объем раствора по сравнению с обычными бетонными смесями. Соотношение сторон волокон обычно ограничено между 100 и 200, поскольку слишком длинные волокна имеют тенденцию «комковаться» в смеси и создавать проблемы обрабатываемости. Как правило, волокна распределены в бетоне беспорядочно; однако укладку бетона следует производить таким образом, чтобы волокна выровнялись в направлении приложенного напряжения, что приведет к еще большей прочности на растяжение и изгиб.Уплотнение должно быть достаточным, чтобы свежий бетон текучести удовлетворительно, а волокна ПП равномерно диспергировались в смеси. Волокна не должны всплывать на поверхность или опускаться на дно в свежем бетоне. Химические добавки добавляют в фибробетонные смеси в первую очередь для повышения удобоукладываемости смеси. Воздухововлекающие агенты и водовосстанавливающие добавки обычно добавляются в смеси с содержанием мелких заполнителей 50% или более. Суперпластификаторы при добавлении в бетон, армированный фиброй, могут снизить соотношение вода: цемент и улучшить прочность, объемную стабильность и характеристики обработки влажной смеси.Свойства PFRC с различным объемным% волокна показаны в таблице 2.
Таблица 2 Механические свойства бетона, армированного полипропиленовым волокном
Бетонная смесь Волокна Vf % fcu (МПа) футов (МПа) fs (МПа) Осадка (мм) Арт.
с Цемент (кг / м3) CA (кг / м3) FA (кг / м3) Примесь Форма образца Тип л / сут
1. 0,49 390 (OPC) 1000 (10 мм) 640 Суперпластификатор (Fosroc 430) Цилиндр, кубики и призма Фибриллированный
(длина 20 мм, диаметр 0,29 мм)
69 0 0,10 0,30 17,2 14,1
12,6
1,08 1,72 1,34 4,5
2,5
3,0
100–120 [15]
2. 0,45 360 (OPC) 1100 (20 мм) 647 Призма Микроволокно
(длина 19 мм и диаметр 0,048 мм)
396 0 0,045 0,082 0,128 – –

2,24 2,33
2,40
2,43
4,01 3,76 4,01 4,22 – –

[10]
3. 0,45 360 (OPC) 1100 (20 мм) 647 Призма Мононить
(длина 30 мм и диаметр 0,55 мм)
55 1,0 1,2 1,4 – –
2,50
2,68
2,70
5,36 5,47 5,51

[10]
4. 0,48 418 (OPC) 724 (25 мм) 998 Цилиндр Мононить 56 0 1,0 1,5 35,03
35,42
30,74
2,23 3,21 3,21 – – – 102
38
7
[16]
5. 0,40 372 OPC + 28 SF 1140
(20 мм)
750 Суперпластификатор Призма Мононить 200 0 0,5 56,10
56,10
4,10 4,40 5,21
5,61
100
80
[29]
6. 0,50 383
(КПП)
1162
(20 мм)
572 Цилиндр, кубики и призма Градуированная фибриллированная (12 мм ~ 24 мм) NR 0 0,1 0,2 0,3 35,23
39,50
41,00
48,00
3,54 4,42 4,88 4,95 5,23
5,47
5,65
6,35
– –

[25]
7. 0,44 430
(КПП)
1154
(20 мм)
540 Цилиндр, кубики и призма Градуированная фибриллированная
12 мм ~ 24 мм)
NR 0 0,1 0,2 0,3 41,22
49,78
50,22
52,00
3,72 4,53 4,67 4,75 5,35
5,99
6,12
6.29
– –

[25]
8. 0,39 498
(КПП)
1136
(20 мм)
503 NIL Цилиндр, кубики и призма Градуированная фибриллированная
12 мм ~ 24 мм)
NR 0 0,1 0,2 0,3 46,15
50,67
55.33
57,11
3,89 4,88 5,09 5,52 5,56
5,70
6. 40
6,84
– –

[25]
9. 0,30 567
(OPC)
630 1050 Суперпластификатор
(Paric FP300U)
Цилиндр Фибриллированный
(длина 6 мм и 0.Диаметр 06 мм)
100 0 0,25 0,50 81,60
60,80 60,00
4,40
4,10
4,30
– –
400-600 [23]
10. 0,30 567
(OPC)
630 1050 Суперпластификатор
(Paric FP300U)
Цилиндр Фибриллированный (длина 30 мм и 0.06 мм диам.) 500 0,25 0,50 71,90
59,40
5,40
4,70
– – 400-600 [23]
11. 0,36 314OPC + 56 Летучая зола 1268 (20 мм) 713 Суперпластификатор Цилиндр, кубики и призма
Мононить
Тип сетки

700
150
0 0.10 0,10 38,20
37,60
37,20


4,80
5,10
5,40
73 55
45
[30]
12. 0,40 415 1120
(20 мм)
740 Кубики и цилиндр Фибриллированный 126 0
0.1
0,2
0,3
38,0
34,5
42,0
41,4
4,00
4,40
5,00
5,15
– –

20
20
15
10
[28]
Где: V f – объемная доля волокна; ф у.е. – прочность на сжатие; f t – предел прочности на разрыв и f s – прочность на изгиб, SF – дымок кремнезема

Полипропиленовые волокна используются двумя различными способами для усиления вяжущих матриц.Одно из применений – это компоненты из тонких листов, в которых полипропилен обеспечивает основное армирование. Его объемное содержание относительно высокое, превышающее 5%, для обеспечения как упрочнения, так и ударной вязкости. В другом применении объемное содержание полипропилена невелико, менее 0,3% по объему, и он предназначен в основном в качестве вторичного армирования для контроля трещин, но не для несущих структурную нагрузку приложений [11]. Характеристики и влияние полипропиленовых волокон на свежий и затвердевший бетон различны, поэтому эти две темы рассматриваются отдельно.

Воздействие на свежий бетон
Основным параметром, который часто используется для определения удобоукладываемости свежего бетона, является испытание на осадку. Величина осадки зависит в основном от водопоглощения и пористости заполнителей, содержания воды в смеси, количества заполнителя и мелкодисперсного материала в смеси, формы заполнителей и характеристик поверхности составляющих смеси. Значения осадки значительно уменьшаются при добавлении полипропиленовых волокон, как показано в таблице 3.Бетонная смесь становится достаточно липкой, что приводит к увеличению адгезии и когезии свежего бетона. Во время перемешивания движение агрегатов разрывает фибриллированные волокна, так что они раскрываются в сеть связанных волоконных нитей и отдельных волокон. Эти волокна механически прикрепляются к цементному тесту из-за их большой удельной поверхности. Бетонная смесь с полипропиленовыми волокнами приводит к меньшей скорости просачивания и расслоения по сравнению с обычным бетоном.Это связано с тем, что волокна скрепляют бетон и, таким образом, замедляют оседание заполнителей. Благодаря своей высокой прочности на растяжение и отрыв, волокна из полипропилена даже уменьшают раннее растрескивание при пластической усадке, увеличивая прочность на разрыв свежего бетона, чтобы противостоять растягивающим напряжениям, вызванным типичными изменениями объема. Волокна также распределяют эти растягивающие напряжения более равномерно по бетону. По мере уменьшения растрескивания при пластической усадке количество трещин в бетоне под нагрузкой уменьшается за счет уменьшения трещин от существующих усадочных трещин.Если усадочные трещины все еще образуются, волокна перекрывают эти трещины, одновременно уменьшая их длину и ширину. Более того, по мере того, как скорость просачивания уменьшается, использование полипропиленовых волокон может ускорить время до начального и конечного схватывания бетона, поскольку это привело к более медленной скорости высыхания бетона [14].

Таблица 3: Влияние полипропиленовых волокон на осадку бетона [18]
(мм)
Начальная осадка
(мм)
Окончательная осадка
(мм)
Длина волокна
(мм)
90
130
170
127
1245
114
76
70
120
48
53
64
51
51
30
51
51
19

Воздействие на затвердевший бетон
Добавление полипропиленовых волокон в бетон не оказало существенного влияния на прочность на сжатие и модуль упругости, но они увеличили предел прочности на разрыв.Предел прочности на разрыв при раскалывании PFRC составляет приблизительно от 9% до 13% от его прочности на сжатие. Добавление полипропиленовых волокон в бетон увеличивает прочность на разрыв при расщеплении примерно на 20-50% [16].

Прочность на сжатие: Прочность бетона на сжатие является жизненно важным параметром, поскольку от него зависят другие параметры, такие как растяжение, изгиб и т. Д. Влияние полипропиленового волокна на прочность на сжатие бетона обсуждалось во многих литературных источниках, и было замечено, что полипропиленовое волокно либо снижает или увеличивает прочность бетона на сжатие, но во многих случаях общий эффект незначителен.Фактически, влияние небольшого объема полипропиленовой фибры на прочность бетона на сжатие может быть скрыто экспериментальной ошибкой.

Предел прочности при изгибе: Предел прочности при изгибе увеличивается с увеличением объемной доли волокна. Также наблюдается увеличение прочности с увеличением аспектного отношения волокна.

Рисунок 6: Форма разрушения простого бетона Рисунок 7: Форма разрушения бетона PFR
Прочность связи: Необходимо, чтобы между волокном и матрицей было хорошее соединение.Если достигнут критический объем волокна для упрочнения, можно добиться множественного растрескивания. Это желательная ситуация, поскольку при этом в основном хрупкий материал с единственной поверхностью излома превращается в псевдопластичный материал, который может поглощать кратковременные небольшие перегрузки и удары с небольшими видимыми повреждениями. Таким образом, цель состоит в том, чтобы создать большое количество множественных трещин на как можно меньшем расстоянии, чтобы ширина трещин была очень маленькой, почти невидимой невооруженным глазом, чтобы снизить скорость проникновения агрессивных материалов в матрицу.Высокая прочность связи помогает обеспечить близкое расстояние между трещинами, но также важно, чтобы волокна обладали достаточной пластичностью для поглощения ударов. Но с точки зрения физико-химической адгезии нет никакой связи между волокном и цементным гелем. Использование рубленых и скрученных фибриллированных полипропиленовых волокон с их открытой структурой частично устраняет недостаток межфазной адгезии за счет использования клинового действия на слегка открытых концах волокон, а также за счет механического связывания посредством фибрилляции.Общие нагрузки на выдергивание скрученных фибриллированных волокон [20, 21] могут составлять от 300 до 500 Н для обычно используемых скоб, но точный расчет прочности соединения затруднен из-за отсутствия информации о площади поверхности волокна, контактирующего с пастой. Замечено, что в поврежденных изделиях и в сломанных образцах обычно происходит разрыв волокна, а не его вырывание [9].

Свойства разрушения: Поведение высокопрочных бетонов при разрушении эффективно улучшается за счет использования волокон.Типичного разрыва соединения при сдвиге из-за локализации деформации можно было избежать (рис. 6). Вместо этого большое количество продольных трещин, которые преимущественно были ориентированы в направлении, параллельном или субпараллельному внешним сжимающим напряжениям, образовалось на всех образцах бетона, как показано на рис.

Свойства ползучести и усадки бетона: волокна уменьшают деформацию ползучести, которая определяется как зависящая от времени деформация бетона при постоянном напряжении. Однако значения ползучести при сжатии могут составлять всего от 10 до 20% от значений для обычного бетона.Усадка бетона, вызванная отводом воды из бетона во время высыхания, также уменьшается за счет волокон. Усадка, ползучесть и общая деформация, зависящая от времени, различных смесей PFRC вместе с неволокнистой бетонной смесью представлены на рис. 8 [15]. Снижение усадки из-за наличия волокон ожидается с нескольких точек зрения. Во-первых, волокна не подвергаются усадке, что снижает общую усадку смеси. Кроме того, волокна играют роль в удержании воды в бетонной смеси до определенного предела, что помогает замедлить усадку.Поэтому добавление волокон в бетонные смеси всегда помогает уменьшить деформацию усадки.

Рисунок 8: Зависимая от времени деформация полипропиленовых волокон Рисунок 10: Влияние полипропиленовых волокон на ударопрочность бетона

Ударные свойства при изгибе: Количество ударов, необходимых для развития первой видимой трещины на нижней поверхности балки, определяется как число ударов начальной трещины (N cr ).Число разрушения N f определяется как число, при котором одна основная макротрещина развивается снизу вверх в балке. Индекс ударной пластичности определяется как отношение числа ударов разрушения к числу ударов начальной трещины, которое можно использовать для представления пластичности при ударе при изгибе.

J = N f / N cr

где J – индекс ударной вязкости, который для простого бетона равен 1. Результаты испытаний на удар при изгибе показаны исследователем в таблице 6 [10]. Ударопрочность бетонов с различной объемной долей фибриллированных полипропиленовых волокон показана на рисунке 10.Результаты показывают, что значительное улучшение ударопрочности бетона может быть достигнуто с относительно низкой объемной долей полипропиленовых волокон.

Таблица 6: Ударные свойства фибробетона
Тип смеси Vf % Среднее число удара Средний отказ
Число удара
Индекс ударной пластичности
Контроль 0 25.8 26,8 1,04
Микроволокно 0,05
0,095
0,14
34,7
28,6
38,1
46,5
30,4
40,1
1,34
1,06
1,05
Мононить 1
1,2
1,4
68,9
70,7
62,8
224,2
712,7
831
3.26
10,08
13,23

Проникновение хлоридов: Помимо улучшенных механических свойств за счет включения волокон, проникновение хлоридов также существенно снижается за счет присутствия волокон в зависимости от их ориентации. Антони [17] изучил эффект проникновения хлоридов и обнаружил, что этот эффект незначителен для более коротких волокон из-за случайной ориентации коротких волокон по сравнению с длинными волокнами. Кроме того, перемещение хлоридов в бетон значительно снижается за счет присутствия волокна в качестве межфазной переходной зоны в направлении, перпендикулярном проникновению хлоридов, тогда как волокно обеспечивает более легкий путь для хлорида, чтобы мигрировать в направлении вдоль волокна.

Препятствия при использовании PFRC

Хотя полипропиленовые волокна находят широкое применение во многих областях, все еще существует потребность в улучшении некоторых свойств. Сильный пожар оставит бетон с дополнительной пористостью, равной объему волокон, включенных в бетон, обычно в пределах от 0,3 до 1,5% по объему. Что касается моноволокон, плохая связь между волокном и матрицей приводит к низкой прочности на разрыв. Волокна PP также подвергаются воздействию солнечного света и кислорода, однако окружающий бетон в PFRC так хорошо защищает волокна, что этот недостаток не является существенным.Кроме того, иногда волокна действуют как инициатор микротрещин из-за их низкого модуля упругости по сравнению с цементной матрицей. Таким образом, механическое сцепление с цементной матрицей также невелико. Волокна вызывают увеличение объема пор бетона за счет создания большего количества микродефектов в цементной матрице.

Заключение

Инновации в инженерном проектировании и строительстве, которые часто требуют новых строительных материалов, сделали применение бетона армированным полипропиленовым волокном.В последние несколько лет растет число конструкций из бетона, содержащего полипропиленовые волокна, таких как фундаментные сваи, предварительно напряженные сваи, опоры, шоссе, промышленные полы, настилы мостов, облицовочные панели, плавучие конструкции для пешеходных дорожек, тяжелые покрытия для подводных трубы и т. д. Это также использовалось для контроля усадки и температурного растрескивания.

В последнее время для бетонных конструкций часто рекомендуется использовать полипропиленовые волокна в связи с улучшенными характеристиками и эффективным соотношением затрат и выгод.PFRC легко укладывать, уплотнять, отделывать, перекачивать, и он снижает эффект отскока при нанесении распыляемого бетона за счет повышения когезионной способности влажного бетона. Полностью синтетический, поэтому нет риска коррозии. PFRC показывает улучшенную ударопрочность по сравнению с хрупким бетоном, армированным традиционным способом. Использование PFRC обеспечивает более безопасную рабочую среду и улучшает сопротивление истиранию бетонных полов, контролируя утечку, когда бетон находится в пластичной стадии. Возможность увеличения прочности на разрыв и ударопрочности предлагает потенциальное снижение веса и толщины структурных компонентов, а также должно уменьшить повреждения, возникающие при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах.

Благодарность
Автор выражает искреннюю благодарность г-же Сонал Дханвиджай и г-же Веданти Ганвир из Национального технологического института Висвесварая, Нагпур, за их ценную помощь в подготовке этой статьи.

Список литературы

  • Саенс, А., Ривера, Э., Бростоу, В. и Кастано, В. М., «J. Mater» (ред.), Том 21, № 267 (1999).
  • Кастано, В. М. и Родригес, Дж. Р., «Характеристики пластмасс», глава 24, Бростоу, В., изд., Хансер, Мюнхен-Цинциннати (2000).
  • Додсон В., «Бетон и смеси» Ван Ностранд Рейнхольд: Серия «Структурная инженерия», Нью-Йорк (1989).
  • Шелдон Р. Р., Издательство прикладных наук “Композитные полимерные материалы”, Лондон (1982).
  • Рамасвами, Х.С., Ахуджа, Б.М. и Кришнамурти, С., “J. Mex. Inst. Cement Concrete” Vol. 22, № 161 (1984).
  • Джиндал, К. В., «J. Composite Materials», Том 20, № 265 (1986).
  • Beaudoin, J. J., “Справочник по бетону, армированному волокном”, Noyes Publications, Нью-Джерси (1990).
  • Colling, J., “J. Mex. Inst. Cement Concrete” Vol. 19, № 127 (1981).
  • Ханант, Д. Дж., «Фиброцементы и фибробетоны» Научная публикация Wiley-Inter, John Wiley and Sons, Ltd, стр. 81-98.
  • Дэн, З., и Ли, Дж., “Поведение при растяжении и ударе нового типа бетона, армированного волокном”. Компьютеры и бетон, Vol. 4, No. 1 (2007), с. 19-32.
  • Бентур, А. и Миндесс, С., «Армированные волокном цементные композиты», Elsevier Science Publishers Ltd.Ch 10, pp 310-330.
  • «Бетон с высокими эксплуатационными характеристиками» Отчет о состоянии дел (1989–1994).
  • Брюс П., «Эффективное использование полипропиленовых волокон в бетоне», SCI Seminar 2004.
  • Аулия, Т. Б., «Влияние полипропиленовых волокон на свойства высокопрочных бетонов». LACER No. 7 (2002), стр. 43-59.
  • Вахиб, А. Л. К., «Механические свойства и зависящие от времени деформации бетона, армированного полипропиленовым волокном», J. King Saud Univ., Vol. 7, англ. (1) (1993), стр. 67-76.
  • Чой, Ю., Юань, Р.Л., «Экспериментальная взаимосвязь между прочностью на разрыв при расщеплении и прочностью на сжатие GFRC и PFRC», Исследование цемента и бетона, Vol. 35 (2005) стр. 1587-1591.
  • Антони, Хонгучи Т. и Саэки Н. “Влияние напряжения на проникновение хлоридов в бетон, армированный волокном”, JCI, Vol.25 (2003), pp.779-784.
  • Malisch, W. Р., «Полипропиленовые волокна в бетоне».
  • Суконтасуккул, П., “Оценка ударной вязкости стальных и полипропиленовых железобетонных балок при изгибе” Thammasat Int. J. Sc. Tech., Vol. 9, No. 3, (2004), pp.35-41.
  • Ричи, A.G.B. и Макинтош, Д.М., “Выбор и реологические характеристики полипропиленовых волокон”, Бетон, стр. 36-39 (1972).
  • Hughes, B.P. и Фаттухи, Н.И., «Бетон, армированный волокном, при прямом растяжении», Материалы, армированные волокном, статья 16, конференция в Институте инженеров-строителей, Лондон. 1977, стр 127-133.
  • Хади, М. Н. С., «Исследование поведения бетонных плит, армированных сталью и полипропиленовым волокном», 7-я Международная конференция. Бетон: устойчивый вариант строительства – использование волокон для бетонных конструкций, Данди, Шотландия, 8-10 июля 2008 г.
  • Суханди, С. Л., «Остаточная прочность и проницаемость гибридного армированного волокном высокопрочного бетона, подвергающегося воздействию высоких температур», часть диссертации на соискание ученой степени доктора философии.
  • Алидуст, О., Садринежад, И.и Ахмади, М. А., «Исследование композита на цементной основе, содержащего полипропиленовые волокна и тонко измельченное стекло, подвергающееся воздействию повышенных температур». Труды Мировой Академии наук, инженерии и технологий Vol. 23.
  • Суджи, Д., Натесан, С. С., Муругесан, Р., «Экспериментальное исследование поведения балок из полипропиленового фибробетона» Журнал НАУКИ Чжэцзянского университета, стр. 1862-1775.
  • Карнио, М. А., Гомес, А. Э. и Линц, Р. К. С., Технический отчет о средней остаточной прочности (ARS) «Бетон, армированный волокном», ASTM C 1399-7a.
  • Ван Ю., Виктор К. Ли., Бэкер С., «Свойства при растяжении строительного раствора, армированного синтетическим волокном», Цемент и бетонные композиты, издание 12 (1990), стр. 29-40.
  • Singh S.K. et.al. «Внутренний отчет по плитам настила без стального покрытия», SERC, Газиабад (2000)
  • Шив Кумар, А. и Сатханам, М. «Механические свойства высокопрочного бетона, армированного металлическими и неметаллическими волокнами», Цемент и бетонные композиты, Том 27 (2007), стр. 603-608.
  • Син, Л.B.; Xiang C.M .; Фарг К. и Лупинг Л. “Механические свойства бетона, армированного полипропиленовым волокном”, Журнал Технологического университета Вахана, Издание материаловедения, том 19, № 3 (2004), стр.68-71.

(PDF) Использование полипропиленовых волокон в бетоне для достижения максимальной прочности

38

Proc. восьмой Международной конференции по достижениям в области строительства и строительства – CSE 2018

Copyright © Институт инженеров-исследователей и врачей.Все права защищены.

ISBN: 978-1-63248-145-0 doi: 10.15224 / 978-1-63248-145-0-36

Пиковая нагрузка

, ударная вязкость, несущая способность после растрескивания

Пропускная способность

и уменьшенная ширина трещины (Ян , Мин и др.

2012). Среди различных волокон макрополимерные и полипропиленовые волокна

в качестве синтетических волокон были

, привлекающими все большее внимание исследователей из-за их более низкой стоимости и веса

, устойчивости к коррозии и кислотам

, отличной прочности и

повышенной усадки. стойкость к растрескиванию (Alhozaimy,

Soroushian et al.1996; Бантия и Гупта 2006).

Различные исследователи обсудили механизм взаимодействия волоконной матрицы

с использованием различных моделей, чтобы

вычислить связь между волокнами и цементной матрицей

. Связь волокна и цементной матрицы

играет важную роль в поведении композита. Волокна

могут мешать и вызывать проблемы при отделке.

Тирумурган на эл. (Тирумуруган и Сивакумар

2013) сообщили, что удобоукладываемость бетона снижается на

с увеличением количества полипропиленовых волокон, но ее можно преодолеть на

добавлением воды с большим количеством примесей.Чтобы улучшить удобоукладываемость бетона, добавляют еще

воды, но это может привести к снижению прочности на сжатие

. Уменьшение прочности может составлять

из-за дополнительной воды или из-за увеличения количества захваченных

(Balaguru and Shah 1992). Кумар и др.

провели экспериментальные исследования на бетоне из золы-уноса марок М15, М20

,

и М25, армированном 0%,

0,5% и 1% полипропиленовыми волокнами. Было замечено, что

прочность на сжатие также увеличилась с увеличением содержания волокна

до 1% для всех трех марок бетона

.Мурахари и Рама Мохан Рао

(Мурахари и Рао, 2013) протестировали образцы размером 500 x 100 x 100 мм

при трехточечной нагрузке в соответствии с

с ASTM C78. Наблюдения показали, что прочность на изгиб

увеличилась с содержанием до 0,3

процентов. Наблюдалось увеличение прочности образца на

за 28 дней по сравнению с 56 днями. Наличие

полипропиленовых волокон подавляет внутреннее растрескивание в бетоне

.Волокна в матрице увеличивают когезию и

, следовательно, наблюдается пластичный и постепенный разрушение

для глубоких балок, армированных волокном. Peng Zhang и

Li (Peng, Yang et al.2006) использовали 0,04%, 0,06%,

0,08%, 0,1% и 0,12% полипропиленовых волокон в бетоне

, содержащем 15% летучей золы и 6% микрокремнезема. .

Они протестировали образцы балок при трехточечной нагрузке

и сообщили, что добавление волокон

значительно улучшает параметры разрушения бетона

, такие как вязкость разрушения, энергия разрушения

, эффективная длина трещины, максимальная средняя длина

прогиб, критическое раскрытие трещин и т. Д.Волокна

, внедренные в бетон, влияют на напряжение и деформацию,

усиливают перераспределение напряжений и уменьшают локализацию деформации

.

Бетон, армированный волокном, был успешно использован в

различных инженерных приложениях, поскольку его

удовлетворительные и выдающиеся характеристики в промышленности и строительстве

. Большая часть исследований

за последние четыре десятилетия была проведена на механическом поведении

фибробетона и фибры, а

изучает, насколько хорошо волокна работают в бетоне.

Балагуру провел испытание на одноосное сжатие фибробетона

и обнаружил, что волокна

могут влиять на аспект одноосного сжатия, что

включает напряжение сдвига и деформацию растяжения (Балагуру и

Шах 1992). Это наблюдение было сделано на основе увеличенной деформационной способности

, а также увеличенной шероховатости

(площадь под кривой) на участке

кривой напряжения-деформации после трещины.

Влияние полипропиленовых волокон было изучено

с использованием различных пропорций и

длин волокон

для улучшения характеристик легких цементных композитов

. Волокна, использованные в

в этом исследовании, имели разную длину (6 мм и 12 мм)

, в то время как пропорции волокон составляли 0,15% и 0,35% на массу цемента

в конструкции смеси. По сравнению с

неармированный LWC, армированный полипропиленом (PP)

Легкие цементные композиты (LWC) с волокном

с дозировкой 0.35% и длина волокна 12 мм,

увеличили на 30,1% прочность на изгиб и на 27% увеличили прочность на разрыв при расщеплении на 17%. Повышенная доступность

волокон в матрице LWC, в дополнение к

способность более длинных полипропиленовых волокон перекрывать микротрещины

, предлагается в качестве причин улучшения механических свойств

. Все образцы армированного легкого бетона

показали улучшение механической прочности на

в результате

характеристик волокон в цементной матрице.Среди всех пропорций и длин волокон

только полипропиленовое волокно с длиной

12 мм и долей 0,35% показало лучшие характеристики

во всех отношениях по сравнению с физическими и

механическими свойствами армированного легкого бетона

(Багерзаде, Пакраван и др. al.2012).

В этой статье основное внимание уделяется влиянию полипропиленового волокна

, произведенного в миниатюрных масштабах,

на повышение твердого качества.Основной проблемой является обеспечение

идеальным количеством полипропиленового волокна

для улучшения качества сжатия и изгиба. Эта бумага

концентрируется на влиянии миниатюрного полипропиленового волокна, произведенного в масштабе

, на повышение твердого качества

. Основная проблема заключается в обеспечении

идеального количества полипропиленового волокна для улучшения качества сжатия и изгиба

.

Бетон, армированный полипропиленовым волокном – обзор

6 Бетон, армированный базальтовым волокном (BFRC)

Бетон, армированный волокном (FRC), состоит из смесей цемента, раствора или бетона, содержащих короткие дискретные волокна, равномерно диспергированные и произвольно ориентированные.Добавление волокон улучшает структурную целостность и вязкость разрушения, ограничивает раскрытие трещин под нагрузкой и их распространение за счет перекрытия в хрупкой матрице и способствует защите бетона от коррозионных агентов [28, 172]. В этом контексте ключевым аспектом является определение оптимальной объемной доли волокна, поскольку при использовании большого количества волокон могут возникать комки, что также приводит к образованию пустот, которые могут вызывать эффекты ослабления [173].

Для определения FRC использовались различные типы волокон, такие как сталь, углерод и стекло.Тем не менее у каждого из них есть свои недостатки. Стальные волокна, несмотря на высокую упругую жесткость, значительно увеличивают вес конструкции, а также снижают технологичность и коррозионную стойкость; стекловолокно очень чувствительно к химическому воздействию в щелочной среде; углеродные волокна очень дороги; полимерные волокна обладают низкой эластичной жесткостью и приводят к неэффективному сцеплению с цементной матрицей. В этом контексте использование базальтовых волокон с уверенностью можно считать перспективным, что согласуется с технико-экономическими показателями, приведенными в [172–175].

Jiang et al. [173] реализовали расширенные механические характеристики BFRC по сравнению с полипропиленом (PP) FRC посредством испытаний на сжатие, изгиб и растяжение при раскалывании. Соответствующие результаты показывают, что добавление рубленых базальтовых волокон дает значительное увеличение прочности на изгиб и растяжение, лучше, чем у PP-FRC, хотя может произойти небольшое снижение прочности на сжатие. При увеличении количества и длины базальтового волокна повышаются, соответственно, индекс прочности и вязкости бетона, что приводит к оптимальному состоянию, определяемому по объемной доле волокна, равной примерно 0.3% и длиной волокна 22 мм [173]. Аналогичное свидетельство было испытано Абдулхади [174], в частности, в отношении портландцемента, армированного базальтовыми и полипропиленовыми волокнами. В частности, соответствующие результаты документально подтверждают, что с учетом объемной доли волокна 0,6% прочность на разрыв при расщеплении показывает увеличение примерно на 22,9% для BFRC и примерно на 7,8% для PP-FRC. Более того, короткие базальтовые волокна, добавленные в портландцемент, имеют тенденцию уменьшать эффект усадки при высыхании, демонстрируя хороший уровень сцепления с гидратированной цементной матрицей, особенно в раннем возрасте (т.е.э., в первые 28 суток) [176].

Kabay [172] сравнил механические характеристики BFRC, полученного из цемента с двумя различными отношениями вода / цемент (в / ц) (а именно 0,45 и 0,60). В случае более высокого (соответственно более низкого) соотношения вода / цех, прочность на изгиб увеличивается примерно на 13% (соответственно, 9%), увеличивается энергия разрушения примерно на 140% (соответственно, 126%) и абразивный износ уменьшается примерно на 14–18% (соответственно 2–4%) по сравнению с неармированным бетоном. Тем не менее, такое влияние отношения в / ц нельзя считать полностью понятым, поскольку, например, результаты, предложенные High et al.[27], похоже, указывают на противоположную тенденцию. В частности, измерения, обсуждаемые в [27], подчеркивают, что уменьшение соотношения вода / цемент и добавление летучей золы и примесей приводит к увеличению прочности на изгиб в образцах из BFRC. Кабай [172] также определяет строгую корреляцию между прочностью на изгиб, абразивным износом и содержанием пустот в BFRC, предлагая аналитическое описание, основанное на подборе соответствующих экспериментальных результатов.

Сравнение цементных матриц, армированных базальтом, базальтом, легированным диоксидом циркония (ZrSi 10 ) и стекловолокном из AR, представлено в [175], что привело к увеличению прочности на изгиб примерно на 8%, 18% и 23% соответственно.Более того, прочность на разрыв армированного бетона увеличивается примерно на 43%, учитывая как AR-стекло, так и базальтовые волокна, легированные диоксидом циркония, что позволяет предположить, что этот тип армирования является многообещающей альтернативой для определения эффективного FRC.

Поведение различных смесей из высококачественного бетона, армированного базальтовыми волокнами (HP-BFRC), было исследовано Ayub et al. [75], подчеркивая, что прочность на разрыв при расщеплении и деформационная способность имеют тенденцию увеличиваться с увеличением объемного содержания волокна.Напротив, добавление коротких базальтовых волокон не оказывает значительного влияния на прочность на сжатие. Тем не менее, самая высокая прочность на сжатие – около 24% по сравнению с обычным бетоном – была обнаружена для HP-BFRC, характеризующегося 10% меткаолина и 3% объемного содержания базальтового волокна, вероятно, из-за последующего улучшения структуры пор. .

Бетон из стеклокерамики, армированный рублеными базальтовыми волокнами, был исследован в [177], имея в виду объемное содержание волокна менее 0.5% и менее 60% тонкого стекла. Анализ соответствующих результатов показывает, что оптимальное содержание стеклянного песка составляет 20%, что приводит к увеличению прочности на сжатие и прочности на разрыв примерно на 4% и 15%, соответственно, после стадии сушки в течение 28 дней. Как правило, использование базальтовых волокон приводит к повышению прочности бетона при оптимальном содержании волокон, строго зависящем от количества мелкодисперсного стекла.

Пассивная огнезащита модифицированного портландского бетона, армированного рубленым базальтовым волокном, сравнивалась в [98] с защитой BFRP, определяемой базальтовой тканью на эпоксидной смоле.Проанализированный BFRC показал лучшее термическое поведение, был достаточно инертным к столкновению с пламенем и показал максимальную температуру стенки на 20% ниже, чем полученная для BFRP.

В последнее время короткие базальтовые волокна были также предложены в качестве возможного армирования гидравлических растворов на основе извести, которые широко применяются в областях восстановления зданий и кладок. Подробно Santarelli et al. [178] доказали, что добавление базальтовых волокон, независимо от типа волокна (т. Е. Рубленых или измельченных в виде рыхлого порошка), снижает коэффициент капиллярного водопоглощения.С другой стороны, механические свойства, по-видимому, ухудшаются из-за наличия базальтовых волокон, и они сильно зависят от типа волокна, с более высокими значениями прочности на сжатие и изгиб, наблюдаемых в случае размолотых волокон [178]. В этом контексте Asprone et al. [28] подтвердили снижение прочности на сжатие из-за наличия волокна. Добавление волокон также отрицательно влияет на удобоукладываемость раствора и вызывает повышение уровня пористости, что затрудняет доступ к продуктам гидратации извести.В то же время добавление базальтовых волокон приводит к переходу характеристик изгиба после растрескивания от хрупкого к пластичному отклику, что позволяет достичь более высоких предельных смещений. Asprone et al. [28] также рассмотрели динамическое поведение природного гидравлического раствора, армированного базальтовым волокном. Он показал, что материал очень чувствителен к скорости деформации, причем прочность на разрыв и энергия разрушения возрастают с увеличением скорости деформации больше, чем у других типов армирующих волокон, таких как сталь и неорганические волокна.Сравнение с теоретическими оценками, предоставленными Кодексом модели CEB-FIP [179], выявило теоретическое завышение с точки зрения прочности на разрыв DIF (коэффициент динамического увеличения) по сравнению с экспериментальными данными [28].

Помимо наиболее часто используемого портлендского бетона, в настоящее время геополимерные бетоны используются для строительства тротуаров, подпорных стен, резервуаров для воды, сборных настилов мостов [180]. Такой материал представляет собой неорганический полимерный бетон, изготовленный из отходов, таких как летучая зола и измельченный гранулированный доменный шлак, и соответствующий производственный процесс характеризуется более низким уровнем выбросов CO 2 , чем обычный портлендский бетон (OPC).Dias et al. [181] сравнили с точки зрения механических характеристик геополимерный бетон, армированный базальтовым волокном (BFRGC), и OPC, армированный базальтовым волокном. BFRGC обеспечивают более высокую прочность на сжатие и растяжение при расщеплении, чем OPC. В обоих случаях была получена линейная зависимость нагрузки от прогиба, но BFRGC испытал более высокие предельные нагрузки и смещения. Авторы пришли к выводу, что базальтовые волокна более эффективны для упрочнения геополимерного бетона по сравнению с портландским, когда было принято объемное содержание волокна 1% [181].Динамическая прочность на сжатие, деформация и способность поглощения энергии BFRGC были также исследованы в [182]. Соответствующие результаты показали большую зависимость скорости деформации с почти линейной зависимостью скорости деформации от напряжения. В качестве основного доказательства, добавление базальтового волокна не привело к значительному увеличению динамической прочности на сжатие, но привело к последовательному улучшению деформационной способности и способности поглощать энергию [182].

Как уже отмечалось для BFRCM, воздействие на базальтовые волокна щелочной среды, связанной с бетоном, может отрицательно повлиять на общие механические свойства BFRC, тем самым вызывая критическую проблему долговечности.Чтобы преодолеть этот недостаток, Lipatov et al. [175] рассматривал бетон, армированный базальтовыми волокнами, легированными диоксидом циркония. В частности, лучшие свойства стойкости к щелочам были обнаружены у базальтовых волокон, легированных ZrO 2 с массовой концентрацией 5,7%. В этом случае щелочная обработка привела к образованию на волокнах защитного поверхностного слоя, характеризующегося присутствием нерастворимых соединений Zr 4+ , Fe 3+ и Mg 2+ . Базальтовые волокна, легированные диоксидом циркония, также показали высокие характеристики в бетоне, полностью сопоставимые со случаем FRC на основе стекла.

В этом контексте Borhan et al. [177] исследовали прочность стеклобетона, армированного короткими базальтовыми волокнами. Комбинируя высокое содержание стеклянного песка и коротких базальтовых волокон, сопротивление реакции щелочного кремнезема увеличивалось, что приводило к увеличению общей прочности композита на сжатие [177].

Механические свойства бетона, армированного полипропиленовым макроволокном

Для экономичного и разумного решения сложной проблемы опоры ствола шахты в сложных геологических условиях мы исследовали механические свойства полипропиленового макроволокна, армированного бетона (PPMFRC).Во-первых, мы выбрали тестовое сырье путем исследования и сравнения технических параметров. Во-вторых, с помощью подготовительного испытания мы получили состав эталонного бетона PPMFRC для конструкции футеровки шахтного ствола, и образцы для испытаний были изготовлены в соответствии с соответствующими техническими регламентами испытаний. Наконец, механические свойства образцов были сравнены, и результаты показывают, что прочность на сжатие, изгиб и растяжение PPMFRC была увеличена примерно на 3%, 30% и 20%, соответственно, для смесей с полипропиленовыми макроволокнами.Вязкость разрушения PPMFRC составляла от 0,26 до 0,35, а энергия разрушения – от 382,7 до 485,6 Н / м, что значительно выше, чем у обычного бетона. Результаты испытаний показывают, что PPMFRC является идеальным материалом для конструкции футеровки шахты в сложных геологических условиях, и мы предоставили технические параметры для инженерных приложений.

1. Введение

Для разработки глубоких подземных полезных ископаемых в пласте должны быть сооружены вертикальные стволы для транспортировки полезных ископаемых, персонала, материалов, оборудования, вентиляции и т. Д.Ствол скважины сохраняет устойчивость благодаря конструкции футеровки ствола, расположенной близко к его внутренней стенке. Раньше для облицовки в основном использовался простой бетон. Однако с увеличением глубины разработки инженерно-геологические и гидрологические условия пластов, через которые проходил ствол скважины, усложнились. Между тем бетон, используемый в футеровке ствола, подвергался сжимающему напряжению, растягивающему напряжению и т. Д. Следовательно, бетон легко растрескивался. Кроме того, под воздействием подземной воды под давлением трещины вызывали разрушение и расширение, что серьезно сказывалось на безопасном использовании вала.Таким образом, бетон для глубокой футеровки ствола требует не только высокой прочности на сжатие, но также высокой прочности на растяжение, прочности на изгиб, трещиностойкости и сопротивления проницаемости. Несколько ученых разработали конструкции футеровки стволов из стальной фибры и армированного стальным каркасом бетона, и эти новые типы железобетона были успешно применены в инженерной практике [1–4]. Тем не менее, из-за инженерных применений они считались дорогими и легко подверженными коррозии. Поэтому необходимо найти новый материал для конструкции футеровки вала.

Полипропиленовое макроволокно – это волокно диаметром и длиной более 0,1 и 40 мм, соответственно, которое производится из полипропилена и полиэтилена, которые являются основным сырьем. Когда полипропиленовые макроволокна в бетоне достигают определенного уровня, они ведут себя так же, как стальные волокна. Таким образом, волокна также называют «волокнами из искусственной стали» [5–7]. Полипропиленовые макроволокна обладают многими преимуществами, такими как высокая прочность на разрыв, коррозионная стойкость, хорошая химическая стабильность, высокая прочность сцепления с бетоном и простота конструкции.Однако немногие исследователи исследовали применение полипропиленового бетона, армированного макроволокном (PPMFRC), в подземных сооружениях. Для экономичного и целесообразного решения сложных проблем крепления конструкций футеровки шахтных стволов в сложных условиях был подготовлен PPMFRC и изучены его механические свойства.

2. Материалы и подготовка
2.1. Материалы
2.1.1. Цемент

В данном исследовании был выбран портландцемент Conch P.II 52,5 с удельной поверхностью 389 м 2 / кг.Его начальное и окончательное время схватывания составило 145 и 199 минут соответственно, и цемент был признан стабильным. Его прочность на сжатие и изгиб за 3 дня составила 25,7 и 4,6 МПа, соответственно, а прочность на сжатие и изгиб за 28 дней – 55,8 и 7,3 МПа, соответственно.

2.1.2. Заполнитель

Песок из реки Хуайхэ был выбран в качестве мелкозернистого заполнителя с модулем крупности 2,9 и плотностью при сушке насыщенной поверхности 2580 кг / м 3 . Базальтовый гравий был выбран в качестве крупнозернистого заполнителя с размером частиц менее 25 мм и плотностью при высыхании насыщенной поверхности 2720 кг / м 3 .

2.1.3. Пластификатор

В данном исследовании использовался высокоэффективный водоредуцирующий агент NF, производимый Anhui Huaihe Chemical Co., Ltd .; его степень уменьшения воды составляет более 30%.

2.1.4. Примесь

Кроме того, в данном исследовании использовался шлак с удельной площадью поверхности более 350 м 2 / кг, произведенный Anhui Hefei Qingya Building Material Co., Ltd. Был выбран микрокремний порошок, произведенный Shanxi Dongyi Ferroalloy Factory. Его удельная поверхность была больше 18000 м 2 / кг.

2.1.5. Волокно

Было выбрано полипропиленовое макроволокно производства Hangzhou Jianqing Fiber Company (рис. 1). Параметры волокна приведены в таблице 1.



Длина (мм) Эквивалентный диаметр (мм) Отношение длины к диаметру Плотность (кг / м ) 3 ) Предел прочности (МПа)

55 0.85 ≥65 0,91 ≥450

2.2. Состав и приготовление смеси

В существующих исследованиях обычно использовался бетон со стандартной кубической прочностью на сжатие 60 МПа (C60) для конструкций футеровки шахты, и, таким образом, C60 был принят в качестве расчетного значения прочности бетона в этом испытании. Затем состав эталонного бетона для испытания был получен в результате ортогонального испытания (таблица 2).

913,23 164,3

Цемент Песок Гравий Вода Примесь Шлак Дым кремнезема


7,2 105 25

Для каждого испытания требовалось четыре группы образцов.В одну группу вошли образцы простого бетона; они считались эталонным бетоном. Остальные три группы представляли собой образцы PPMFRC, содержащие 0,5%, 1,0% и 1,5% (объемная доля) волокон. Четыре группы были названы A-0, A-0.5, A-1.0 и A-1.5 соответственно. В каждой группе было по три образца, формы и размеры которых, соответствующие каждому тесту, показаны на рисунке 2.


Последовательность смешивания PPMFRC была следующей. Сначала цемент, заполнитель и добавку смешивали в бетономешалке сухим способом в течение 2 мин.Во-вторых, добавляли макроволокна полипропилена и смесь перемешивали в течение 2 минут. Затем водоредуктор NF растворяли в 60% воды и выливали в смеситель на 3 мин. Наконец, оставшиеся 40% воды выливали в смеситель и перемешивали в течение 3 минут.

Образцы заливали и подвергали вибрации на бетонном встряхивающем столе HZJ-0.8 до тех пор, пока не слилась суспензия. После формования поверхность сразу же покрывали непроницаемой пленкой, и образцы в формах помещали в температуру окружающей среды 20 ° C на 24 часа.Затем образцы извлекли из формы и поместили в стандартную камеру для отверждения YH-40 (20 ± 2 ° C, влажность 95%) на 28 дней.

2.3. Экспериментальные методы и оборудование

В эксперименте использовалась универсальная испытательная машина WAW2000B, разработанная SFMIT, а нагрузка и смещение регистрировались с помощью программы Test Master [8, 9]. После того, как все образцы были извлечены из стандартного контейнера для отработанных чернил, они были вытерты сухой тканью, а затем помещены в сухое оборудование и исправлены в соответствии со спецификациями.Для обеспечения безопасности вокруг испытательной машины было установлено покрытие из сетки от трещин.

При испытании на прочность на сжатие скорость нагружения контролировалась в пределах от 0,08 до 0,10 МПа / с. Когда образец был близок к разрушению и начал резко деформироваться, мы прекратили регулировку дроссельной заслонки испытательной машины до тех пор, пока не произошел отказ.

При испытании на прочность на изгиб скорость нагружения контролировалась в пределах от 0,08 до 0,10 МПа / с. Используя устройство для испытания на изгиб, две равные нагрузки были одновременно приложены в трех точках пролета образца.Диаграмма нагружения показана на Рисунке 3.


В испытании на одноосное растяжение использовалась пара специальных приспособлений (Рисунок 4), соответствующих размеру испытуемого образца, а скорость нагружения контролировалась на уровне 1,2 мм / мин. Чтобы уменьшить влияние эксцентрической нагрузки, шарнирное кольцо было приварено к внешнему концу верхнего приспособления и смазано для улучшения шарнирных эффектов.


В испытании на разрыв с клиновидным разрезом скорость нагружения контролировалась на уровне 0,3 мм / мин с использованием поэтапного метода непрерывного нагружения.Устройство для раскалывания и вытягивания (рис. 5) было зажато в широкой щели, предварительно вырезанной в образце. Экстензометр зажима был установлен, чтобы контролировать значение трещины V . Время от начала нагружения до разрушения образцов составляло 30–50 мин. Когда образец приближался к разрушению, скорость нагружения снижалась, а процесс испытания поддерживался на уровне таблицы. Наконец, была получена кривая F-V для теста.


При испытании на изгиб 20-миллиметровая трещина была прорезана в центре нижней поверхности образца.Скорость нагружения контролировалась на уровне 0,025 мм / мин, и был установлен экстензометр зажима для контроля прогиба трещины. Когда материал приближался к разрушению, скорость загрузки соответственно снижалась. Наконец, была получена кривая F-δ (кривая прогиба-нагрузки) для балки с надрезом, изгибаемой по трем точкам.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Испытание на прочность при сжатии

Вертикальную нагрузку регистрировали с использованием программного обеспечения для измерения и контроля Test Master, а пиковые значения были помечены.Численные значения были точными до 0,1 МПа. Обычно за значение прочности группы образцов принимается среднее значение трех образцов. Однако, если разница между максимальным значением и минимальным значением трех измерений превышает 15% от среднего значения, максимальное и минимальное значение отбрасываются, а среднее значение принимается как значение прочности на сжатие группы образцы. Если разница между максимальным и средним значениями и минимальным и средним значениями превышает 15% от средних значений, результаты теста для группы образцов недействительны.Результаты испытаний приведены в таблице 3.


Группа Прочность на сжатие (МПа) Диапазон увеличения (%)

A-0 64,3 0
A-0,5 66,2 3,0
A-1.0 66,5 3,4
A-1,5 66,5 3.4

Таблица 3 показывает, что прочность на сжатие PPMFRC увеличивается с увеличением соотношения волокон. При соотношении волокон 1,0% и 1,5% прочность увеличивалась на 3,4%. Это показывает, что добавление макроволокон полипропилена улучшает прочность бетона на сжатие; однако диапазон ограничен. Лучшее объемное соотношение для повышения прочности на сжатие PPMFRC может быть выбрано как 1,0%.

3.2. Испытание на прочность на изгиб

Прочность на изгиб рассчитывалась исходя из пиковой нагрузки.Поскольку размеры образцов были нестандартными, результаты прочности на изгиб пришлось пересчитать (формула 1). Численное значение было точным до 0,1 МПа. Метод определения прочности был таким же, как и при испытании прочности на сжатие. Результаты испытаний приведены в таблице 4: где f f – прочность на изгиб (МПа), 0,85 – коэффициент преобразования размеров, F z max – пиковая нагрузка (кН), л. – это расстояние между опорами (мм), h, – высота профиля (мм), а b – вес профиля (мм).

-0,5

Группа Прочность на изгиб (МПа) Диапазон увеличения (%)

A-0 5,8 0

34
6,8 17,2
A-1.0 7,5 29,3
A-1,5 7,3 25,9

На рисунке 6 показано, что до того, как был достигнут предел прочности на изгиб простого бетона, кривые в основном совпадали, и линейность была очевидной.Затем разные кривые стали показывать разные тенденции. После достижения максимального значения напряжение простого бетона быстро уменьшалось. Хотя бетон имел остаточную прочность, он был полностью разрушен за короткое время, и хрупкое разрушение было очень очевидным. Со временем материалы PPMFRC с различной дозировкой волокон продолжали нести нагрузки. PPMFRC достиг предела прочности и был разрушен через 210 с, что почти на 30 с больше, чем время для простого бетона. Кроме того, скорость падения PPMFRC была медленнее, чем у простого бетона.Когда содержание волокна составляло 1,0%, PPMFRC имел самую высокую прочность на изгиб. Следовательно, 1,0% можно использовать как наилучшую объемную долю для прочности на изгиб.


3.3. Испытание на прочность при одноосном растяжении

Мы обнаружили, что большая часть волокон была вырвана из материала. Между тем, некоторые волокна не были вытянуты; однако вместо этого они были сломаны из-за прочной связи между волокнами и бетонной матрицей. Когда бетон треснул, ключевую роль сыграла сила сцепления между волокнами и бетонной матрицей.Затем большая часть волокон была вытащена. Однако несколько волокон, обладающих высокой силой сцепления с бетонной матрицей, не были вытянуты, и их предел прочности на разрыв сопротивлялся общему разрушению.

Из-за случайного распределения крупного заполнителя и волокон в бетоне, распределение исходных дефектов, таких как трещины и пустоты в бетоне, также было случайным (рис. 7). Внутренняя хаотичность привела к тому, что распределение прочности и напряжений в разных сечениях образцов было различным; таким образом, явного разрушения образца не наблюдалось.Поверхности излома для некоторых образцов были около середины образцов. Однако поверхности излома для других образцов находились всего на расстоянии примерно 110–140 мм от отверстия зажима.


Во время испытаний несколько образцов треснули с одной стороны, а затем с другой стороны, трещины в конечном итоге расширяются во внутреннюю часть и прорываются. Большинство образцов сначала треснули с одной стороны, причем трещины постепенно расширялись внутрь и в конечном итоге проникали сквозь повреждения.Это явление происходило главным образом из-за определенной степени эксцентрического растяжения после первого начального растрескивания в большинстве образцов, в результате чего трещина распространялась внутрь вдоль одной стороны.

Таблица 5 показывает, что с увеличением содержания волокна как предел прочности на разрыв, так и пиковая деформация увеличиваются. При дозировке 1,5% предел прочности на разрыв был на 21,4% выше, чем у простого бетона. На стадии, предшествующей пиковым значениям 70–80%, зависимость напряжения от деформации была линейно-упругой.На этом этапе микротрещины были относительно меньше и их влияние было слабым. С увеличением напряжения микротрещины постепенно начали расширяться, что повлияло на область напряжения образца, увеличивая остаточное напряжение и еще больше усиливая тенденции к разрушению.

-0

Группа Предел прочности при одноосном растяжении (МПа) Диапазон увеличения (%) Пиковая деформация (× 10 −6 )

2.8 0 117,63
A-0,5 3,1 10,7 124,63
A-1,0 3,2 14,3 145,41
A-1,5 A-1,5 21,4 152,34

3.4. Испытание на разрыв с клиновидным разделением

Нарисуйте кривую F V (вертикальная нагрузка-смещение кривой раскрытия трещины) (Рисунок 8) и рассчитайте начальную вязкость разрушения, вязкость разрушения при нестабильности, эффективную длину трещины a c , разрушение энергия G f и предел прочности f : где F HQ – горизонтальная нагрузка начального разрушения (кН), F HS – горизонтальная нагрузка нестабильного разрушения (кН), t – толщина связки (мм), h – высота связки (мм), h 0 – толщина тонкой стальной пластины режущей кромки измерителя удлинения зажима (мм), a 0 – начальная длина трещины (мм), E – модуль упругости (ГПа), c i = V i / F i , это обратный наклон отрезка прямой при подъеме по кривой (мм / кН),, V c – критическое значение смещения раскрытия трещины (мм), W – работа, выполняемая вертикальной нагрузкой, площадь огибающей FV Кривая (J), а y – расстояние от центра связки до точки горизонтальной нагрузки (мм) [10].Результаты испытаний и расчетов приведены в Таблице 6.


A-

Группа Прочность на разрыв при разделении клина (МПа) Диапазон увеличения (%) V c ( мкм м) a c ( мкм м) G f (Н / м)

2.4 0 63,69 81,13 0,54 1,48 89,06
A-0,5 3,4 41,7 84,51 112,25 0,61 1,125 0,61 1, 1,25 A-1.0 3,8 58,3 96,90 136,19 0,68 1,61 153,89
A-1,5 3,9 62.5 122,65 167,08 0,70 1,70 174,84

Виды разрушения бетона четко видны из рисунка 9. Матрица простого бетона полностью расколота и разделен на две части. Виден режим хрупкого разрушения. При таком же напряжении PPMFRC с содержанием волокна 1,5% обнаруживает микротрещины, но не имеет явных повреждений, и эффект предотвращения растрескивания волокон очевиден.

3.5. Испытание на изгиб

В соответствии с нагрузкой, прогибом и смещением раскрытия трещины, измеренными в ходе испытания, строится кривая F-δ (вертикальная нагрузка-прогиб), а также вязкость разрушения K IC и энергия разрушения G f вычисляются: где – коэффициент формы, M max – это сумма максимальной нагрузки и изгибающего момента, создаваемых собственным весом балки (Н / м), a 0 – глубина надреза (мм), A 0 – площадь огибающей кривой F δ (мм 2 ), м г – собственный вес опорной секции бетонной балки (кН ), δ max – деформация балок при окончательном разрушении (мм), а A lig – площадь связки ( 2 мм).Значение других параметров согласуется со значением теста на проникновение и расщепление. Результаты испытаний и расчетов приведены в Таблице 7.


Группа Предельная нагрузка на подшипник (кН) Диапазон увеличения (%) Пиковое отклонение (мм) K IC (МПа / м 1/2 ) G f (Н / м)

A-0 10.0 0 0,1340 0,25 279,2
A-0,5 10,6 6,0 0,2096 0,26 382,7
A-1,0 ,4 ,4 0,3221 0,31 429,5
A-1.5 14,0 40,0 0,6118 0,35 485,6

На рисунке показано только два этапа, 10 в обычном бетоне: упругая и разрушение.Характеристики хрупкого разрушения очевидны. PPMFRC имеет очевидные упругопластические характеристики, которые можно разделить на стадии упругости, устойчивого развития при прогибе, нестабильности прогиба и стадии разрушения. В упругой стадии кривая является линейной, и волокна и бетон несут нагрузку вместе. На стадии устойчивого развития прогиба, когда предельная нагрузка достигает 70–80%, кривая замедляется, трещины матрицы начинают медленно распространяться, а волокна поперек трещин начинают играть роль в замедлении скорости распространения трещины до тех пор, пока она не достигнет пиковое значение.Макроскопические трещины начинают появляться около пиковой нагрузки. На стадии неустойчивости при прогибе после достижения максимального напряжения кривая становится крутой, поскольку образец достигает предела прочности и разрушается. Несущая способность резко снижается; однако прогиб мало меняется. На стадии повреждения волокна демонстрируют высокую трещиностойкость при незначительном изменении несущей способности образцов. Прогиб продолжает развиваться до тех пор, пока образцы не будут разрушены, что отражает высокую ударную вязкость PPMFRC.


С увеличением содержания волокна предел прочности и пиковый прогиб увеличиваются. Объемная доля волокна оказывает очевидное влияние на сопротивление изгибу, а также увеличивается энергия разрушения. Значение находится между 382,7 и 485,6 Н / м. Это происходит главным образом потому, что волокна соединяют трещины и пролегают между ними. Когда микротрещины расширяются, волокна эффективно снижают концентрацию напряжений в трещинах и предотвращают их расширение. Численные результаты показывают, что энергия разрушения значительно увеличивается.Помимо преодоления сопротивления самой бетонной матрицы, внешняя нагрузка также должна преодолевать напряжение связи между волокнами и матрицей, а также прочность самих волокон на разрыв.

4. Заключение

(1) Прочность на изгиб, прочность на разрыв, вязкость разрушения и энергия разрушения PPMFRC были явно выше, чем у простого бетона. Однако прочность на сжатие PPMFRC была лишь немного выше, чем у простого бетона.(2) При содержании волокна 1,0% прочность на изгиб PPMFRC была на 29,3% выше, чем у простого бетона. С увеличением содержания волокна прочность на одноосное растяжение и прочность на разрыв клиновидного раскола PPMFRC были улучшены. При содержании волокна 1,5% прочность на одноосное растяжение была самой высокой, и она была на 21,4% выше, чем у простого бетона. (3) С увеличением содержания волокна энергия разрушения PPMFRC улучшалась. Когда содержание волокна составляло 0,5–1,5%, вязкость разрушения PPMFRC составляла 0.26–0,35, а энергия разрушения 382,7–485,6 Н / м. Таким образом, трещиностойкость PPMFRC явно лучше, чем у простого бетона. (4) Кривые FV и F δ продемонстрировали характеристики хрупкости простого бетона и упруго-пластические характеристики PPMFRC, и они указали на очевидное противодействие растрескиванию и упрочняющее действие волокон.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (№ 51674006), Дисциплинами университета провинции Аньхой (профессиональные) первоклассными финансируемыми талантами проектами (gxbjZD09), Молодежным проектом Фонда естественных наук провинции Аньхой (15QE185) ), Ключевой проект Исследовательского колледжа естественных наук провинции Аньхой (KJ2018A0098), проект финансируется Китайским фондом постдокторантуры (2018M642502) и Фондом научных исследований для молодых учителей Университета науки и технологий Аньхой (QN2017211).

Самоволокна, уплотняющие свойства бетона, армированного пропиленовыми волокнами

Самоуплотняющийся бетон (SCC) также обладает хрупкими характеристиками. Это недопустимо для любой строительной отрасли. Добавление волокон – один из наиболее распространенных методов повышения прочности бетона на разрыв. Волокно контролирует явление растрескивания и увеличивает способность бетона поглощать энергию. С другой стороны, добавление фибры отрицательно сказывается на удобоукладываемости свежего бетона.В этой статье было проведено подробное исследование влияния пропиленовых волокон (ПП) на свежие свойства SCC. ПФ добавляли в бетонные смеси в пропорции 1,0%, 2,0%, 3,0% и 4,0% по весу цемента, чтобы компенсировать его нежелательную хрупкость и повысить его прочность на разрыв. Характеристики свежего продукта были оценены на основе его проходимости, текучести при использовании, Slump flow, Slump T50 Spread time, L-Box и V-образной воронки, а также механических характеристик (прочность на сжатие и раздельное растяжение) были также оценены на 7,14 и Отверждение 28 дней.Результаты испытаний показывают, что проходимость и наполняемость снижались по мере увеличения степени замещения полипропилена. Кроме того, результат теста показывает, что прочность была увеличена до 2,0% добавления ПП, а затем постепенно уменьшалась.

1 Введение

Самоуплотняющийся бетон (SCC) – это особый бетон, который обладает высокой текучестью, не расслаивается и благодаря своему весу распределяется по месту, заполняет опалубку даже при наличии плотной арматуры [1]. Концепция самоуплотняющегося бетона (SCC) была разработана в 1986 году Хадзиме Окамура [2], однако прототип был предложен в Японии в 1988 году Одзавой [3].

В строительной отрасли бетон является наиболее часто используемым материалом из-за его высокой прочности на сжатие. Но бетон имеет очень низкую способность к растяжению, что приводит к резкому разрушению бетонной конструкции. В бетоне используются различные типы волокон для увеличения прочности бетона на растяжение при растягивающей нагрузке. Большинство бетона, армированного стальной фиброй, обладают отличной ударопрочностью, пластичностью, прочностью на изгиб, пределом прочности на разрыв, остановкой трещин и сопротивлением усталости.«В 1910 году Портер впервые рекомендовал использовать стальную фибру в бетоне [4]. Первые исследования железобетона в США были выполнены в 1963 г. [5]. Исследования показывают, что по сравнению с толстыми волокнами тонкие волокна более эффективны в уменьшении ширины трещин пластической усадки, как указано в ACI 544.5R-10 [6]. Положительное значение стальной фибры в бетоне зависит от многих факторов, таких как форма, длина, тип, прочность поперечного сечения, конструкция смеси, содержание волокна прочности матрицы и прочность связи стального волокна [7].Помимо этих высокоэффективных бетонов, благодаря преимуществам экономической стоимости, простоты изготовления и улучшения характеристик, бетон, армированный стальной фиброй, широко используется в инженерных целях [8, 9]. Однако общее наблюдение показало, что неравномерное добавление стальной фибры повлияет на текучесть и однородность бетонного перемешивания и даже приведет к плохому сцеплению фибры, что в конечном итоге влияет на усиление механических свойств [10,11,12].

Некоторые исследования показывают, что самоволокнистые бетонные композиты при ударе способны рассеивать гораздо больше энергии по сравнению с обычным бетоном, армированным полимерной или стальной фиброй [13].Были проведены исследования механических свойств макропропиленового (ПП) фибробетона, включая прочность на изгиб и растяжение, вязкость разрушения и энергию разрушения [14]. Исследования были выполнены с использованием отработанных волокон ковровых покрытий в бетоне в качестве экологически безопасного использования переработанных отходов ковровых покрытий [15].

Несмотря на это, есть различные преимущества от использования различных типов волокон в бетоне, хорошо известно, что любой тип волокна снижает удобоукладываемость [16, 17].Волокна имеют относительно большую площадь поверхности, что увеличивает потребность в воде. В то же время, для того, чтобы свежий бетон течь под своим весом, требуется больше потенциальной энергии из-за увеличения трения между заполнителем и волокнами в смесях [18]. Большинство исследований, представленных в литературе, сосредоточены только на затвердевших свойствах фибробетона [19,20,21,22,23,24,25]. Очень мало исследований сосредоточено на удобоукладываемости фибробетона [36]. Основное отличие обычного бетона от SSC – свежие характеристики.Характеристики свежего продукта были оценены на основании его пропускной способности, текучести, просачивания и сопротивления расслоению с использованием параметров Slump flow, Slump T50 Spread time, L-Box, V-образной воронки и испытаний на сегрегацию сит, а также механических свойств (прочность на сжатие и разделение ) также были оценены. Результаты испытаний показывают, что наполняющая и пропускающая способность уменьшилась, в то время как сопротивление кровотечению и сегрегации увеличилось с ПП. Кроме того, результат теста показывает, что сила увеличена до 2.Добавление 0% волокна PP, а затем постепенное уменьшение.

2 Экспериментальная программа

2.1 Материалы

2.1.1 Цемент

Обычный портландцемент (OPC) типа 1 в соответствии с американским стандартом испытаний материалов ASTM C150 [28] использовался при приготовлении бетонных смесей. Его химические и физические свойства представлены в таблице 1.

Таблица 1

Физические и химические свойства OPC

Химические свойства В процентах (%) Физическая собственность Результаты
Ca0 63.7 Размер ≤ 75 мкм
SiO 2 24,9 Тонкость 91%
Al 2 O 3 6,4 Нормальный

Согласованность

29%
Fe 2 O 3 3,7 Начальный

Время проверки

33мин
MgO 4.5 Финал

Время проверки

411мин
СО 3 0,9 Удельная поверхность 322 м 2 / кг
К 2 О 1,4 Прочность 0.60%
Na 2 O 1,2 Прочность на сжатие 28 дней 42 МПа
2.1.2 Пропиленовые волокна (ПП)

Пропиленовые волокна, использованные в этом исследовании, имели длину 35 мм и диаметр 0,55 мм. Его свойства приведены в таблице 2.

Таблица 2

Физические свойства пропиленовых волокон

Физические свойства Результаты
Длина 35 мм
Диаметр 0,55 мм
Соотношение сторон (L / d) 64
Предел прочности 1345 МПа
Янг
Модуль 200 ГПа
2.1.3 Мелкий и крупный заполнитель

Природный речной песок использовался в качестве FA (мелкозернистый заполнитель) во всех смесях в состоянии SSD (насыщенная поверхность в сухом состоянии), который был получен с местного рынка Рисалпур, Пакистан. Крупный заполнитель нормального веса (дробленый камень) с номинальным максимальным размером 19,5 мм использовался в качестве заполнителя во всех смесях в состоянии SSD (насыщенная поверхность в сухом состоянии), который был получен с местного рынка Рисалпур, Пакистан. Были проведены различные тесты для оценки его физических свойств.Физические свойства мелкого и крупного заполнителя приведены в таблице 3.

Таблица 3

Физические свойства мелкого и крупного заполнителя

Физические свойства Мелкий заполнитель Грубый агрегат
Размер частиц от 4,75 мм до 0,075 мм от 25 мм до 4,75
Модуль дисперсности 2.73 5,7
Поглощающая способность 4,28% 2,18%
Влагосодержание 2,8% 0,45%
Насыпная плотность 1626 1560
2.1.4 Суперпластификатор

Chemrite-530 используется в качестве суперпластификатора, поскольку он представляет собой высокодисперсную водоредуцирующую добавку, нетоксичен и неопасен с точки зрения соответствующих требований для здоровья и безопасности.Chemrite-530 – это очень эффективный суперпластификатор с эффектом замедления схватывания для производства сыпучих бетонов в жаркую погоду. Суперпластификатор соответствует требованиям EN 934-2 T 3.1 / 3 [29]. и ASTM C-494 тип F [30]. Типичные свойства суперпластификатора приведены в таблице 4.

Таблица 4

Физические свойства суперпластификатора

Имущество Результат
Цвет коричневый
Относительная плотность 1.48 при 25 ° C
Содержание хлоридов <0,1%
Физическое состояние Жидкость
2.1.5 Экспериментальная программа

Для достижения цели проекта была разработана двухэтапная экспериментальная программа. На первом этапе была произведена пробная смесь для достижения требований технической спецификации для SCC [1]. На втором этапе экспериментальных работ было приготовлено шесть смесей с различным процентным содержанием ПП (0%, 1.0%. 2,0%. 3,0%, 4,0%) для определения воздействия полипропилена на самоуплотняющийся бетон (SCC), которое основано на результатах первого этапа. Типичные критерии приемки самоуплотняющегося бетона, определенные в технических условиях для самоуплотняющегося бетона с максимальным размером заполнителя до 20 мм, показаны в таблице 5.

Таблица 5

Типовые критерии приемки самоуплотняющегося бетона

Sr.NO Методы испытаний Блок Минимум Максимум
1 Тест на оседание мм 650 800
2 T50-Slump Flow сек 2 5
3 L-Box Test (h3 / h2) 0.8 1
4 Тесты V-образной воронки сек 6 12
2.1.6 Испытания и размер образца

Свежие свойства SCC, такие как Slump flow, Slump T50 Spread time, L-Box, V-воронка, будут выполнены в соответствии с технической спецификацией для SCC [1]. ASTM C39 / C39M [31] Цилиндр стандартного размера (6 × 12 дюймов) будет использоваться для измерения прочности на сжатие через 7, 14 и 28 дней.Подобные цилиндры стандартного размера (12 × 18 дюймов) будут отлиты и испытаны для определения их прочности на разрыв в соответствии со стандартом ASTM [32]. Три образца испытывают для каждого испытания через 7, 14 и 28 дней, и среднее значение образцов рассматривается как прочность.

2.1.7 Метод подготовки проб

ASTM C-31 [33] метод использовался для подготовки образцов, и уплотнение было выполнено вручную путем Roding в три слоя, по 25 ударов на слой. Готовят шесть смесей с различной дозировкой PP 0%, 1.0%. 2,0%. 3,0%, 4,0% от массы цемента. Подробная информация о пробных смесях представлена ​​в следующей таблице 8. Перед тем, как процесс смешивания был начат, необходимое количество материала было взвешено методом взвешивания. Скорость миксера поддерживалась 35 об / мин для перемешивания материалов. Сначала в смеситель добавляли крупнозернистый заполнитель, а затем мелкий заполнитель, оба материала смешивали в сухом виде, затем добавляли необходимое количество цемента и воды со временем, и перемешивание производилось приблизительно 8 минут для всех смесей.Подробная информация о смесях каждого испытания представлена ​​в Таблице 6.

Таблица 6

Опытные смеси для самоуплотняющегося бетона (SCC)

Материалы Микс 1 Микс 2 Микс 3 Микс 4 Микс 5 Микс 6 Микс 7 Микс 8
Цемент (кг / м 3 ) 425 425 425 425 425 425 425 425
Песок (кг / м 3 ) 625 625 625 625 625 625 625 625
Разрушение (кг / м 3 ) 1270 1270 1270 1270 1270 1270 1270 1270
Вт / К 0.50 0,50 0,50 0,50 0.60 0.60 0.60 0.60
Суперпластификатор (кг) 2,12 4,25 6,37 2,12 4,25 6.37

3 Результаты испытаний

3.1 Результаты первого этапа

На первом этапе было приготовлено восемь смесей, как показано в Таблице 6, чтобы получить наилучшую возможную смесь, которая удовлетворяла бы требованиям Технических условий для (SCC). Основываясь на результатах работы, свежие свойства SCC для каждой пробной смеси с различными методами испытаний (Slump flow, Slump T50 Spreads, L-Box и V-воронка) были показаны в Таблице 7. Из Таблицы 7 ясно, что Смесь 6 будет удовлетворяют диапазону различных испытаний (просадочная текучесть, время растекания спада T50, L-образная коробка и V-образная воронка), указанным в технических условиях для самоуплотняющегося бетона.В то время как другие смеси не удовлетворяют диапазону таких тестов. Поэтому Смесь 6 считается лучшей смесью самоуплотняющегося бетона и может использоваться в качестве эталонного бетона (контроля) с различным процентным содержанием полипропилена.

Таблица 7

Результаты испытаний смесей для самоуплотняющегося бетона (SCC)

Методы испытаний Микс 1 Микс 2 Микс 3 Микс 4 Микс 5 Микс 6 Микс 7 Микс 8
Осадка (мм) 515 532 558 632 592 785 830 868
Тест L-Box (h3 / h2) 0.58 0,64 0,71 0,85 0,74 0,94 0,92 0,97
Тесты V-образной воронки (сек) 19 16 15 11 15 7 5 2,8
T50-Slump Flow 11 9 7 5.2 6 4,7 2,8 2,1
Примечания Согласно EFNARC Слишком жесткая сегрегация f + Слишком жесткий Маленький жесткий Малое кровотечение Маленький жесткий Хорошо SCC Малое кровотечение Слишком кровотечение + сегрегация

3.2-я ступень (пропорция смеси SCC)

По результатам работы первого этапа для дальнейшей экспериментальной работы был выбран Mix 6 (SCC) (контроль). Поэтому второй этап экспериментальных работ был проведен на смеси 6 (SCC) с включением ПП. Пять смесей были приготовлены на втором этапе после выполнения требований технических условий для SCC (Смесь 6), которые приведены на первом этапе, как показано в Таблице 7. В свежий самоуплотняющийся бетон (SCC) были добавлены различные процентные содержания ПП.Процент использованного полипропилена составлял 0%, 1,0%. 2,0%. 3,0%, 4,0% от массы цемента. Таблица 8 показывает пропорции бетонной смеси SCC.

Таблица 8

Пропорция смеси SCC

Материалы ПП-0% ПП-1.0% ПП-2,0% ПП-3,0% ПП-4,0%
Цемент (кг / м 3 ) 425 425 425 425 425
Песок / Ф.A (кг / м 3 ) 625 625 625 625 625
Crush / CA (кг / м 3 ) 1270 1270 1270 1270 1270
Вт / К 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60
Суперпластификатор (кг) 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12
ПП (кг) 2,125 4,25 6.37 8,50
3.2.1 Реологические свойства
3.2.1.1 Сдвиг и оседание T50

Падение и оседание потока были получены с помощью испытания на оседание.Результаты теста Slump flow и Slump T50 показаны на Рисунке 2 и Рисунке 3 соответственно. Результаты испытаний показывают, что просадочный поток уменьшился, в то время как значение Slump T50 увеличивалось по мере увеличения процентного содержания полипропилена. Снижение удобоукладываемости бетонной смеси при добавлении ППФ объясняется площадью поверхности ПП, для покрытия которой требовалось больше цементной пасты, и, следовательно, меньше цементной пасты было доступно для смазки. Кроме того, полипропилен увеличивал трение между заполнителем и волокнами, что требовало большего количества пасты для уменьшения такого трения.По результатам работы, PP до 3,0% добавления, значения Slump flow и Slump T50 попадают в допустимый диапазон, определенный технической спецификацией для SCC, и обладают хорошей заполняющей способностью. Тем не менее, при более высокой дозировке PP-4,0% необходимо, чтобы Slump flow и Slump T50 выходили за пределы диапазона, указанного в технических характеристиках для SCC. Следовательно, необходима высокая дозировка суперпластификатора.

Рисунок 1

(a), (b) Спад потока, (c) V-образная воронка, (d) Тесты L-Box

3.2.1.2 Тест L-образной формы и тест V-образной воронки
Тест

L-Box был использован для оценки проходимости самоуплотняющегося бетона. Как и в случае со спадом, пропускная способность бетона снижалась по мере увеличения процентного содержания PPF. Типичный приемлемый диапазон коэффициента блокировки для хорошей проходимости SSC в соответствии с технической спецификацией для SSC составляет от 0,8 до 1,0. Смеси (PP-0%, PP-1.0%, PP-2.0% и PP-3.0%) имеют значение тестового отношения L-Box (H 2 / H 1 ) между 0.80 к 1, кроме ПП-2,0%), как показано на рисунке 4. Это означает, что, поскольку эти смеси (ПП-0%, ПП-2,0% и ПП-3,0%) удовлетворяли требованиям технических условий для SCC, заполняющая и проходимая способность. При смешивании PP-4,0% соотношение теста L-Box (H 2 / H 1 ) составляет 0,73, что выходит за пределы диапазона, указанного в технической спецификации для SCC, как показано на рисунке 4. Однако следует отметить, что [34] определили, что коэффициент блокировки 0,60 был принят для SCC для достижения хорошей заполняющей способности.Согласно этому стандарту, если значение h3 / h2 в тесте L-бокса превышает 0,8, SCC имеет хорошую проходимость [35].

Тест V-Funnel, который использовался для проверки текучести самоуплотняющегося бетона. Время прохождения тестов V-Funnel используется для определения заполняющей способности SCC. Он измеряет текучесть бетона. Более короткое время истечения указывает на большую текучесть. Подобно тесту на оседание текучести, текучесть самоволоконного уплотняющего бетона снижалась по мере увеличения процентного содержания волокна.Максимальная текучесть была получена, когда замещение составляло 0%, тогда как минимальная текучесть была получена при 2,0% замещении ПП. Однако время истечения от 6 до 12 секунд для смеси (PP-0%, PP-1.0%, PP-2.0% и PP-3.0%) имеют приемлемый диапазон, указанный в технических характеристиках для SCC, как показано на рисунке 5. Однако , при более высокой дозировке PP-4,0% время истечения составляет 13 секунд, что выходит за пределы диапазона, указанного в технических характеристиках для SCC.

3.2.2 Механические свойства
3.2.2.1 Прочность на сжатие

Прочность на сжатие – это показатель максимальной сжимающей нагрузки, которую может выдержать бетон. Испытание на прочность на сжатие выполняется в соответствии со стандартной процедурой ASTM как ASTM C39 / C39M [31] для цилиндрических образцов, имеющих стандартные размеры, такие как диаметр 150 мм и длина 300 мм.

На основании результатов экспериментальных испытаний прочность на сжатие увеличилась, когда процент SF увеличился до 2.0 процентов, а затем уменьшился, как показано на Рисунке 6. Сообщалось, что прочность на сжатие увеличилась до 2,0 процентов при добавлении ПП [36]. После 28 дней отверждения самая высокая прочность на сжатие была получена при дозировке ПП 2,0% по сравнению с холостым или эталонным бетоном. Однако после дозировки 2,0% сила снижалась. Положительное влияние на прочность на сжатие связано с ограничением волоконной арматуры на образце. Сжатие вызывает расширение в поперечном направлении, а вместе с ним – растяжение и сдвиг.Волокна сопротивляются растяжению и сдвигу. Следовательно, компрессия увеличивается. Когда процент волокон велик, такое ограничение может уменьшить поперечную деформацию образца и повысить его прочность на сжатие. При увеличении процентного содержания полипропилена, особенно при более высокой дозировке, процесс уплотнения будет затруднен, и тогда прочность на сжатие будет снижена. Добавление до 1,5% волокон по объему увеличивает прочность на сжатие с 0% до 15% [37]. волокна в 1.0 процентов по объему приводит к значительному улучшению как начальной, так и долгосрочной прочности бетона на сжатие. Максимальное увеличение силы за 28 дней было признано на 29,15% [24]. По этой причине существует оптимальный предел использования PP. Наблюдение при испытаниях оптимальной дозировки полипропилена, обеспечивающей лучшую прочность, составляет 2,0% стальной фибры.

Рисунок 6

Результаты прочности на сжатие

Относительный анализ прочности на сжатие также проиллюстрирован на Рисунке 7.Прочность на сжатие контрольной смеси (Смесь 6) через 28 дней была взята за эталон. Из рисунка 4 видно, что в целом приращения увеличения прочности на сжатие с разными дозировками полипропилена одинаковы в разные дни отверждения (7, 14 и 28 дней). Через 28 дней отверждения прочность на сжатие бетона с 1,0% и 4,0% полипропилена почти равна прочности на сжатие эталонной смеси, а для 2,0–3,0% полипропилена наблюдалось заметное увеличение. Через 14 дней отверждения прочность на сжатие почти на 25-30 процентов ниже, чем у эталонных смесей до 1.0 процентов, 3,0 процента и 4,0 процента от ПП. В то время как прочность на сжатие 2,0% полипропилена на 10% ниже, чем у эталонной смеси. Через 7 дней прочность на сжатие почти на 45-50% ниже, чем у эталонной смеси, аналогичным образом через 14 и 28 дней. Однако при степени замещения ПП 2,0% прочность на сжатие была всего на 35% ниже, чем у смеси заготовка / эталон. Можно сделать вывод, что пропиленовые волокна обладают сильным потенциалом повышения прочности SCC на сжатие.

Рисунок 7

Результаты относительной прочности на сжатие

3.2.2.2 Разделенная прочность на растяжение

Предел прочности на разрыв для бетонных образцов называется растягивающими напряжениями, возникающими из-за приложения сжимающей нагрузки, при которой бетонный образец может разрушиться. В соответствии с ASTM C496-71 (32) испытание с разрезным цилиндром было проведено на цилиндрических образцах диаметром 150 мм и высотой 300 мм в возрасте отверждения 7, 14 и 28 дней.

Основываясь на результатах экспериментальных испытаний, аналогично прочности на сжатие прочность на растяжение при разделении также была увеличена, так как процентное содержание SF увеличилось до 2.0 процентов, а затем уменьшился, как показано на Рисунке 8. После 28 дней отверждения самая высокая прочность на разрыв при разделении была получена при дозировке ПП 2,0 процента по сравнению с холостым или эталонным бетоном. Добавление 2,0% волокон по объему может повысить прочность бетона на разрыв почти до 40% [22]. Однако после дозировки 2,0% сила снижалась. Волокна смешиваются в бетоне для увеличения гибкости бетона, останавливая возникновение трещин от растяжения или предотвращая образование трещин таким образом, чтобы прочность на растяжение (SFRC) бетона, армированного стальным волокном, проводилась лучше, чем у обычного бетона.Волокна действуют как ограничители трещин, а не как предотвращающие образование трещин. Известно, что волокна повышают способность к растяжению после растрескивания [38]. Волокна показали более значительное влияние на предел прочности при изгибе при объемных долях от 0,5 до 2,0 процентов, использованных в этом исследовании [39].

Рисунок 8

Результаты расчета прочности на разрыв

Сравнение прогнозируемых значений с экспериментальными значениями прочности на разрыв с использованием ACI-318.11 кодов показаны на рисунке 9. Уравнения (1) могут использоваться для прогнозирования значений прочности на разрыв при разделении на основе прочности на сжатие. Замечено, что все эмпирические значения находятся в пределах ожидаемых значений с использованием кодов ACI-318.11. Модели регрессии между разделенной прочностью на растяжение и экспериментальными значениями прочности на сжатие показаны на рисунке 9. Существует сильная корреляция (R2> 0,90) между обоими значениями прочности.

(1) ж зр знак равно 0.53 × fc

Рисунок 9

Взаимосвязь экспериментальной и прогнозируемой прочности на разрыв при разделении

4 Заключение

В этом исследовании пропиленовые волокна (ПП) были добавлены в бетон в пропорции 0%, 1,0%, 2,0%, 3,0%, 4,0% от веса цемента. На основании экспериментальных испытаний был сделан следующий вывод.

  • Наполняющая и пропускная способность SCC значительно снижается при добавлении PP. Это связано с увеличенной площадью поверхности волокон. Помимо крупного заполнителя, строительный раствор должен покрывать волокна. Для уменьшения доли грубого заполнителя и волокна требуется больше пасты, что приводит к снижению заполняющей и пропускной способности SSC.

  • Использование полипропилена до 2,0% обеспечивает SCC приемлемыми свежими свойствами в соответствии с технической спецификацией для SCC.Поэтому рекомендуется использовать ПП до 2,0% (от веса цемента).

  • Весь арматурный бетон из полипропилена показывает большую прочность (прочность на сжатие и разрыв), чем пустая смесь, имея максимальную прочность при 2,0% полипропилена (от веса цемента). Однако после дозировки в 2% сила снижалась. Положительное влияние на прочность обусловлено ограничением волоконной арматуры на образце. Сжатие вызывает расширение в поперечном направлении, а вместе с ним – растяжение и сдвиг.Волокна сопротивляются растяжению и сдвигу. Поэтому сила была увеличена. При увеличении процента стальной фибры, особенно при более высокой дозировке, процесс уплотнения будет затруднен из-за снижения обрабатываемости, что приводит к снижению прочности.

  • Наконец, в настоящем исследовании делается вывод о том, что пропиленовые волокна (ПП) являются хорошим, доступным в изобилии, местным экологически чистым материалом, недорогим, который можно использовать для производства SCC, с учетом экономических и экологических ограничений.

Этот исследовательский проект был поддержан отделом научных исследований Университета принца Саттама бин Абдулазиза в рамках исследовательского проекта No. 2020/01/168 10.

Ссылки

[1] EFNARC S. Рекомендации по самоуплотняющемуся бетону. Лондон, Великобритания, Assoc House. 2002; 32: 34. Искать в Google Scholar

[2] Окамура Х. Самоуплотняющийся высокоэффективный бетон. Concr Int. 1997. 19 (7): 50–4. Искать в Google Scholar

[3] Ozawa K.Бетон с высокими эксплуатационными характеристиками, основанный на расчетной прочности бетонных конструкций. В: Материалы Второй Восточно-Азиатско-Тихоокеанской конференции по проектированию конструкций и строительству, 1989. 1989. Поиск в Google Scholar

[4] Эзельдин А.С., Балагуру П.Н. Фибробетон нормальной и высокой прочности на сжатие. J Mater Civ Eng. 1992. 4 (4): 415–29. Искать в Google Scholar

[5] Chang D-I, Chai W-K. Разрушение при изгибе и усталостное поведение сталефибробетонных конструкций.Nucl Eng Des. 1995. 156 (1-2): 201-7. Искать в Google Scholar

[6] Banthia N. Отчет о физических свойствах и долговечности фибробетона. 2010; Искать в Google Scholar

[7] Behbahani HP, Nematollahi B, Farasatpour M. Бетон, армированный стальным волокном: обзор. 2011; Искать в Google Scholar

[8] Nielsen C V. Механические свойства сырого бетона. In: in Proceedings of XVIII Nordic Concrete Research Meeting, Helsingør, Дания. 2002. Поиск в Google Scholar

[9] Zheng Y, Cai Y, Zhang G, Fang H.Усталостные свойства асфальтобетонной смеси, модифицированной базальтовым волокном, в сложных условиях окружающей среды. J Wuhan Univ Technol Sci Ed. 2014; 29 (5): 996–1004. Искать в Google Scholar

[10] Джайвиньеш Б., Софи А. Исследование механических свойств бетона с использованием пластиковых отходов в качестве заполнителя. В: Серия конференций IOP: Наука о Земле и окружающей среде. IOP Publishing; 2017. с. 12016. Искать в Google Scholar

[11] Fan FL, Xu JY, Bai EL, He Q. Экспериментальное исследование ударно-механических свойств бетона, армированного базальтовым волокном.В: Перспективные исследования материалов. Trans Tech Publ; 2011. с. 1910–4. Искать в Google Scholar

[12] Акка А.Х., Озюрт Н. Влияние повторного отверждения на остаточные механические свойства бетона после воздействия высоких температур. Constr Build Mater. 2018; 159: 540–52. Поиск в Google Scholar

[13] Биндиганавали В., Бантия Н. Некоторые исследования ударной реакции бетона, армированного волокном. Indian Concr Inst J. 2002: 23–8. Искать в Google Scholar

[14] Afroughsabet V, Biolzi L, Ozbakkaloglu T.Высококачественный фибробетон: обзор. J Mater Sci. 2016; 51 (14): 6517–51. Искать в Google Scholar

[15] Wang Y, Wu HC, Li VC. Армирование бетона переработанными волокнами. J Mater Civ Eng. 2000. 12 (4): 314–9. Искать в Google Scholar

[16] Hughes BP, Fattuhi NI. Технологичность бетона, армированного сталью фибры. Mag Concr Res. 1976. 28 (96): 157–61. Искать в Google Scholar

[17] Mehta PK, Monteiro PJM. Микроструктура бетона, свойства и материалы.2017. Поиск в Google Scholar

[18] Мутуприя П., Манджунат Н. В., Кеердхана Б. Исследование прочности самоуплотняющегося бетона, армированного волокном, с использованием летучей золы и GGBFS. Int J Adv Struct Geotech Eng. 2014; 3 (2): 75–9. Искать в Google Scholar

[19] Халоо А.Р., Ким Н. Влияние характеристик бетона и фибры на поведение стального фибробетона при прямом сдвиге. Mater J. 1997; 94 (6): 592–601. Искать в Google Scholar

[20] Ou Y-C, Tsai M-S, Liu K-Y, Chang K-C.Поведение при сжатии бетона, армированного стальной фиброй, с высоким индексом армирования. J Mater Civ Eng. 2012; 24 (2): 207–15. Искать в Google Scholar

[21] Vairagade VS, Kene KS. Введение в железобетон, армированный стальными волокнами, по инженерным характеристикам бетона. Int J Sci Technol Res. 2012; 1 (4): 141. Искать в Google Scholar

[22] Williamson GR. Влияние стальной фибры на прочность бетона на сжатие. Spec Publ. 1974; 44: 195–208. Искать в Google Scholar

[23] Мурти Дакшина Н.Р.Прочность при расщеплении больших объемов бетона из золы-уноса со стальной фиброй и без нее различных марок. В: Международная конференция «Последние достижения в области бетона и строительных технологий». 2005. Поиск в Google Scholar

[24] Усман М., Фарук Ш., Умайр М., Ханиф А. Поведение при осевом сжатии высокопрочного бетона, армированного стальной фиброй. Constr Build Mater. 2020; 230: 117043. Искать в Google Scholar

[25] Моход М.В. Характеристики бетона, армированного стальными волокнами.Int J Eng Sci. 2012; 1 (12): 1–4. Искать в Google Scholar

[26] Johnston CD. Меры удобоукладываемости стального фибробетона и их точность. Cem Concr агрегаты. 1984. 6 (2): 74–83. Искать в Google Scholar

[27] Балагуру П., Рамакришнан В. Сравнение конуса оседания и испытаний VB как меры удобоукладываемости для армированного фиброй и простого бетона. Cem Concr агрегаты. 1987. 9 (1): 3–11. Искать в Google Scholar

[28] Cement AP. ASTM C150 следующего типа: 1.Concr, который будет контактировать с Sew Type II, Moderate Sulfate Resist. 2. Искать в Google Scholar

[29] EN TS. 934-2 «Добавки для бетона, строительного раствора и раствора – Часть 2: Добавки для бетона; Определения, требования, соответствие, маркировка и маркировка ». Br Stand Inst. 2009; Искать в Google Scholar

[30] High-Range W-RA, Admixture R. ASTM C 494 / C 494M. Тип F. Поиск в Google Scholar

[31] C39 / C39M A. Стандартный метод испытаний цилиндрических образцов бетона на прочность на сжатие.Стенд Annu B ASTM. 2003; Искать в Google Scholar

[32] Обозначение A. C496-71. Стенд Метод Испытание Разрезные образцы цилиндров прочности на растяжение Concr. 1976; Искать в Google Scholar

[33] КТ образцов. ASTM C 31; один комплект из четырех стандартных цилиндров для каждого испытания на прочность при сжатии, если не указано иное. Хранение форм. Образцы для испытаний в лаборатории Cylind Lab За исключением случаев, когда требуются образцы для испытаний в полевых условиях. Искать в Google Scholar

[34] Хамза А.Ф., Ибрагим М.Х.В., Джамалуддин Н., Джая Р.П., Аршад М.Ф., Абидин НЕЗ.Новые характеристики и повышение механической прочности на сжатие самоуплотняющегося бетона с добавлением зольного остатка в качестве частичной замены мелкозернистых заполнителей. Int J Mech Mechatronics Eng. 2015; 15 (4): 61–7. Искать в Google Scholar

[35] Iqbal S, Ali A, Holschemacher K, Ribakov Y, Bier TA. Влияние летучей золы на свойства самоуплотняющегося высокопрочного легкого бетона. Период Политех Civ Eng. 2017; 61 (1): 81–7. Искать в Google Scholar

[36] Kikuchi T, Shintani Y, Hirashima T, Kohno M.Механические свойства бетона, армированного стальной фиброй, при высоких температурах. J Struct Constr Eng. 2020; 85 (767): 169–76. Искать в Google Scholar

[37] Tadepalli PR, Mo YL, Hsu TTC. Механические свойства фибробетона. Mag Concr Res. 2013; 65 (8): 462–74. Искать в Google Scholar

[38] Лим Дж. К., Озбаккалоглу Т. Модель конфайнмента для высокопрочного бетона с FRP. J Compos Constr. 2014; 18 (4): 4013058. Искать в Google Scholar

[39] Deluce JR, Vecchio FJ.Поведение при растрескивании железобетонных элементов, армированных стальным волокном, содержащих обычную арматуру. ACI Struct J. 2013; 110 (3). Искать в Google Scholar

Поступила: 04.08.2020

Принята к печати: 2020-12-11

Опубликовано в сети: 29.01.2021

© 2021 Джавад Ахмад и др., Опубликовано De Gruyter

Это произведение находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 Международная лицензия.

Полипропиленовое волокно: свойства, применение, продукты, структура

Полипропилен – очень популярное волокно, которое может использоваться в производстве во многих формах и цветах.

Полипропиленовое волокно, , также известное как полипропилен или ПП, представляет собой синтетическое волокно, на 85% состоящее из пропилена и используемое в различных областях. Он используется во многих отраслях промышленности, но одной из самых популярных является производство ковровой пряжи. Например, из этого волокна делают большинство экономичных ковров для легких домашних хозяйств.Волокно термопластичное, эластичное, легкое, устойчивое к плесени и множеству различных химикатов.

Что такое полипропилен?

Полипропилен (PP) – первый стереорегулярный полимер, получивший промышленное значение. Это термопласт , что означает, что он становится пластичным или пластичным при определенной повышенной температуре и затвердевает при охлаждении. Полипропилен перерабатывается в пленку для упаковки и волокна для ковров и одежды.

PP относится к группе полиолефинов и является частично кристаллическим и неполярным. По своим свойствам он аналогичен полиэтилену, но более твердый и термостойкий. Это прочный белый материал с высокой химической стойкостью. Полипропилен является вторым по распространенности товарным пластиком (после полиэтилена) и часто используется для упаковки и маркировки продуктов.

Полипропилен производится из газообразного пропилена в присутствии катализатора, такого как хлорид титана.Полипропилен – это побочный продукт добычи нефти. Вы можете найти более подробную научную информацию здесь.

PP имеет следующие свойства:

  • низкие физические свойства
  • низкая термостойкость
  • отличная химическая стойкость
  • от полупрозрачного до непрозрачного
  • низкая цена
  • легко обрабатывать

Полипропиленовая крошка может быть преобразована в волокно / нить традиционным способом прядения из расплава .

Первые волокна из полипропилена были представлены в текстильной промышленности в 1970-х годах и стали важным участником рынка синтетических волокон.

Полипропиленовое волокно обладает хорошими теплоизоляционными свойствами и обладает высокой устойчивостью к кислотам, щелочам и органическим растворителям . Волокно чувствительно к теплу и свету, но на устойчивость к этим веществам можно повлиять добавлением стабилизаторов. Нити и моноволокна используются при производстве кабелей, сеток, фильтровальных тканей и обивки. В виде штапеля волокно используется в ковровых покрытиях, одеялах, тканях для верхней одежды, трикотажных изделиях и фильтровальных тканях. Текстурированное полипропиленовое волокно в основном используется для изготовления ковров.

Рост спроса на полипропилен очень высок, в основном это связано с его отличительными техническими характеристиками:

  • легкий
  • сильный
  • гидрофобный
  • гибкий
  • имеет низкую теплопроводность и т. Д.

Из-за всего этого широко используется для изготовления нижнего белья, курток для верхней одежды, купальных костюмов, фильтров, сумок и подгузников.

Полипропилен перерабатывается на заводах в пленку, когда он предназначен для упаковки, и в волокна для ковров и одежды.

Свойства полипропиленового волокна

Структура и характеристики волокна

Волокна

PP состоят из кристаллических и некристаллических областей. Каждый кристалл окружен некристаллическим материалом. Прядение и вытяжка волокна могут влиять на ориентацию как кристаллических, так и аморфных областей.

Степень кристалличности полипропиленового волокна обычно составляет 50-65%, в зависимости от условий обработки. Кристаллизация происходит между температурой стеклования и равновесной точкой плавления полипропилена.Скорость кристаллизации выше при низких температурах.

В целом полипропиленовое волокно имеет отличную химическую стойкость к кислотам и щелочам, высокую стойкость к истиранию и устойчивость к насекомым и вредителям. Волокно PP также легко обрабатывать и недорого по сравнению с другими синтетическими волокнами. Он также имеет низкое влагопоглощение.

Некоторые из основных характеристик волокна из полипропилена :

  • дает хорошую пухлость и покрывает
  • устойчива к истиранию, износу от химикатов, плесени, поту, гниению, пятнам, почве и погодным условиям
  • устойчивы к бактериям и микроорганизмам
  • Colorfast
  • быстросохнущий
  • антистатическое поведение
  • термически склеиваемый
  • сильный
  • сухая рука
  • удобный и легкий

Из-за своего низкого удельного веса полипропилен дает наибольший объем волокна для данного веса.Такой высокий выход означает, что полипропиленовое волокно обеспечивает хороший объем и укрывистость, но при этом легче. Полипропилен – самое легкое из всех волокон (например, он на 34% легче полиэстера и на 20% легче нейлона), даже легче воды.

Полипропиленовое волокно легко перерабатывать на заводах, а производство недорого.

Механические свойства

Полипропиленовые волокна производятся различных типов с различной прочностью , чтобы соответствовать различным требованиям рынка.Волокна для текстильных изделий общего назначения имеют прочность в диапазоне 4,5-6,0 г / ден. Высокопрочная пряжа до 9,0 г / ден производится для использования в веревках, сетях и других подобных изделиях. Волокна полипропилена с высокими эксплуатационными характеристиками обладают высокой прочностью и высоким модулем упругости.

Эти методы включают ультра-вытяжку, экструзию в твердом состоянии и рост поверхности кристаллов. Возможно изготовление волокон с прочностью более 13,0 г / ден.

Таблица механических свойств полипропиленовых волокон

Прочность на разрыв (гс / ден) 3.От 5 до 5,5
Относительное удлинение (%) от 40 до 100
Устойчивость к истиранию хорошо
Поглощение влаги (%) от 0 до 0,05
Температура размягчения (ºC) 140
Температура плавления (ºC) 165
Химическая стойкость в целом отлично
Относительная плотность 0.91
Теплопроводность 6.0 (с воздухом как 1.0)
Электроизоляция отлично
Устойчивость к плесени и моли отлично

Степень ориентации, достигаемая вытяжкой, влияет на механические свойства полипропиленовых нитей. Чем выше степень растяжения, тем выше предел прочности на разрыв и меньше относительное удлинение.Коммерческие моноволокна имеют удлинение при разрыве в районе 12-25%. Мультифиламенты и штапельные волокна составляют от 20-30% до 20-35%.

Тепловые свойства

Полипропиленовые волокна имеют самую низкую теплопроводность среди всех натуральных или синтетических волокон (6,0 по сравнению с 7,3 для шерсти, 11,2 для вискозы и 17,5 для хлопка). Волокна PP сохраняют больше тепла в течение более длительного периода времени, обладают отличными изоляционными свойствами в одежде и, в сочетании с их гидрофобной природой, сохраняют тепло и сухость в одежде.

Полипропиленовые волокна имеют температуру размягчения около 150 ° C и точку плавления при 160-170 ° C. При низких температурах -70 ° C и ниже полипропиленовые волокна сохраняют отличную гибкость. При высокой температуре (но ниже 120 ° C) волокна PP почти сохраняют все свои обычные механические свойства. Волокна полипропилена имеют самую низкую теплопроводность среди всех промышленных волокон, и в этом отношении они являются самыми теплыми волокнами из всех, даже более теплыми, чем шерсть.

Что касается воздействия сильного холода, они остаются эластичными при температурах в районе -55 ° C.

Окрашиваемость

Окрашиваемость волокон контролируется их химическими и физическими свойствами . Волокна, которые имеют полярные функциональные группы в повторяющихся звеньях молекулы, могут быть более легко окрашены. Эти полярные группы могут служить активными центрами для соединения с молекулами красителя за счет химических связей.

Поскольку молекулярные цепи полипропилена не имеют полярных функциональных групп (активных центров для химических связей или красителей) и имеют относительно высокую степень кристалличности (50-65%), молекулы красителя не могут химически притягиваться к волокнам.Молекулы красителя не могут даже сильно адсорбироваться поверхностью волокон из-за их гидрофобных свойств.

В современной текстильной промышленности полипропиленовое волокно можно окрашивать практически в неограниченное количество цветов.

По этим причинам окрашивание полипропилена оставалось очень важной задачей для химиков, занимающихся полимерами и текстилем, на протяжении многих десятилетий. Подходы к окрашиванию полипропилена с использованием полисмесей, сополимеров, плазменной обработки и специально разработанных красителей были тщательно изучены.

Текущая технология производства окрашиваемого полипропилена в основном основана на технологиях полисмешивания, сополимеризации и прививки. Окрашиваемый полипропилен можно производить с помощью нанотехнологий. В современной промышленности полипропиленовое волокно может быть окрашено в массе (прядением) производителем практически в неограниченном количестве цветов.

Как производится полипропиленовое волокно?

Полипропиленовая крошка может быть преобразована в волокно / нить с помощью стандартного процесса прядения из расплава , хотя рабочие параметры можно регулировать в зависимости от конечных продуктов.

Производство полипропиленового волокна варьируется от производителя. Производственный процесс отличается, так что могут быть достигнуты желаемые свойства, включая окрашиваемость, светостойкость, термочувствительность и т. Д.

Базовый производственный процесс включает полимеризацию газообразного пропилена с помощью металлического соединения, такого как хлорид титана. Полимер, образованный из пропилена, суспендируют в разбавителе для разложения катализатора, затем его фильтруют, очищают и, наконец, восстанавливают до полипропиленовой смолы.

Смолу, образованную таким образом, расплавляют и экструдируют через фильеру в виде нити. Затем эти волокна обрабатываются для получения желаемых свойств.

На фабриках полипропилен превращается в волокно путем прядения из расплава.

Основные этапы производственного процесса:

  1. Дозирование : Один или несколько прядильных шестеренчатых насосов принимают расплавленный полимер и отправляют его через прядильный пакет для гомогенизации продукта, подачи прядильного пакета с постоянной скоростью и предотвращения колебаний из-за шнекового экструдера.Полимер в форме пеллет или гранул подается в экструдер, где он расплавляется и перекачивается с помощью поршневого насоса в центробежный узел для расплава.
  2. Прядение : Прядильный агрегат состоит из фильтров и каналов, по которым расплавленный полимер поступает в фильеру с несколькими нитями. Распределитель распределяет расплавленный полимер по поверхности фильеры. Диаметр матрицы варьируется от 0,5 до 1,5 мм, в зависимости от требуемого денье.
  3. Закалка : Новые экструдированные расплавленные волокна, которые выходят из фильеры, охлаждают, обычно холодным воздухом, без повреждения волокон, и затвердевают.Зона охлаждения может быть такой же простой, как область, в которой охлаждающий воздух проходит через волокна, или это может быть тщательно продуманная камера, сконструированная так, чтобы можно было строго контролировать охлаждающую среду.
  4. Отделка : Для улучшения антистатических свойств и уменьшения истирания.
  5. Hot Stretching : Процесс улучшения физико-механических свойств.
  6. Опрессовка : Улучшение пухлости.
  7. Thermosetting : Обработка горячим воздухом или паром, снимающая внутренние напряжения и расслабляющая волокна.Полученные волокна подвергаются термофиксации с увеличенным денье.
  8. Резка : Волокна нарезаются на отрезки длиной от 20 до 120 мм, в зависимости от того, предназначены они для хлопчатобумажной или шерстяной ткани.

Как используется полипропиленовое волокно?

Полипропиленовое волокно можно использовать в широком диапазоне приложений . Это лишь некоторые примеры:

  • автомобильная промышленность
  • ковровое покрытие
  • упаковка
  • волокно, нить, пленка, трубы
  • обивочные ткани и покрывала
  • игрушки, пробки для бутылок, одноразовые
  • гигиена
  • одежда
  • технические фильтры
  • мешки тканые
  • веревки и двойники
  • ленты
  • ткани строительные
  • Абсорбирующие изделия (подгузники)
  • мебельная промышленность
  • сельское хозяйство

Благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам и сравнительно низкой стоимости полипропиленовое волокно находит широкое применение в индустрии нетканых материалов и доминирует на многих рынках нетканых материалов.Основные области применения: нетканые материалы, рынки покрытий для впитывающих продуктов, товары для дома и автомобильные рынки.

Упакованные тюки из штапельного полипропилена различных ярких цветов.

Применение полипропиленовых волокон в текстиле

Текстильные полы были первой и самой крупной областью применения полипропиленового волокна: высокая стойкость к истиранию, непоглощение грязи, жидкостей и пятен, простота стирки, устойчивость цвета и отсутствие распространения огня сделали его предпочтительным. даже к натуральным волокнам.

Это применение полипропилена было распространено на напольные ковры, хорошо устойчивые к излучению и теплу: поля для гольфа и теннисные корты, края бассейнов и салоны автомобилей. В последующие годы был разработан метод производства пряжи тонкой пряжи, что позволило изготавливать ткань, которая особенно подходила для спортивного трикотажа, где положительным фактором было непоглощение пота и его транспортировка наружу. , оставляя тело сухим.

Нижнее белье и спортивная одежда из полипропилена демонстрируют отличную теплоизоляцию, высокую стойкость к истиранию, перенос пота от тела на прилегающую впитывающую ткань (например, хлопок) и т. Д.

Некоторые из основных применений полипропиленовых волокон в текстильной промышленности :

  • Одежда
  • Одежда
  • Веревки
  • Пищевые этикетки и упаковка

Продукты

Штапельное волокно полипропиленовое

Полипропиленовое штапельное волокно используется в производстве игольчатых ковров, предметов гигиены и домашнего обихода и т. Д. Некоторые из основных областей применения включают: нетканые материалы, рынки впитывающих продуктов (подгузники), предметы интерьера и автомобильную промышленность.Он также используется для тканых ковров, ковровых покрытий из нетканых материалов, обивки, пряжи, фильерных тканей, термосвязанных тканей, изоляционных материалов, войлока, строительных конструкций…

Полипропиленовое штапельное волокно ярких цветов, готовое к применению в различных текстильных отраслях.

Пряжа BCF полипропиленовая
Пряжа

PP BCF используется в производстве текстильных полов, а также в производстве упаковочных тканей (биг-бегов) и обрезков. Мы производим BCF с широким спектром децитексных и цветовых палитр, без УФ-стабилизатора, в соответствии с требованиями заказчика.

Пряжа полипропиленовая CF
Пряжа

PP CF используется в канатной промышленности и обрезке.

Непрерывная мультифиламентная пряжа (CF Yarns) имеет среднюю прочность. Они подходят для ткачества, вязания и широкого спектра применений. Некоторые из них включают: обивку матрасов, обивку, оконные жалюзи, спортивную одежду, модный текстиль и различные технические приложения.

Бетон, армированный полипропиленовым волокном

Хотя бетон предлагает множество преимуществ, когда речь идет о механических характеристиках и экономических аспектах конструкции, хрупкое поведение материала остается большим препятствием для сейсмических и других применений, где существенно требуется гибкое поведение.Однако разработка полипропиленового фибробетона (PFRC) обеспечила техническую основу для устранения этих недостатков.

В последнее время использование полипропиленовых волокон в строительстве конструкций значительно расширилось, поскольку добавление волокон в бетон улучшает ударную вязкость, прочность на изгиб, прочность на разрыв и ударную вязкость, а также режим разрушения бетона. Полипропиленовый шпагат дешев, доступен в большом количестве и, как и все искусственные волокна, неизменно высокого качества.(Более подробную техническую информацию можно найти здесь.)

Часто задаваемые вопросы о PP Fiber

1. В: Сколько стоит полипропиленовая ткань?

A: Поскольку полипропилен является одним из наиболее широко производимых видов пластика, оптом он стоит довольно недорого. Большое количество заводов конкурируют друг с другом за место на мировом рынке пластмасс, и эта конкуренция снижает цены.

Однако полипропиленовая ткань может быть относительно дорогой, но это в основном зависит от конечного использования.Например, полипропиленовая ткань, которая предназначена для изготовления одежды, имеет более высокую стоимость, чем полипропиленовая ткань для других целей, которая обычно имеет относительно низкие цены.

2. В: Полиэстер против полипропилена: основные отличия

A: И полипропилен (PP), и полиэстер (PES) являются двумя основными волокнами, которые в основном используются в традиционном прядении и ткачестве, производстве нетканых материалов, пряжи и композитах. Оба волокна доступны как первичные, так и бутылочные (из регенерированного материала).Первичное волокно используется для изготовления одежды, а регенерированное волокно используется в нетканых материалах для изготовления ковров, напольных покрытий, одеял и фильтров.

  • PES доступен с более высокими классами прочности на разрыв по сравнению с полипропиленом, который подходит для промышленных тканей с более высокой оговоренной прочностью.
  • Полипропилен обычно не используется для пришивания ниток из-за его низкой температуры плавления.
  • Относительное удлинение у полипропилена намного выше. Это обеспечивает лучшую эластичность материала и улучшенное формование.
  • Плотность полипропилена (0,91 г / см) намного ниже, чем у полиэстера (1,38 г / см). В результате диаметр полипропиленового волокна пропорционально превышает диаметр полиэфирного волокна того же денье. Полипропилен окрашен в массе и доступен в широком диапазоне цветов и оттенков. С другой стороны, окрашенный в массе полиэстер доступен только в ограниченном количестве цветов.
  • Точка плавления полипропилена (165 C) намного ниже, чем у полиэстера (260 C).Поэтому материал из этого волокна не подходит для одежды пожарных и аналогичной одежды с высокими температурами.
  • Устойчивость к ультрафиолетовому излучению уступает PP по сравнению с PES, но в процессе производства может быть добавлен УФ-стабилизатор.
  • PP очень инертен к химическим веществам и может использоваться в качестве рыболовных сетей и геотекстиля в щелочных и кислых почвах.
Полипропилен обладает высокой эластичностью, что идеально подходит для прядения и ткачества, производства нетканых материалов, пряжи и других применений.

3. В: Какие существуют типы полипропиленовой ткани?

A: Существует множество различных добавок, которые могут быть добавлены к полипропилену в его жидком состоянии для изменения свойств материала. Кроме того, существует два основных типа этого пластика:

.
  • Гомополимерный полипропилен : Полипропилен считается гомополимером, если он находится в исходном состоянии без каких-либо добавок. Этот тип полипропилена обычно не считается хорошим материалом для ткани.
  • Сополимерный полипропилен : Большинство типов полипропиленовых тканей состоят из сополимеров. Этот тип полипропилена в дальнейшем делится на полипропилен с блок-сополимером и полипропилен со статистическим сополимером. Сомономерные звенья в блочной форме этого пластика расположены в виде правильных квадратов, а сомономерные звенья в произвольной форме расположены относительно произвольно. Для текстильных изделий подходит блочный или случайный полипропилен, но чаще используется блочный полипропилен.

4. В: Токсичен ли полипропилен для человека?

A: Полипропилен – один из немногих типов пластика, разрешенных для использования в пищевой и фармацевтической промышленности, поскольку они считаются в основном безвредными для здоровья человека. Во многих исследованиях полипропилен считается одним из самых безопасных видов пластмасс . Он прочный и термостойкий, поэтому маловероятен выщелачивание даже при воздействии теплой или горячей воды.

Почему следует использовать полипропиленовое волокно – основные преимущества и недостатки

Хотя полипропиленовые волокна имеют некоторые недостатки, в основном низкая температура плавления, которая не позволяет гладить полипропилен, как хлопок, шерсть или нейлон, ограниченная текстурируемость, плохая адгезия к клеям и латексу и т. Д., полипропиленовые волокна обладают множеством преимуществ.

Благодаря своим специфическим характеристикам, он идеально подходит для некоторых отраслей промышленности (например, производство ковровой пряжи и впитывающих материалов). Волокно термопластичное, эластичное, легкое, устойчивое к плесени и множеству различных химикатов.

Полипропилен – это легкое волокно, обладающее высокой химической стойкостью, поэтому оно идеально подходит для многих отраслей промышленности.

Это лишь некоторые из преимуществ, которые вам следует учитывать:

  • PP – световод: его плотность (.91 г / см³) является самым низким из всех синтетических волокон.
  • Не впитывает влагу. Это означает, что свойства влажного и сухого полипропиленового волокна идентичны. Низкий уровень восстановления влаги не считается недостатком, поскольку он помогает быстро отводить влагу, как это требуется в особых случаях, таких как вечно высыхающие детские подгузники.
  • Обладает отличной химической стойкостью. Волокна PP очень устойчивы к большинству кислот и щелочей.
  • Теплопроводность полипропиленового волокна ниже, чем у других волокон , и его можно использовать для термического износа.

В заключение: полипропиленовая ткань – это нетканый текстильный материал , что означает, что он сделан непосредственно из материала без необходимости прядения ткачества. Основным преимуществом полипропилена как ткани является его способность передавать влагу ; этот текстиль не впитывает влагу, а влага полностью проходит через ткань PP. Этот атрибут позволяет влаге, которая выделяется при ношении одежды из полипропилена, испаряться намного быстрее, чем при использовании одежды, удерживающей влагу.Поэтому эта ткань популярна в текстильных изделиях, которые носят близко к коже.

Также имейте в виду, что полипропиленовая ткань – одно из самых легких синтетических волокон из существующих, и она невероятно устойчива к большинству кислот и щелочей. Кроме того, теплопроводность этого вещества ниже, чем у большинства синтетических волокон, а значит, оно идеально подходит для ношения в холодную погоду.

Кроме того, эта ткань очень устойчива к истиранию, а также к насекомым и другим вредителям.Благодаря своим выдающимся термопластическим свойствам полипропилену легко формовать различные формы и формы, и он может быть преобразован путем плавления.

Все эти особенности делают его идеальным для некоторых конкретных отраслей и областей применения. Если у вас есть один из таких вопросов или у вас есть какие-либо вопросы или проблемы, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

% PDF-1.5 % 1 0 объект > / Metadata 518 0 R / OCProperties >>>] / Order [511 0 R] >> / OCGs [511 0 R] >> / PageLayout / SinglePage / PageMode / UseNone / Pages 2 0 R / Type / Catalog / ViewerPreferences> >> эндобдж 30 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родитель 2 0 R / Ресурсы> / GS46 46 0 R / GS7 7 0 R >> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >> > / Повернуть 0 / Табуляция / S / Тип / Страница >> эндобдж 29 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родитель 2 0 R / Ресурсы> / GS46 46 0 R / GS7 7 0 R >> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >> > / Повернуть 0 / Табуляция / S / Тип / Страница >> эндобдж 28 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родитель 2 0 R / Ресурсы> / GS46 46 0 R >> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >>> / Rotate 0 / Вкладки / S / Тип / Страница >> эндобдж 27 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родитель 2 0 R / Ресурсы> / GS46 46 0 R / GS7 7 0 R >> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >> > / Повернуть 0 / StructParents 30 / Tabs / S / Type / Page >> эндобдж 26 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родитель 2 0 R / Ресурсы> / GS46 46 0 R / GS7 7 0 R >> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >> > / Повернуть 0 / StructParents 16 / Tabs / S / Type / Page >> эндобдж 3 0 obj > / MediaBox [0 0 612 792] / Родитель 2 0 R / Ресурсы> / GS7 7 0 R >> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >>> / Rotate 0 / StructParents 0 / Вкладки / S / Тип / Страница >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 59 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 635 0] / F 4 / Rect [358.94 236.03 505.08 248.44] / StructParent 29 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 58 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 566 0] / F 4 / Rect [321,75 571,09 369,19 583,5] / StructParent 28 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 57 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 566 0] / F 4 / Rect [482,13 583,5 544,75 595,91] / StructParent 27 / Subtype / Link >> эндобдж 56 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 720 0] / F 4 / Rect [87.512 211.21 195.29 223.62] / StructParent 26 / Subtype / Link >> эндобдж 55 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 322 0] / F 4 / Rect [73.08 335.31 175.22 347.72] / StructParent 25 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 54 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 566 0] / F 4 / Rect [116,56 422,17 226 434,58] / StructParent 24 / Subtype / Link >> эндобдж 53 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 454 0] / F 4 / Rect [69.75 509.04 94.25 521.4500] / StructParent 23 / Subtype / Link >> эндобдж 52 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 454 0] / F 4 / Rect [158,890 521,4500 292,75 533,86] / StructParent 22 / Subtype / Link >> эндобдж 51 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 531 0] / F 4 / Rect [174.49 608,320 284,42 620,72] / StructParent 21 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 50 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 705 0] / F 4 / Rect [69,75 608,320 171,07 620,72] / StructParent 20 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 49 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 705 0] / F 4 / Rect [241,03 620,72 292,75 633,13] / StructParent 19 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 48 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 315 0] / F 4 / Rect [69,75 682,77 94,25 695,18] / StructParent 18 / Subtype / Link >> эндобдж 47 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 315 0] / F 4 / Rect [217.75 695,18 292,75 707,59] / StructParent 17 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 44 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 253 0] / F 4 / Rect [347,65 120,53 431,34 132,94] / StructParent 15 / Subtype / Link >> эндобдж 43 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 195 0] / F 4 / Rect [321,75 120,53 346,25 132,94] / StructParent 14 / Subtype / Link >> эндобдж 42 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 195 0] / F 4 / Rect [477,25 132,94 544,75 145,35] / StructParent 13 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 41 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 593 0] / F 4 / Rect [321.75 170,17 346,25 182,57] / StructParent 12 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 40 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 593 0] / F 4 / Rect [459,98 182,57 544,75 194,98] / StructParent 11 / Subtype / Link >> эндобдж 39 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 253 0] / F 4 / Rect [372,02 182,57 458 194,98] / StructParent 10 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 38 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 195 0] / F 4 / Rect [321,75 182,57 370,04 194,98] / StructParent 9 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 37 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 195 0] / F 4 / Rect [500.03 194.98 544.75 207.39] / StructParent 8 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 36 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 535 0] / F 4 / Rect [321,75 244,62 390,91 257,030000] / StructParent 7 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 35 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 720 0] / F 4 / Rect [420,35 257,030000 538,920 269,44] / StructParent 6 / Subtype / Link >> эндобдж 34 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 473 0] / F 4 / Rect [410,91 331,49 456,96 343,9] / StructParent 5 / Subtype / Link >> эндобдж 33 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 651 0] / F 4 / Rect [325.08 343,9 471,95 356,31] / StructParent 4 / Подтип / Ссылка >> эндобдж 32 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 384 0] / F 4 / Rect [325,08 356,31 425,24 368,72] / StructParent 3 / Subtype / Link >> эндобдж 31 0 объект > / Dest [29 0 R / XYZ 321 415 0] / F 4 / Rect [325,08 455,58 428,79 467,99] / StructParent 2 / Subtype / Link >> эндобдж 25 0 объект > / Dest [30 0 R / XYZ 69 245 0] / F 4 / Rect [144.140 93.934 263.05 106.34] / StructParent 1 / Subtype / Link >> эндобдж 518 0 объект > поток 2018-03-06T10: 26: 23ZMicrosoft® Word 20102018-03-06T07: 59: 13Z2018-03-06T07: 59: 13Zapplication / pdf

  • Zuneera Ashfaq
  • Microsoft® Word 2010uuid: b78e58d9-25cf-4084-8c28-d6a7665e7b411B конечный поток эндобдж 517 0 объект > поток х * w6VH / 2353125T0

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *