Михаил Жаворонков, доцент кафедры технологии строительных материалов и метрологии, выполнил научно-исследовательскую работу «Исследование влияния параметров дисперсного армирования на поведение фибробетона под нагрузкой» в рамках конкурса грантов на выполнение научно-исследовательских работ научно-педагогическими работниками СПбГАСУ в 2024 г.
Фибробетон обладает рядом преимуществ перед традиционным бетоном и железобетоном. По разным данным, фибробетон отличается повышенной прочностью при сжатии и изгибе, стойкостью к ударным воздействиям и т. д. Одним из главных преимуществ фибробетона является его повышенная трещиностойкость – способность материала сопротивляться образованию и развитию трещин.
В ходе исследования была разработана и собрана установка оригинальной конструкции. Установка позволяет производить трёхточечный изгиб образцов фибробетона размерами 150×150×600 мм и контролировать прилагаемую нагрузку и прогиб образцов, вызванный действием этой нагрузки. Также предусмотрена возможность контроля распределения деформаций вдоль высоты рабочего сечения образца. Реализация такой возможности позволила измерять высоту сжатой зоны поперечного сечения испытываемого образца и следить за её изменением.
Установка включает нагружающее устройство и систему датчиков. Нагружающее устройство состоит из двух траверс, подвижной и неподвижной, и двух параллельных винтовых пар. Одновременное вращение винтовых пар вызывает линейное перемещение подвижной траверсы. Бетонный или фибробетонный образец размещается между траверсами на специальных упорах, обеспечивающих его трёхточечный изгиб. Винтовые пары приводятся во вращение с помощью системы из электродвигателей, редукторов, электромуфт и цепной передачи. Выбор ведущего двигателя, скорость и направление его вращения осуществляется с пульта. Сделано именно так, чтобы обеспечить максимально широкий диапазон регулировки скорости вращения с минимальной потерей крутящего момента.
Система датчиков, контролирующих поведение образца под нагрузкой при изгибе, включает тензометрический силоизмеритель, 4 линейных энкодера и 16 тензорезисторов. Датчики опрашиваются попеременно, по несколько раз в секунду, и полученные данные с помощью несложного схемотехнического решения отправляются в компьютер, где отображаются в виде соответствующих графиков и таблиц.
Полученные графики зависимостей прогибов от прилагаемых нагрузок можно использовать для расчёта силовых и энергетических характеристик трещиностойкости по ГОСТ 29167-2021, а по показаниям тензорезисторов можно контролировать высоту сжатой зоны на разных этапах деформирования и разрушения образцов.
Свойства фибробетонов и их поведение под нагрузкой изучаются на кафедре технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ уже десятки лет, в том числе в рамках работы научной школы «Наноструктурное модифицирование и дисперсное армирование строительных изделий и конструкций». В настоящее время много внимания уделено теме теоретического моделирования поведения фибробетона под нагрузкой. В ходе разработки данной темы возникли вопросы точного определения количества фибр, вовлечённых в работу фибробетона под нагрузкой. В том числе для определения их числа и была разработана описанная выше установка.
Полученные в ходе исследования данные могут быть применены при проектировании фибробетонных конструкций и составлять базу для дальнейших исследований, а освоенные методы испытаний реализованы в ходе учебного процесса в рамках лабораторных работ по соответствующим дисциплинам.
