Fibrokompozyt drobnokruszywowy – modele opisu właściwości i zastosowanie

Monografia przedstawia krajowe i światowe badania dotyczące zastosowania fibrokompozytów do wykonania elementów i konstrukcji budowlanych. Omówiono genezę i zakres powstawania złóż piasków, zalegających na terenie Pomorza, jako odpad poprodukcyjny w procesie hydroklasyfikacji kruszyw. Jednym ze sposobów ich zagospodarowania jest użycie tego kruszywa do wytwarzania konstrukcyjnych kompozytów ze zbrojeniem rozproszonym. Przeprowadzone badania kompozytu o różnej zawartości włókien stalowych pozwoliły dobrać taką ilość włókien, przy której fibrokompozyt wykazuje najlepsze właściwości i spełnia wymagania stawiane materiałom konstrukcyjnym. Zaprezentowane wyniki badań właściwości mechaniczno-fizycznych opracowanego kompozytu drobnokruszywowego wskazują, że proponowany materiał może znaleźć zastosowanie przy wykonywaniu elementów i konstrukcji budowlanych. Stwarza to możliwość wykorzystania zalegających hałd piasku odpadowego, a tym samym częściowo rozwiązuje problem kosztownej rekultywacji terenów wyrobisk kopalnianych. Zastosowanie kruszywa odpadowego na większą skalę pozwoliłoby tym samym na ograniczenie dalszej degradacji środowiska. Zaproponowano sposób estymacji właściwości kompozytu drobnokruszywowego zbrojonego włóknami metodami nieniszczącymi. Do zidentyfikowania cech takiego kompozytu wytypowano dwie metody. Jedna z nich wykorzystuje indukcję elektromagnetyczną w celu oszacowania zawartości stalowego zbrojenia rozproszonego w kompozycie, druga opiera się na ustaleniu prędkości propagacji fali ultradźwiękowej w przestrzeni kompozytu. Mając zdefiniowane korelacje wybranych cech fibrokompozytu i parametrów badań nieniszczących wyznaczono równania regresji y (cecha fibrokompozytu jako zmienna zależna) względem x i z (natężenie prądu oraz prędkość fali jako zmienne niezależne). Znając prędkość fali i natężenie prądu z równań regresji można określić w sposób nieniszczący podstawowe właściwości fibrokompozytu drobnokruszywowego. W celu weryfikacji równań wykonano w warunkach naturalnych trzy płyty o różnej zawartości włókien stalowych i poddano je badaniom nieniszczącym. Badania wykazały dobrą zgodność między eksperymentem a obliczeniami, co wskazuje na poprawność sformułowanych równań. Omówiono zagadnienie rozkładu włókien stalowych w drobnokruszywowym kompozycie mineralnym. Zaproponowano model rozkładu włókien stalowych w przestrzeni takiego kompozytu oparty na podstawach statystycznych. Model ten zakłada losowość rozkładu włókien w przestrzeni kompozytu zgodnie z przyjętym rozkładem prawdopodobieństwa. Dokonano doświadczalnej weryfikacji opracowanego modelu. Wyniki rozkładu włókien stalowych w kompozycie mineralnym uzyskane na podstawie modelu statystycznego porównano z wynikami modelu często stosowanego przez innych autorów, opartego na podstawach geometrycznych. Stwierdzono dobą zgodność opisu rozkładu włókien stalowych dla obu modeli. Ponieważ ilość włókien wpływa na wytrzymałość kompozytu przy rozciąganiu, na podstawie badań doświadczalnych opracowano zależność między tą właściwością a ilością włókien w przekroju przebiegającym w pobliżu płaszczyzny zniszczenia materiału w warunkach rozciągania. Omówiono zasady wymiarowania zginanych elementów fibrobetonowych z wykorzystaniem wytrzymałości resztkowych. Przedstawiono także nowatorską propozycję wyznaczania tej wytrzymałości. Na podstawie badań i analiz, dla wybranych elementów konstrukcyjnych (zginane elementy belkowe oraz elementy płytowe) z drobnokruszywowego fibrokompozytu wytworzonego z piasków odpadowych podano zasady ich wymiarowania wg najnowszych dokumentów normalizacyjnych. Podano również ocenę nośności, zarysowania i ugięć. Stwierdzono, że metody RILEM oraz Model Codel 2010 nie powinny być w obecnej sytuacji stosowane do projektowania zginanych elementów konstrukcyjnych wykonanych z drobnokruszywowego fibrokompozytu. W związku z powyższym podano propozycję wymiarowania takich elementów. Autorka na podstawie badań i analiz własnych oraz ze współpracownikami podała wnioski dotyczące optymalnych modeli właściwości, autorskich propozycji projektowania i konstruowania elementów konstrukcyjnych z kompozytów drobnokruszywowych, a także obszary ich zastosowania. Wykazano, że modyfikowany fibrokomopozyt drobnokruszywowy może w pewnych zastosowaniach stanowić alternatywę dla betonu zwykłego. Może być on kontrolowany metodami nieniszczącymi i niszczącymi, podnosząc jego jakość i bezpieczeństwo konstrukcji. Projektowanie elementów z fibrokompozytu drobnokruszywowego wytworzonego z piasków odpadowych może być realizowane wg metodyki zaproponowanej w monografii, opartej na badaniach i analizach zgodnie z PN-EN, RILEM i Model Code 2010.

Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne, nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka, nauki o ziemi i środowisku