Strength and deformation properties of the contact of composite reinforcement with fine-grained concrete

Abstract

В последнее время в строительной практике увеличилось использование композитной арматуры с применением различного типа волокон и полимеров, проводятся обширные экспериментальные исследования для оценки ее механических характеристик. Однако взаимодействие между арматурными стержнями и бетоном все еще плохо изучено из-за разнообразия материалов и типов поверхности. В статье представлены результаты испытаний сцепления арматурных стержней с мелкозернистым бетоном. Пять серий бетонных цилиндров с заанкеренными в них базальтопластиковыми и стеклопластиковыми стержнями, изготавливаемыми на предприятиях Приморского края, были испытаны на прямое выдергивание. Проведены также сравнительные испытания двух серий образцов со стальными стержнями из холоднотянутой проволоки классов В-I и Bp-I. В качестве исследуемых параметров рассматривались не только прочностные свойства границы сцепления, но и параметры кривых «напряжение–деформация» во всем диапазоне испытаний, включая ниспадающую ветвь. Деформации непосредственно в арматурном стержне фиксировались с помощью установленного на нем экстензометра. Анализ полученных данных показал, что на прочность сцепления влияет преимущественно шаг ребер на поверхности стержней периодического профиля. Установлено, что наибольшая прочность сцепления была у стержней с шагом ребер 15 и 20 мм. В то же время в образцах с такими стержнями отмечалась начальная высокая жесткость сцепления и практически отсутствие нисходящей ветви на кривых «напряжение–деформация», что свидетельствует о хрупком характере нарушения сцепления по поверхности арматуры и бетона. Применение аналогичной арматуры в элементах строительных конструкций может привести к хрупкому разрушению до исчерпания их несущей способности, что крайне нежелательно. Прочность сцепления металлических стержней с бетоном оказалась ниже, чем у всех испытываемых стержней композитной арматуры. Таким образом, сделан вывод о достаточно высоком качестве представленных для исследования образцов композитной арматуры и перспективности ее использования в качестве альтернативы стальным стержням в железобетонных элементах. В то же время при разработке новых видов продукции необходимо учитывать не только прочность арматуры, но и ее совместную с бетоном работу в конструкции на всем протяжении эксплуатации, обеспечивая при этом требования норм проектирования по предельному напряжению сцепления. Ключевые слова: композитная арматура, стеклопластиковая арматура, базальтопластиковая арматура, мелкозернистый бетон, сцепление арматуры с бетоном. At the time being, the use of composite reinforcement with inclusion of various types of fibers and polymers has increased in construction practice; extensive experimental studies are being conducted to assess its mechanical characteristics. However, the interaction between reinforcing bars and concrete is still poorly understood due to the diversity of materials and surface types. This paper presents the results of tests to study the bond behavior of FRP bars with fine-grained concrete. Five series of concrete cylinders with basaltplastic embedded in them and fiberglass bars produced at industrial enterprises of the Primorsky Krai were tested for direct pulling. For comparison, two series of samples with steel bars of cold-drawn wire of classes B-I and Bp-I have also been tested. As the parameters studied, not only the strength properties of the adhesion boundary have been considered, but also the parameters of the stress-strain curves in the entire test range, including the descending branch. Deformations directly in the reinforcing bar have been recorded using an extensometer mounted on the reinforcing bar. Subsequent data analysis showed that the bong strength was mainly affected by the pitch of the ribs on the surface of the rods. It was found that the greatest bond strength was in the rods with a step of ribs of 15–20 mm. At the same time, in samples with such rods, initial high bond stiffness and almost no descending branches on the stress-strain curves were noted, which indicates brittle nature of bond failure. The use of similar reinforcement in the elements of building structures can lead to brittle fracture until their bearing capacity is exhausted, which is extremely undesirable. The bond strength of metal rods to concrete was lower than that of all tested rods of composite reinforcement bars. Thus, it was concluded that the quality of the FRP samples presented for the study and the prospects of using composite reinforcement as an alternative to steel bars in reinforced concrete elements are sufficiently high. At the same time, when developing new types of products, it is necessary to consider not only the strength of the reinforcement bar, but also its joint work with concrete in the structure throughout the entire operation, while ensuring the requirements of the Codes for ultimate adhesion stress. Keywords: composite reinforcement, fiberglass reinforcement, basalt-plastic reinforcement, fine-grained concrete, bond between reinforcement and concrete.