© В. І. Гуляєв, докт. техн. наук, професор,
ORCID: 0000-0002-5388-006X, е-mail: valerygulyayev@gmail.com;
© В. В. Мозговий, докт. техн. наук, професор,
ORCID: 0000-0002-1032-8048, е-mail: mozgoviy@gmail.com;
© Н. В. Шлюнь, канд. техн. наук, доцент,
ORCID: 0000-0003-1040-8870, е-mail: nataliyashlyun@gmail.com;
© Ю. О. Заєць, канд. техн. наук, доцент,
ORCID: 0000-0003-1836-2010, е-mail: yzaets@gmail.com
Національний транспортний університет
DOI: 10.33868/0365-8392-2023-3-275-62-69
ВНУСТРІШНЬОСТРУКТУРНІ ТЕРМОНАПРУЖЕННЯ В АСФАЛЬТОБЕТОННИХ І ЦЕМЕНТОБЕТОННИХ МАТЕРІАЛАХ, ПІДСИЛЕНИХ ФІБЕРГЛАСОВОЮ, ФІБЕРКАРБОНОВОЮ, ФІБЕРБАЗАЛЬТОВОЮ ТА ФІБЕРАРАМІДНОЮ АРМАТУРОЮ
Анотація. Методами математичного моделювання досліджені внутрішньоструктурні термомеханічні ефекти, що виникають в асфальтобетонних і цементобетонних матеріалах, які армовані фібергласовими, фіберкарбоновими, фібербазальтовими та фіберарамідними стрижнями в умовах зміни температури системи. Виконаний аналіз термомеханічних властивостей фаз композитів із метою встановлення їх сумісності та впливу цих факторів на значення внутрішньоструктурних термонапружень, що виникають у цих випадках. Показано, що для асфальтобетонного матеріалу ця несумісність невелика, тому зміни напружень, що викликаються нею при заданому значенні температури системи, малі і не перевищують значення границь міцності фракцій композитного матеріалу. Для композитів з цементобетонною матрицею термомеханічна несумісність їх фракцій суттєва, тому термонапруження, що виникають у цих структурах значно перевищують величини границь міцності цементобетону. Встановлені особливості мають бути враховані при проєктуванні армованих дорожніх покриттів і цементобетонних конструкцій, що працюють в умовах змінних температур.
Ключові слова: композитні матеріали, армований бетон, епоксидне покриття, термомеханічна несумісність, термонапруження.
References
1. Huliaiev V.I., Haidachuk V.V., Mozghovyi V.V., ZaietsYu.O., Shevchuk L.V., Shliun N.V. (2018). Ter-mopruzhnyi stan bahatosharovykh dorozhnikh pokryt-tiv [Thermoelastic state of multilayer road surfaces.], K. : NTU,. – 272 s. [in Ukrainian].
2. Huliaiev V.I., Mozghovyi V.V., Shliun N.V. (2023) Chomu v deiakykh rehionakh u konstruktsiiakh mostiv zaboronena staleva armatura z epoksydnym pokryttiam? [Why are epoxy-coated steel reinforce-ments prohibited in bridge structures in some regions?] «Avtoshliakhovyk Ukrainy», №2, pp.48-56.
3. Kovalenko, A.D. (1970). Osnovy termopru-zhnosti [Thermoelasticity fundamentals]. Kyiv: Nauko-va Dumka, 239 s. [in Russian].
4. Shliun N. (2022). Features of the thermal stressed state of road coatings with rubber inclusions. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv,. Iss. 26. P. 124–137 [in Ukrainian].
5. Agrawal A.K., et.al. (2010). Deterioration rates of typical bridge elements in New York. Journ. Brid. Eng., 15(4), pp. 419-429. https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0000123
6. Boatman B. (2010). Epoxy Coated Rebar Bridge Decks: Expected Service Lite. Michigan Department of Transportation: Lansing,Ml.
7. Mc Donald B.B. (2016). Corrosion of epoxy-coated steel in concrete. In book: Corrosion of Steel in Concrete Structures. Edited by Amiz Pouzsaee. Woodhead Publishing. pp. 87-110.
8. Deepak Kamde, Radhakrisma Pillai, (March 2021). Corrosion initiation mechanisms and service life estimation of concrete systems with fusion-bonded epoxy (FBE) coated steel exposed to chloride. Constr. Build. Mater., V.277, 122314. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122314
9. Elwardany M.D., King G., Planche J.P., Rodezno C., Christensen D., Fertig Ill R.S., Kuhn K.H., Bhuiyan F.H. (2019). Internal restraint damage mechanism for age-induced pavement surface damage, Asphalt Paving Technol: J. Assoc. Asphalt Paving Technol, 88.
10. Elwardany M., Planche , J.-P., King G. (2020). Universal and practical approach to evaluate asphalt binder resistance to thermally-induced damage, Construction and Building Materials, 255, 119331, Pp. 1-18.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119331
11. Gulyaev, V.I., Shlyun, N.V. (2023). Intrastructural Thermal Stresses in Composites with Homogeneous and Heterogeneous Spherical Inclusions. Strength of Materials, 55(2), pp. 254–264.
12. Gulyayev, V.I., Mozgovyi, V.V., Shlyun, N.V., Shevchuk, L.V., Bilobrytska, O.I. (2022). Negative thermomechanical effects in granular composites with incompatible thermomechanical parameters of their components. International Review of Mechanical Engineering, 16(4), pp. 188–197. https://doi.org/10.15866/ireme.v16i4.21996.
13. Gulyayev V.I., Mozgovyi V.V., Shlyun N.V., Shevchuk L.V. (2022). Modelling negative thermomechanical effects in reinforced road structures with thermoelastic incompatibility of coating and reinforcement materials. System Research and Information Technologies. 2. pp.117-127. https://doi.org/10.20535/SRIT.2308-8893.2022.2.09
14. Han-Seung Lee, Velu Saraswathy, Seung-Jun Kwon and Subbiah Karthick (2017). Corrosion inhibitors for reinforced concrete: A review/ In book: Corrosion Inhibitors, Principles and Recent Applications. Edited by Mahmood Aliofkhazraei. https://doi.org/10.5772/intechopen.72572.
15. Hatami A., Marcous G. (2012). Developing Deterioration Models for Life Cycle Cost Analysis of Nebraska Bridges, Journal of the Transportation Re-search Board, V. 2313(1), 3-11. https://doi.org/10.3141/2313-01
16. Hetnarski R.B. and Ignaczak J. (2004) Mathematical Theory of Elasticity, Taylor and Francis, New York.
17. Jorge de Briton, Rawaz Kurda. (2021) The past and future of sustainable concrete: A critical review and strategies on cement-based materials. Journal of Cleaner Production. V. 281, pp. 123558.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123558
18. Pavalan V. (2019). Sivagamasundari R. Thermal expansion coefficient of basalt fibre reinforced polymer bars. International journal for Research in Engineering Application & Management. V. 05, Issue 01, pp. 414-418. DOI:10.18231/2454-9150.2019.0333
19. Pianca F., Schell H., Gene Cautillo. (2005). The performance of epoxy coated reinforcement: experience of the Ontario Ministry of Transportation. International Journal of Materials and Product Technology, 23(3/4), pp. 286-308.
https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007732
20. Robert Caputo. (10 Oct. 2021). Region Manager – New York and Washington DC Metro areas at Western Speciality Contractors. Epoxy coated rebar – “To coat or not to coat?”.
21. Sagues A.A., Lau K., Powers R.G., Kessler R.J. Corrosion of epoxy-coated rebar in marine bridges – A 30 year perspective. Paper № 4039. 17th International Corrosion Congress – Corrosion Control in the Service of Society. Las Vegas, 2009.
22. Takenaka K. (2012). Negative thermal expansion materials: technological key for control of thermal expansion, Science and Technology of Advanced Materials. 13, Pp. 1-11.
23. Trupti Amit Kinjawadekar, Shanthazam Patil, Gopinatha Nayak. (June 2023). A critical review on glass fiber-reinforced polymer bars as reinforcement in flexural members. Journ. Intst. Eng. India. Ser. A 104 (2), pp. 501-516. https://doi.org/10.1007/s40030-023-00729-6
24. Xianming Shi. (2018). Monitoring of reinforced concrete corrosion // In book: Eco-Efficient Repair and Rehabilitation of Concrete Infrastructures., pp. 69-95.
https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102181-1.00004-6
25. Xiaofei Pei, Martin Noel, Mark Green, Greg W.R.Sheir. (Feb., 2017). Cementitious coatings for improved corrosion resistance of steel reinforcement. Surface Coating Technology. V. 315, pp. 188-195.
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.036