Beton wzmocniony ze stalowym włóknem (SFRC) to nowy rodzaj materiału kompozytowego, który można wlać i spryskiwać, dodając odpowiednią ilość krótkiego włókna stalowego do zwykłego betonu. W ostatnich latach szybko rozwijał się w kraju i za granicą. Przezwycięży wady niskiej wytrzymałości na rozciąganie, małe ostateczne wydłużenie i kruche właściwości betonu. Ma doskonałe właściwości, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, odporność na zginanie, odporność na ścinanie, odporność na pęknięcie, odporność na zmęczenie i wysoka wytrzymałość. Został zastosowany w inżynierii hydraulicznej, dróg i mostach, budownictwie i innych dziedzin inżynierii.
1. Rozwój betonu wzmocnionego włóknem stalowym
Beton wzmocniony włóknem (FRC) to skrót betonu wzmocnionego włóknem. Zazwyczaj jest to kompozyt na bazie cementu złożony z pasty cementowej, moździerza lub betonu i włókna metalu, włókna nieorganicznego lub materiałów wzmocnionych włóknem organicznym. Jest to nowy materiał budowlany utworzony przez jednolite rozpraszanie krótkich i drobnych włókien o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, wysokie wydłużenie i wysoką odporność na alkalia w betonowej matrycy. Włókno w betonie może ograniczyć wytwarzanie wczesnych pęknięć w betonie i dalszą ekspansję pęknięć pod działaniem siły zewnętrznej, skutecznie przezwycięża nieodłączne wady, takie jak niska wytrzymałość na rozciąganie, łatwa pęknięcie i słaba odporność na zmęczenie betonu oraz znacznie poprawić wydajność niedopuszczalności, wodoodporności, odporności na mróz i ochrony zbrojenia betonu. Beton wzmocniony włóknami, zwłaszcza beton wzmocniony na włókno stalowy, przyciągał coraz większą uwagę w kręgach akademickich i inżynierskich w praktycznej inżynierii ze względu na jego doskonałą wydajność. 1907 Radziecki ekspert b п. Hekpocab zaczął używać betonu wzmocnionego włóknem metalowym; W 1910 r. HF Porter opublikował raport z badań na temat betonu wzmocnionego krótkim włóknem, co sugeruje, że krótkie stalowe włókna powinny być równomiernie rozproszone w betonie w celu wzmocnienia materiałów macierzy; W 1911 r. Graham ze Stanów Zjednoczonych dodał stalowe włókno do zwykłego betonu, aby poprawić siłę i stabilność betonu; W latach 40. XX wieku Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Francja, Niemcy, Japonia i inne kraje przeprowadziły wiele badań dotyczących stosowania włókna stalowego w celu poprawy odporności na zużycie i odporności na pęknięcie betonu, technologii produkcyjnej betonu stalowego i ulepszania kształt stalowego włókna w celu poprawy wytrzymałości wiązania między włóknem i matrycą betonu; W 1963 r. JP Romualdi i GB Batson opublikowali artykuł na temat mechanizmu rozwoju pęknięcia stalowego betonu ograniczonego włókna i podsumowali, że wytrzymałość pęknięcia betonu wzmocnionego włóknem stalowym jest określona przez średnie odstępy włókien stalowych, który odgrywa skuteczną rolę W naprężeniu rozciągającym (teoria odstępów światłowodowych), rozpoczynając w ten sposób praktyczny etap rozwoju tego nowego materiału kompozytowego. Do tej pory, wraz z popularyzacją i zastosowaniem betonu wzmocnionego włóknem stalowym, ze względu na różny rozkład włókien w betonie, istnieją głównie cztery typy: beton wzmocniony z włókna stalowego, beton wzmocniony hybrydowo, warstwowy beton wzmocniony ze stali warstwowej i warstwowy włókno hybrydowe Beton wzmocniony.
2. Mechanizm wzmocnienia betonu wzmocnionego włóknem stalowym
(1) Teoria mechaniki złożonej. Teoria mechaniki kompozytowej oparta jest na teorii ciągłych kompozytów światłowodowych i w połączeniu z charakterystyką rozkładu włókien stalowych w betonie. W tej teorii kompozyty są uważane za kompozyty dwufazowe z włóknem jako jedną fazą i matrycą jako drugą fazę.
(2) Teoria odstępów światłowodowych. Teoria odstępów światłowodowych, znana również jako teoria oporności na pęknięcie, jest proponowana na podstawie liniowej mechaniki złamania sprężystości. Teoria ta utrzymuje, że efekt wzmocnienia włókien jest związany wyłącznie z jednolicie rozłożonym odstępem włókien (minimalne odstępy).
3. Analiza statusu rozwoju betonu wzmocnionego włóknem stalowym
1. beton wzmocniony na włóknach. Beton wzmocniony ze stalowym włóknem jest rodzajem stosunkowo jednolitego i wielokierunkowego betonu wzmocnionego utworzonego przez dodanie niewielkiej ilości stali węglowej, stali nierdzewnej i włókien FRP do zwykłego betonu. Ilość mieszania stalowego włókna wynosi na ogół 1% ~ 2% objętości, podczas gdy 70 ~ 100 kg włókna stalowego miesza się w każdym metrze sześciennym betonu z wagą. Długość włókna stalowego powinna wynosić 25 ~ 60 mm, średnica powinna wynosić 0,25 ~ 1,25 mm, a najlepszy stosunek długości do średnicy powinien wynosić 50 ~ 700. W porównaniu ze zwykłym betonem, może nie tylko poprawić rozciąganie, ścinanie, zginanie , odporność na zużycie i pęknięcia, ale także znacznie zwiększają wytrzymałość na pękanie i odporność na uderzenie betonu oraz znacznie poprawić odporność na zmęczenie i trwałość struktury, zwłaszcza Wytrzymałość można zwiększyć o 10 ~ 20 razy. W Chinach porównano właściwości mechaniczne betonu wzmocnionego włóknem stalowym i zwykłego betonu. Gdy zawartość włókna stalowego wynosi 15% ~ 20%, a współczynnik cementu wody wynosi 0,45, wytrzymałość na rozciąganie wzrasta o 50% ~ 70%, wytrzymałość na zginanie wzrasta o 120% ~ 180%, wytrzymałość uderzenia wzrasta o 10 ~ 20 razy, wytrzymałość zmęczenia uderzenia wzrasta o 15 ~ 20 razy, wytrzymałość na zginanie wzrasta o 14 ~ 20 razy, a odporność na zużycie również znacznie się poprawia. Dlatego beton wzmocniony ze stalowym włóknem ma lepsze właściwości fizyczne i mechaniczne niż zwykły beton.
4. Hybrydowy beton włóknisty
Odpowiednie dane badawcze pokazują, że włókno stalowe nie promuje znacząco wytrzymałości na ściskanie betonu, a nawet ją zmniejsza; W porównaniu z zwykłym betonem występują dodatnie i ujemne (wzrost i spadek), a nawet pośrednie widoki na nieprzepuszczalność, odporność na zużycie, uderzenie i odporność na zużycie betonu wzmocnionego włóknem stalowym oraz zapobieganie wczesnym skurczaniu betonu. Ponadto beton wzmocniony z włókna stalowego ma pewne problemy, takie jak duża dawka, wysoka cena, rdza i prawie brak odporności na wybuch spowodowany pożariem, co wpłynęło na jego zastosowanie w różnym stopniu. W ostatnich latach niektórzy krajowi i zagraniczni uczeni zaczęli zwracać uwagę na hybrydowy beton włóknisty (HFRC), próbując mieszać włókien z różnymi właściwościami i zaletami, uczyć się od siebie i zapewnić grę „pozytywnego efektu hybrydowego” na różnych poziomach i Ładowanie etapów w celu zwiększenia różnych właściwości betonu, aby zaspokoić potrzeby różnych projektów. Jednak w odniesieniu do różnych właściwości mechanicznych, zwłaszcza jego deformacji zmęczenia i uszkodzenia zmęczenia, prawa rozwoju deformacji i charakterystyk uszkodzeń przy obciążeniach statycznych i dynamicznych oraz stałej amplitudzie lub o zmiennej amplitudzie cyklicznej, optymalnej ilości mieszania i proporcji mieszania błonnika, związku, związku Pomiędzy elementami materiałów kompozytowych, efektem wzmocnienia i mechanizmu wzmacniania, wydajnością przeciw zmęczeniu, mechanizmem awarii i technologią budowlaną, problemy z projektowaniem proporcji mieszanki Do dalszych badań.
5. Beton wzmocniony ze stali warstwowej
Beton wzmocniony monolitycznym nie jest łatwy do równomiernego wymieszania, błonnik jest łatwy dla aglomeratu, ilość włókna jest duża, a koszt jest stosunkowo wysoki, co wpływa na jego szerokie zastosowanie. Poprzez dużą liczbę praktyk inżynieryjnych i badań teoretycznych proponuje się nowy rodzaj stalowej struktury włókien, beton wzmocniony ze stali warstwowej (LSFRC). Niewielka ilość stalowego włókna jest równomiernie rozłożona na górnej i dolnej powierzchni płyty drogowej, a środek jest nadal zwykłą betonową warstwą. Włókno stalowe w LSFRC jest ogólnie dystrybuowane ręcznie lub mechanicznie. Włókno stalowe jest długie, a stosunek średnicy długości wynosi na ogół między 70 ~ 120, co wykazuje rozkład dwuwymiarowy. Bez wpływu na właściwości mechaniczne materiał ten nie tylko znacznie zmniejsza ilość stalowego włókna, ale także unika zjawiska aglomeracji włókien w mieszaniu betonu wzmocnionego włóknem zintegrowanym. Ponadto położenie warstwy stalowej włókien w betonie ma duży wpływ na wytrzymałość na zginanie betonu. Najlepsze jest efekt wzmocnienia warstwy włókien stalowej na dnie betonu. Wraz ze wzrostem pozycji warstwy ze stalowego włókna efekt zbrojenia znacznie się zmniejsza. Wytrzymałość na zginanie LSFRC jest o ponad 35% wyższa niż w przypadku zwykłego betonu o tej samej proporcji mieszanki, która jest nieco niższa niż w przypadku betonu wzmocnionego włóknem ze stali z całkowym. Jednak LSFRC może zaoszczędzić wiele kosztów materiału i nie ma problemu z trudnym mieszaniem. Dlatego LSFRC jest nowym materiałem o dobrych korzyściach społecznych i ekonomicznych oraz szerokich perspektywach aplikacji, co jest warte popularyzacji i zastosowania w budowie nawierzchni.
6. Warstwowy hybrydowy beton
Beton wzmocniony hybrydem warstwy (LHFRC) jest materiałem kompozytowym utworzonym przez dodanie 0,1% włókna polipropylenowego na podstawie LSFRC i równomiernie dystrybucji dużej liczby drobnych i krótkich włókien polipropylenowych o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim wydłużeniu w górnej i dolnej stali Beton włóknisty i zwykły beton w środkowej warstwie. Może przezwyciężyć osłabienie pośredniej warstwy betonowej LSFRC i zapobiec potencjalnym zagrożeniom bezpieczeństwa po zużyciu włókna stali powierzchniowej. LHFRC może znacznie zwiększyć wytrzymałość na zginanie betonu. W porównaniu z zwykłym betonem, jego wytrzymałość na zginanie zwykłego betonu wzrasta o około 20%i w porównaniu z LSFRC, jego wytrzymałość na zginanie wzrasta o 2,6%, ale ma niewielki wpływ na moduł elastyczny zginający betonu. Moduł sprężystości zginający LHFRC jest o 1,3% wyższy niż w przypadku zwykłego betonu i 0,3% niższego niż w przypadku LSFRC. LHFRC może również znacznie zwiększyć wytrzymałość na zginanie betonu, a jego wskaźnik wytrzymałości na zginanie wynosi około 8 razy większy niż zwykły beton i 1,3 razy większy niż LSFRC. Ponadto, ze względu na różną wydajność dwóch lub więcej włókien w LHFRC w betonie, zgodnie z potrzebami inżynierskimi, pozytywny hybrydowy efekt syntetycznego włókna i włókna stalowego w betonie można zastosować do znacznej poprawy ciągliwości, trwałości, wytrzymałości, wytrzymałości pęknięcia, , Wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość na rozciąganie materiału, poprawia jakość materiału i przedłużyć żywotność materiału.
—- Abstract (Shanxi Architecture, vol. 38, nr 11, Chen Huiqing)
Czas postu: 14 sierpnia 20122