Бетон ојачан челичним влакнима (СФРЦ) је нова врста композитног материјала који се може сипати и прскати додавањем одговарајуће количине кратких челичних влакана у обичан бетон. Последњих година се брзо развија у земљи и иностранству. Превазилази недостатке ниске затезне чврстоће, малог крајњег издужења и кртог својства бетона. Има одличне особине као што су затезна чврстоћа, отпорност на савијање, отпорност на смицање, отпорност на пуцање, отпорност на замор и висока жилавост. Примењује се у хидротехници, путевима и мостовима, грађевинарству и другим областима инжењеринга.
1. Развој бетона армираног челичним влакнима
Бетон ојачан влакнима (ФРЦ) је скраћеница од бетона армираног влакнима. Обично је то композит на бази цемента који се састоји од цементне пасте, малтера или бетона и металних влакана, неорганских влакана или материјала ојачаних органским влакнима. То је нови грађевински материјал формиран од равномерно диспергујућих кратких и финих влакана високе затезне чврстоће, високог крајњег издужења и високе алкалне отпорности у бетонској матрици. Влакна у бетону могу ограничити стварање раних пукотина у бетону и даље ширење пукотина под дејством спољне силе, ефикасно превазићи инхерентне недостатке као што су ниска затезна чврстоћа, лако пуцање и слаба отпорност бетона на замор и значајно побољшати перформансе водонепропусности, отпорности на мраз и арматурне заштите бетона. Бетон ојачан влакнима, посебно бетон армиран челичним влакнима, привлачи све више пажње у академским и инжењерским круговима у практичном инжењерству због својих врхунских перформанси. 1907 Совјетски стручњак Б П. Хекпоцаб је почео да користи бетон ојачан металним влакнима; Године 1910, ХФ Портер је објавио истраживачки извештај о бетону ојачаном кратким влакнима, сугеришући да кратка челична влакна треба да буду равномерно распршена у бетону да би се ојачали материјали матрикса; Године 1911, Грахам из Сједињених Држава је додао челична влакна у обичан бетон да би побољшао снагу и стабилност бетона; До 1940-их, Сједињене Државе, Британија, Француска, Немачка, Јапан и друге земље су урадиле многа истраживања о коришћењу челичних влакана за побољшање отпорности на хабање и пуцање бетона, технологију производње бетона од челичних влакана и побољшање облик челичних влакана за побољшање чврстоће везивања између влакана и бетонске матрице; 1963. године, ЈП ромуалди и ГБ Батсон објавили су рад о механизму развоја пукотина у бетону ограниченом челичним влакнима и изнели закључак да је чврстоћа пукотина бетона армираног челичним влакнима одређена просечним размаком челичних влакана који игра ефикасну улогу. у затезном напрезању (теорија размака влакана), чиме је започела практична фаза развоја овог новог композитног материјала. До сада, популаризацијом и применом бетона армираног челичним влакнима, због различите дистрибуције влакана у бетону, постоје углавном четири типа: бетон армиран челичним влакнима, бетон армирани хибридним влакнима, слојевити бетон армирани челичним влакнима и слојевити хибридни влакни. армираног бетона.
2. Механизам за јачање бетона армираног челичним влакнима
(1)Теорија механике композита. Теорија механике композита заснива се на теорији континуалних композита влакана и комбинована је са карактеристикама дистрибуције челичних влакана у бетону. У овој теорији, композити се сматрају двофазним композитима са влакнима као једном фазом и матрицом као другом фазом.
(2)Теорија размака влакана. Теорија размака влакана, позната и као теорија отпорности на пукотине, предложена је на основу линеарне еластичне механике лома. Ова теорија сматра да је ефекат ојачања влакана повезан само са равномерно распоређеним размаком влакана (минимални размак).
3. Анализа стања развоја бетона армираног челичним влакнима
1. Бетон ојачан челичним влакнима. Бетон ојачан челичним влакнима је врста релативно униформног и вишесмерног армираног бетона формираног додавањем мале количине нискоугљичног челика, нерђајућег челика и ФРП влакана у обичан бетон. Количина мешања челичних влакана је углавном 1% ~ 2% запремине, док се 70 ~ 100 кг челичних влакана меша у сваки кубни метар бетона по тежини. Дужина челичних влакана треба да буде 25 ~ 60 мм, пречник треба да буде 0,25 ~ 1,25 мм, а најбољи однос дужине и пречника треба да буде 50 ~ 700. У поређењу са обичним бетоном, не само да може побољшати затезање, смицање, савијање , отпорност на хабање и пукотине, али и у великој мери повећавају жилавост лома и отпорност на удар бетона и значајно побољшавају отпорност на замор и издржљивост структуре, посебно жилавост може се повећати за 10 ~ 20 пута. У Кини се пореде механичка својства бетона армираног челичним влакнима и обичног бетона. Када је садржај челичних влакана 15% ~ 20% и однос воденог цемента је 0,45, затезна чврстоћа се повећава за 50% ~ 70%, чврстоћа на савијање се повећава за 120% ~ 180%, отпорност на удар се повећава за 10 ~ 20 пута, јачина ударног замора се повећава за 15 ~ 20 пута, жилавост на савијање се повећава за 14 ~ 20 пута, а отпорност на хабање је такође значајно побољшана. Због тога бетон армирани челичним влакнима има боља физичка и механичка својства од обичног бетона.
4. Хибридни влакнасти бетон
Релевантни подаци истраживања показују да челична влакна не повећавају значајно чврстоћу бетона на притисак, нити је чак смањују; У поређењу са обичним бетоном, постоје позитивни и негативни (повећање и смањење) или чак средњи погледи на непропусност, отпорност на хабање, удар и отпорност на хабање бетона армираног челичним влакнима и спречавање раног пластичног скупљања бетона. Поред тога, бетон армирани челичним влакнима има неке проблеме, као што су велика доза, висока цена, рђа и скоро да нема отпорности на пуцање изазвано пожаром, што је утицало на његову примену у различитом степену. Последњих година, неки домаћи и страни научници почели су да обраћају пажњу на хибридни фибербетон (ХФРЦ), покушавајући да мешају влакна различитих својстава и предности, уче једни од других и дају игру „позитивном хибридном ефекту“ на различитим нивоима и фазе утовара за побољшање различитих својстава бетона, како би се задовољиле потребе различитих пројеката. Међутим, с обзиром на његова различита механичка својства, посебно на његову деформацију замора и оштећење замора, закон развоја деформације и карактеристике оштећења под статичким и динамичким оптерећењима и константном амплитудом или променљивом амплитудом цикличких оптерећења, оптимална количина мешања и пропорција мешања влакана, однос између компоненти композитних материјала, ефекат јачања и механизам ојачања, перформансе против замора, механизам квара и технологија конструкције. Проблеми пројектовања пропорција мешавине морају се даље проучавати.
5. Слојевити бетон армирани челичним влакнима
Монолитни бетон армирани влакнима није лако равномерно мешати, влакно се лако агломерира, количина влакана је велика, а цена је релативно висока, што утиче на његову широку примену. Кроз велики број инжењерске праксе и теоријских истраживања, предлаже се нови тип конструкције од челичних влакана, слојни бетон армирани челичним влакнима (ЛСФРЦ). Мала количина челичних влакана је равномерно распоређена на горњој и доњој површини коловозне плоче, а средина је и даље обичан бетонски слој. Челична влакна у ЛСФРЦ-у се углавном дистрибуирају ручно или механички. Челично влакно је дугачко, а однос пречника дужине је углавном између 70 ~ 120, што показује дводимензионалну дистрибуцију. Без утицаја на механичка својства, овај материјал не само да у великој мери смањује количину челичних влакана, већ и избегава појаву агломерације влакана у мешању интегралног бетона армираног влакнима. Поред тога, положај слоја челичних влакана у бетону има велики утицај на чврстоћу бетона на савијање. Ефекат ојачања слоја челичних влакана на дну бетона је најбољи. Са померањем слоја челичних влакана према горе, ефекат ојачања се значајно смањује. Чврстоћа на савијање ЛСФРЦ-а је више од 35% већа од оне код обичног бетона са истом пропорцијом мешавине, што је нешто ниже од оне код интегралног бетона армираног челичним влакнима. Међутим, ЛСФРЦ може уштедети много трошкова материјала и нема проблема са тешким мешањем. Стога је ЛСФРЦ нов материјал са добрим друштвеним и економским предностима и широким перспективама примене, који је вредан популаризације и примене у изградњи коловоза.
6. Слојевити хибридни бетон од влакана
Слојевити хибридни бетон армирани влакнима (ЛХФРЦ) је композитни материјал формиран додавањем 0,1% полипропиленских влакана на бази ЛСФРЦ и равномерном дистрибуцијом великог броја финих и кратких полипропиленских влакана са високом затезном чврстоћом и високим крајњим издужењем у горњем и доњем челику. фибербетон и обични бетон у средњем слоју. Може да превазиђе слабост ЛСФРЦ средњег обичног бетонског слоја и спречи потенцијалне безбедносне опасности након што се површинско челично влакно истроши. ЛХФРЦ може значајно повећати чврстоћу бетона на савијање. У поређењу са обичним бетоном, његова чврстоћа на савијање код обичног бетона је повећана за око 20%, ау поређењу са ЛСФРЦ, његова чврстоћа на савијање је повећана за 2,6%, али има мали утицај на модул еластичности бетона на савијање. Модул еластичности савијања ЛХФРЦ-а је 1,3% већи него код обичног бетона и 0,3% нижи од ЛСФРЦ-а. ЛХФРЦ такође може значајно повећати жилавост бетона на савијање, а његов индекс жилавости на савијање је око 8 пута већи од обичног бетона и 1,3 пута већи од ЛСФРЦ-а. Штавише, због различитих перформанси два или више влакана у ЛХФРЦ у бетону, у складу са инжењерским потребама, позитиван хибридни ефекат синтетичких влакана и челичних влакана у бетону може се користити за значајно побољшање дуктилности, издржљивости, жилавости, чврстоће на пукотине. , чврстоћа на савијање и затезна чврстоћа материјала, побољшавају квалитет материјала и продужавају век трајања материјала.
——Апстракт (архитектура Сханки, том 38, бр. 11, Цхен Хуикинг)
Време поста: 24.08.2022