Oceľové vlákno vystužené betón (SFRC) je nový typ kompozitného materiálu, ktorý sa dá naliať a nastriekať pridaním vhodného množstva krátkeho oceľového vlákna do bežného betónu. V posledných rokoch sa rýchlo rozvíja doma av zahraničí. Prekonáva nedostatky nízkej pevnosti v ťahu, malé predĺženie a krehké vlastníctvo betónu. Má vynikajúce vlastnosti, ako je pevnosť v ťahu, ohýbanie odporu, odolnosť proti šmyku, odolnosť proti trhlinám, odolnosť proti únave a vysoká húževnatosť. Bola aplikovaná v hydraulickom inžinierstve, cestách a mostoch, stavebných a iných inžinierskych poliach.
1. Vývoj betónu vystuženého oceľovým vláknami
Vlákno vystužený betón (FRC) je skratka betónu zosilneného vláknami. Zvyčajne ide o kompozit na báze cementu zložený z cementovej pasty, malty alebo betónu a kovového vlákna, anorganických vlákien alebo organických vlákien zosilnených materiálov. Je to nový stavebný materiál tvorený rovnomerne rozptyľujúcim krátkymi a jemnými vláknami s vysokou pevnosťou v ťahu, vysokým predĺžením a vysokým alkalickým odporom v betónovej matrici. Vlákna v betóne môže obmedziť tvorbu skorých trhlín v betóne a ďalšie rozšírenie trhlín pod pôsobením vonkajšej sily, účinne prekonať prirodzené defekty, ako je nízka pevnosť v ťahu, ľahké krakovanie a zlá únavová odolnosť betónu a výrazne zlepšiť výkon nepriepustnosti, nepremokavého odporu, odporu mrazu a ochrany betónu posilnenia. Vlákno posilnený betón, najmä betón zosilnený oceľovými vláknami, pritiahol v akademických a inžinierskych kruhoch v praktickom inžinierstve čoraz väčšiu pozornosť z dôvodu jeho vynikajúceho výkonu. 1907 Sovietsky odborník B п. Hekpocab začal používať betón zosilnený kovovými vláknami; V roku 1910 spoločnosť HF Porter uverejnila výskumnú správu o betóne s krátkym vláknom, čo naznačuje, že krátke oceľové vlákna by sa mali rovnomerne rozptýliť v betóne, aby sa posilnili matricové materiály; V roku 1911 Graham zo Spojených štátov pridal oceľové vlákno do obyčajného betónu, aby sa zlepšila pevnosť a stabilita betónu; V 40. rokoch 20. storočia Spojené štáty, Británia, Francúzsko, Nemecko, Japonsko a ďalšie krajiny vykonali veľa výskumov o použití oceľových vlákien na zlepšenie odolnosti proti opotrebeniu a odolnosti proti trhlinám, výrobná technológia betónu z oceľových vlákien a zlepšenie tvar oceľového vlákna na zlepšenie pevnosti väzby medzi vláknou a betónovou matricou; V roku 1963 JP Romualdi a GB Batson uverejnili dokument o mechanizme vývoja trhlín oceľových vlákien betónom a predložili záver, že pevnosť trhlinky oceľového vlákna zosilneného betónu je určená priemerným rozstupom oceľových vlákien, ktoré zohrávajú účinnú úlohu v ťahu (teória rozstupu vlákien), čím sa začína praktická fáza vývoja tohto nového kompozitného materiálu. Doteraz, s popularizáciou a aplikáciou oceľových vlákien zosilnených betónom, v dôsledku rôznych distribúcií vlákien v betóne, sú hlavne štyri typy: betón zosilnený oceľovými vláknami, hybridný betón zosilnený betónom, vrstvené oceľové vlákna a vrstvené hybridné vlákno zosilnený betón.
2. Posilnenie mechanizmu betónu zosilneného oceľovým vláknom
(1) Teória kompozitnej mechaniky. Teória kompozitnej mechaniky je založená na teórii kontinuálnych kompozitov vlákien a v kombinácii s distribučnými charakteristikami oceľových vlákien v betóne. V tejto teórii sa kompozity považujú za dvojfázové kompozity s vlákninou ako jednu fázu a matricu ako druhú fázu.
(2) Teória rozstupu vlákien. Teória rozmiestnenia vlákien, známa tiež ako teória odolnosti proti trhlinám, je navrhnutá na základe lineárnej elastickej mechaniky zlomenín. Táto teória tvrdí, že posilňovací účinok vlákien súvisí iba s rovnomerne rozstupom vlákien (minimálny rozstup).
3. Analýza stavu vývoja stavu betónu zosilneného oceľovým vláknami
1. Vlákno vystužený betón. Oceľové vlákno posilnené betón je druh relatívne rovnomerného a viacsmerného zosilneného betónu vytvoreného pridaním malého množstva nízkohlíkovej ocele, nehrdzavejúcej ocele a vlákien FRP do bežného betónu. Množstvo oceľového vlákna je zvyčajne 1% ~ 2% objem, zatiaľ čo oceľové vlákno 70 ~ 100 kg sa zmieša v každom kubickom metrovom betóne podľa hmotnosti. Dĺžka oceľového vlákna by mala byť 25 ~ 60 mm, priemer by mal byť 0,25 ~ 1,25 mm a najlepší pomer dĺžky k priemeru by mal byť 50 ~ 700. V porovnaní s bežným betónom môže nielen zlepšiť ťahový, strih, ohýbanie, ohýbanie , opotrebovanie a odolnosť proti trhlinám, ale tiež výrazne zvyšujú húževnatosť zlomenín a odolnosť proti nárazu betónu a významne zlepšujú odolnosť proti únave a trvanlivosť štruktúry, najmä húževnatosť môže sa zvýši o 10 ~ 20 -krát. V Číne sa porovnávajú mechanické vlastnosti oceľového vlákna zosilneného betónu a obyčajného betónu. Ak je obsah oceľového vlákna 15% ~ 20% a pomer vodného cementu je 0,45, pevnosť v ťahu sa zvýši o 50% ~ 70%, pevnosť ohybu sa zvýši o 120% ~ 180%, pričom dôraz sa zvýši o 10 ~ 20 Časy sa pevnosť únavy nárazu zvyšuje o 15 ~ 20 -krát, ohybová húževnatosť sa zvyšuje o 14 ~ 20 -krát a výrazne sa zlepšuje aj odolnosť proti opotrebeniu. Preto má oceľový betón zosilnený betón lepšie fyzikálne a mechanické vlastnosti ako obyčajný betón.
4. Hybridný betón
Relevantné údaje o výskume ukazujú, že oceľové vlákno významne nepodporuje pevnosť betónu v tlaku alebo ich dokonca neznižuje; V porovnaní s obyčajným betónom existujú pozitívne a negatívne (zvýšenie a zníženie) alebo dokonca stredné pohľady na nepriepustnosť, odolnosť proti opotrebeniu, nárazu a odolnosť proti opotrebovaniu oceľových vlákien zosilnených betónov a prevencie skorého plastického zmršťovania betónu. Okrem toho má betón zosilnený oceľovými vláknami určité problémy, ako napríklad veľká dávka, vysoká cena, hrdza a takmer žiadny odpor voči výbuchu spôsobeným požiarom, ktorý ovplyvnil jeho použitie v rôznej miere. V posledných rokoch niektorí domáci a zahraniční vedci začali venovať pozornosť hybridnému betónu vlákien (HFRC), snažili sa zmiešať vlákna s rôznymi vlastnosťami a výhodami, učiť fázy načítania na zlepšenie rôznych vlastností betónu, aby sa uspokojilo potreby rôznych projektov. Avšak pokiaľ ide o rôzne mechanické vlastnosti, najmä jeho únavovú deformáciu a poškodenie únavy, zákon o vývoji deformácie a charakteristiky poškodenia pri statickom a dynamickom zaťažení a konštantnej amplitúde alebo variabilnej amplitúde cyklické zaťaženie, optimálne množstvo miešania a pomer miešania vlákien, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu, vzťahu do vlákniny, vzťahu. Medzi komponentmi kompozitných materiálov, posilňovacím účinkom a mechanizmom posilňovania, výkonom proti únave, mechanizmom zlyhania a stavebnou technológiou, problémami návrhu pomereného návrhu mixu je potrebné ďalej študovať.
5. Vrstvené oceľové vlákno posilnené betón
Monolitické vlákno vystužené betón nie je ľahké premiešať rovnomerne, vlákno sa ľahko aglomerát, množstvo vlákniny je veľké a náklady sú relatívne vysoké, čo ovplyvňuje jeho širokú aplikáciu. Prostredníctvom veľkého počtu inžinierskych praxe a teoretického výskumu sa navrhuje nový typ konštrukcie oceľových vlákien, betón zosilnený oceľovými vláknami (LSFRC). Malé množstvo oceľového vlákna je rovnomerne rozložené na horných a dolných povrchoch dosky cesty a stred je stále obyčajnou betónovou vrstvou. Oceľové vlákno v LSFRC sa vo všeobecnosti distribuuje ručne alebo mechanicky. Oceľové vlákno je dlhé a pomer priemeru dĺžky je zvyčajne medzi 70 ~ 120, čo vykazuje dvojrozmerné rozdelenie. Bez ovplyvnenia mechanických vlastností tento materiál nielen výrazne znižuje množstvo oceľových vlákien, ale tiež sa vyhýba javu aglomerácie vlákien pri miešaní integrálneho betónu zosilneného vlákniny. Poloha vrstvy oceľových vlákien v betóne má navyše veľký vplyv na ohybovú pevnosť betónu. Posilnený účinok vrstvy oceľových vlákien na spodku betónu je najlepší. Keď sa poloha vrstvy oceľových vlákien pohybuje nahor, účinok výstuže výrazne klesá. Ohybová pevnosť LSFRC je o viac ako 35% vyššia ako v prípade obyčajného betónu s rovnakým pomerom zmesi, ktorý je o niečo nižší ako v prípade integrálneho oceľového vlákna vystuženého betónu. LSFRC však môže ušetriť veľa materiálových nákladov a nie je problém s ťažkým miešaním. Preto je LSFRC novým materiálom s dobrými sociálnymi a ekonomickými výhodami a rozsiahlymi vyhliadkami na aplikáciu, ktorý si zaslúži popularizáciu a uplatňovanie pri výstavbe vozovky.
6. Betón s hybridným vlákninou vrstvené
Hybridný betón zosilnený vrstvou (LHFRC) je kompozitný materiál vytvorený pridaním 0,1% polypropylénového vlákna na základe LSFRC a rovnomerne rozdeľuje veľké množstvo jemných a krátkych polypropylénových vlákien s vysokou pevnosťou v ťahu a vysokej konečnej predĺženiu v hornej a nižšej oceli Vlákno betón a obyčajný betón v strednej vrstve. Môže prekonať slabosť LSFRC medziproduktovej betónovej vrstvy a zabrániť potenciálnym bezpečnostným rizikom po opotrebovaní povrchového oceľového vlákna. LHFRC môže významne zvýšiť ohybovú pevnosť betónu. V porovnaní s obyčajným betónom sa jeho ohybová pevnosť obyčajného betónu zvýši asi o 20%a v porovnaní s LSFRC sa jeho pevnosť v ohybe zvýši o 2,6%, ale má malý vplyv na ohybový elastický modul betónu. Ohybový elastický modul LHFRC je o 1,3% vyšší ako modul obyčajného betónu a o 0,3% nižší ako u LSFRC. LHFRC môže tiež významne zvýšiť ohybovú húževnatosť betónu a jeho index ohybovej húževnatosti je asi 8 -násobok jednoduchého betónu a 1,3 -násobok ťažkosti LSFRC. Okrem toho, v dôsledku rôznych výkonov dvoch alebo viacerých vlákien v LHFRC v betóne, podľa inžinierskych potrieb, sa pozitívny hybridný účinok syntetického vlákna a oceľového vlákna v betóne môže použiť na výrazné zlepšenie ťažnosti, trvanlivosti, húževnatosti, pevnosti crackov , Ohybová pevnosť a pevnosť v ťahu materiálu, zlepšujú kvalitu materiálu a predĺžiť služobnú životnosť materiálu.
—— Abstrakt (Shanxi Architecture, zv. 38, č. 11, Chen Huiqing)
Čas príspevku: august-24-2022