Oceľovými vláknami vystužený betón (SFRC) je nový typ kompozitného materiálu, ktorý je možné nalievať a striekať pridaním primeraného množstva krátkych oceľových vlákien do bežného betónu. V posledných rokoch sa rýchlo rozvíja doma aj v zahraničí. Prekonáva nedostatky nízkej pevnosti v ťahu, malého konečného predĺženia a krehkosti betónu. Má vynikajúce vlastnosti, ako je pevnosť v ťahu, odolnosť v ohybe, odolnosť v šmyku, odolnosť proti praskaniu, odolnosť proti únave a vysoká húževnatosť. Uplatnil sa v hydrotechnike, cestných a mostných stavbách, stavebníctve a iných inžinierskych odboroch.

 

一.Vývoj železobetónu vystuženého oceľovými vláknami

 

Vlákno železobetón (FRC) je skratka pre vláknobetón. Zvyčajne ide o kompozit na báze cementu zložený z cementovej pasty, malty alebo betónu a materiálov vystužených kovovými vláknami, anorganickými vláknami alebo organickými vláknami. Je to nový stavebný materiál tvorený rovnomerne rozptýlenými krátkymi a jemnými vláknami s vysokou pevnosťou v ťahu, vysokým konečným predĺžením a vysokou odolnosťou voči zásadám v matrici betónu. Vlákno v betóne môže obmedziť tvorbu skorých trhlín v betóne a ďalšie rozširovanie trhlín pôsobením vonkajšej sily, účinne prekonať prirodzené chyby, ako je nízka pevnosť v ťahu, ľahké praskanie a zlá odolnosť betónu proti únave, a výrazne zlepšiť výkon. nepriepustnosti, vodotesnosti, mrazuvzdornosti a ochrany výstuže betónu. Betón vystužený vláknami, najmä betón vystužený oceľovými vláknami, priťahuje čoraz viac pozornosti v akademických a inžinierskych kruhoch v praktickom inžinierstve, pretože má vynikajúci výkon. 1907 sovietsky expert B П. Hekpocab začal používať betón vystužený kovovými vláknami; V roku 1910 HF Porter publikoval výskumnú správu o betóne vystuženom krátkymi vláknami, ktorý navrhuje, aby krátke oceľové vlákna boli rovnomerne rozptýlené v betóne na spevnenie matricových materiálov; V roku 1911 Graham zo Spojených štátov pridal oceľové vlákno do bežného betónu na zlepšenie pevnosti a stability betónu; Do 40-tych rokov 20. storočia vykonali Spojené štáty, Británia, Francúzsko, Nemecko, Japonsko a ďalšie krajiny veľa výskumov o používaní oceľových vlákien na zlepšenie odolnosti betónu proti opotrebovaniu a praskaniu, výrobnej technológie betónu s oceľovými vláknami a zlepšenia tvar oceľového vlákna na zlepšenie pevnosti spojenia medzi vláknom a betónovou matricou; V roku 1963 JP romualdi a GB Batson publikovali článok o mechanizme vývoja trhlín v betóne s oceľovými vláknami a predložili záver, že pevnosť v trhlinách betónu vystuženého oceľovými vláknami je určená priemerným rozstupom oceľových vlákien, ktorý hrá efektívnu úlohu. v ťahovom napätí (teória rozstupu vlákien), čím sa začína praktická fáza vývoja tohto nového kompozitného materiálu. Až doteraz, s popularizáciou a aplikáciou železobetónu s oceľovými vláknami, v dôsledku rozdielneho rozloženia vlákien v betóne, existujú najmä štyri typy: betón vystužený oceľovými vláknami, betón vystužený hybridnými vláknami, vrstvený betón vystužený oceľovými vláknami a vrstvené hybridné vlákno. železobetón.

 

二.Mechanizmus spevňovania betónu vystuženého oceľovými vláknami

 

1. Teória zloženej mechaniky. Teória mechaniky kompozitov je založená na teórii kontinuálnych vláknových kompozitov a kombinovaná s distribučnými charakteristikami oceľových vlákien v betóne. V tejto teórii sa kompozity považujú za dvojfázové kompozity s vláknom ako jednou fázou a matricou ako druhou fázou.

 

Teória rozmiestnenia vlákien. Teória rozmiestnenia vlákien, známa aj ako teória odolnosti voči trhlinám, je navrhnutá na základe lineárnej elastickej lomovej mechaniky. Táto teória tvrdí, že vystužovací účinok vlákien súvisí iba s rovnomerne rozmiestneným rozstupom vlákien (minimálnym rozstupom).

 

三.Analýza stavu vývoja betónu vystuženého oceľovými vláknami

 

1.Betón vystužený oceľovými vláknami.Betón vystužený oceľovými vláknami je druh relatívne rovnomerného a viacsmerného vystuženého betónu vytvorený pridaním malého množstva vlákien z nízkouhlíkovej ocele, nehrdzavejúcej ocele a FRP do bežného betónu. Miešané množstvo oceľového vlákna je vo všeobecnosti 1% až 2% objemu, zatiaľ čo 70 až 100 kg oceľového vlákna sa zmieša v každom kubickom metre betónu 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 obyčajným betónom môže nielen zlepšiť ťah, šmyk, ohyb , odolnosť proti opotrebovaniu a trhlinám, ale tiež výrazne zvyšujú lomovú húževnatosť a odolnosť betónu proti nárazu a výrazne zlepšujú odolnosť proti únave a trvanlivosť konštrukcie, najmä húževnatosť sa môže zvýšiť 10 až 20-krát. Mechanické vlastnosti betónu vystuženého oceľovými vláknami a bežného betónu sa porovnávajú v Číne. Keď je obsah oceľového vlákna 15% ~ 20% a vodný cementový pomer je 0,45, pevnosť v ťahu sa zvyšuje o 50% ~ 70%, pevnosť v ohybe sa zvyšuje o 120% ~ 180%, rázová pevnosť sa zvyšuje o 10 ~ 20 krát sa rázová únavová pevnosť zvýši 15 ~ 20-krát, húževnatosť v ohybe sa zvýši 14 ~ 20-krát a výrazne sa zlepší aj odolnosť proti opotrebeniu. Preto má betón vystužený oceľovými vláknami lepšie fyzikálne a mechanické vlastnosti ako obyčajný betón.

2.Hybridný vláknobetón. Relevantné výskumné údaje ukazujú, že oceľové vlákna výrazne nepodporujú pevnosť betónu v tlaku a dokonca ju ani neznižujú; V porovnaní s obyčajným betónom existujú pozitívne a negatívne (nárast a pokles) alebo dokonca prechodné názory na nepriepustnosť, odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť proti nárazu a opotrebeniu betónu vystuženého oceľovými vláknami a zabránenie skorému plastickému zmrašťovaniu betónu. Okrem toho má betón vystužený oceľovými vláknami určité problémy, ako je veľké dávkovanie, vysoká cena, hrdzavenie a takmer žiadna odolnosť proti roztrhnutiu spôsobenému ohňom, čo v rôznej miere ovplyvnilo jeho aplikáciu. V posledných rokoch sa niektorí domáci a zahraniční vedci začali venovať hybridnému vláknobetónu (HFRC), snažiac sa miešať vlákna s rôznymi vlastnosťami a výhodami, učiť sa jeden od druhého a pridávať „pozitívny hybridný efekt“ na rôznych úrovniach a etapy nakladania na zlepšenie rôznych vlastností betónu tak, aby vyhovovali potrebám rôznych projektov. Avšak s ohľadom na jeho rôzne mechanické vlastnosti, najmä jeho únavovú deformáciu a únavové poškodenie, zákon vývoja deformácie a charakteristiky poškodenia pri statickom a dynamickom zaťažení a cyklickom zaťažení s konštantnou amplitúdou alebo premenlivou amplitúdou, optimálne zmiešavacie množstvo a zmiešavací podiel vlákna, vzťah medzi komponentmi kompozitných materiálov, spevňovací účinok a spevňovací mechanizmus, protiúnavový výkon, poruchový mechanizmus a konštrukčná technológia, Problémy návrhu pomeru zmesi je potrebné ďalej študovať.

3.Vrstvený betón vystužený oceľovými vláknami.Monolitický betón vystužený vláknami nie je ľahké rovnomerne miešať, vlákno sa ľahko aglomeruje, množstvo vlákien je veľké a náklady sú relatívne vysoké, čo ovplyvňuje jeho široké použitie. Prostredníctvom veľkého množstva inžinierskej praxe a teoretického výskumu sa navrhuje nový typ konštrukcie z oceľových vlákien, vrstvený betón vystužený oceľovými vláknami (LSFRC). Malé množstvo oceľových vlákien je rovnomerne rozložené na hornom a dolnom povrchu vozovky a stred je stále hladká betónová vrstva. Oceľové vlákno v LSFRC sa vo všeobecnosti distribuuje ručne alebo mechanicky. Oceľové vlákno je dlhé a pomer priemeru dĺžky je vo všeobecnosti medzi 70 ~ 120, čo ukazuje dvojrozmerné rozloženie. Bez ovplyvnenia mechanických vlastností tento materiál nielen výrazne znižuje množstvo oceľových vlákien, ale tiež zabraňuje javu aglomerácie vlákien pri miešaní integrálneho betónu vystuženého vláknami. Okrem toho poloha vrstvy oceľových vlákien v betóne má veľký vplyv na pevnosť betónu v ohybe. Výstužný účinok vrstvy oceľových vlákien na dne betónu je najlepší. S polohou vrstvy oceľových vlákien nahor výrazne klesá účinok výstuže. Pevnosť v ohybe LSFRC je o viac ako 35 % vyššia ako u prostého betónu s rovnakým podielom zmesi, ktorý je o niečo nižší ako u integrálneho betónu vystuženého oceľovými vláknami. LSFRC však môže ušetriť veľa nákladov na materiál a nevzniká problém zložitého miešania. LSFRC je preto nový materiál s dobrým sociálnym a ekonomickým prínosom a širokými aplikačnými perspektívami, ktorý si zaslúži popularizáciu a uplatnenie v konštrukcii vozoviek.

 

4.Vrstvený hybridný vláknobetón.Vrstvený hybridný vláknobetón (LHFRC) je kompozitný materiál vytvorený pridaním 0,1% polypropylénového vlákna na báze LSFRC a rovnomerným rozložením veľkého množstva jemných a krátkych polypropylénových vlákien s vysokou pevnosťou v ťahu a vysokým konečným predĺžením v hornej a spodnej časti ocele. vláknobetón a prostý betón v strednej vrstve. Môže prekonať slabosť strednej vrstvy hladkého betónu LSFRC a zabrániť potenciálnym bezpečnostným rizikám po opotrebovaní povrchových oceľových vlákien. LHFRC môže výrazne zvýšiť pevnosť betónu v ohybe. V porovnaní s prostým betónom je jeho pevnosť v ohybe prostého betónu zvýšená asi o 20% a v porovnaní s LSFRC je jeho pevnosť v ohybe zvýšená o 2,6%, ale má malý vplyv na modul pružnosti betónu v ohybe. Modul pružnosti v ohybe LHFRC je o 1,3 % vyšší ako u prostého betónu a o 0,3 % nižší ako u LSFRC. LHFRC môže tiež výrazne zvýšiť ohybovú húževnatosť betónu a jeho index húževnatosti v ohybe je asi 8-krát vyšší ako v prípade obyčajného betónu a 1,3-krát vyšší ako index LSFRC. Okrem toho, v dôsledku rozdielneho výkonu dvoch alebo viacerých vlákien v LHFRC v betóne, podľa technických potrieb, pozitívny hybridný účinok syntetických vlákien a oceľových vlákien v betóne môže byť použitý na výrazné zlepšenie ťažnosti, trvanlivosti, húževnatosti, pevnosti trhlín. , pevnosť v ohybe a pevnosť v ťahu materiálu, zlepšujú kvalitu materiálu a predlžujú životnosť materiálu.

——Abstrakt (architektúra Shanxi, zväzok 38, č. 11, Chen Huiqing)