Beton, armiran z jeklenimi vlakni (SFRC) je nova vrsta kompozitnega materiala, ki ga je mogoče vliti in razpršiti z dodajanjem ustrezne količine kratkih jeklenih vlaken v navaden beton.V zadnjih letih se hitro razvija doma in v tujini.Odpravlja pomanjkljivosti nizke natezne trdnosti, majhnega končnega raztezka in krhkosti betona.Ima odlične lastnosti, kot so natezna trdnost, upogibna odpornost, strižna odpornost, odpornost proti razpokam, odpornost proti utrujenosti in visoka žilavost.Uporablja se v hidrotehniki, cestah in mostovih, gradbeništvu in drugih inženirskih področjih.
1. Razvoj armiranega betona z jeklenimi vlakni
Beton, armiran z vlakni (FRC) je okrajšava za beton, armiran z vlakni.Običajno je kompozit na osnovi cementa, sestavljen iz cementne paste, malte ali betona in kovinskih vlaken, anorganskih vlaken ali materialov, ojačenih z organskimi vlakni.Je nov gradbeni material, ki nastane z enakomernim razprševanjem kratkih in finih vlaken z visoko natezno trdnostjo, velikim končnim raztezkom in visoko alkalno odpornostjo v betonski matrici.Vlakna v betonu lahko omejijo nastanek zgodnjih razpok v betonu in nadaljnje širjenje razpok pod delovanjem zunanje sile, učinkovito premagajo inherentne napake, kot so nizka natezna trdnost, enostavno razpokanje in slaba odpornost betona na utrujenost, ter močno izboljšajo učinkovitost neprepustnosti, vodotesnosti, odpornosti proti zmrzovanju in zaščite armature betona.Beton, armiran z vlakni, zlasti beton, armiran z jeklenimi vlakni, je v akademskih in inženirskih krogih v praktičnem inženirstvu pritegnil vse več pozornosti zaradi svojih vrhunskih zmogljivosti.1907 Sovjetski strokovnjak B П.Hekpocab je začel uporabljati beton, armiran s kovinskimi vlakni;Leta 1910 je HF Porter objavil raziskovalno poročilo o betonu, armiranem s kratkimi vlakni, v katerem je predlagal, da bi morala biti kratka jeklena vlakna enakomerno razpršena v betonu, da se okrepijo matrični materiali;Leta 1911 je Graham iz Združenih držav dodal jeklena vlakna v navaden beton, da bi izboljšal trdnost in stabilnost betona;Do leta 1940 so Združene države Amerike, Velika Britanija, Francija, Nemčija, Japonska in druge države opravile veliko raziskav o uporabi jeklenih vlaken za izboljšanje odpornosti betona proti obrabi in razpokam, tehnologiji izdelave betona iz jeklenih vlaken in izboljšanju oblika jeklenih vlaken za izboljšanje trdnosti vezi med vlakni in betonsko matriko;Leta 1963 sta JP romualdi in GB Batson objavila članek o mehanizmu razvoja razpok v betonu, omejenem z jeklenimi vlakni, in podala sklep, da je razpočna trdnost betona, armiranega z jeklenimi vlakni, določena s povprečnim razmikom jeklenih vlaken, ki ima pomembno vlogo. v natezni napetosti (teorija razmika vlaken), s čimer se je začela praktična razvojna faza tega novega kompozitnega materiala.Do sedaj, s popularizacijo in uporabo betona, armiranega z jeklenimi vlakni, zaradi različne porazdelitve vlaken v betonu, obstajajo predvsem štiri vrste: beton, armiran z jeklenimi vlakni, beton, armiran s hibridnimi vlakni, beton, armiran z jeklenimi vlakni, in večplastni hibridni beton. armiranega betona.
2. Ojačitveni mehanizem betona, armiranega z jeklenimi vlakni
(1) Teorija kompozitne mehanike.Teorija mehanike kompozitov temelji na teoriji neprekinjenih vlaknatih kompozitov in je kombinirana z značilnostmi porazdelitve jeklenih vlaken v betonu.V tej teoriji se kompoziti obravnavajo kot dvofazni kompoziti z vlakni kot eno fazo in matriko kot drugo fazo.
(2) Teorija razmika vlaken.Teorija razmika vlaken, znana tudi kot teorija odpornosti proti razpokam, je predlagana na podlagi linearne elastične mehanike loma.Ta teorija pravi, da je ojačitveni učinek vlaken povezan samo z enakomerno porazdeljenim razmikom vlaken (minimalni razmik).
3. Analiza stanja razvoja armiranega betona z jeklenimi vlakni
1. Beton, armiran z jeklenimi vlakni.Beton, armiran z jeklenimi vlakni, je vrsta relativno enotnega in večsmernega armiranega betona, ki nastane z dodajanjem majhne količine nizkoogljičnega jekla, nerjavnega jekla in FRP vlaken v navaden beton.Mešalna količina jeklenih vlaken je na splošno 1 % ~ 2 % po prostornini, medtem ko se 70 ~ 100 kg jeklenih vlaken zmeša v vsak kubični meter betona glede na težo.Dolžina jeklenih vlaken mora biti 25 ~ 60 mm, premer mora biti 0,25 ~ 1,25 mm, najboljše razmerje med dolžino in premerom pa mora biti 50 ~ 700. V primerjavi z navadnim betonom lahko izboljša ne samo natezno, strižno, upogibno , odpornost proti obrabi in razpokam, ampak tudi močno izboljša lomno žilavost in odpornost betona na udarce ter znatno izboljša odpornost proti utrujenosti in vzdržljivost strukture, zlasti žilavost se lahko poveča za 10 do 20-krat.Na Kitajskem primerjajo mehanske lastnosti betona, armiranega z jeklenimi vlakni, in navadnega betona.Ko je vsebnost jeklenih vlaken 15 % ~ 20 % in je razmerje med vodo in cementom 0,45, se natezna trdnost poveča za 50 % ~ 70 %, upogibna trdnost se poveča za 120 % ~ 180 %, udarna trdnost se poveča za 10 ~ 20 %. krat, se moč udarne utrujenosti poveča za 15 do 20-krat, upogibna žilavost se poveča za 14 do 20-krat, odpornost proti obrabi pa se prav tako znatno izboljša.Zato ima beton, armiran z jeklenimi vlakni, boljše fizikalne in mehanske lastnosti kot navadni beton.
4. Hibridni vlaknobeton
Relevantni raziskovalni podatki kažejo, da jeklena vlakna ne povečajo bistveno tlačne trdnosti betona ali jo celo zmanjšajo;V primerjavi z navadnim betonom obstajajo pozitivni in negativni (povečanje in zmanjšanje) ali celo vmesni pogledi na neprepustnost, odpornost proti obrabi, udarno in obrabno odpornost betona, armiranega z jeklenimi vlakni, in preprečevanje zgodnjega plastičnega krčenja betona.Poleg tega ima beton, armiran z jeklenimi vlakni, nekaj težav, kot so velika doza, visoka cena, rja in skoraj nič odpornosti proti poku zaradi požara, kar je v različnih stopnjah vplivalo na njegovo uporabo.V zadnjih letih so nekateri domači in tuji znanstveniki začeli posvečati pozornost hibridnemu vlaknatemu betonu (HFRC), pri čemer poskušajo mešati vlakna z različnimi lastnostmi in prednostmi, se učiti drug od drugega in dati igro "pozitivnemu hibridnemu učinku" na različnih ravneh in stopnje obremenitve za izboljšanje različnih lastnosti betona, da bi zadostili potrebam različnih projektov.Vendar pa glede na njegove različne mehanske lastnosti, zlasti njegovo deformacijo zaradi utrujenosti in poškodbe zaradi utrujenosti, zakon o razvoju deformacije in značilnosti poškodb pri statičnih in dinamičnih obremenitvah ter cikličnih obremenitvah s konstantno amplitudo ali spremenljivo amplitudo, optimalno količino mešanja in mešalni delež vlaken, razmerje med komponentami kompozitnih materialov, ojačitveni učinek in ojačitveni mehanizem, zmogljivost proti utrujenosti, mehanizem odpovedi in konstrukcijska tehnologija, Težave načrtovanja mešanih razmerij je treba nadalje preučiti.
5. Večplastni beton, armiran z jeklenimi vlakni
Monolitnega betona, armiranega z vlakni, ni enostavno enakomerno mešati, vlakna je enostavno aglomerirati, količina vlaken je velika, stroški pa relativno visoki, kar vpliva na njegovo široko uporabo.Z veliko inženirsko prakso in teoretičnimi raziskavami je predlagan nov tip jekleno-vlaknene konstrukcije, plastni beton armiran z jeklenimi vlakni (LSFRC).Manjša količina jeklenih vlaken je enakomerno razporejena po zgornji in spodnji površini cestne plošče, sredina pa je še vedno navaden betonski sloj.Jeklena vlakna v LSFRC se na splošno razdeljujejo ročno ali mehansko.Jeklena vlakna so dolga in razmerje med dolžino in premerom je običajno med 70 ~ 120, kar kaže na dvodimenzionalno porazdelitev.Ne da bi vplival na mehanske lastnosti, ta material ne le močno zmanjša količino jeklenih vlaken, ampak se tudi izogne pojavu aglomeracije vlaken pri mešanju integralnega betona, armiranega z vlakni.Poleg tega ima položaj jeklenih vlaken v betonu velik vpliv na upogibno trdnost betona.Ojačitveni učinek plasti jeklenih vlaken na dnu betona je najboljši.Ko se položaj plasti jeklenih vlaken premika navzgor, se učinek ojačitve bistveno zmanjša.Upogibna trdnost LSFRC je več kot 35 % višja kot pri navadnem betonu z enakim deležem mešanice, ki je nekoliko nižja kot pri integralnem betonu, armiranem z jeklenimi vlakni.Vendar lahko LSFRC prihrani veliko materialnih stroškov in ni težav s težavnim mešanjem.Zato je LSFRC nov material z dobrimi družbenimi in gospodarskimi koristmi ter širokimi možnostmi uporabe, ki je vreden popularizacije in uporabe pri gradnji pločnikov.
6. Slojeviti hibridni vlaknobeton
Slojni hibridni beton armiran z vlakni (LHFRC) je kompozitni material, ki nastane z dodajanjem 0,1 % polipropilenskih vlaken na osnovi LSFRC in enakomerno porazdelitvijo velikega števila finih in kratkih polipropilenskih vlaken z visoko natezno trdnostjo in velikim končnim raztezkom v zgornjem in spodnjem jeklu. vlaknobeton in navadni beton v srednjem sloju.Lahko premaga šibkost vmesne gladke betonske plasti LSFRC in prepreči morebitne varnostne nevarnosti po obrabi površinskih jeklenih vlaken.LHFRC lahko znatno poveča upogibno trdnost betona.V primerjavi z navadnim betonom se njegova upogibna trdnost navadnega betona poveča za približno 20 %, v primerjavi z LSFRC pa se njegova upogibna trdnost poveča za 2,6 %, vendar ima majhen učinek na upogibno elastični modul betona.Modul elastičnosti pri upogibu LHFRC je 1,3 % višji kot pri navadnem betonu in 0,3 % nižji od modula LSFRC.LHFRC lahko tudi bistveno poveča upogibno žilavost betona, njegov indeks upogibne žilavosti pa je približno 8-krat večji od navadnega betona in 1,3-krat večji od LSFRC.Poleg tega se lahko zaradi različne učinkovitosti dveh ali več vlaken v LHFRC v betonu glede na inženirske potrebe pozitivni hibridni učinek sintetičnih vlaken in jeklenih vlaken v betonu uporabi za močno izboljšanje duktilnosti, vzdržljivosti, žilavosti in trdnosti razpok. , upogibno trdnost in natezno trdnost materiala, izboljšajo kakovost materiala in podaljšajo življenjsko dobo materiala.
——Povzetek (Shanxi architecture, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)
Čas objave: 24. avgusta 2022