Teräskuituvahvisteinen betoni (SFRC) on uudenlainen komposiittimateriaali, joka voidaan kaataa ja ruiskuttaa lisäämällä sopiva määrä lyhyttä teräskuitua tavalliseen betoniin. Se on kehittynyt nopeasti kotimaassa ja ulkomailla viime vuosina. Se voittaa betonin alhaisen vetolujuuden, pienen lopullisen venymän ja haurauden puutteet. Sillä on erinomaiset ominaisuudet, kuten vetolujuus, taivutuskestävyys, leikkauskestävyys, halkeamiskestävyys, väsymiskestävyys ja korkea sitkeys. Sitä on sovellettu vesirakennus-, tie- ja silta-, rakentamis- ja muilla tekniikan aloilla.
1. Teräskuitubetonin kehittäminen
Kuitubetoni (FRC) on lyhenne sanoista kuituvahvisteinen betoni. Se on yleensä sementtipohjainen komposiitti, joka koostuu sementtipastasta, laastista tai betonista ja metallikuiduista, epäorgaanisista kuituista tai orgaanisista kuituvahvisteisista materiaaleista. Se on uusi rakennusmateriaali, joka on muodostettu levittämällä tasaisesti lyhyitä ja hienoja kuiduja, joilla on korkea vetolujuus, korkea murtovenymä ja korkea alkalinkestävyys betonimatriisiin. Betonissa oleva kuitu voi rajoittaa varhaisten halkeamien syntymistä betonissa ja halkeamien laajenemista edelleen ulkoisen voiman vaikutuksesta, voittaa tehokkaasti luontaiset viat, kuten alhainen vetolujuus, helppo halkeilu ja betonin huono väsymiskestävyys, ja parantaa huomattavasti suorituskykyä. betonin läpäisemättömyyden, vedenpitävyyden, pakkasenkestävyyden ja vahvistussuojauksen. Kuitubetoni, erityisesti teräskuitubetoni, on herättänyt yhä enemmän huomiota käytännön tekniikan akateemisissa ja insinööripiireissä erinomaisen suorituskyvyn ansiosta. 1907 Neuvostoliiton asiantuntija B П. Hekpocab alkoi käyttää metallikuituvahvisteista betonia; Vuonna 1910 HF Porter julkaisi tutkimusraportin lyhytkuituvahvisteisesta betonista, jossa ehdotetaan, että lyhyet teräskuidut tulisi levittää tasaisesti betoniin matriisimateriaalien vahvistamiseksi; Vuonna 1911 yhdysvaltalainen Graham lisäsi teräskuitua tavalliseen betoniin parantaakseen betonin lujuutta ja vakautta; 1940-luvulle mennessä Yhdysvallat, Iso-Britannia, Ranska, Saksa, Japani ja muut maat olivat tehneet paljon tutkimusta teräskuidun käytöstä betonin kulutuskestävyyden ja halkeilun kestävyyden parantamiseksi, teräskuitubetonin valmistustekniikasta ja teräskuidun muoto kuidun ja betonimatriisin välisen sidoslujuuden parantamiseksi; Vuonna 1963 JP romualdi ja GB Batson julkaisivat paperin teräskuitupohjaisen betonin halkeamien kehittymismekanismista ja esittivät johtopäätöksen, että teräskuituvahvisteisen betonin halkeilulujuus määräytyy teräskuitujen keskimääräisen etäisyyden perusteella, jolla on tehokas rooli. vetojännityksissä (kuituväliteoria), jolloin aloitetaan tämän uuden komposiittimateriaalin käytännön kehitysvaihe. Tähän mennessä teräskuituvahvisteisen betonin yleistymisen ja käytön myötä, johtuen kuitujen erilaisesta jakautumisesta betonissa, on olemassa pääasiassa neljää tyyppiä: teräskuituvahvisteinen betoni, hybridikuituvahvisteinen betoni, kerrostettu teräskuituvahvisteinen betoni ja kerrostettu hybridikuitu teräsbetoni.
2. Teräskuituvahvisteisen betonin vahvistusmekanismi
(1) Komposiittimekaniikan teoria. Komposiittimekaniikan teoria perustuu jatkuvien kuitukomposiittien teoriaan ja yhdistettynä teräskuitujen jakautumisominaisuuksiin betonissa. Tässä teoriassa komposiitteja pidetään kaksivaiheisina komposiiteina, joiden yhtenä faasina on kuitu ja toisena faasina matriisi.
(2) Kuituväliteoria. Kuituväliteoriaa, joka tunnetaan myös halkeamiskestävyysteoriana, ehdotetaan lineaarisen elastisen murtumismekaniikan perusteella. Tämän teorian mukaan kuitujen vahvistusvaikutus liittyy vain tasaisesti jakautuneeseen kuituväliin (minimiväli).
3. Teräskuitubetonin kehitystilan analyysi
1. Teräskuituvahvisteinen betoni. Teräskuitubetoni on eräänlainen suhteellisen yhtenäinen ja monisuuntainen teräsbetoni, joka on muodostettu lisäämällä pieni määrä vähähiilistä terästä, ruostumatonta terästä ja FRP-kuituja tavalliseen betoniin. Teräskuidun sekoitusmäärä on yleensä 1-2 tilavuusprosenttia, kun taas 70-100 kg teräskuitua sekoitetaan jokaiseen kuutiometriin betonia painon mukaan. Teräskuidun pituuden tulee olla 25 ~ 60 mm, halkaisijan 0,25 ~ 1,25 mm ja parhaan pituuden ja halkaisijan suhteen tulee olla 50 ~ 700. Tavalliseen betoniin verrattuna se ei voi vain parantaa vetolujuutta, leikkausta ja taivutuskykyä. , kulutus- ja halkeilukestävyys, mutta myös parantaa huomattavasti betonin murtumislujuutta ja iskunkestävyyttä sekä parantaa merkittävästi rakenteen väsymiskestävyyttä ja kestävyyttä, erityisesti sitkeyttä voidaan lisätä 10-20 kertaa. Teräskuitubetonin ja tavallisen betonin mekaanisia ominaisuuksia verrataan Kiinassa. Kun teräskuitupitoisuus on 15 % ~ 20 % ja vesisementtisuhde on 0,45, vetolujuus kasvaa 50 % ~ 70 %, taivutuslujuus kasvaa 120 % ~ 180 %, iskulujuus kasvaa 10 ~ 20 %. kertaa iskunkestävyys kasvaa 15-20 kertaa, taivutuslujuus kasvaa 14-20 kertaa, ja myös kulutuskestävyys paranee merkittävästi. Siksi teräskuitubetonilla on paremmat fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet kuin tavallisella betonilla.
4. Hybridikuitubetoni
Asiaankuuluvat tutkimustiedot osoittavat, että teräskuitu ei merkittävästi lisää betonin puristuslujuutta tai edes vähennä sitä; Tavalliseen betoniin verrattuna on positiivisia ja kielteisiä (lisää ja vähenee) tai jopa keskitasoisia näkemyksiä teräskuituvahvisteisen betonin läpäisemättömyydestä, kulutuskestävyydestä, iskunkestävyydestä ja kulutuskestävyydestä sekä betonin varhaisen plastisen kutistumisen ehkäisystä. Lisäksi teräskuitubetonissa on ongelmia, kuten suuri annostelu, korkea hinta, ruoste ja lähes olematon tulipalon aiheuttama halkeamiskestävyys, mikä on vaikuttanut sen käyttöön vaihtelevasti. Viime vuosina jotkut kotimaiset ja ulkomaiset tutkijat ovat alkaneet kiinnittää huomiota hybridikuitubetoniin (HFRC) yrittäen sekoittaa kuituja, joilla on erilaisia ominaisuuksia ja etuja, oppia toisiltaan ja antaa pelin "positiiviselle hybridiefektille" eri tasoilla ja lastausvaiheet betonin eri ominaisuuksien parantamiseksi vastaamaan eri projektien tarpeita. Kuitenkin, mitä tulee sen erilaisiin mekaanisiin ominaisuuksiin, erityisesti sen väsymismuodonmuutokseen ja väsymisvaurioon, muodonmuutosten kehittymislakiin ja vaurioominaisuuksiin staattisten ja dynaamisten kuormien sekä vakioamplitudisten tai vaihtelevan amplitudin syklisten kuormien vaikutuksesta, optimaalinen sekoitusmäärä ja kuidun sekoitussuhde. komposiittimateriaalien komponenttien välillä, vahvistava vaikutus ja vahvistusmekanismi, väsymyksenestokyky, vikamekanismi ja rakennustekniikka, sekoitussuhteen suunnittelun ongelmia on tutkittava edelleen.
5. Kerrostettu teräskuituvahvisteinen betoni
Monoliittikuituteräsbetoni ei ole helppo sekoittaa tasaisesti, kuitu on helppo agglomeroida, kuitumäärä on suuri ja kustannukset ovat suhteellisen korkeat, mikä vaikuttaa sen laajaan käyttöön. Useiden teknisten käytäntöjen ja teoreettisten tutkimusten avulla on ehdotettu uudenlaista teräskuiturakennetta, kerrosteräskuituraudoitusbetoni (LSFRC). Pieni määrä teräskuitua jakautuu tasaisesti tielaatan ylä- ja alapinnalle, ja keskimmäinen on edelleen tavallinen betonikerros. LSFRC:n teräskuitu jaetaan yleensä käsin tai mekaanisesti. Teräskuitu on pitkä, ja pituuden halkaisijasuhde on yleensä välillä 70 - 120, mikä osoittaa kaksiulotteisen jakautumisen. Vaikuttamatta mekaanisiin ominaisuuksiin tämä materiaali ei ainoastaan vähennä merkittävästi teräskuidun määrää, vaan myös välttää kuitujen agglomeroitumisen ilmiön kiinteän kuituvahvisteisen betonin sekoituksessa. Lisäksi teräskuitukerroksen sijainnilla betonissa on suuri vaikutus betonin taivutuslujuuteen. Teräskuitukerroksen vahvistusvaikutus betonin pohjassa on paras. Teräskuitukerroksen asennon siirtyessä ylöspäin vahvistusvaikutus heikkenee merkittävästi. LSFRC:n taivutuslujuus on yli 35 % korkeampi kuin tavallisella betonilla samalla sekoitussuhteella, mikä on hieman pienempi kuin integroidun teräskuituvahvisteisen betonin. LSFRC voi kuitenkin säästää paljon materiaalikustannuksia, eikä vaikea sekoitus ole ongelma. Siksi LSFRC on uusi materiaali, jolla on hyvät sosiaaliset ja taloudelliset hyödyt sekä laajat sovellusmahdollisuudet, ja joka ansaitsee popularisoinnin ja käytön päällysterakentamisessa.
6. Kerrostettu hybridikuitubetoni
Kerroshybridikuituvahvisteinen betoni (LHFRC) on komposiittimateriaali, joka on muodostettu lisäämällä 0,1 % polypropeenikuitua LSFRC:n pohjalta ja jakamalla tasaisesti suuri määrä hienoja ja lyhyitä polypropeenikuituja, joilla on korkea vetolujuus ja suuri murtovenymä teräksen ylä- ja alaosaan. kuitubetoni ja tavallinen betoni keskikerroksessa. Se voi voittaa LSFRC-välin pelkän betonikerroksen heikkouden ja estää mahdolliset turvallisuusriskit pintateräskuidun kulumisen jälkeen. LHFRC voi parantaa merkittävästi betonin taivutuslujuutta. Tavalliseen betoniin verrattuna sen taivutuslujuus tavallisessa betonissa kasvaa noin 20 % ja LSFRC:hen verrattuna sen taivutuslujuus kasvaa 2,6 %, mutta sillä on vähän vaikutusta betonin taivutuskimmokerrokseen. LHFRC:n taivutuskimmokerroin on 1,3 % korkeampi kuin tavallisen betonin ja 0,3 % pienempi kuin LSFRC:n. LHFRC voi myös parantaa merkittävästi betonin taivutussitkeys, ja sen taivutussitkeysindeksi on noin 8 kertaa tavallisen betonin ja 1,3 kertaa LSFRC:n. Lisäksi kahden tai useamman kuidun erilaisen suorituskyvyn vuoksi LHFRC:ssä betonissa teknisten tarpeiden mukaan synteettisen kuidun ja teräskuidun positiivista hybridivaikutusta betonissa voidaan käyttää parantamaan huomattavasti sitkeyttä, kestävyyttä, sitkeyttä ja halkeilulujuutta. , materiaalin taivutuslujuus ja vetolujuus, parantavat materiaalin laatua ja pidentävät materiaalin käyttöikää.
——Abstract (Shanxi-arkkitehtuuri, osa 38, nro 11, Chen Huiqing)
Postitusaika: 24.8.2022