Сегашна ситуација и развој на армиран бетон со челични влакна

Бетон засилен со челични влакна (SFRC) е нов тип на композитен материјал кој може да се истури и испрска со додавање соодветна количина на кратки челични влакна во обичниот бетон. Таа брзо се развиваше дома и во странство во последниве години. Ги надминува недостатоците на малата цврстина на истегнување, малото крајно издолжување и кршливоста на бетонот. Има одлични својства како што се цврстина на истегнување, отпорност на свиткување, отпорност на смолкнување, отпорност на пукнатини, отпорност на замор и висока цврстина. Се применува во хидраулично инженерство, патишта и мостови, градежништво и други инженерски области.

1. Развој на армиран бетон со челични влакна
Бетон засилен со влакна (FRC) е кратенка од бетон армиран со влакна. Тоа е обично композит на база на цемент составен од цементна паста, малтер или бетон и метални влакна, неоргански влакна или материјали засилени со органски влакна. Тоа е нов градежен материјал формиран со рамномерно распрскување на кратки и фини влакна со висока цврстина на истегнување, високо крајно издолжување и висока отпорност на алкали во бетонската матрица. Влакната во бетонот може да го ограничи создавањето на рани пукнатини во бетонот и понатамошното проширување на пукнатините под дејство на надворешна сила, ефикасно да ги надмине вродените дефекти како што се ниската цврстина на истегнување, лесното пукање и слабата отпорност на замор на бетонот и значително да ги подобри перформансите на непропустливост, водоотпорност, отпорност на мраз и армирана заштита на бетон. Бетон армиран со влакна, особено бетон армиран со челични влакна, привлекува се повеќе и повеќе внимание во академските и инженерските кругови во практичното инженерство поради неговите супериорни перформанси. 1907 Советскиот експерт Б П. Hekpocab почна да користи метални влакна армиран бетон; Во 1910 година, HF Porter објавил истражувачки извештај за армиран бетон со кратки влакна, сугерирајќи дека кратките челични влакна треба да бидат рамномерно дисперзирани во бетонот за да се зајакнат матричните материјали; Во 1911 година, Греам од Соединетите Држави додаде челични влакна во обичниот бетон за да ја подобри цврстината и стабилноста на бетонот; До 1940-тите, САД, Велика Британија, Франција, Германија, Јапонија и други земји направија многу истражувања за користење челични влакна за подобрување на отпорноста на абење и отпорност на пукнатини на бетонот, технологијата на производство на бетон со челични влакна и подобрување на облик на челично влакно за подобрување на цврстината на врзување помеѓу влакната и бетонската матрица; Во 1963 година, Ј.П. Ромаалди и Г.Б. при напрегање на истегнување (теорија на проред на влакна), со што започнува практичната фаза на развој на овој нов композитен материјал. Досега, со популаризацијата и примената на армиран бетон со челични влакна, поради различната дистрибуција на влакна во бетонот, постојат главно четири типа: армиран бетон со челични влакна, хибриден армиран бетон, слоевит армиран бетон со челични влакна и слоевити хибридни влакна. армиран бетон.

2. Механизам за зајакнување на армиран бетон со челични влакна
(1) Теорија на композитна механика. Теоријата на композитната механика се заснова на теоријата на композити на континуирани влакна и комбинирана со карактеристиките на дистрибуција на челичните влакна во бетонот. Во оваа теорија, композитите се сметаат за двофазни композити со влакно како една фаза и матрица како друга фаза.
(2) Теорија на проред на влакна. Теоријата за растојание на влакната, позната и како теорија на отпорност на пукнатини, е предложена врз основа на линеарната еластична механика на фрактура. Оваа теорија тврди дека ефектот на зајакнување на влакната е поврзан само со рамномерно распореденото растојание меѓу влакната (минимално растојание).

3. Анализа на развојниот статус на армиран бетон со челични влакна
1.Бетонски армиран со челични влакна. Бетон армиран со челични влакна е еден вид релативно униформен и повеќенасочен армиран бетон формиран со додавање на мала количина на нискојаглероден челик, нерѓосувачки челик и FRP влакна во обичниот бетон. Количината на мешање на челичните влакна е генерално 1% ~ 2% по волумен, додека 70 ~ 100 kg челични влакна се мешаат во секој кубен метар бетон по тежина. Должината на челичните влакна треба да биде 25 ~ 60 mm, дијаметарот треба да биде 0,25 ~ 1,25 mm, а најдобриот однос на должината и дијаметарот треба да биде 50 ~ 700. Во споредба со обичниот бетон, не само што може да го подобри истегнувањето, смолкнувањето, свиткувањето , отпорност на абење и пукнатини, но исто така значително ја подобруваат цврстината на фрактура и отпорноста на удар на бетонот и значително ја подобруваат отпорноста на замор и издржливоста на структурата, особено цврстината може да се зголеми за 10 ~ 20 пати. Механичките својства на армираниот бетон со челични влакна и обичниот бетон се споредуваат во Кина. Кога содржината на челичните влакна е 15% ~ 20% и односот на воден цемент е 0,45, јакоста на истегнување се зголемува за 50% ~ 70%, јакоста на свиткување се зголемува за 120% ~ 180%, силата на удар се зголемува за 10 ~ 20 пати, силата на замор од удар се зголемува за 15 ~ 20 пати, цврстината на свиткување се зголемува за 14 ~ 20 пати, а отпорноста на абење е исто така значително подобрена. Затоа, бетонот армиран со челични влакна има подобри физички и механички својства од обичниот бетон.

4. Бетон со хибридни влакна
Релевантните истражувачки податоци покажуваат дека челичните влакна значително не ја промовираат јакоста на притисок на бетонот, па дури и не ја намалуваат; Во споредба со обичниот бетон, постојат позитивни и негативни (зголемување и намалување) или дури и средно гледишта за непропустливоста, отпорноста на абење, ударот и отпорноста на абење на бетонот армиран со челични влакна и спречувањето на рано пластично собирање на бетонот. Покрај тоа, бетонот армиран со челични влакна има некои проблеми, како што се голема доза, висока цена, 'рѓа и речиси никаква отпорност на пукање предизвикана од пожар, што влијаеше на неговата примена во различен степен. Во последниве години, некои домашни и странски научници почнаа да обрнуваат внимание на бетонот со хибридни влакна (HFRC), обидувајќи се да измешаат влакна со различни својства и предности, да учат едни од други и да му дадат игра на „позитивниот хибриден ефект“ на различни нивоа и фази на полнење за подобрување на различните својства на бетонот, за да се задоволат потребите на различни проекти. Меѓутоа, во однос на неговите различни механички својства, особено неговата деформација од замор и оштетувањето од замор, законот за развој на деформација и карактеристиките на оштетување при статички и динамички оптоварувања и циклични оптоварувања со постојана амплитуда или променлива амплитуда, оптималната количина на мешање и процентот на мешање на влакна, односот помеѓу компонентите на композитните материјали, ефектот на зајакнување и механизмот за зајакнување, перформансите против замор, механизмот за неуспех и технологијата на градба, Проблемите со дизајнот на пропорцијата на мешање треба дополнително да се проучат.

5. Слоен армиран бетон со челични влакна
Монолитниот бетон армиран со влакна не е лесно да се меша рамномерно, влакната лесно се агломерираат, количината на влакна е голема, а цената е релативно висока, што влијае на неговата широка примена. Преку голем број инженерски практики и теоретски истражувања, се предлага нов тип на конструкција од челични влакна, армиран бетон со слој од челични влакна (LSFRC). Мала количина челични влакна е рамномерно распоредена на горните и долните површини на коловозната плоча, а средината е сè уште обичен бетонски слој. Челичните влакна во LSFRC генерално се дистрибуираат рачно или механички. Челичните влакна се долги, а соодносот на дијаметарот на должината е генерално помеѓу 70 ~ 120, што покажува дводимензионална дистрибуција. Без да влијае на механичките својства, овој материјал не само што во голема мера ја намалува количината на челичните влакна, туку и го избегнува феноменот на агломерација на влакна при мешање на интегрален бетон армиран со влакна. Покрај тоа, положбата на слојот од челичните влакна во бетонот има големо влијание врз јакоста на свиткување на бетонот. Најдобар е ефектот на зајакнување на слојот од челични влакна на дното на бетонот. Со поместувањето на положбата на слојот од челични влакна, ефектот на засилување значително се намалува. Јакоста на свиткување на LSFRC е повеќе од 35% повисока од онаа на обичниот бетон со иста пропорција на мешавина, што е малку пониска од онаа на интегралниот армиран бетон со челични влакна. Сепак, LSFRC може да заштеди многу материјални трошоци и нема проблем со тешко мешање. Затоа, LSFRC е нов материјал со добри социјални и економски придобивки и широки изгледи за примена, кој е достоен за популаризација и примена во изградбата на тротоарите.

6. Слоен бетон со хибридни влакна
Слојниот хибриден армиран бетон со влакна (LHFRC) е композитен материјал формиран со додавање на 0,1% полипропиленски влакна врз основа на LSFRC и рамномерно распоредување на голем број фини и кратки полипропиленски влакна со висока цврстина на истегнување и високо крајно издолжување во горниот и долниот челик. влакно бетон и обичен бетон во средниот слој. Може да ја надмине слабоста на средниот обичен бетонски слој LSFRC и да ги спречи потенцијалните безбедносни опасности откако ќе се истрошат површинските челични влакна. LHFRC може значително да ја подобри јакоста на свиткување на бетонот. Во споредба со обичниот бетон, неговата јакост на виткање на обичниот бетон е зголемена за околу 20%, а во споредба со LSFRC, неговата јакост на свиткување е зголемена за 2,6%, но има мало влијание врз модулот на виткање на еластичноста на бетонот. Модулот на свиткување на еластичноста на LHFRC е 1,3% повисок од оној на обичниот бетон и 0,3% помал од оној на LSFRC. LHFRC, исто така, може значително да ја подобри жилавната цврстина на бетонот, а неговиот индекс на цврстина на виткање е околу 8 пати поголем од оној на обичниот бетон и 1,3 пати од оној на LSFRC. Покрај тоа, поради различните перформанси на две или повеќе влакна во LHFRC во бетон, во согласност со инженерските потреби, позитивниот хибриден ефект на синтетички влакна и челични влакна во бетон може да се искористи за значително подобрување на еластичноста, издржливоста, цврстината, цврстината на пукнатината. , цврстина на виткање и цврстина на истегнување на материјалот, го подобруваат квалитетот на материјалот и го продолжуваат работниот век на материјалот.

——Апстракт (архитектура на Шанкси, том 38, бр. 11, Чен Хуиќинг)