Бетонот армиран со челични влакна (SFRC) е нов вид композитен материјал кој може да се истури и испрска со додавање на соодветна количина кратки челични влакна во обичен бетон. Во последниве години, брзо се разви дома и во странство. Ги надминува недостатоците на ниската затегнувачка цврстина, малото крајно издолжување и кршливоста на бетонот. Има одлични својства како што се затегнувачка цврстина, отпорност на свиткување, отпорност на смолкнување, отпорност на пукнатини, отпорност на замор и висока цврстина. Се применува во хидротехниката, патната и мостовната индустрија, градежништвото и други области на инженерството.

 

ти.Развој на бетон армиран со челични влакна

 

Бетон армиран со влакна (FRC) е кратенка од бетон армиран со влакна. Обично е композит на база на цемент составен од цементна паста, малтер или бетон и метални влакна, неоргански влакна или органски материјали армирани со влакна. Тоа е нов градежен материјал формиран со рамномерно распрскување на кратки и фини влакна со висока затегнувачка цврстина, високо крајно издолжување и висока отпорност на алкали во бетонската матрица. Влакната во бетонот можат да го ограничат создавањето на рани пукнатини во бетонот и понатамошното ширење на пукнатините под дејство на надворешна сила, ефикасно да ги надминат вродените дефекти како што се ниската затегнувачка цврстина, лесното пукање и слабата отпорност на замор на бетонот, и значително да ги подобрат перформансите на непропустливост, водоотпорност, отпорност на мраз и заштита на арматурата на бетонот. Бетонот армиран со влакна, особено бетонот армиран со челични влакна, привлекува сè поголемо внимание во академските и инженерските кругови во практичното инженерство поради неговите супериорни перформанси. 1907 Советскиот експерт Б. П. Хекпокаб почнал да користи бетон армиран со метални влакна; Во 1910 година, Х.Ф. Портер објавил истражувачки извештај за бетон армиран со кратки влакна, сугерирајќи дека кратките челични влакна треба да бидат рамномерно распрснати во бетонот за да се зајакнат матричните материјали; Во 1911 година, Греам од Соединетите Американски Држави додал челични влакна во обичниот бетон за да ја подобри цврстината и стабилноста на бетонот; До 1940-тите, Соединетите Американски Држави, Велика Британија, Франција, Германија, Јапонија и други земји направиле многу истражувања за користење на челични влакна за подобрување на отпорноста на абење и отпорноста на пукнатини на бетонот, технологијата на производство на бетон од челични влакна и подобрување на обликот на челичните влакна за подобрување на цврстината на врзување помеѓу влакната и бетонската матрица; Во 1963 година, Ј.П. Ромуалди и Г.Б. Батсон објавиле труд за механизмот на развој на пукнатини на бетон ограничен со челични влакна и го изнесле заклучокот дека цврстината на пукнатините на бетонот армиран со челични влакна се определува од просечното растојание на челичните влакна, што игра ефективна улога во затегнувачкиот стрес (теорија на растојание на влакната), со што започнала практичната фаза на развој на овој нов композитен материјал. До денес, со популаризацијата и примената на бетон армиран со челични влакна, поради различната дистрибуција на влакната во бетонот, постојат главно четири вида: бетон армиран со челични влакна, хибриден бетон армиран со влакна, слојен бетон армиран со челични влакна и слојен хибриден бетон армиран со влакна.

 

二.Механизам за зајакнување на бетон армиран со челични влакна

 

1. Теорија на композитна механика. Теоријата на композитна механика се базира на теоријата на континуирани влакнести композити и е комбинирана со карактеристиките на дистрибуција на челичните влакна во бетон. Во оваа теорија, композитите се сметаат за двофазни композити со влакна како една фаза и матрица како друга фаза.

 

Теорија на растојание меѓу влакната. Теоријата на растојание меѓу влакната, позната и како теорија на отпорност на пукнатини, е предложена врз основа на линеарна еластична механика на кршење. Оваа теорија тврди дека ефектот на засилување на влакната е поврзан само со рамномерно распределеното растојание меѓу влакната (минимално растојание).

 

ти.Анализа на статусот на развој на бетон армиран со челични влакна

 

1.Бетон армиран со челични влакна.Бетонот армиран со челични влакна е вид на релативно униформен и повеќенасочен армиран бетон формиран со додавање на мала количина на нискојаглероден челик, не'рѓосувачки челик и FRP влакна во обичен бетон. Количината на мешање на челични влакна е генерално 1% ~ 2% по волумен, додека 70 ~ 100 кг 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 сооднос на должината и дијаметарот треба да биде 50 ~ 700. Во споредба со обичниот бетон, не само што може да ја подобри отпорноста на затегнување, смолкнување, свиткување, абење и пукање, туку и значително да ја зголеми цврстината на кршење и отпорноста на удар на бетонот, и значително да ја подобри отпорноста на замор и издржливоста на конструкцијата, особено цврстината може да се зголеми за 10 ~ 20 пати. Механичките својства на бетонот армиран со челични влакна и обичниот бетон се споредуваат во Кина. Кога содржината на челични влакна е 15% ~ 20%, а односот вода-цемент е 0,45, затегнувачката цврстина се зголемува за 50% ~ 70%, цврстината на свиткување се зголемува за 120% ~ 180%, ударната цврстина се зголемува за 10 ~ 20 пати, ударната заморна цврстина 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.

2. Хибриден бетон од влакна. Релевантните истражувачки податоци покажуваат дека челичните влакна не ја зголемуваат значително компресиската цврстина на бетонот, па дури ни не ја намалуваат; во споредба со обичниот бетон, постојат позитивни и негативни (зголемување и намалување) или дури и средни ставови 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 предизвикано од пожар, што влијаело на неговата примена во различен степен. Во последниве години, некои домашни и странски научници почнаа да обрнуваат внимание на хибридниот бетон од влакна (HFRC), обидувајќи се да мешаат влакна со различни својства и предности, да учат едни од други и да го искористат „позитивниот хибриден ефект“ на различни нивоа и фази на оптоварување за да ги подобрат различните својства на бетонот, со цел да ги задоволат потребите на различни проекти. Сепак, во однос на неговите различни механички својства, особено деформацијата од замор и оштетувањето од замор, законот за развој на деформацијата и карактеристиките на оштетувањето под статички и динамички оптоварувања и циклични оптоварувања со константна амплитуда или променлива амплитуда, оптималната количина на мешање и пропорцијата на мешање на влакната, односот помеѓу компонентите на композитните материјали, ефектот на зајакнување и механизмот на зајакнување, перформансите против замор, механизмот на дефекти и технологијата на градење, проблемите на дизајнот на пропорцијата на мешање треба дополнително да се изучуваат.

3. Слоен бетон армиран со челични влакна.Монолитниот бетон армиран со влакна не е лесен за рамномерно мешање, 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, предложен е нов вид структура од челични влакна, слој бетон армиран со челични влакна (LSFRC). Мала количина на челични влакна е рамномерно распределена на горните и долните површини на плочата на патот, а средината е сè уште обичен бетонски слој. Челичните влакна во LSFRC генерално се распределуваат рачно или механички. Челичните влакна се долги, а односот на должината и дијаметарот е генерално помеѓу 70 ~ 120, покажувајќи дводимензионална дистрибуција. Без да влијае на механичките својства, овој материјал не само што значително ја намалува количината на челични влакна, туку и го избегнува феноменот на агломерација на влакна при мешање на интегрален бетон армиран со влакна. Покрај тоа, положбата на слојот од челични влакна во бетонот има големо влијание врз цврстината на свиткување на бетонот. Ефектот на засилување на слојот од челични влакна на дното на бетонот е најдобар. Со движењето на положбата на слојот од челични влакна нагоре, ефектот на засилување значително се намалува. Јакоста на свиткување на LSFRC е повеќе од 35% повисока од онаа на обичниот бетон со ист сооднос на смеса, што е малку пониско од онаа на бетонот армиран со интегрални 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 перспективи за примена, кој е достоен за популаризација и примена во изградбата на коловози.

 

4.Слоен хибриден бетон од влакна.Слојниот хибриден бетон армиран со влакна (LHFRC) е композитен материјал формиран со додавање на 0,1% полипропиленски влакна врз основа на LSFRC и рамномерно распределување на голем број фини и кратки полипропиленски влакна со висока затегнувачка цврстина и високо крајно издолжување во горниот и долниот бетон од челични влакна и обичниот бетон во средниот слој. Може да ја надмине слабоста на средниот слој од обичен бетон на LSFRC и да ги спречи потенцијалните опасности по безбедноста откако површинските челични влакна ќе се истрошат. LHFRC може значително да ја зголеми цврстината на свиткување на бетонот. Во споредба со обичниот бетон, неговата цврстина на свиткување на обичниот бетон е зголемена за околу 20%, а во споредба со LSFRC, неговата цврстина на свиткување е зголемена за 2,6%, но има мал ефект врз модулот на еластичност на свиткување на бетонот. Модулот на еластичност на свиткување на LHFRC е за 1,3% повисок од оној на обичниот бетон и 0,3% помал од оној на LSFRC. LHFRC може значително да ја зголеми цврстината на свиткување на бетонот, а неговиот индекс на цврстина на свиткување е околу 8 пати поголем од оној на обичниот бетон и 1,3 пати поголем од оној на LSFRC. Покрај тоа, поради различните перформанси на две или повеќе влакна во LHFRC во бетонот, според инженерските потреби, позитивниот хибриден ефект на синтетичките влакна и челичните влакна во бетонот може да се искористи за значително подобрување на еластичноста, издржливоста, цврстината, цврстината на пукнатини, цврстината на свиткување и цврстината на истегнување на материјалот, подобрување на квалитетот на материјалот и продолжување на работниот век на материјалот.

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