Бетон, армований сталевим волокном (SFRC) — це новий тип композитного матеріалу, який можна заливати та розпилювати, додаючи відповідну кількість короткого сталевого волокна у звичайний бетон.Останніми роками він швидко розвивався вдома та за кордоном.Він усуває такі недоліки, як низька міцність на розрив, мале граничне подовження та крихкість бетону.Він має чудові властивості, такі як міцність на розрив, опір вигину, опір зсуву, опір тріщинам, стійкість до втоми та високу міцність.Застосовується в гідротехнічному, дорожньо-мостовому, будівництві та інших галузях машинобудування.
1. Розробка сталефібробетону
Фіброармований бетон (FRC) - це абревіатура фіброармованого бетону.Зазвичай це композит на основі цементу, що складається з цементного тіста, розчину або бетону та металевих волокон, неорганічних волокон або матеріалів, армованих органічними волокнами.Це новий будівельний матеріал, утворений рівномірним диспергуванням коротких і тонких волокон з високою міцністю на розрив, високим граничним подовженням і високою лугостійкістю в бетонній матриці.Фібра в бетоні може обмежити утворення ранніх тріщин у бетоні та подальше розширення тріщин під дією зовнішньої сили, ефективно подолати властиві дефекти, такі як низька міцність на розрив, легке розтріскування та низька стійкість бетону до втоми, а також значно покращити продуктивність водонепроникності, водонепроникності, морозостійкості та захисту арматури бетону.Армований волокном бетон, особливо бетон, армований сталевим волокном, привертає все більше уваги в академічних та інженерних колах практичного машинобудування завдяки своїм чудовим характеристикам.1907 Радянський фахівець Б П.Hekpocab почав використовувати металоволокнистий бетон;У 1910 році Х. Ф. Портер опублікував звіт про дослідження бетону, армованого короткими волокнами, припускаючи, що короткі сталеві волокна повинні бути рівномірно розподілені в бетоні для зміцнення матеріалів матриці;У 1911 році Грем зі Сполучених Штатів додав сталеві фібри в звичайний бетон, щоб підвищити міцність і стабільність бетону;До 1940-х років США, Великобританія, Франція, Німеччина, Японія та інші країни провели багато досліджень щодо використання сталевої фібри для підвищення зносостійкості та тріщиностійкості бетону, технології виробництва сталефібробетону та вдосконалення форма сталевого волокна для поліпшення міцності зчеплення між волокном і бетонною матрицею;У 1963 році Дж. П. Ромуальді та Г. Б. Батсон опублікували статтю про механізм розвитку тріщин у бетоні зі сталевими волокнами та висунули висновок, що міцність бетону, армованого сталевими волокнами, визначається середньою відстанню між сталевими волокнами, яка відіграє важливу роль. у напрузі розтягування (теорія відстані між волокнами), таким чином починаючи практичний етап розробки цього нового композитного матеріалу.До теперішнього часу, з популяризацією та застосуванням армованого сталевим волокном бетону, через різний розподіл волокон у бетоні, існує в основному чотири типи: армований сталевим волокном бетон, гібридний армований волокном бетон, шаруватий армований сталевим волокном бетон і шаруватий гібридний волоконний бетон. залізобетон.
2. Механізм зміцнення сталефібробетону
(1) Теорія композитної механіки.Теорія композитної механіки базується на теорії безперервних волокнистих композитів і в поєднанні з характеристиками розподілу сталевих волокон у бетоні.У цій теорії композити розглядаються як двофазні композити з волокном як однією фазою та матрицею як іншою фазою.
(2)Теорія відстані між волокнами.Теорія відстані між волокнами, також відома як теорія тріщиностійкості, запропонована на основі лінійно-пружної механіки руйнування.Ця теорія стверджує, що армуючий ефект волокон пов’язаний лише з рівномірно розподіленою відстанню між волокнами (мінімальна відстань).
3. Аналіз стану розвитку сталефібробетону
1. Сталевий фібробетон.Бетон, армований сталевим волокном, є різновидом відносно однорідного та різноспрямованого армованого бетону, утвореного шляхом додавання невеликої кількості волокон з низьковуглецевої сталі, нержавіючої сталі та FRP у звичайний бетон.Кількість сталевої фібри, як правило, становить 1% ~ 2% за об’ємом, тоді як 70 ~ 100 кг сталевої фібри змішується в кожному кубічному метрі бетону за вагою.Довжина сталевого волокна повинна бути 25 ~ 60 мм, діаметр повинен бути 0,25 ~ 1,25 мм, а найкраще співвідношення довжини до діаметра має бути 50 ~ 700. У порівнянні зі звичайним бетоном, це може не тільки покращити міцність на розтяг, зсув, вигин , стійкість до зношування та розтріскування, а також значно підвищити в’язкість руйнування та ударостійкість бетону, а також значно покращити стійкість до втоми та довговічність конструкції, особливо в’язкість може бути збільшена в 10–20 разів.У Китаї порівнюють механічні властивості бетону, армованого сталевим волокном, і звичайного бетону.Коли вміст сталевого волокна становить 15% ~ 20%, а водоцементний коефіцієнт становить 0,45, міцність на розрив збільшується на 50% ~ 70%, міцність на вигин збільшується на 120% ~ 180%, ударна в'язкість збільшується на 10 ~ 20 разів, ударна втомна міцність збільшується в 15 ~ 20 разів, міцність на вигин збільшується в 14 ~ 20 разів, а також значно покращується зносостійкість.Тому сталевий армований бетон має кращі фізико-механічні властивості, ніж звичайний бетон.
4. Гібридний фібробетон
Відповідні дані досліджень показують, що сталева фібра істотно не підвищує міцність бетону на стиск і навіть не знижує її;У порівнянні з простим бетоном існують позитивні і негативні (підвищення і зниження) або навіть проміжні точки зору на непроникність, зносостійкість, ударну і зносостійкість армованого сталевим волокном бетону і запобігання передчасної пластичної усадки бетону.Крім того, армований сталевим волокном бетон має деякі проблеми, такі як велике дозування, висока ціна, іржа та майже відсутність стійкості до розриву, спричиненого пожежею, що різною мірою вплинуло на його застосування.В останні роки деякі вітчизняні та зарубіжні вчені почали звертати увагу на гібридний фібробетон (HFRC), намагаючись змішувати волокна з різними властивостями та перевагами, вчитися один у одного та надавати перевагу «позитивному гібридному ефекту» на різних рівнях і етапи навантаження для покращення різних властивостей бетону, щоб задовольнити потреби різних проектів.Однак, щодо його різноманітних механічних властивостей, особливо його втомної деформації та втомного пошкодження, закону розвитку деформації та характеристик пошкодження при статичних і динамічних навантаженнях і циклічних навантаженнях із постійною або змінною амплітудою, оптимальна кількість змішування та частка змішування волокна, співвідношення між компонентами композиційних матеріалів, ефект зміцнення та механізм зміцнення, антивтомні характеристики, механізм руйнування та технологія будівництва, проблеми проектування пропорції суміші потребують подальшого вивчення.
5. Шаруватий сталефібробетон
Монолітний фібробетон важко змішувати рівномірно, фібра легко агломерується, кількість фібри велика, а вартість відносно висока, що впливає на широке застосування.Завдяки великій кількості інженерних практик і теоретичних досліджень запропоновано новий тип сталевих волокнистих конструкцій, шаровий сталевий залізобетон (LSFRC).Невелика кількість сталевої фібри рівномірно розподілена на верхній і нижній поверхнях дорожньої плити, а посередині все ще залишається звичайний бетонний шар.Сталева фібра в LSFRC зазвичай розподіляється вручну або механічно.Сталеве волокно довге, а співвідношення діаметра довжини зазвичай становить від 70 до 120, що демонструє двовимірний розподіл.Не впливаючи на механічні властивості, цей матеріал не тільки значно зменшує кількість сталевої фібри, але й уникає явища агломерації волокон у змішуванні інтегрального армованого фібробетону.Крім того, положення шару сталевого волокна в бетоні має великий вплив на міцність бетону на вигин.Ефект зміцнення шару сталевого волокна на дні бетону є найкращим.З переміщенням шару сталевого волокна вгору ефект армування значно зменшується.Міцність на вигин LSFRC більш ніж на 35% вища, ніж у звичайного бетону з такою ж пропорцією суміші, яка трохи нижча, ніж у цілісного сталевого армованого бетону.Однак LSFRC може заощадити багато матеріальних витрат, і немає проблеми складного змішування.Таким чином, LSFRC є новим матеріалом з хорошими соціально-економічними перевагами та широкими перспективами застосування, який заслуговує на популяризацію та застосування в будівництві тротуарів.
6. Шаруватий гібридний фібробетон
Багатошаровий гібридний армований фібробетон (LHFRC) - це композиційний матеріал, утворений шляхом додавання 0,1% поліпропіленового волокна на основі LSFRC і рівномірного розподілу великої кількості тонких і коротких поліпропіленових волокон з високою міцністю на розрив і високим граничним подовженням у верхній і нижній частині сталі. фібробетон і простий бетон у середньому шарі.Це може подолати слабкість проміжного простого бетонного шару LSFRC і запобігти потенційній загрозі безпеці після зносу поверхневого сталевого волокна.LHFRC може значно підвищити міцність бетону на вигин.Порівняно з простим бетоном його міцність на згин звичайного бетону збільшується приблизно на 20%, а порівняно з LSFRC його міцність на згин збільшується на 2,6%, але це мало впливає на модуль пружності бетону при згині.Модуль пружності при згині LHFRC на 1,3% вищий, ніж у звичайного бетону, і на 0,3% нижчий, ніж у LSFRC.LHFRC також може значно підвищити міцність бетону на згин, і його індекс міцності на згин приблизно у 8 разів перевищує показник простого бетону та в 1,3 рази перевищує показник LSFRC.Більше того, завдяки різним характеристикам двох або більше волокон у LHFRC у бетоні, відповідно до інженерних потреб, позитивний гібридний ефект синтетичного волокна та сталевого волокна в бетоні може бути використаний для значного покращення пластичності, довговічності, міцності та міцності на розтріскування. , міцність на вигин і міцність на розрив матеріалу, покращують якість матеріалу та продовжують термін служби матеріалу.
——Анотація (Shanxi architecture, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)
Час публікації: 24 серпня 2022 р