Betonul armat cu fibre de oțel (SFRC) este un nou tip de material compozit care poate fi turnat și pulverizat prin adăugarea unei cantități adecvate de fibre scurte de oțel în betonul obișnuit. S-a dezvoltat rapid în țară și în străinătate în ultimii ani. Depășește neajunsurile rezistenței scăzute la întindere, alungirii finale mici și proprietății fragile ale betonului. Are proprietăți excelente, cum ar fi rezistența la tracțiune, rezistența la încovoiere, rezistența la forfecare, rezistența la fisurare, rezistența la oboseală și duritatea ridicată. A fost aplicat în inginerie hidraulică, drumuri și poduri, construcții și alte domenii de inginerie.
1. Dezvoltarea betonului armat cu fibre de otel
Beton armat cu fibre (FRC) este abrevierea betonului armat cu fibre. Este de obicei un compozit pe bază de ciment compus din pastă de ciment, mortar sau beton și fibre metalice, fibre anorganice sau materiale armate cu fibre organice. Este un nou material de construcție format prin dispersarea uniformă a fibrelor scurte și fine, cu rezistență ridicată la tracțiune, alungire finală mare și rezistență ridicată la alcali în matricea de beton. Fibra din beton poate limita generarea de fisuri timpurii în beton și extinderea ulterioară a fisurilor sub acțiunea forței externe, depășește eficient defectele inerente, cum ar fi rezistența scăzută la tracțiune, fisurarea ușoară și rezistența slabă la oboseală a betonului și îmbunătățește foarte mult performanța. de impermeabilitate, impermeabilitate, rezistenta la inghet si protectie de armare a betonului. Betonul armat cu fibre, în special betonul armat cu fibre de oțel, a atras din ce în ce mai multă atenție în cercurile academice și inginerești în inginerie practică datorită performanței sale superioare. 1907 Expertul sovietic B П. Hekpocab a început să folosească beton armat cu fibre metalice; În 1910, HF Porter a publicat un raport de cercetare privind betonul armat cu fibre scurte, sugerând că fibrele scurte de oțel ar trebui să fie dispersate uniform în beton pentru a întări materialele matricei; În 1911, Graham din Statele Unite a adăugat fibră de oțel în betonul obișnuit pentru a îmbunătăți rezistența și stabilitatea betonului; Până în anii 1940, Statele Unite ale Americii, Marea Britanie, Franța, Germania, Japonia și alte țări au făcut o mulțime de cercetări privind utilizarea fibrei de oțel pentru a îmbunătăți rezistența la uzură și rezistența la fisurare a betonului, tehnologia de fabricație a betonului din fibre de oțel și îmbunătățirea forma fibrei de oțel pentru a îmbunătăți rezistența de legătură între fibră și matricea de beton; În 1963, JP Romualdi și GB Batson au publicat o lucrare despre mecanismul de dezvoltare a fisurilor din betonul limitat cu fibre de oțel și au prezentat concluzia că rezistența la fisurare a betonului armat cu fibre de oțel este determinată de distanța medie a fibrelor de oțel, care joacă un rol eficient. în efort de tracțiune (teoria spațierii fibrelor), demarând astfel etapa practică de dezvoltare a acestui nou material compozit. Până în prezent, odată cu popularizarea și aplicarea betonului armat cu fibre de oțel, datorită distribuției diferite a fibrelor în beton, există în principal patru tipuri: beton armat cu fibre de oțel, beton armat cu fibre hibride, beton armat cu fibre de oțel stratificat și fibră hibridă stratificată. beton armat.
2. Mecanism de consolidare a betonului armat cu fibre de oțel
(1) Teoria mecanicii compozite. Teoria mecanicii compozitelor se bazează pe teoria compozitelor cu fibre continue și combinată cu caracteristicile de distribuție a fibrelor de oțel în beton. În această teorie, compozitele sunt considerate compozite în două faze cu fibra ca o fază și matricea ca cealaltă fază.
(2) Teoria distanței dintre fibre. Teoria distanței dintre fibre, cunoscută și sub numele de teoria rezistenței la fisuri, este propusă pe baza mecanicii ruperii elastice liniare. Această teorie susține că efectul de întărire al fibrelor este legat doar de distanța dintre fibre distribuită uniform (spațierea minimă).
3. Analiza stadiului de dezvoltare a betonului armat cu fibre de otel
1.Beton armat cu fibre de oțel. Betonul armat cu fibre de oțel este un fel de beton armat relativ uniform și multidirecțional format prin adăugarea unei cantități mici de oțel cu conținut scăzut de carbon, oțel inoxidabil și fibre FRP în betonul obișnuit. Cantitatea de amestec de fibre de oțel este, în general, de 1% ~ 2% în volum, în timp ce 70 ~ 100 kg de fibre de oțel sunt amestecate în fiecare metru cub de beton în greutate. Lungimea fibrei de oțel ar trebui să fie de 25 ~ 60 mm, diametrul ar trebui să fie de 0,25 ~ 1,25 mm, iar cel mai bun raport dintre lungime și diametru ar trebui să fie de 50 ~ 700. În comparație cu betonul obișnuit, nu poate îmbunătăți doar tracțiunea, forfecarea, îndoirea , rezistența la uzură și fisurare, dar, de asemenea, sporește considerabil duritatea la rupere și rezistența la impact a betonului și îmbunătățește semnificativ rezistența la oboseală și durabilitatea structurii, în special tenacitatea poate fi crescută de 10 ~ 20 de ori. Proprietățile mecanice ale betonului armat cu fibre de oțel și ale betonului obișnuit sunt comparate în China. Când conținutul de fibre de oțel este de 15% ~ 20% și raportul de apă-ciment este de 0,45, rezistența la tracțiune crește cu 50% ~ 70%, rezistența la încovoiere crește cu 120% ~ 180%, rezistența la impact crește cu 10 ~ 20 de ori, rezistența la oboseală la impact crește de 15 ~ 20 de ori, duritatea la încovoiere crește de 14 ~ 20 de ori, iar rezistența la uzură este, de asemenea, îmbunătățită semnificativ. Prin urmare, betonul armat cu fibre de oțel are proprietăți fizice și mecanice mai bune decât betonul simplu.
4. Beton cu fibre hibride
Datele de cercetare relevante arată că fibra de oțel nu promovează în mod semnificativ rezistența la compresiune a betonului și nici măcar nu o reduce; În comparație cu betonul simplu, există opinii pozitive și negative (creștere și scădere) sau chiar intermediare asupra impermeabilității, rezistenței la uzură, rezistenței la impact și la uzură a betonului armat cu fibre de oțel și a prevenirii contracției plastice timpurii a betonului. În plus, betonul armat cu fibre de oțel are unele probleme, cum ar fi dozajul mare, prețul ridicat, rugina și aproape deloc rezistența la spargere cauzată de incendiu, care a afectat aplicarea acestuia în diferite grade. În ultimii ani, unii cercetători interni și străini au început să acorde atenție betonului cu fibre hibride (HFRC), încercând să amestece fibre cu proprietăți și avantaje diferite, să învețe unul de la altul și să dea joc „efectului hibrid pozitiv” la diferite niveluri și etape de încărcare pentru a îmbunătăți diferitele proprietăți ale betonului, astfel încât să răspundă nevoilor diferitelor proiecte. Cu toate acestea, în ceea ce privește diferitele sale proprietăți mecanice, în special deformarea prin oboseală și deteriorarea prin oboseală, legea dezvoltării deformării și caracteristicile de deteriorare sub sarcini statice și dinamice și sarcini ciclice cu amplitudine constantă sau amplitudine variabilă, cantitatea optimă de amestecare și proporția de amestecare a fibrei, relația între componentele materialelor compozite, efectul de întărire și mecanismul de întărire, performanța anti-oboseală, mecanismul de defecțiune și tehnologia de construcție, problemele proiectării proporției amestecului trebuie studiate în continuare.
5. Beton armat cu fibre de oțel stratificat
Betonul armat cu fibre monolitice nu este ușor de amestecat uniform, fibra este ușor de aglomerat, cantitatea de fibre este mare, iar costul este relativ ridicat, ceea ce afectează aplicarea sa largă. Printr-un număr mare de practici inginerești și cercetări teoretice, este propus un nou tip de structură din fibre de oțel, strat de beton armat cu fibre de oțel (LSFRC). O cantitate mică de fibră de oțel este distribuită uniform pe suprafețele superioare și inferioare ale plăcii de drum, iar mijlocul este încă un strat simplu de beton. Fibra de oțel din LSFRC este în general distribuită manual sau mecanic. Fibra de oțel este lungă, iar raportul dintre diametrul lungimii este în general între 70 ~ 120, prezentând o distribuție bidimensională. Fără a afecta proprietățile mecanice, acest material nu numai că reduce foarte mult cantitatea de fibre de oțel, dar evită și fenomenul de aglomerare a fibrelor în amestecarea betonului armat cu fibre integrale. În plus, poziția stratului de fibre de oțel în beton are un impact mare asupra rezistenței la încovoiere a betonului. Efectul de armare al stratului de fibre de oțel de la baza betonului este cel mai bun. Odată cu poziția stratului de fibre de oțel în sus, efectul de armare scade semnificativ. Rezistența la încovoiere a LSFRC este cu peste 35% mai mare decât cea a betonului simplu cu aceeași proporție de amestec, care este puțin mai mică decât cea a betonului armat integral cu fibre de oțel. Cu toate acestea, LSFRC poate economisi o mulțime de costuri de material și nu există nicio problemă de amestecare dificilă. Prin urmare, LSFRC este un material nou cu beneficii sociale și economice bune și perspective largi de aplicare, care este demn de popularizare și aplicare în construcția de pavaj.
6. Beton cu fibre hibride stratificat
Betonul armat cu fibre hibride în strat (LHFRC) este un material compozit format prin adăugarea a 0,1% fibre de polipropilenă pe baza LSFRC și distribuirea uniformă a unui număr mare de fibre de polipropilenă fine și scurte cu rezistență ridicată la tracțiune și alungire finală mare în oțelul superior și inferior. betonul fibros și betonul simplu în stratul mijlociu. Poate depăși slăbiciunea stratului intermediar de beton simplu LSFRC și poate preveni potențialele pericole de siguranță după ce fibra de oțel de suprafață este uzată. LHFRC poate spori semnificativ rezistența la încovoiere a betonului. În comparație cu betonul simplu, rezistența la încovoiere a betonului simplu este crescută cu aproximativ 20%, iar în comparație cu LSFRC, rezistența sa la încovoiere este crescută cu 2,6%, dar are un efect redus asupra modulului de elasticitate la încovoiere al betonului. Modulul de elasticitate la încovoiere al LHFRC este cu 1,3% mai mare decât cel al betonului simplu și cu 0,3% mai mic decât cel al LSFRC. LHFRC poate, de asemenea, să îmbunătățească în mod semnificativ rezistența la încovoiere a betonului, iar indicele său de duritate la încovoiere este de aproximativ 8 ori mai mare decât al betonului simplu și de 1,3 ori mai mult decât al LSFRC. Mai mult decât atât, datorită performanței diferite a două sau mai multe fibre din LHFRC în beton, în funcție de nevoile inginerești, efectul hibrid pozitiv al fibrei sintetice și al fibrei de oțel în beton poate fi utilizat pentru a îmbunătăți considerabil ductilitatea, durabilitatea, duritatea, rezistența la fisuri. , rezistența la încovoiere și rezistența la tracțiune a materialului, îmbunătățesc calitatea materialului și prelungesc durata de viață a materialului.
——Rezumat (Arhitectura Shanxi, Vol. 38, Nr. 11, Chen Huiqing)
Ora postării: 24-aug-2022