Beton vyztužený ocelovými vlákny (SFRC) je nový typ kompozitního materiálu, který lze nalévat a stříkat přidáním vhodného množství krátkých ocelových vláken do běžného betonu. V posledních letech se rychle rozvíjí doma i v zahraničí. Překonává nedostatky nízké pevnosti v tahu, malého konečného prodloužení a křehkosti betonu. Má vynikající vlastnosti, jako je pevnost v tahu, odolnost v ohybu, odolnost ve smyku, odolnost proti praskání, odolnost proti únavě a vysoká houževnatost. Uplatňuje se ve vodním stavitelství, silnicích a mostech, stavebnictví a dalších strojírenských oborech.
1. Vývoj železobetonu
Vlákno železobeton (FRC) je zkratka pro vlákno vyztužený beton. Obvykle se jedná o kompozit na bázi cementu složený z cementové pasty, malty nebo betonu a kovových vláken, anorganických vláken nebo materiálů vyztužených organickými vlákny. Jedná se o nový stavební materiál tvořený stejnoměrně rozptýlenými krátkými a jemnými vlákny s vysokou pevností v tahu, vysokou tažností a vysokou odolností vůči alkáliím v matrici betonu. Vlákno v betonu může omezit vznik raných trhlin v betonu a další expanzi trhlin působením vnější síly, účinně překonat přirozené vady, jako je nízká pevnost v tahu, snadné praskání a špatná odolnost betonu proti únavě, a výrazně zlepšit výkon. nepropustnosti, vodotěsnosti, mrazuvzdornosti a ochrany výztuže betonu. Beton vyztužený vlákny, zejména beton vyztužený ocelovými vlákny, přitahuje stále více pozornosti v akademických a inženýrských kruzích v praktickém strojírenství pro svůj vynikající výkon. 1907 sovětský expert B П. Hekpocab začal používat beton vyztužený kovovými vlákny; V roce 1910, HF Porter publikoval výzkumnou zprávu o betonu vyztuženém krátkými vlákny, navrhující, že krátká ocelová vlákna by měla být rovnoměrně rozptýlena v betonu pro zpevnění matricových materiálů; V roce 1911 Graham ze Spojených států přidal ocelová vlákna do běžného betonu, aby zlepšil pevnost a stabilitu betonu; Do 40. let 20. století provedly Spojené státy, Británie, Francie, Německo, Japonsko a další země mnoho výzkumů o použití ocelových vláken ke zlepšení odolnosti betonu proti opotřebení a trhlinám, technologii výroby betonu s ocelovými vlákny a zlepšení tvar ocelového vlákna pro zlepšení pevnosti spojení mezi vláknem a betonovou matricí; V roce 1963 publikovali JP romualdi a GB Batson článek o mechanismu rozvoje trhlin v betonu s ocelovými vlákny a předložili závěr, že pevnost proti trhlinám betonu vyztuženého ocelovými vlákny je určena průměrnou vzdáleností ocelových vláken, která hraje účinnou roli. v tahovém napětí (teorie rozmístění vláken), čímž začíná praktická vývojová fáze tohoto nového kompozitního materiálu. Až dosud, s popularizací a aplikací železobetonu s ocelovými vlákny, kvůli různému rozložení vláken v betonu, existují především čtyři typy: beton s ocelovými vlákny, hybridní vláknobeton, vrstvený beton vyztužený ocelovými vlákny a vrstvený hybridní vlákno železobeton.
2. Mechanismus zpevňování betonu vyztuženého ocelovými vlákny
(1) Teorie složené mechaniky. Teorie mechaniky kompozitů je založena na teorii spojitých vláknových kompozitů a je kombinována s distribučními charakteristikami ocelových vláken v betonu. V této teorii jsou kompozity považovány za dvoufázové kompozity s vláknem jako jednou fází a matricí jako druhou fází.
(2) Teorie rozmístění vláken. Teorie rozmístění vláken, známá také jako teorie odolnosti proti trhlinám, je navržena na základě lineární elastické lomové mechaniky. Tato teorie tvrdí, že účinek vyztužení vláken souvisí pouze s rovnoměrně rozloženou vzdáleností vláken (minimální vzdálenost).
3. Analýza stavu vývoje železobetonu
1.Beton vyztužený ocelovými vlákny. Beton vyztužený ocelovými vlákny je druh relativně rovnoměrného a vícesměrného železobetonu vytvořeného přidáním malého množství nízkouhlíkové oceli, nerezové oceli a FRP vláken do běžného betonu. Smíšené množství ocelových vláken je obecně 1% ~ 2% objemu, zatímco 70 ~ 100 kg ocelových vláken je smícháno v každém krychlovém metru betonu podle hmotnosti. Délka ocelového vlákna by měla být 25 ~ 60 mm, průměr by měl být 0,25 ~ 1,25 mm a nejlepší poměr délky k průměru by měl být 50 ~ 700. Ve srovnání s běžným betonem může nejen zlepšit tah, smyk, ohyb , odolnost proti opotřebení a trhlinám, ale také výrazně zvyšují lomovou houževnatost a odolnost betonu proti nárazu a výrazně zlepšují odolnost proti únavě a trvanlivost konstrukce, zejména houževnatost může být zvýšena 10 ~ 20krát. Mechanické vlastnosti betonu vyztuženého ocelovými vlákny a běžného betonu jsou srovnávány v Číně. Když je obsah ocelového vlákna 15 % ~ 20 % a poměr vodního cementu je 0,45, pevnost v tahu se zvýší o 50 % ~ 70 %, pevnost v ohybu se zvýší o 120 % ~ 180 %, rázová houževnatost se zvýší o 10 ~ 20 krát se rázová únavová pevnost zvýší 15 až 20krát, ohybová houževnatost se zvýší 14 až 20krát a odolnost proti opotřebení se také výrazně zlepší. Beton vyztužený ocelovými vlákny má proto lepší fyzikální a mechanické vlastnosti než prostý beton.
4. Hybridní vláknobeton
Relevantní výzkumná data ukazují, že ocelová vlákna výrazně nepodporují pevnost betonu v tlaku, ani ji nesnižují; Ve srovnání s prostým betonem existují pozitivní a negativní (zvýšení a snížení) nebo dokonce přechodné názory na nepropustnost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti nárazu a opotřebení betonu vyztuženého ocelovými vlákny a prevenci předčasného plastického smršťování betonu. Kromě toho má beton vyztužený ocelovými vlákny některé problémy, jako je velké dávkování, vysoká cena, rez a téměř žádná odolnost proti prasknutí způsobenému požárem, což v různé míře ovlivnilo jeho použití. V posledních letech se někteří domácí i zahraniční vědci začali věnovat hybridnímu vláknitému betonu (HFRC), pokoušeli se mísit vlákna s různými vlastnostmi a výhodami, učit se jeden od druhého a přispívat k „pozitivnímu hybridnímu efektu“ na různých úrovních a zatěžovací fáze pro zlepšení různých vlastností betonu tak, aby vyhovovaly potřebám různých projektů. Avšak s ohledem na jeho různé mechanické vlastnosti, zejména jeho únavovou deformaci a únavové poškození, zákon vývoje deformace a charakteristiky poškození při statickém a dynamickém zatížení a cyklickém zatížení s konstantní amplitudou nebo proměnnou amplitudou, optimální množství mísení a mísící podíl vlákna, vztah mezi komponenty kompozitních materiálů, zpevňovací účinek a zpevňovací mechanismus, odolnost proti únavě, mechanismus porušení a konstrukční technologie, Problémy návrhu proporcí směsi je třeba dále studovat.
5. Vrstvený beton vyztužený ocelovými vlákny
Monolitický beton vyztužený vlákny není snadné rovnoměrně míchat, vlákno se snadno aglomeruje, množství vláken je velké a náklady jsou relativně vysoké, což ovlivňuje jeho široké použití. Prostřednictvím velkého množství inženýrské praxe a teoretického výzkumu je navržen nový typ ocelové vláknité konstrukce, vrstvený ocelový vláknitý beton (LSFRC). Malé množství ocelových vláken je rovnoměrně rozloženo na horní a spodní ploše vozovky a uprostřed je stále vrstva prostého betonu. Ocelové vlákno v LSFRC je obecně distribuováno ručně nebo mechanicky. Ocelové vlákno je dlouhé a poměr průměru délky je obecně mezi 70 ~ 120, což ukazuje dvourozměrné rozložení. Bez ovlivnění mechanických vlastností tento materiál nejen výrazně snižuje množství ocelových vláken, ale také zabraňuje jevu aglomerace vláken při míchání integrálního betonu vyztuženého vlákny. Kromě toho má poloha vrstvy ocelových vláken v betonu velký vliv na pevnost betonu v ohybu. Výztužný účinek vrstvy ocelových vláken na dně betonu je nejlepší. Se stoupající polohou vrstvy ocelových vláken se účinek výztuže výrazně snižuje. Pevnost v ohybu LSFRC je o více než 35 % vyšší než u prostého betonu se stejným podílem směsi, který je o něco nižší než u integrálního betonu vyztuženého ocelovými vlákny. LSFRC však může ušetřit mnoho nákladů na materiál a není zde problém obtížného míchání. LSFRC je proto nový materiál s dobrým společenským a ekonomickým přínosem a širokými aplikačními vyhlídkami, který si zaslouží popularizaci a uplatnění ve výstavbě vozovek.
6. Vrstvený hybridní vláknobeton
Vrstva hybridního vláknového vyztuženého betonu (LHFRC) je kompozitní materiál vytvořený přidáním 0,1% polypropylenového vlákna na bázi LSFRC a rovnoměrným rozložením velkého množství jemných a krátkých polypropylenových vláken s vysokou pevností v tahu a vysokým konečným prodloužením v horní a spodní oceli. vláknobeton a prostý beton ve střední vrstvě. Může překonat slabost mezivrstvy LSFRC prostého betonu a zabránit potenciálním bezpečnostním rizikům po opotřebování povrchových ocelových vláken. LHFRC může výrazně zvýšit pevnost betonu v ohybu. Ve srovnání s prostým betonem je jeho pevnost v ohybu prostého betonu zvýšena asi o 20% a ve srovnání s LSFRC je jeho pevnost v ohybu zvýšena o 2,6%, ale má malý vliv na modul pružnosti betonu v ohybu. Modul pružnosti v ohybu LHFRC je o 1,3 % vyšší než u prostého betonu a o 0,3 % nižší než u LSFRC. LHFRC může také významně zvýšit houževnatost betonu v ohybu a jeho index houževnatosti v ohybu je asi 8krát vyšší než u prostého betonu a 1,3krát vyšší než u LSFRC. Navíc vzhledem k různému výkonu dvou nebo více vláken v LHFRC v betonu, podle technických potřeb, může být pozitivní hybridní účinek syntetických vláken a ocelových vláken v betonu použit k výraznému zlepšení tažnosti, trvanlivosti, houževnatosti, pevnosti trhlin. , pevnost v ohybu a v tahu materiálu, zlepšují kvalitu materiálu a prodlužují životnost materiálu.
——Abstrakt (architektura Shanxi, sv. 38, č. 11, Chen Huiqing)
Čas odeslání: 24. srpna 2022