Stålfiberarmeret beton (SFRC) er en ny type kompositmateriale, som kan støbes og sprøjtes ved at tilføje en passende mængde korte stålfiber i almindelig beton. Det har udviklet sig hurtigt i ind- og udland de seneste år. Det overvinder manglerne ved lav trækstyrke, lille ultimativ forlængelse og sprøde egenskaber ved beton. Den har fremragende egenskaber såsom trækstyrke, bøjningsmodstand, forskydningsmodstand, revnemodstand, udmattelsesbestandighed og høj sejhed. Det er blevet anvendt inden for hydraulisk teknik, vej og bro, byggeri og andre tekniske områder.
1. Udvikling af stålfiberarmeret beton
Fiberarmeret beton (FRC) er forkortelsen for fiberarmeret beton. Det er normalt en cementbaseret komposit sammensat af cementpasta, mørtel eller beton og metalfibre, uorganiske fibre eller organiske fiberarmerede materialer. Det er et nyt byggemateriale dannet ved ensartet at sprede korte og fine fibre med høj trækstyrke, høj ultimativ forlængelse og høj alkalibestandighed i betonmatrixen. Fiber i beton kan begrænse dannelsen af tidlige revner i beton og yderligere udvidelse af revner under påvirkning af ydre kraft, effektivt overvinde de iboende defekter såsom lav trækstyrke, let revnedannelse og dårlig udmattelsesbestandighed af beton og forbedre ydeevnen betydeligt af uigennemtrængelighed, vandtæt, frostbestandighed og armeringsbeskyttelse af beton. Fiberarmeret beton, især stålfiberarmeret beton, har tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed i akademiske og ingeniørkredse inden for praktisk teknik på grund af dens overlegne ydeevne. 1907 sovjetisk ekspert B П. Hekpocab begyndte at bruge metalfiberarmeret beton; I 1910 udgav HF Porter en forskningsrapport om armeret beton med korte fibre, der foreslår, at korte stålfibre bør fordeles jævnt i beton for at styrke matrixmaterialer; I 1911 tilføjede Graham fra USA stålfiber i almindelig beton for at forbedre betonens styrke og stabilitet; I 1940'erne havde USA, Storbritannien, Frankrig, Tyskland, Japan og andre lande forsket meget i at bruge stålfiber til at forbedre betonens slidstyrke og revnebestandighed, fremstillingsteknologien for stålfiberbeton og forbedre form af stålfiber for at forbedre bindingsstyrken mellem fiber og betonmatrix; I 1963 udgav JP romualdi og GB Batson et papir om revneudviklingsmekanismen for stålfiber-begrænset beton og fremsatte den konklusion, at revnestyrken af stålfiberarmeret beton bestemmes af den gennemsnitlige afstand mellem stålfibre, som spiller en effektiv rolle i trækspænding (fiberafstandsteori), og starter dermed den praktiske udviklingsfase af dette nye kompositmateriale. Indtil nu, med populariseringen og anvendelsen af stålfiberarmeret beton, på grund af den forskellige fordeling af fibre i beton, er der hovedsageligt fire typer: stålfiberarmeret beton, hybridfiberarmeret beton, lagdelt stålfiberarmeret beton og lagdelt hybridfiber armeret beton.
2. Forstærkningsmekanisme af stålfiberarmeret beton
(1) Teori om sammensat mekanik. Teorien om kompositmekanik er baseret på teorien om kontinuerlige fiberkompositter og kombineret med fordelingsegenskaberne for stålfibre i beton. I denne teori betragtes kompositter som tofasede kompositter med fiber som den ene fase og matrix som den anden fase.
(2) Fiberafstandsteori. Fiberafstandsteori, også kendt som revnemodstandsteori, foreslås baseret på lineær elastisk brudmekanik. Denne teori hævder, at forstærkningseffekten af fibre kun er relateret til den ensartet fordelte fiberafstand (minimumsafstand).
3. Analyse af udviklingsstatus for stålfiberarmeret beton
1. Stålfiberarmeret beton. Stålfiberarmeret beton er en slags relativt ensartet og multi-direktionel armeret beton dannet ved at tilføje en lille mængde lavkulstofstål, rustfrit stål og FRP-fibre i almindelig beton. Blandingsmængden af stålfiber er generelt 1% ~ 2% efter volumen, mens 70 ~ 100 kg stålfiber blandes i hver kubikmeter beton efter vægt. Længden af stålfiber skal være 25 ~ 60 mm, diameteren skal være 0,25 ~ 1,25 mm, og det bedste forhold mellem længde og diameter skal være 50 ~ 700. Sammenlignet med almindelig beton kan det ikke kun forbedre trækstyrken, forskydningen, bøjningen , slid- og revnebestandighed, men også i høj grad forbedre brudsejheden og slagfastheden af beton og forbedre træthedsbestandigheden og holdbarheden af strukturen betydeligt, især sejheden kan øges med 10 ~ 20 gange. De mekaniske egenskaber af stålfiberarmeret beton og almindelig beton sammenlignes i Kina. Når indholdet af stålfiber er 15% ~ 20% og vandcementforholdet er 0,45, øges trækstyrken med 50% ~ 70%, bøjningsstyrken øges med 120% ~ 180%, slagstyrken øges med 10 ~ 20 gange øges slagtræthedsstyrken med 15 ~ 20 gange, bøjningssejheden øges med 14 ~ 20 gange, og slidstyrken er også væsentligt forbedret. Derfor har stålfiberarmeret beton bedre fysiske og mekaniske egenskaber end almindelig beton.
4. Hybridfiberbeton
Relevante forskningsdata viser, at stålfiber ikke væsentligt fremmer betonens trykstyrke eller endda reducerer den; Sammenlignet med almindelig beton er der positive og negative (stigning og fald) eller endda mellemliggende synspunkter på uigennemtrængelighed, slidstyrke, slag- og slidstyrke af stålfiberarmeret beton og forebyggelse af tidlig plastisk krympning af beton. Derudover har stålfiberarmeret beton nogle problemer, såsom stor dosering, høj pris, rust og næsten ingen modstand mod sprængning forårsaget af brand, hvilket har påvirket anvendelsen i varierende grad. I de senere år begyndte nogle indenlandske og udenlandske forskere at være opmærksomme på hybridfiberbeton (HFRC), idet de forsøgte at blande fibre med forskellige egenskaber og fordele, lære af hinanden og give spil til den "positive hybrideffekt" på forskellige niveauer og læssetrin for at forbedre betonens forskellige egenskaber for at imødekomme behovene i forskellige projekter. Men med hensyn til dens forskellige mekaniske egenskaber, især dens udmattelsesdeformation og udmattelsesskader, deformationsudviklingsloven og skadekarakteristika under statiske og dynamiske belastninger og konstant amplitude eller variabel amplitude cykliske belastninger, den optimale blandingsmængde og blandingsandel af fiber, forholdet mellem komponenter af kompositmaterialer, forstærkende effekt og forstærkningsmekanisme, anti-træthedsydelse, fejlmekanisme og konstruktionsteknologi. Problemerne med blandingsforholdsdesign skal undersøges yderligere.
5. Lagdelt stålfiberarmeret beton
Monolitisk fiberarmeret beton er ikke let at blande jævnt, fiberen er let at agglomerere, mængden af fiber er stor, og omkostningerne er relativt høje, hvilket påvirker dens brede anvendelse. Gennem en lang række ingeniørpraksis og teoretisk forskning foreslås en ny type stålfiberstruktur, lagstålfiberarmeret beton (LSFRC). En lille mængde stålfiber er jævnt fordelt på over- og underfladen af vejpladen, og midten er stadig et almindeligt betonlag. Stålfiberen i LSFRC distribueres generelt manuelt eller mekanisk. Stålfiberen er lang, og længdediameterforholdet er generelt mellem 70 ~ 120, hvilket viser en todimensionel fordeling. Uden at påvirke de mekaniske egenskaber reducerer dette materiale ikke kun mængden af stålfiber i høj grad, men undgår også fænomenet fiberagglomerering ved blanding af integreret fiberarmeret beton. Desuden har placeringen af stålfiberlag i beton stor indflydelse på betonens bøjningsstyrke. Forstærkningseffekten af stålfiberlag i bunden af beton er den bedste. Med positionen af stålfiberlaget bevæger sig opad, falder forstærkningseffekten betydeligt. Bøjningsstyrken af LSFRC er mere end 35 % højere end for almindelig beton med samme blandingsforhold, hvilket er lidt lavere end for integreret stålfiberarmeret beton. Men LSFRC kan spare mange materialeomkostninger, og der er ikke noget problem med vanskelig blanding. Derfor er LSFRC et nyt materiale med gode sociale og økonomiske fordele og brede anvendelsesmuligheder, som er værdig til popularisering og anvendelse i belægningsbyggeri.
6. Lagdelt hybridfiberbeton
Laghybridfiberarmeret beton (LHFRC) er et kompositmateriale dannet ved at tilføje 0,1 % polypropylenfiber på basis af LSFRC og jævnt fordele et stort antal fine og korte polypropylenfibre med høj trækstyrke og høj ultimativ forlængelse i det øvre og nedre stål fiberbeton og den almindelige beton i mellemlaget. Det kan overvinde svagheden af LSFRC mellemliggende almindeligt betonlag og forhindre de potentielle sikkerhedsrisici, efter at overfladens stålfiber er slidt op. LHFRC kan forbedre betonens bøjningsstyrke betydeligt. Sammenlignet med almindelig beton er dens bøjningsstyrke af almindelig beton øget med omkring 20 %, og sammenlignet med LSFRC er bøjningsstyrken øget med 2,6 %, men det har ringe effekt på betonens bøjningselasticitetsmodul. Bøjningselasticitetsmodulet for LHFRC er 1,3 % højere end for almindelig beton og 0,3 % lavere end for LSFRC. LHFRC kan også forbedre betons bøjningssejhed betydeligt, og dets bøjningssejhedsindeks er omkring 8 gange større end almindelig beton og 1,3 gange større end LSFRC. På grund af to eller flere fibres forskellige ydeevne i LHFRC i beton kan den positive hybrideffekt af syntetiske fibre og stålfibre i beton, afhængigt af de tekniske behov, bruges til i høj grad at forbedre duktiliteten, holdbarheden, sejheden, revnestyrken , bøjningsstyrke og trækstyrke af materialet, forbedrer materialets kvalitet og forlænger materialets levetid.
——Abstract (Shanxi-arkitektur, bind 38, nr. 11, Chen Huiqing)
Indlægstid: 24. august 2022