המצב הנוכחי ופיתוח של בטון מזוין סיבי פלדה

בטון מזוין סיבי פלדה (SFRC) הוא סוג חדש של חומר מרוכב שניתן ליצוק ולרסס על ידי הוספת כמות מתאימה של סיבי פלדה קצרים לבטון רגיל. זה התפתח במהירות בארץ ובחו"ל בשנים האחרונות. זה מתגבר על החסרונות של חוזק מתיחה נמוך, התארכות אולטימטיבית קטנה ותכונה שבירה של בטון. יש לו תכונות מצוינות כגון חוזק מתיחה, עמידות לכיפוף, עמידות לגזירה, עמידות בפני סדקים, עמידות בפני עייפות וקשיחות גבוהה. זה יושם בהנדסה הידראולית, כבישים וגשרים, בנייה ותחומי הנדסה אחרים.

1. פיתוח בטון מזוין סיבי פלדה
בטון מזוין סיבים (FRC) הוא קיצור של בטון מזוין סיבים. לרוב מדובר בחומר מרוכב על בסיס צמנט המורכב ממשחת מלט, טיט או בטון וסיבי מתכת, סיבים אורגניים או חומרים מחוזקים בסיבים אורגניים. זהו חומר בניין חדש שנוצר על ידי פיזור אחיד של סיבים קצרים ועדינים בעלי חוזק מתיחה גבוה, התארכות אולטימטיבית גבוהה ועמידות אלקליות גבוהה במטריצת הבטון. סיבים בבטון יכולים להגביל יצירת סדקים מוקדמים בבטון והתרחבות נוספת של סדקים תחת פעולת כוח חיצוני, להתגבר ביעילות על הפגמים המובנים כגון חוזק מתיחה נמוך, פיצוח קל ועמידות עייפות לקויה של בטון, ולשפר מאוד את הביצועים של אטימות, עמיד למים, עמידות לכפור והגנה על חיזוק של בטון. בטון מזוין סיבים, במיוחד בטון מזוין סיבי פלדה, משך יותר ויותר תשומת לב בחוגים אקדמיים והנדסיים בהנדסה בגלל ביצועיו המעולים. 1907 המומחה הסובייטי B П. הקפוקאב החלה להשתמש בבטון מזוין סיבי מתכת; בשנת 1910, HF Porter פרסם דוח מחקר על בטון מזוין עם סיבים קצרים, המציע כי סיבי פלדה קצרים צריכים להיות מפוזרים באופן שווה בבטון כדי לחזק חומרי מטריצה; בשנת 1911, גרהם מארצות הברית הוסיף סיבי פלדה לבטון רגיל כדי לשפר את החוזק והיציבות של הבטון; עד שנות ה-40, ארצות הברית, בריטניה, צרפת, גרמניה, יפן ומדינות אחרות ערכו מחקר רב על שימוש בסיבי פלדה לשיפור עמידות הבלאי ועמידות הסדקים של בטון, טכנולוגיית הייצור של בטון סיבי פלדה ושיפור צורה של סיבי פלדה לשיפור חוזק ההתקשרות בין סיבים למטריצת בטון; בשנת 1963, JP romualdi ו-GB Batson פרסמו מאמר על מנגנון פיתוח הסדקים של בטון מוגבל בסיבי פלדה, והציגו את המסקנה כי חוזק הסדק של בטון מזוין סיבי פלדה נקבע על ידי המרווח הממוצע של סיבי פלדה אשר ממלא תפקיד יעיל. במתח מתיחה (תיאוריית מרווח סיבים), ובכך מתחיל שלב הפיתוח המעשי של החומר המרוכב החדש הזה. עד כה, עם הפופולריות והיישום של בטון מזוין סיבי פלדה, בשל התפלגות הסיבים השונה בבטון, ישנם בעיקר ארבעה סוגים: בטון מזוין סיבי פלדה, בטון מזוין סיבי פלדה, בטון מזוין סיבי פלדה שכבות וסיבים היברידיים שכבות. בטון מזוין.

2. מנגנון חיזוק של בטון מזוין סיבי פלדה
(1) תורת המכניקה המרוכבת. תורת המכניקה המרוכבת מבוססת על התיאוריה של מרוכבי סיבים רציפים ובשילוב עם מאפייני ההפצה של סיבי פלדה בבטון. בתיאוריה זו, חומרים מרוכבים נחשבים כחומרים מרוכבים דו-פאזיים עם סיבים כפאזה אחת ומטריצה ​​כשלב השני.
(2) תורת מרווח הסיבים. תיאוריית מרווחי הסיבים, הידועה גם כתיאוריית עמידות הסדקים, מוצעת על סמך מכניקת שברים אלסטית ליניארית. תיאוריה זו גורסת כי השפעת החיזוק של סיבים קשורה רק למרווח הסיבים המפוזר באופן אחיד (מרווח מינימלי).

3. ניתוח מצב הפיתוח של בטון מזוין סיבי פלדה
1. בטון מזוין סיבי פלדה. בטון מזוין סיבי פלדה הוא מעין בטון מזוין אחיד יחסית ורב כיווני הנוצר על ידי הוספת כמות קטנה של פלדה דלת פחמן, נירוסטה וסיבי FRP לתוך בטון רגיל. כמות הערבוב של סיבי פלדה היא בדרך כלל 1% ~ 2% בנפח, בעוד 70 ~ 100 ק"ג סיבי פלדה מעורבבים בכל מטר מעוקב של בטון לפי משקל. אורך סיבי הפלדה צריך להיות 25 ~ 60 מ"מ, הקוטר צריך להיות 0.25 ~ 1.25 מ"מ, והיחס הטוב ביותר בין אורך לקוטר צריך להיות 50 ~ 700. בהשוואה לבטון רגיל, זה לא רק יכול לשפר את המתיחה, הגזירה, הכיפוף , עמידות בפני שחיקה וסדקים, אלא גם משפרת מאוד את קשיחות השבר ועמידות ההשפעה של בטון, ומשפרת משמעותית את עמידות העייפות והעמידות של המבנה, במיוחד ניתן להגדיל את הקשיחות פי 10 ~ 20. המאפיינים המכניים של בטון מזוין סיבי פלדה ובטון רגיל מושווים בסין. כאשר תכולת סיבי הפלדה היא 15% ~ 20% ויחס צמנט המים הוא 0.45, חוזק המתיחה גדל ב-50% ~ 70%, חוזק הכיפוף גדל ב-120% ~ 180%, חוזק ההשפעה גדל ב-10 ~ 20 פעמים, חוזק עייפות ההשפעה גדל פי 15 ~ 20, קשיחות הכפיפה גדלה פי 14 ~ 20, וגם עמידות הבלאי משופרת באופן משמעותי. לכן, לבטון מזוין סיבי פלדה יש ​​תכונות פיזיות ומכאניות טובות יותר מבטון רגיל.

4. בטון סיב היברידי
נתוני מחקר רלוונטיים מראים שסיבי פלדה אינם מקדמים באופן משמעותי את חוזק הלחיצה של בטון, או אפילו מפחית אותו; בהשוואה לבטון רגיל, קיימות דעות חיוביות ושליליות (עלייה וירידה) או אפילו ביניים לגבי אטימות, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני פגיעה ובלאי של בטון מזוין סיבי פלדה ומניעת התכווצות פלסטית מוקדמת של בטון. בנוסף, לבטון מזוין סיבי פלדה יש ​​כמה בעיות, כמו מינון גדול, מחיר גבוה, חלודה וכמעט ללא עמידות בפני התפרצות כתוצאה משריפה, אשר השפיעה על יישומו בדרגות שונות. בשנים האחרונות, כמה חוקרים מקומיים וזרים החלו לשים לב לבטון סיבי היברידי (HFRC), בניסיון לערבב סיבים בעלי תכונות ויתרונות שונים, ללמוד אחד מהשני ולתת משחק ל"אפקט ההיברידית החיובית" ברמות שונות. שלבי העמסה לשיפור המאפיינים השונים של הבטון, כדי לענות על הצרכים של פרויקטים שונים. עם זאת, בהתייחס לתכונות המכניות השונות שלו, במיוחד עיוות עייפות ונזקי עייפות, חוק התפתחות דפורמציה ומאפייני נזק בעומסים סטטיים ודינאמיים ועומסים מחזוריים קבועים או משרעת משתנים, כמות הערבוב האופטימלית ושיעור הערבוב של סיבים, הקשר בין רכיבים של חומרים מרוכבים, אפקט חיזוק ומנגנון חיזוק, ביצועים נגד עייפות, מנגנון כשל וטכנולוגיית בנייה, יש ללמוד עוד יותר את הבעיות של תכנון פרופורציות תערובת.

5. בטון מזוין סיבי פלדה שכבות
בטון מזוין סיבים מונוליטיים לא קל לערבב באופן אחיד, קל לצבור את הסיבים, כמות הסיבים גדולה והעלות גבוהה יחסית, מה שמשפיע על היישום הרחב שלו. באמצעות מספר רב של פרקטיקה הנדסית ומחקר תיאורטי, מוצע סוג חדש של מבנה סיבי פלדה, בטון מזוין סיבי פלדה שכבתית (LSFRC). כמות קטנה של סיבי פלדה מפוזרת באופן שווה על המשטחים העליונים והתחתונים של לוח הכביש, והאמצע הוא עדיין שכבת בטון רגילה. סיבי הפלדה ב-LSFRC מופצים בדרך כלל באופן ידני או מכני. סיבי הפלדה הם ארוכים, ויחס קוטר האורך הוא בדרך כלל בין 70 ~ 120, מראה חלוקה דו מימדית. מבלי להשפיע על התכונות המכניות, חומר זה לא רק מפחית במידה ניכרת את כמות סיבי הפלדה, אלא גם מונע את תופעת צבירת הסיבים בערבוב של בטון מזוין סיבים אינטגרליים. בנוסף, למיקום שכבת סיבי הפלדה בבטון יש השפעה רבה על חוזק הכיפוף של הבטון. השפעת החיזוק של שכבת סיבי פלדה בתחתית הבטון היא הטובה ביותר. כאשר המיקום של שכבת סיבי הפלדה נע למעלה, אפקט החיזוק פוחת באופן משמעותי. חוזק הכפיפה של LSFRC גבוה ביותר מ-35% מזה של בטון רגיל עם אותו שיעור תערובת, שהוא מעט נמוך מזה של בטון מזוין סיבי פלדה אינטגרלי. עם זאת, LSFRC יכול לחסוך הרבה עלויות חומר, ואין בעיה של ערבוב קשה. לכן, LSFRC הוא חומר חדש עם יתרונות חברתיים וכלכליים טובים ואפשרויות יישום רחבות, הראוי לפופולאריזציה ויישום בבניית מדרכות.

6. בטון סיב היברידי שכבות
בטון מזוין סיב היברידי שכבה (LHFRC) הוא חומר מרוכב שנוצר על ידי הוספת 0.1% סיבי פוליפרופילן על בסיס LSFRC ופיזור שווה של מספר רב של סיבי פוליפרופילן עדינים וקצרים בעלי חוזק מתיחה גבוה והתארכות אולטימטיבית גבוהה בפלדה העליונה והתחתונה. בטון סיבי והבטון הפשוט בשכבה האמצעית. זה יכול להתגבר על החולשה של שכבת ביניים בטון רגיל LSFRC ולמנוע את סכנות הבטיחות הפוטנציאליות לאחר שחיקה של סיבי הפלדה על פני השטח. LHFRC יכול לשפר משמעותית את חוזק הכיפוף של בטון. בהשוואה לבטון רגיל, חוזק הכיפוף שלו של בטון רגיל גדל בכ-20%, ובהשוואה ל-LSFRC חוזק הכפיפה שלו גדל ב-2.6%, אך יש לו השפעה מועטה על מודול האלסטיות של הבטון. מודול האלסטיות לכיפוף של LHFRC גבוה ב-1.3% מזה של בטון רגיל ונמוך ב-0.3% מזה של LSFRC. LHFRC יכול גם לשפר משמעותית את הקשיחות הכפיפה של בטון, ואינדקס הקשיחות הכפיפה שלו הוא בערך פי 8 מבטון רגיל ופי 1.3 מזה של LSFRC. יתרה מכך, בשל הביצועים השונים של שני סיבים או יותר ב-LHFRC בבטון, בהתאם לצרכים ההנדסיים, ניתן להשתמש בהשפעה ההיברידית החיובית של סיבים סינתטיים וסיבי פלדה בבטון כדי לשפר מאוד את המשיכות, העמידות, הקשיחות, חוזק הסדקים. , חוזק כיפוף וחוזק מתיחה של החומר, משפרים את איכות החומר ומאריכים את חיי השירות של החומר.

——תקציר (אדריכלות שנשי, כרך 38, מס' 11, Chen Huiqing)