בטון מחוזק סיבי פלדה (SFRC) הוא סוג חדש של חומר מורכב שניתן לשפוך ולריסוס על ידי הוספת כמות מתאימה של סיבי פלדה קצרים לבטון רגיל. זה התפתח במהירות בבית ומחוצה לה בשנים האחרונות. זה מתגבר על החסרונות של חוזק מתיחה נמוך, התארכות אולטימטיבית קטנה ורכוש שביר של בטון. יש לו תכונות מצוינות כמו חוזק מתיחה, עמידות בפני כיפוף, עמידות לגזירה, עמידות בפני סדק, עמידות לעייפות וקשיחות גבוהה. זה יושם בשדות הנדסה הידראולית, כביש וגשר, בנייה ושדות הנדסיים אחרים.

 

一．פיתוח בטון מזוין של סיבי פלדה

 

בטון מחוזק סיבים (FRC) הוא הקיצור של בטון מזוין סיבים. בדרך כלל זהו מורכב מבוסס מלט המורכב ממיסת מלט, מרגמה או בטון ומתכת סיבים, סיבים אורגניים או חומרים מחוזקים סיבים אורגניים. זהו חומר בניין חדש שנוצר על ידי פיזור סיבים קצרים ועדינים באופן אחיד עם חוזק מתיחה גבוה, התארכות אולטימטיבית גבוהה ועמידות לאלקאלית גבוהה במטריקס הבטון. סיבים בבטון יכולים להגביל את יצירת הסדקים המוקדמים בבטון והרחבה נוספת של סדקים תחת פעולה של כוח חיצוני, להתגבר ביעילות על הפגמים הגלומים כמו חוזק מתיחה נמוך, פיצוח קל ועמידות עייפות לקויה של בטון ומשפרות מאוד את הביצועים של חוסר חוסר חוסר חוסר חריגות, אטום למים, עמידות בפני כפור והגנה על חיזוק של בטון. בטון מחוזק סיבים, ובמיוחד בטון מחוזק סיבי פלדה, משך יותר ויותר תשומת לב בחוגים אקדמיים והנדסיים בהנדסה מעשית בגלל הביצועים המעולים שלו. 1907 מומחה סובייטי ב '. Hekpocab החל להשתמש בטון מזוין של סיבי מתכת; בשנת 1910 פרסם HF פורטר דוח מחקר על בטון מזוין סיבים קצרים, מה שמרמז כי יש לפזר באופן שווה סיבי פלדה קצרים בבטון כדי לחזק חומרי מטריצה; בשנת 1911, גרהם מארצות הברית הוסיף סיבי פלדה לבטון רגיל לשיפור חוזק ויציבות הבטון; בשנות הארבעים של המאה העשרים, ארצות הברית, בריטניה, צרפת, גרמניה, יפן ומדינות אחרות ביצעה מחקרים רבים על שימוש בסיבי פלדה כדי לשפר את עמידות השחיקה ועמידות הסדק של בטון, טכנולוגיית הייצור של בטון סיבי פלדה ושיפור ה- צורת סיבי פלדה לשיפור חוזק ההדבקה בין סיבים למטריצת בטון; בשנת 1963 פרסמו JP Romualdi ו- GB Batson מאמר על מנגנון פיתוח הסדק של סיבי פלדה בטון מוגבל, והציגו את המסקנה כי חוזק הסדק של בטון מזוין של סיבי פלדה נקבע על ידי המרווח הממוצע של סיבי פלדה שממלאים תפקיד יעיל במתח מתיחה (תיאוריית מרווח סיבים), ובכך מתחיל את שלב הפיתוח המעשי של חומר מורכב חדש זה. עד כה, עם הפופולריות והיישום של בטון מזוין של סיבי פלדה, בגלל התפלגות שונה של סיבים בבטון, ישנם בעיקר ארבעה סוגים: בטון מזוין סיבי פלדה, סיבים היברידיים מזוינים, סיבי פלדה שכבתיים וסיבים היברידיים שכבת בטון מחוזק.

 

二.מנגנון חיזוק של בטון מזוין של סיבי פלדה

 

1. תיאוריית מכניקה מורכבת. התיאוריה של מכניקה מורכבת מבוססת על התיאוריה של מרוכבים סיבים רציפים ובשילוב עם מאפייני ההפצה של סיבי פלדה בבטון. בתיאוריה זו, מרוכבים נחשבים כמרוכבים דו-פאזיים עם סיבים כשלב אחד ומטריקס כשלב השני.

 

תורת מרווח הסיבים. תורת מרווח הסיבים, המכונה גם תיאוריית התנגדות לסדק, מוצעת על בסיס מכניקת שברים אלסטיים ליניאריים. תיאוריה זו גורסת כי השפעת החיזוק של סיבים קשורה רק למרווח הסיבים המופץ באופן אחיד (מרווח מינימלי).

 

三．ניתוח על מצב פיתוח של בטון מזוין של סיבי פלדה

 

1.בטון מזוין של סיבי פלדה.בטון מזוין של סיבי פלדה הוא סוג של בטון מזוין אחיד יחסית ורב כיווני שנוצר על ידי הוספת כמות קטנה של פלדת פחמן נמוכה, נירוסטה וסיבי FRP לבטון רגיל. כמות הערבוב של סיבי פלדה היא בדרך כלל 1% ~ 2% בנפח, ואילו סיבי פלדה של 70 ~ 100 ק"ג 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 של האורך לקוטר צריך להיות 50 ~ 700. בהשוואה לבטון רגיל, הוא לא יכול רק לשפר את מתיחה, גזירה, כיפוף , עמידות בלאי וסדק, אך גם משפרות מאוד את קשיחות השבר ואת עמידות ההשפעה של בטון, ומשפרת משמעותית את עמידות העייפות ועמידות המבנה, במיוחד ניתן להגדיל את הקשיחות על ידי 10 ~ 20 פעמים. התכונות המכניות של בטון מזוין של סיבי פלדה ובטון רגיל מושווים בסין. כאשר תוכן סיבי הפלדה הוא 15% ~ 20% ויחס מלט המים הוא 0.45, חוזק המתיחה עולה ב- 50% ~ 70%, חוזק הכפיפה עולה ב- 120% ~ 180%, חוזק ההשפעה עולה ב- 10 ~ 20 פעמים, חוזק העייפות ההשפעה עולה ב -15 ~ 20 פעמים, הקשיחות הגמישה עולה ב -14 ~ 20 פעמים, וגם התנגדות הבלאי משופרת באופן משמעותי. לכן, לבטון מזוין של סיבי פלדה יש ​​תכונות פיזיקליות ומכניות טובות יותר מאשר בטון רגיל.

2. בטון סיבים היברידיים. נתוני מחקר רלוונטיים מראים כי סיבי פלדה אינם מקדמים משמעותית את חוזק הדחיסה של בטון, או אפילו מפחית אותו; בהשוואה לבטון רגיל, ישנם חיוביים ושליליים (עלייה וירידה) או אפילו השקפות ביניים על חוסר האי -חריגות, עמידות בלאי, השפעה ועמידות בלאי של בטון מזוין של סיבי פלדה ומניעת הצטמקות פלסטיק מוקדמת של בטון. בנוסף, לבטון מזוין של סיבי פלדה יש ​​כמה בעיות, כמו מינון גדול, מחיר גבוה, חלודה וכמעט ללא התנגדות לפרץ שנגרם כתוצאה מאש, מה שהשפיע על יישומה בדרגות שונות. בשנים האחרונות, כמה חוקרים מקומיים וזרים החלו לשים לב לבטון סיבים היברידי (HFRC), מנסים לערבב סיבים עם תכונות ויתרונות שונים, ללמוד אחד מהשני ולתת משחק ל"השפעה ההיברידית החיובית "ברמות שונות וכן העמסת שלבי כדי לשפר את המאפיינים השונים של בטון, כדי לענות על צרכיהם של פרויקטים שונים. עם זאת, ביחס לתכונותיה המכניות השונות, ובמיוחד עיוות העייפות שלו ונזק לעייפות, חוק פיתוח עיוות ומאפייני נזק תחת עומסים סטטיים ודינאמיים, ומשרעת מתמדת או עומסים מחזוריים משרעת משתנה, כמות הערבוב האופטימלית ושיעור ערבוב של סיבים, הקשר בין רכיבים של חומרים מורכבים, חיזוק אפקט ומנגנון חיזוק, ביצועי אנטי עייפות, מנגנון כישלון וטכנולוגיית בנייה, הבעיות של תכנון פרופורציות תערובת צריכות להיות עוד יותר למד.

3. בטון מזוין של סיבי פלדה שכבתיים.בטון מזוין סיבים מונוליטיים אינו קל להתערבב באופן שווה, הסיבים קלים לאגרגרט, כמות הסיבים גדולה והעלות גבוהה יחסית, המשפיעה על היישום הרחב שלו. באמצעות מספר גדול של תרגול הנדסי ומחקר תיאורטי, מוצע סוג חדש של מבנה סיבי פלדה, בטון מזוין של סיבי פלדה (LSFRC). כמות קטנה של סיבי פלדה מופצת באופן שווה על המשטחים העליונים והתחתונים של לוח הכביש, והאמצע הוא עדיין שכבת בטון רגילה. סיבי הפלדה ב- LSFRC מופץ בדרך כלל ידנית או מכנית. סיבי הפלדה ארוכים, ויחס קוטר האורך הוא בדרך כלל בין 70 ~ 120, ומראה חלוקה דו ממדית. מבלי להשפיע על התכונות המכניות, חומר זה לא רק מקטין מאוד את כמות סיבי הפלדה, אלא גם נמנע מתופעה של אגרומציה של סיבים בעירוב של בטון מזוין סיבים אינטגרליים. בנוסף, למיקום שכבת סיבי הפלדה בבטון יש השפעה רבה על חוזק הכפיפה של הבטון. השפעת החיזוק של שכבת סיבי פלדה בתחתית הבטון היא הטובה ביותר. כאשר מיקום שכבת סיבי הפלדה נע למעלה, אפקט החיזוק יורד באופן משמעותי. חוזק הכפיפה של LSFRC גבוה יותר מ- 35% מזה של בטון רגיל עם אותו חלק תערובת, שהוא מעט נמוך יותר מזה של בטון מזוין של סיבי פלדה אינטגרליים. עם זאת, LSFRC יכול לחסוך עלות חומרית רבה, ואין שום בעיה של ערבוב קשה. לפיכך, LSFRC הוא חומר חדש עם יתרונות חברתיים וכלכליים טובים וסיכויי יישום רחבים, הראוי לפופולריזציה ויישום בבניית המדרכה.

 

4.בטון סיבים היברידי שכבה.בטון מזוין סיבים היברידיים בשכבה (LHFRC) הוא חומר מורכב שנוצר על ידי הוספת סיבי פוליפרופילן של 0.1% על בסיס LSFRC והפצת באופן שווה של מספר גדול של סיבי פוליפרופילן עדינים וקצרים עם חוזק מתיחה גבוה והארכת אולטימטיבית גבוהה בפלדה העליונה והתחתונה התחתונה עם חוזק מתיחה גבוה גבוה באולטימטימיה גבוהה בתחתית התחתונה גבוהה ותחתונה גבוהה גבוהה ותחתונה גבוהה גבוהה ותחתונה גבוהה גבוהה ותחתונה גבוהה ותחתונה תחתונה ותחתונה תחתונה ותחתונה תחתונה ותחתונה תחתונה ותחתונה תחתונה ותחתונה התחתונה ותחתונה התחתונה. בטון סיבים ובטון רגיל בשכבה האמצעית. זה יכול להתגבר על החולשה של שכבת בטון רגילה ביניים LSFRC ולמנוע את סכנות הבטיחות הפוטנציאליות לאחר שחוק סיבי הפלדה השטח. LHFRC יכול לשפר משמעותית את חוזק הכפיפה של בטון. בהשוואה לבטון רגיל, חוזק הכפיפה שלו של בטון רגיל מוגבר בכ- 20%, ובהשוואה ל- LSFRC, חוזק הכפיפה שלו מוגבר ב -2.6%, אך יש לו השפעה מועטה על המודולוס האלסטי הגמיש של הבטון. המודולוס האלסטי הגמיש של LHFRC גבוה ב -1.3% מזה של בטון רגיל ונמוך ב -0.3% מזה של LSFRC. LHFRC יכול גם לשפר משמעותית את הקשיחות הכיפוף של בטון, ומדד הקשיחות הכפוף שלו הוא פי 8 מזה של בטון רגיל ו -1.3 פעמים מזה של LSFRC. יתרה מזאת, בשל הביצועים השונים של שני סיבים או יותר ב- LHFRC בבטון, על פי הצרכים ההנדסיים, ניתן להשתמש בהשפעה ההיברידית החיובית של סיבים סינתטיים וסיבי פלדה בבטון כדי לשפר מאוד את השמישות, העמידות, הקשיחות, חוזק הסדק , חוזק גמישות וכוח מתיחה של החומר, שיפר את איכות החומר ומאריך את חיי השירות של החומר.

——-תקציר (שאנשי אדריכלות, כרך 38, מס '11, חן הויקינג)