Beton ojačan čeličnim vlaknima (SFRC) je nova vrsta kompozitnog materijala koji se može sipati i prskati dodavanjem odgovarajuće količine kratkih čeličnih vlakana u običan beton. Poslednjih godina se brzo razvija u zemlji i inostranstvu. Prevazilazi nedostatke niske vlačne čvrstoće, malog krajnjeg izduženja i krtosti betona. Ima odlična svojstva kao što su zatezna čvrstoća, otpornost na savijanje, otpornost na smicanje, otpornost na pukotine, otpornost na umor i velika žilavost. Primenjuje se u hidrotehnici, putevima i mostovima, građevinarstvu i drugim oblastima inženjerstva.

 

一．Razvoj betona armiranog čeličnim vlaknima

 

Beton ojačan vlaknima (FRC) je skraćenica od betona armiranog vlaknima. Obično je to kompozit na bazi cementa koji se sastoji od cementne paste, maltera ili betona i metalnih vlakana, neorganskih vlakana ili materijala ojačanih organskim vlaknima. To je novi građevinski materijal formiran ravnomjerno dispergirajućim kratkim i finim vlaknima visoke vlačne čvrstoće, visokog krajnjeg izduženja i visoke alkalne otpornosti u betonskoj matrici. Vlakna u betonu mogu ograničiti stvaranje ranih pukotina u betonu i dalje širenje pukotina pod djelovanjem vanjske sile, učinkovito prevladati inherentne nedostatke kao što su niska vlačna čvrstoća, lako pucanje i slaba otpornost betona na zamor, te značajno poboljšati performanse. vodonepropusnosti, otpornosti na mraz i armaturne zaštite betona. Beton ojačan vlaknima, posebno beton armirani čeličnim vlaknima, privlači sve više pažnje u akademskim i inženjerskim krugovima u praktičnom inženjerstvu zbog svojih vrhunskih performansi. 1907 Sovjetski stručnjak B P. Hekpocab je počeo koristiti beton ojačan metalnim vlaknima; Godine 1910. HF Porter je objavio istraživački izvještaj o betonu ojačanom kratkim vlaknima, sugerirajući da kratka čelična vlakna trebaju biti ravnomjerno raspršena u betonu kako bi se ojačali matrični materijali; Godine 1911. Graham iz Sjedinjenih Država dodao je čelična vlakna u običan beton kako bi poboljšao čvrstoću i stabilnost betona; Do 1940-ih, Sjedinjene Države, Britanija, Francuska, Njemačka, Japan i druge zemlje izvršile su mnoga istraživanja o korištenju čeličnih vlakana za poboljšanje otpornosti na habanje i pukotine betona, tehnologije proizvodnje betona od čeličnih vlakana i poboljšanja oblik čeličnih vlakana za poboljšanje čvrstoće vezivanja između vlakana i betonske matrice; Godine 1963. JP romualdi i GB Batson objavili su rad o mehanizmu razvoja pukotina betona zatvorenog čeličnim vlaknima i iznijeli zaključak da je pukotina betona armiranog čeličnim vlaknima određena prosječnim razmakom čeličnih vlakana koji ima efikasnu ulogu. u zateznom naprezanju (teorija razmaka vlakana), čime je započela praktična faza razvoja ovog novog kompozitnog materijala. Do sada, popularizacijom i primjenom betona armiranog čeličnim vlaknima, zbog različite distribucije vlakana u betonu, postoje uglavnom četiri vrste: beton armirani čeličnim vlaknima, beton armirani hibridnim vlaknima, slojeviti beton armirani čeličnim vlaknima i slojeviti hibridni vlakni. armirani beton.

 

二.Mehanizam ojačanja betona armiranog čeličnim vlaknima

 

1.Teorija kompozitne mehanike. Teorija mehanike kompozita temelji se na teoriji kontinualnih kompozita vlakana iu kombinaciji sa karakteristikama distribucije čeličnih vlakana u betonu. U ovoj teoriji kompoziti se smatraju dvofaznim kompozitima sa vlaknima kao jedna faza i matrica kao druga faza.

 

Teorija razmaka vlakana. Teorija razmaka vlakana, poznata i kao teorija otpornosti na pukotine, predlaže se na temelju linearne elastične mehanike loma. Ova teorija smatra da je učinak ojačanja vlakana povezan samo s ravnomjerno raspoređenim razmakom vlakana (minimalni razmak).

 

三．Analiza stanja razvoja betona armiranog čeličnim vlaknima

 

1.Beton armiran čeličnim vlaknima.Beton ojačan čeličnim vlaknima je vrsta relativno ujednačenog i višesmjernog armiranog betona koji se formira dodavanjem male količine niskougljičnog čelika, nehrđajućeg čelika i FRP vlakana u običan beton. Količina čeličnih vlakana je općenito 1% ~ 2% po volumenu, dok se 70 ~ 100 kg čeličnih vlakana miješa u svakom kubnom metru betona po težini. Dužina čeličnih vlakana bi trebala biti 25 ~ 60 mm, promjer bi trebao biti 0,25 ~ 1,25 mm, a najbolji omjer dužine i promjera bi trebao biti 50 ~ 700. U poređenju sa običnim betonom, ne može samo poboljšati vlačnost, smicanje, savijanje , otpornost na habanje i pukotine, ali i uvelike povećavaju žilavost na lom i otpornost betona na udar, te značajno poboljšavaju otpornost na zamor i izdržljivost konstrukcije, a posebno se žilavost može povećati za 10 ~ 20 puta. U Kini se uspoređuju mehanička svojstva betona armiranog čeličnim vlaknima i običnog betona. Kada je sadržaj čeličnih vlakana 15% ~ 20% i omjer vodenog cementa 0,45, vlačna čvrstoća se povećava za 50% ~ 70%, čvrstoća na savijanje se povećava za 120% ~ 180%, čvrstoća na udar se povećava za 10 ~ 20 puta, čvrstoća na udarni zamor se povećava za 15 ~ 20 puta, žilavost na savijanje se povećava za 14 ~ 20 puta, a otpornost na habanje je također značajno poboljšana. Stoga beton armirani čeličnim vlaknima ima bolja fizička i mehanička svojstva od običnog betona.

2. Hibridni beton od vlakana. Relevantni podaci istraživanja pokazuju da čelična vlakna ne pospješuju značajno tlačnu čvrstoću betona, niti je čak smanjuju; U poređenju sa običnim betonom, postoje pozitivni i negativni (povećanje i smanjenje) ili čak srednji pogledi na nepropusnost, otpornost na habanje, udar i otpornost na habanje betona armiranog čeličnim vlaknima i sprečavanje ranog plastičnog skupljanja betona. Osim toga, beton armirani čeličnim vlaknima ima i neke probleme, kao što su velika doza, visoka cijena, hrđa i gotovo nikakva otpornost na pucanje uzrokovano požarom, što je u različitom stupnju uticalo na njegovu primjenu. Poslednjih godina, neki domaći i strani naučnici počeli su da obraćaju pažnju na hibridni fiberbeton (HFRC), pokušavajući da mešaju vlakna različitih svojstava i prednosti, uče jedni od drugih i daju igru ​​„pozitivnom hibridnom efektu“ na različitim nivoima i faze utovara za poboljšanje različitih svojstava betona, kako bi se zadovoljile potrebe različitih projekata. Međutim, s obzirom na njegova različita mehanička svojstva, posebno deformaciju zamora i oštećenja od zamora, zakon razvoja deformacije i karakteristike oštećenja pod statičkim i dinamičkim opterećenjima i konstantnom amplitudom ili promjenjivom amplitudom cikličkih opterećenja, optimalna količina miješanja i udio miješanja vlakana, odnos između komponenti kompozitnih materijala, efekta jačanja i mehanizma ojačanja, performansi protiv zamora, mehanizma loma i tehnologije konstrukcije. Probleme projektovanja proporcija mešavine potrebno je dalje proučavati.

3.Slojeviti beton armirani čeličnim vlaknima.Monolitni beton armirani vlaknima nije lako ravnomjerno miješati, vlakna se lako aglomeriraju, količina vlakana je velika, a cijena je relativno visoka, što utiče na njegovu široku primjenu. Kroz veliki broj inženjerske prakse i teorijskih istraživanja, predlaže se novi tip konstrukcije od čeličnih vlakana, slojeviti beton armirani čeličnim vlaknima (LSFRC). Mala količina čeličnih vlakana ravnomjerno je raspoređena na gornjoj i donjoj površini kolovozne ploče, a sredina je još uvijek običan betonski sloj. Čelična vlakna u LSFRC-u se uglavnom distribuiraju ručno ili mehanički. Čelično vlakno je dugačko, a omjer promjera dužine je općenito između 70 ~ 120, što pokazuje dvodimenzionalnu distribuciju. Bez uticaja na mehanička svojstva, ovaj materijal ne samo da značajno smanjuje količinu čeličnih vlakana, već i izbegava pojavu aglomeracije vlakana u mešanju integralnog betona armiranog vlaknima. Osim toga, položaj sloja čeličnih vlakana u betonu ima veliki utjecaj na čvrstoću betona na savijanje. Efekat ojačanja sloja čeličnih vlakana na dnu betona je najbolji. Kako se položaj sloja čeličnih vlakana pomiče prema gore, učinak ojačanja se značajno smanjuje. Čvrstoća na savijanje LSFRC-a je više od 35% veća od one kod običnog betona sa istim udjelom mješavine, što je nešto niže od one kod integralnog betona armiranog čeličnim vlaknima. Međutim, LSFRC može uštedjeti mnogo materijalnih troškova i nema problema otežanog miješanja. Stoga je LSFRC nov materijal sa dobrim društvenim i ekonomskim prednostima i širokim perspektivama primjene, koji je vrijedan popularizacije i primjene u izgradnji kolnika.

 

4.Slojeviti hibridni beton od vlakana.Slojeviti hibridni beton armirani vlaknima (LHFRC) je kompozitni materijal formiran dodavanjem 0,1% polipropilenskog vlakna na bazi LSFRC i ravnomjernom distribucijom velikog broja finih i kratkih polipropilenskih vlakana visoke vlačne čvrstoće i visokog krajnjeg istezanja u gornjem i donjem čeliku. vlakno beton i običan beton u srednjem sloju. Može prevladati slabost LSFRC srednjeg sloja običnog betona i spriječiti potencijalne sigurnosne opasnosti nakon što se površinsko čelično vlakno istroši. LHFRC može značajno poboljšati snagu savijanja betona. U usporedbi s običnim betonom, njegova čvrstoća na savijanje kod običnog betona je povećana za oko 20%, au usporedbi s LSFRC, njegova čvrstoća na savijanje je povećana za 2,6%, ali ima mali utjecaj na modul elastičnosti betona na savijanje. Modul elastičnosti savijanja LHFRC-a je 1,3% veći od onog kod običnog betona i 0,3% niži od LSFRC-a. LHFRC također može značajno povećati žilavost betona na savijanje, a njegov indeks žilavosti na savijanje je oko 8 puta veći od običnog betona i 1,3 puta veći od LSFRC-a. Štoviše, zbog različitih performansi dva ili više vlakana u LHFRC u betonu, prema inženjerskim potrebama, pozitivan hibridni učinak sintetičkih vlakana i čeličnih vlakana u betonu može se koristiti za značajno poboljšanje duktilnosti, izdržljivosti, žilavosti, čvrstoće na pukotine. , čvrstoća na savijanje i vlačna čvrstoća materijala, poboljšavaju kvalitetu materijala i produžuju vijek trajanja materijala.

——Sažetak (arhitektura Shanxi, tom 38, br. 11, Chen Huiqing)