Το ενισχυμένο σκυρόδεμα από χάλυβα (SFRC) είναι ένας νέος τύπος σύνθετου υλικού που μπορεί να χυθεί και να ψεκαστεί προσθέτοντας μια κατάλληλη ποσότητα μικρού χάλυβα σε συνηθισμένο σκυρόδεμα. Έχει αναπτυχθεί γρήγορα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό τα τελευταία χρόνια. Ξεκύνει τις αδυναμίες της χαμηλής αντοχής εφελκυσμού, της μικρής τελικής επιμήκυνσης και της εύθραυστας ιδιοκτησίας του σκυροδέματος. Έχει εξαιρετικές ιδιότητες όπως αντοχή σε εφελκυσμό, αντίσταση κάμψης, αντίσταση διάτμησης, αντίσταση ρωγμών, αντίσταση κόπωσης και υψηλή σκληρότητα. Έχει εφαρμοστεί σε υδραυλικά μηχανικά, οδικά και γέφυρα, κατασκευές και άλλα πεδία μηχανικής.
1. Ανάπτυξη σκυροδέματος ενισχυμένου ινών από χάλυβα
Το ενισχυμένο σκυρόδεμα ινών (FRC) είναι η συντομογραφία του ενισχυμένου σκυροδέματος από ίνες. Είναι συνήθως ένα σύνθετο με τσιμέντο που αποτελείται από πάστα τσιμέντου, κονίαμα ή σκυρόδεμα και μεταλλικές ίνες, ανόργανοι ίνες ή ενισχυμένα με οργανικές ίνες. Πρόκειται για ένα νέο δομικό υλικό που σχηματίζεται από ομοιόμορφα διασκορπιστικά και λεπτές ίνες με υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, υψηλή τελική επιμήκυνση και υψηλή αντίσταση αλκαλίων στη μήτρα σκυροδέματος. Οι ίνες σε σκυρόδεμα μπορούν να περιορίσουν τη δημιουργία πρώιμων ρωγμών στο σκυρόδεμα και την περαιτέρω επέκταση των ρωγμών κάτω από τη δράση της εξωτερικής δύναμης, ξεπερνούν αποτελεσματικά τα έμφυτα ελαττώματα όπως η χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό, η εύκολη ρωγμή και η κακή αντοχή στην κόπωση του σκυροδέματος και βελτιώνουν σημαντικά την απόδοση της αταξικότητας, της αδιάβροχης, της αντοχής στον παγετό και της προστασίας του σκυροδέματος. Το οπλισμένο σκυρόδεμα οπλισμού ινών, ειδικά το σκυρόδεμα οπλισμένου από χάλυβα, έχει προσελκύσει όλο και περισσότερη προσοχή στους ακαδημαϊκούς και μηχανικούς κύκλους στην πρακτική μηχανική λόγω της ανώτερης απόδοσής του. 1907 Σοβιετικός εμπειρογνώμονας b π. Το hekpocab άρχισε να χρησιμοποιεί σκυρόδεμα ενισχυμένου μεταλλικών ινών. Το 1910, ο HF Porter δημοσίευσε μια έκθεση έρευνας σχετικά με το ενισχυμένο σκυρόδεμα μικρών ινών, υποδηλώνοντας ότι οι βραχείες ίνες χάλυβα θα πρέπει να διασκορπίζονται ομοιόμορφα σε σκυρόδεμα για την ενίσχυση των υλικών της μήτρας. Το 1911, ο Γκράχαμ των Ηνωμένων Πολιτειών πρόσθεσε τις ίνες χάλυβα σε συνηθισμένο σκυρόδεμα για να βελτιώσει τη δύναμη και τη σταθερότητα του σκυροδέματος. Μέχρι τη δεκαετία του 1940, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Βρετανία, η Γαλλία, η Γερμανία, η Ιαπωνία και άλλες χώρες είχαν κάνει πολλές έρευνες σχετικά με τη χρήση χαλύβδινων ινών για τη βελτίωση της αντίστασης στη φθορά και της αντίστασης των ρωγμών του σκυροδέματος, της τεχνολογίας κατασκευής του σκυροδέματος χάλυβα και της βελτίωσης του σκυροδέματος σχήμα ινών από χάλυβα για τη βελτίωση της αντοχής συγκόλλησης μεταξύ της μήτρας ινών και σκυροδέματος. Το 1963, η JP Romualdi και η GB Batson δημοσίευσαν ένα έγγραφο σχετικά με τον μηχανισμό ανάπτυξης ρωγμών του σκυροδέματος περιορισμένου σκυροδέματος και προτείνει το συμπέρασμα ότι η αντοχή στη ρωγμή του ενισχυμένου σκυροδέματος από χάλυβα καθορίζεται από τη μέση απόσταση των χάλυβα ινών που παίζουν αποτελεσματικό ρόλο Στο στρες εφελκυσμού (θεωρία απόστασης ινών), ξεκινώντας έτσι το στάδιο της πρακτικής ανάπτυξης αυτού του νέου σύνθετου υλικού. Μέχρι τώρα, με τη διάδοση και την εφαρμογή του ενισχυμένου σκυροδέματος από χάλυβα ινών, λόγω της διαφορετικής κατανομής των ινών σε σκυρόδεμα, υπάρχουν κυρίως τέσσερις τύποι: ενισχυμένο με χάλυβα σκυρόδεμα, υβριδικό ενισχυμένο σκυρόδεμα, στρωματοποιημένο σκυρόδεμα οπλισμού από χάλυβα και υβριδικές ίνες ενισχυμένο σκυρόδερμα.
2. Ενίσχυση μηχανισμού ενισχυμένου σκυροδέματος από χάλυβα ινών
(1) Θεωρία σύνθετων μηχανικών. Η θεωρία της σύνθετης μηχανικής βασίζεται στη θεωρία των σύνθετων ινών και σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά διανομής των χάλυβα ινών σε σκυρόδεμα. Σε αυτή τη θεωρία, τα σύνθετα υλικά θεωρούνται ως σύνθετα δύο φάσεις με ίνες ως μία φάση και μήτρα ως άλλη φάση.
(2) Θεωρία απόστασης ινών. Η θεωρία της απόστασης ινών, γνωστή και ως θεωρία αντίστασης ρωγμών, προτείνεται με βάση τη μηχανική γραμμικής ελαστικής κατάγματος. Αυτή η θεωρία υποστηρίζει ότι η επίδραση ενίσχυσης των ινών σχετίζεται μόνο με την ομοιόμορφα κατανεμημένη απόσταση ινών (ελάχιστη απόσταση).
3. Ανάλυση σχετικά με την κατάσταση ανάπτυξης του ενισχυμένου σκυροδέματος χάλυβα
1. Ενισχυμένο σκυρόδεμα ινών. Το ενισχυμένο σκυρόδεμα από χάλυβα είναι ένα είδος σχετικά ομοιόμορφου και πολλαπλών κατευθυνόμενων ενισχυμένων σκυροδέματος που σχηματίζεται με την προσθήκη μιας μικρής ποσότητας χάλυβα χαμηλής ανθρακούχου, ανοξείδωτου χάλυβα και ινών FRP σε συνηθισμένο σκυρόδεμα. Η ποσότητα ανάμιξης χάλυβα είναι γενικά 1% ~ 2% κατ 'όγκο, ενώ οι ίνες χάλυβα 70 ~ 100kg αναμειγνύονται σε κάθε κυβικό μέτρο σκυροδέματος κατά βάρος. Το μήκος των ινών χάλυβα πρέπει να είναι 25 ~ 60mm, η διάμετρος θα πρέπει να είναι 0,25 ~ 1,25mm και η καλύτερη αναλογία μήκους με διάμετρο θα πρέπει να είναι 50 ~ 700. , η αντοχή στη φθορά και η ρωγμή, αλλά και ενισχύουν σημαντικά την ανθεκτικότητα του θραύσματος και την αντοχή στην κρούση του σκυροδέματος και βελτιώνουν σημαντικά την αντοχή στην κόπωση και την ανθεκτικότητα της δομής, ειδικά της σκληρότητας μπορεί να αυξηθεί κατά 10 ~ 20 φορές. Οι μηχανικές ιδιότητες του ενισχυμένου σκυροδέματος από χάλυβα και του συνηθισμένου σκυροδέματος συγκρίνονται στην Κίνα. Όταν η περιεκτικότητα σε ίνες χάλυβα είναι 15% ~ 20% και ο λόγος τσιμέντου νερού είναι 0,45, η αντοχή εφελκυσμού αυξάνεται κατά 50% ~ 70%, η αντοχή της κάμψης αυξάνεται κατά 120% ~ 180%, η αντοχή στην πρόσκρουση αυξάνεται κατά 10 ~ 20 Οι χρόνοι, η αντοχή στην κόπωση των επιπτώσεων αυξάνεται κατά 15 ~ 20 φορές, η ανθεκτικότητα της κάμψης αυξάνεται κατά 14 ~ 20 φορές και η αντίσταση στη φθορά βελτιώνεται επίσης σημαντικά. Επομένως, το ενισχυμένο σκυρόδεμα από χάλυβα έχει καλύτερες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες από το απλό σκυρόδεμα.
4.
Τα σχετικά δεδομένα της έρευνας δείχνουν ότι οι ίνες χάλυβα δεν προωθούν σημαντικά τη συμπιεστική αντοχή του σκυροδέματος ή ακόμη και τη μειώνουν. Σε σύγκριση με το απλό σκυρόδεμα, υπάρχουν θετικές και αρνητικές (αύξηση και μείωση) ή ακόμα και ενδιάμεσες απόψεις σχετικά με την ατελή, την αντίσταση στη φθορά, την πρόσκρουση και την αντοχή στη φθορά του ενισχυμένου σκυροδέματος από χάλυβα και την πρόληψη της πρώιμης πλαστικής συρρίκνωσης του σκυροδέματος. Επιπλέον, το ενισχυμένο σκυρόδεμα από χάλυβα έχει ορισμένα προβλήματα, όπως η μεγάλη δοσολογία, η υψηλή τιμή, η σκουριά και σχεδόν καμία αντίσταση στην έκρηξη που προκαλείται από πυρκαγιά, η οποία επηρέασε την εφαρμογή της σε διαφορετικούς βαθμούς. Τα τελευταία χρόνια, ορισμένοι εγχώριοι και ξένοι μελετητές άρχισαν να δίνουν προσοχή στο Concrete των υβριδικών ινών (HFRC), προσπαθώντας να αναμειγνύονται ίνες με διαφορετικές ιδιότητες και πλεονεκτήματα, να μαθαίνουν ο ένας από τον άλλον και να παίζουν στο "θετικό υβριδικό αποτέλεσμα" σε διαφορετικά επίπεδα και Φόρτωση σταδίων για την ενίσχυση των διαφόρων ιδιοτήτων του σκυροδέματος, έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στις ανάγκες των διαφόρων έργων. Ωστόσο, όσον αφορά τις διάφορες μηχανικές ιδιότητές του, ειδικά την παραμόρφωση της κόπωσης και τη ζημιά κόπωσης, το νόμο περί ανάπτυξης παραμόρφωσης και τα χαρακτηριστικά ζημιών κάτω από στατικά και δυναμικά φορτία και σταθερό πλάτος ή μεταβλητά κυκλικά φορτία, η βέλτιστη ποσότητα ανάμειξης και η ανάμιξη της ίνας, η σχέση, η σχέση, η σχέση Μεταξύ των συστατικών των σύνθετων υλικών, του μηχανισμού ενίσχυσης και της ενίσχυσης, της απόδοσης κατά της κόπωσης, του μηχανισμού αποτυχίας και της τεχνολογίας κατασκευής, τα προβλήματα του σχεδιασμού αναλογίας μίγματος πρέπει να είναι περαιτέρω Σπούδασε.
5.
Το σκυρόδεμα που ενισχύεται από μονολιθικές ίνες δεν είναι εύκολο να αναμειχθεί ομοιόμορφα, η ίνα είναι εύκολη στη συγκέντρωση, η ποσότητα των ινών είναι μεγάλη και το κόστος είναι σχετικά υψηλό, γεγονός που επηρεάζει την ευρεία εφαρμογή του. Μέσω ενός μεγάλου αριθμού πρακτικής μηχανικής και θεωρητικής έρευνας, προτείνεται ένας νέος τύπος δομής από χάλυβα ινών, ενισχυμένο από χάλυβα από χαλύβδινη ίνες (LSFRC). Μια μικρή ποσότητα χάλυβα ινών κατανέμεται ομοιόμορφα στις επάνω και κάτω επιφάνειες της πλάκας δρόμου και η μέση εξακολουθεί να είναι ένα απλό στρώμα σκυροδέματος. Η ίνα χάλυβα στο LSFRC κατανέμεται γενικά με το χέρι ή μηχανικά. Η χάλυβα είναι μεγάλη και η αναλογία διαμέτρου μήκους είναι γενικά μεταξύ 70 ~ 120, που δείχνει δισδιάστατη κατανομή. Χωρίς να επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες, αυτό το υλικό όχι μόνο μειώνει σημαντικά την ποσότητα των ινών χάλυβα, αλλά αποφεύγει επίσης το φαινόμενο της συσσώρευσης ινών στην ανάμιξη ενσωματωμένου σκυροδέματος ενισχυμένου ινών. Επιπλέον, η θέση του στρώματος ινών από χάλυβα σε σκυρόδεμα έχει μεγάλη επίδραση στην αντοχή της κάμψης του σκυροδέματος. Η επίδραση ενίσχυσης του στρώματος ινών από χάλυβα στο κάτω μέρος του σκυροδέματος είναι το καλύτερο. Με τη θέση του στρώματος χάλυβα ινών που κινείται προς τα επάνω, η επίδραση ενίσχυσης μειώνεται σημαντικά. Η αντοχή στην κάμψη του LSFRC είναι μεγαλύτερη από 35% υψηλότερη από αυτή του απλού σκυροδέματος με την ίδια αναλογία μίγματος, η οποία είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του ενσωματωμένου σκυροδέματος ενισχυμένου από χάλυβα. Ωστόσο, το LSFRC μπορεί να εξοικονομήσει πολύ υλικό κόστος και δεν υπάρχει πρόβλημα δύσκολης ανάμειξης. Ως εκ τούτου, το LSFRC είναι ένα νέο υλικό με καλά κοινωνικά και οικονομικά οφέλη και ευρείες προοπτικές εφαρμογών, οι οποίες αξίζουν τη διάδοση και την εφαρμογή στην κατασκευή του πεζοδρομίου.
6. Σκυρόδεμα υβριδικών ινών με στρώσεις
Το ενισχυμένο σκυρόδεμα ενισχυμένων ινών στρώματος (LHFRC) είναι ένα σύνθετο υλικό που σχηματίζεται με την προσθήκη 0,1% ινών πολυπροπυλενίου με βάση το LSFRC και την ομοιόμορφη διανομή μεγάλου αριθμού λεπτών και βραχείων ινών πολυπροπυλενίου με υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και υψηλή τελική επιμήκυνση στο άνω και χαμηλότερο χάλυβα σκυρόδεμα ινών και το απλό σκυρόδεμα στο μεσαίο στρώμα. Μπορεί να ξεπεράσει την αδυναμία του ενδιάμεσου στρώματος απλού σκυροδέματος LSFRC και να αποτρέψει τους πιθανούς κινδύνους ασφαλείας μετά την φθορά των ινών επιφανείας. Το LHFRC μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την αντοχή στην κάμψη του σκυροδέματος. Σε σύγκριση με το απλό σκυρόδεμα, η αντοχή κάμψης του απλού σκυροδέματος αυξάνεται κατά περίπου 20%και σε σύγκριση με το LSFRC, η αντοχή της στην κάμψη αυξάνεται κατά 2,6%, αλλά έχει ελάχιστη επίδραση στο ελαστικό συντελεστή σκυροδέματος. Το ελαστικό συντελεστή κάμψης του LHFRC είναι 1,3% υψηλότερο από αυτό του απλού σκυροδέματος και 0,3% χαμηλότερο από αυτό του LSFRC. Το LHFRC μπορεί επίσης να ενισχύσει σημαντικά την ανθεκτικότητα της κάμψης του σκυροδέματος και ο δείκτης σκληρότητας κάμψης είναι περίπου 8 φορές εκείνη του απλού σκυροδέματος και 1,3 φορές του LSFRC. Επιπλέον, λόγω της διαφορετικής απόδοσης δύο ή περισσότερων ινών στο LHFRC σε σκυρόδεμα, σύμφωνα με τις μηχανικές ανάγκες, το θετικό υβριδικό αποτέλεσμα των συνθετικών ινών και των χάλυβα σε σκυρόδεμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βελτιωθεί σημαντικά η ολκιμότητα, η ανθεκτικότητα, η σκληρότητα, η αντοχή στη ρωγμή , η αντοχή στην κάμψη και η αντοχή σε εφελκυσμό του υλικού, βελτιώνουν την ποιότητα του υλικού και παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του υλικού.
- Abtract (Shanxi Architecture, Τόμος 38, Νο 11, Chen Huiqing)
Χρόνος δημοσίευσης: Αυγ. 24-2022