Betoni i përforcuar me fibra çeliku (SFRC) është një lloj i ri materiali i përbërë i cili mund të derdhet dhe spërkatet duke shtuar një sasi të përshtatshme fije çeliku të shkurtër në betonin e zakonshëm. Vitet e fundit është zhvilluar me shpejtësi brenda dhe jashtë vendit. Kapërcen mangësitë e rezistencës së ulët në tërheqje, zgjatjes së vogël përfundimtare dhe vetisë së brishtë të betonit. Ka veti të shkëlqyera si qëndrueshmëria në tërheqje, rezistenca në përkulje, rezistencë në prerje, rezistencë ndaj plasaritjes, rezistencë ndaj lodhjes dhe rezistencë të lartë. Është aplikuar në inxhinierinë hidraulike, rrugë dhe urë, ndërtim dhe fusha të tjera inxhinierike.
1. Zhvillimi i betonit të përforcuar me fibra çeliku
Betoni i përforcuar me fibra (FRC) është shkurtesa e betonit të përforcuar me fibra. Zakonisht është një përbërje me bazë çimentoje e përbërë nga paste çimentoje, llaç ose beton dhe fibra metalike, fibra inorganike ose materiale të përforcuara me fibra organike. Është një material i ri ndërtimi i formuar nga shpërndarja e njëtrajtshme e fibrave të shkurtra dhe të imta me rezistencë të lartë në tërheqje, zgjatim të lartë përfundimtar dhe rezistencë të lartë ndaj alkaleve në matricën e betonit. Fibra në beton mund të kufizojë gjenerimin e çarjeve të hershme në beton dhe zgjerimin e mëtejshëm të çarjeve nën veprimin e forcës së jashtme, të kapërcejë në mënyrë efektive defektet e natyrshme si forca e ulët në tërheqje, plasaritja e lehtë dhe rezistenca e dobët ndaj lodhjes së betonit, dhe përmirëson shumë performancën i papërshkueshmërisë, i papërshkueshëm nga uji, i rezistencës ndaj ngricave dhe mbrojtjes përforcuese të betonit. Betoni i përforcuar me fibra, veçanërisht betoni i përforcuar me fibra çeliku, ka tërhequr gjithnjë e më shumë vëmendje në qarqet akademike dhe inxhinierike në inxhinierinë praktike për shkak të performancës së tij superiore. 1907 Eksperti sovjetik B П. Hekpocab filloi të përdorte beton të përforcuar me fibra metalike; Në vitin 1910, HF Porter publikoi një raport kërkimor mbi betonin e përforcuar me fibra të shkurtër, duke sugjeruar që fijet e shkurtra të çelikut duhet të shpërndahen në mënyrë të barabartë në beton për të forcuar materialet e matricës; Në vitin 1911, Graham nga Shtetet e Bashkuara shtoi fibra çeliku në beton të zakonshëm për të përmirësuar forcën dhe qëndrueshmërinë e betonit; Deri në vitet 1940, Shtetet e Bashkuara, Britania, Franca, Gjermania, Japonia dhe vende të tjera kishin bërë shumë kërkime për përdorimin e fibrave të çelikut për të përmirësuar rezistencën ndaj konsumit dhe rezistencën ndaj plasaritjes së betonit, teknologjinë e prodhimit të betonit me fibra çeliku dhe përmirësimin e forma e fibrës së çelikut për të përmirësuar forcën e lidhjes midis fibrës dhe matricës së betonit; Në vitin 1963, JP romualdi dhe GB Batson botuan një punim mbi mekanizmin e zhvillimit të çarjeve të betonit të kufizuar me fibra çeliku dhe parashtruan përfundimin se forca e çarjes së betonit të përforcuar me fibra çeliku përcaktohet nga hapësira mesatare e fibrave të çelikut, e cila luan një rol efektiv. në sforcimin në tërheqje (teoria e ndarjes së fibrave), duke filluar kështu fazën praktike të zhvillimit të këtij materiali të ri të përbërë. Deri më tani, me popullarizimin dhe aplikimin e betonit të përforcuar me fibra çeliku, për shkak të shpërndarjes së ndryshme të fibrave në beton, ekzistojnë kryesisht katër lloje: betoni i përforcuar me fibra çeliku, betoni hibrid me fibra, betoni i përforcuar me fibra çeliku dhe fibra hibride me shtresa. betonarme.
2. Mekanizmi forcimi i betonit të përforcuar me fibra çeliku
(1) Teoria e mekanikës së përbërë. Teoria e mekanikës së përbërë bazohet në teorinë e përbërjeve të vazhdueshme të fibrave dhe e kombinuar me karakteristikat e shpërndarjes së fibrave të çelikut në beton. Në këtë teori, kompozitat konsiderohen si përbërje dyfazore me fibër si një fazë dhe matricë si fazë tjetër.
(2) Teoria e ndarjes së fibrave. Teoria e ndarjes së fibrave, e njohur gjithashtu si teoria e rezistencës ndaj plasaritjes, propozohet bazuar në mekanikën lineare të thyerjes elastike. Kjo teori thotë se efekti i përforcimit të fibrave lidhet vetëm me ndarjen e fibrave të shpërndara në mënyrë uniforme (hapësira minimale).
3. Analizë mbi statusin e zhvillimit të betonit të armuar me fibra çeliku
1.Beton i përforcuar me fibra çeliku. Betoni i përforcuar me fibra çeliku është një lloj betoni i përforcuar relativisht uniform dhe me shumë drejtime, i formuar duke shtuar një sasi të vogël çeliku me karbon të ulët, çelik inox dhe fibra FRP në betonin e zakonshëm. Sasia e përzierjes së fibrave të çelikut është përgjithësisht 1% ~ 2% në vëllim, ndërsa 70 ~ 100 kg fibër çeliku përzihet në çdo metër kub beton sipas peshës. Gjatësia e fibrës së çelikut duhet të jetë 25 ~ 60 mm, diametri duhet të jetë 0,25 ~ 1,25 mm, dhe raporti më i mirë i gjatësisë me diametrin duhet të jetë 50 ~ 700. Krahasuar me betonin e zakonshëm, ai jo vetëm që mund të përmirësojë tërheqjen, qethjen, lakimin. , rezistenca ndaj konsumit dhe plasaritjes, por gjithashtu rrit në masë të madhe rezistencën ndaj thyerjes dhe rezistencën ndaj ndikimit të betonit, dhe përmirëson ndjeshëm rezistencën ndaj lodhjes dhe qëndrueshmërinë e strukturës, veçanërisht rezistenca mund të rritet me 10 ~ 20 herë. Vetitë mekanike të betonit të përforcuar me fibra çeliku dhe betonit të zakonshëm krahasohen në Kinë. Kur përmbajtja e fibrës së çelikut është 15% ~ 20% dhe raporti i çimentos së ujit është 0,45, forca në tërheqje rritet me 50% ~ 70%, forca në përkulje rritet me 120% ~ 180%, forca në goditje rritet me 10 ~ 20 herë, forca e lodhjes nga ndikimi rritet me 15 ~ 20 herë, qëndrueshmëria e përkuljes rritet me 14 ~ 20 herë, dhe rezistenca ndaj konsumit gjithashtu përmirësohet ndjeshëm. Prandaj, betoni i përforcuar me fibra çeliku ka veti fizike dhe mekanike më të mira se betoni i thjeshtë.
4. Betoni hibrid fibër
Të dhënat përkatëse kërkimore tregojnë se fibra e çelikut nuk promovon ndjeshëm rezistencën në shtypje të betonit, madje as e zvogëlon atë; Krahasuar me betonin e thjeshtë, ka pikëpamje pozitive dhe negative (rritje dhe ulje) apo edhe të ndërmjetme mbi papërshkueshmërinë, rezistencën ndaj konsumit, rezistencën ndaj goditjes dhe konsumimit të betonit të përforcuar me fibra çeliku dhe parandalimin e tkurrjes së hershme plastike të betonit. Përveç kësaj, betoni i përforcuar me fibra çeliku ka disa probleme, të tilla si doza e madhe, çmimi i lartë, ndryshku dhe pothuajse asnjë rezistencë ndaj shpërthimit të shkaktuar nga zjarri, gjë që ka ndikuar në aplikimin e tij në shkallë të ndryshme. Vitet e fundit, disa studiues vendas dhe të huaj filluan t'i kushtojnë vëmendje betonit me fibra hibride (HFRC), duke u përpjekur të përziejnë fibrat me veti dhe avantazhe të ndryshme, të mësojnë nga njëri-tjetri dhe t'i japin lojë "efektit pozitiv hibrid" në nivele të ndryshme dhe fazat e ngarkimit për të përmirësuar vetitë e ndryshme të betonit, në mënyrë që të plotësohen nevojat e projekteve të ndryshme. Megjithatë, në lidhje me vetitë e tij të ndryshme mekanike, veçanërisht deformimin e tij nga lodhja dhe dëmtimin e lodhjes, ligjin e zhvillimit të deformimit dhe karakteristikat e dëmtimit nën ngarkesa statike dhe dinamike dhe amplitudë konstante ose ngarkesa ciklike me amplitudë të ndryshueshme, sasia optimale e përzierjes dhe proporcioni i përzierjes së fibrës, marrëdhënia ndërmjet përbërësve të materialeve të përbëra, efekti forcues dhe mekanizmi forcues, performanca kundër lodhjes, mekanizmi i dështimit dhe teknologjia e ndërtimit, Problemet e projektimit të proporcionit të përzierjes duhet të studiohen më tej.
5. Beton i përforcuar me fibra çeliku me shtresa
Betoni monolit i përforcuar me fibra nuk është i lehtë për t'u përzier në mënyrë të barabartë, fibra është e lehtë për t'u grumbulluar, sasia e fibrës është e madhe dhe kostoja është relativisht e lartë, gjë që ndikon në aplikimin e saj të gjerë. Nëpërmjet një numri të madh praktikash inxhinierike dhe kërkimesh teorike, propozohet një lloj i ri i strukturës me fibra çeliku, beton i përforcuar me fibra çeliku (LSFRC). Një sasi e vogël fibër çeliku shpërndahet në mënyrë të barabartë në sipërfaqet e sipërme dhe të poshtme të pllakës së rrugës, dhe në mes është ende një shtresë betoni e thjeshtë. Fibra e çelikut në LSFRC përgjithësisht shpërndahet manualisht ose mekanikisht. Fibra e çelikut është e gjatë dhe raporti i diametrit të gjatësisë është përgjithësisht midis 70 ~ 120, duke treguar një shpërndarje dy-dimensionale. Pa ndikuar në vetitë mekanike, ky material jo vetëm që redukton shumë sasinë e fibrës së çelikut, por shmang edhe fenomenin e grumbullimit të fibrave në përzierjen e betonit integral të përforcuar me fibra. Përveç kësaj, pozicioni i shtresës së fibrave të çelikut në beton ka një ndikim të madh në rezistencën në përkulje të betonit. Efekti përforcues i shtresës së fibrave të çelikut në fund të betonit është më i miri. Me pozicionin e shtresës së fibrave të çelikut që lëviz lart, efekti i përforcimit zvogëlohet ndjeshëm. Rezistenca në përkulje e LSFRC është më shumë se 35% më e lartë se ajo e betonit të thjeshtë me të njëjtin proporcion përzierjeje, e cila është pak më e ulët se ajo e betonit integral të përforcuar me fibra çeliku. Megjithatë, LSFRC mund të kursejë shumë kosto materiale dhe nuk ka problem të përzierjes së vështirë. Prandaj, LSFRC është një material i ri me përfitime të mira sociale dhe ekonomike dhe perspektiva të gjera aplikimi, i cili meriton popullarizimin dhe aplikimin në ndërtimin e trotuareve.
6. Beton me fibra hibride me shtresa
Shtresa e betonit hibrid të përforcuar me fibra (LHFRC) është një material i përbërë i formuar duke shtuar 0,1% fibër polipropileni në bazë të LSFRC dhe duke shpërndarë në mënyrë të barabartë një numër të madh fibrash polipropileni të imët dhe të shkurtër me rezistencë të lartë në tërheqje dhe zgjatim të lartë përfundimtar në çelikun e sipërm dhe të poshtëm. fibër betoni dhe betoni i thjeshtë në shtresën e mesme. Mund të kapërcejë dobësinë e shtresës së ndërmjetme të betonit të thjeshtë LSFRC dhe të parandalojë rreziqet e mundshme të sigurisë pasi fibra sipërfaqësore e çelikut është konsumuar. LHFRC mund të rrisë ndjeshëm rezistencën në përkulje të betonit. Krahasuar me betonin e thjeshtë, rezistenca e tij në përkulje e betonit të thjeshtë është rritur me rreth 20%, dhe krahasuar me LSFRC, rezistenca e tij në përkulje është rritur me 2.6%, por ka pak efekt në modulin elastik përkulës të betonit. Moduli elastik përkulës i LHFRC është 1.3% më i lartë se ai i betonit të thjeshtë dhe 0.3% më i ulët se ai i LSFRC. LHFRC gjithashtu mund të rrisë ndjeshëm qëndrueshmërinë në përkulje të betonit dhe indeksi i qëndrueshmërisë së tij në përkulje është rreth 8 herë më i madh se ai i betonit të thjeshtë dhe 1.3 herë ai i LSFRC. Për më tepër, për shkak të performancës së ndryshme të dy ose më shumë fibrave në LHFRC në beton, sipas nevojave inxhinierike, efekti pozitiv hibrid i fibrave sintetike dhe fibrave të çelikut në beton mund të përdoret për të përmirësuar në masë të madhe duktilitetin, qëndrueshmërinë, qëndrueshmërinë, rezistencën ndaj plasaritjes. , forca në përkulje dhe qëndrueshmëria në tërheqje e materialit, përmirësojnë cilësinë e materialit dhe zgjasin jetën e shërbimit të materialit.
—— Abstrakt (arkitektura Shanxi, vëll. 38, nr. 11, Chen Huiqing)
Koha e postimit: Gusht-24-2022