Betoni i përforcuar me fibra çeliku (SFRC) është një lloj i ri materiali kompozit i cili mund të derdhet dhe të spërkatet duke shtuar një sasi të përshtatshme të fibrave të shkurtra të çelikut në betonin e zakonshëm. Ai është zhvilluar me shpejtësi në vend dhe jashtë vendit vitet e fundit. Ai kapërcen mangësitë e rezistencës së ulët në tërheqje, zgjatimit të vogël përfundimtar dhe vetive të brishtë të betonit. Ka veti të shkëlqyera si rezistencë në tërheqje, rezistenca ndaj përkuljes, rezistenca ndaj prerjes, rezistenca ndaj çarjeve, rezistenca ndaj lodhjes dhe fortësia e lartë. Është aplikuar në inxhinieri hidraulike, rrugë dhe ura, ndërtim dhe fusha të tjera të inxhinierisë.
1. Zhvillimi i betonit të përforcuar me fibra çeliku
Betoni i përforcuar me fibra (FRC) është shkurtimi i betonit të përforcuar me fibra. Zakonisht është një kompozit me bazë çimentoje i përbërë nga pastë çimentoje, llaç ose beton dhe fibra metalike, fibra inorganike ose materiale të përforcuara me fibra organike. Është një material i ri ndërtimi i formuar duke shpërndarë në mënyrë uniforme fibra të shkurtra dhe të holla 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 rezistenca e ulët në tërheqje, çarja e lehtë dhe rezistenca e dobët ndaj lodhjes së betonit, dhe të përmirësojë shumë performancën e papërshkueshmërisë, ujit, rezistencës ndaj ngricave dhe mbrojtjes së përforcimit 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. P. 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 shkurtra, duke sugjeruar që fibrat e shkurtra të çelikut duhet të shpërndahen në mënyrë të barabartë në beton për të forcuar materialet e matricës; Në vitin 1911, Graham i Shteteve të Bashkuara shtoi fibra çeliku në betonin e zakonshëm për të përmirësuar forcën dhe stabilitetin e betonit; Deri në vitet 1940, Shtetet e Bashkuara, Britania e Madhe, Franca, Gjermania, Japonia dhe vende të tjera kishin bërë shumë kërkime mbi përdorimin e fibrave të çelikut për të përmirësuar rezistencën ndaj konsumimit dhe rezistencën ndaj çarjeve të betonit, teknologjinë e prodhimit të betonit me fibra çeliku dhe përmirësimin e formës së fibrave të çelikut për të përmirësuar forcën e lidhjes midis fibrave dhe matricës së betonit; Në vitin 1963, JP romualdi dhe GB Batson publikuan një punim mbi mekanizmin e zhvillimit të çarjeve të betonit të mbyllur me fibra çeliku dhe nxorën përfundimin se forca e çarjeve të betonit të përforcuar me fibra çeliku përcaktohet nga hapësira mesatare e fibrave të çelikut, e cila luan një rol efektiv në stresin në tërheqje (teoria e hapësirës së fibrave), duke filluar kështu fazën praktike të zhvillimit të këtij materiali të ri kompozit. 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 i përforcuar me fibra hibride, betoni i përforcuar me fibra çeliku me shtresa dhe betoni i përforcuar me fibra hibride me shtresa.
2. Mekanizmi përforcues i betonit të përforcuar me fibra çeliku
(1) Teoria e mekanikës kompozite. Teoria e mekanikës kompozite bazohet në teorinë e kompoziteve me fibra të vazhdueshme dhe kombinohet me karakteristikat e shpërndarjes së fibrave të çelikut në beton. Në këtë teori, kompozitët konsiderohen si kompozite dyfazore me fibra si një fazë dhe matricë si faza tjetër.
(2) Teoria e hapësirës së fibrave. Teoria e hapësirës së fibrave, e njohur edhe si teoria e rezistencës ndaj çarjeve, propozohet bazuar në mekanikën lineare elastike të thyerjes. Kjo teori pohon se efekti i përforcimit të fibrave lidhet vetëm me hapësirën e shpërndarë në mënyrë uniforme të fibrave (hapësira minimale).
3. Analiza mbi statusin e zhvillimit të betonit të përforcuar me fibra çeliku
1. Betoni i përforcuar me fibra çeliku. Betoni i përforcuar me fibra çeliku është një lloj betoni i përforcuar relativisht uniform dhe shumëdrejtimësh i formuar duke shtuar një sasi të vogël çeliku me karbon të ulët, çeliku inox dhe fibra FRP në betonin e zakonshëm. Sasia e përzierjes së fibrave të çelikut është përgjithësisht 1% ~ 2% sipas vëllimit, ndërsa 70 ~ 100 kg fibra çeliku përzihen në çdo metër kub betoni sipas peshës. Gjatësia e fibrave të 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 rezistencën ndaj tërheqjes, prerjes, përkuljes, konsumimit dhe çarjes, por gjithashtu rrit ndjeshëm rezistencën ndaj thyerjes dhe goditjes së betonit, dhe përmirëson ndjeshëm rezistencën ndaj lodhjes dhe qëndrueshmërinë e strukturës, veçanërisht fortësia 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 fibrave të çelikut është 15% ~ 20% dhe raporti ujë-çimento është 0.45, rezistenca në tërheqje rritet me 50% ~ 70%, rezistenca në përkulje rritet me 120% ~ 180%, rezistenca në goditje rritet me 10 ~ 20 herë, rezistenca në lodhje ndaj goditjes rritet me 15 ~ 20 herë, rezistenca në përkulje rritet me 14 ~ 20 herë, dhe rezistenca ndaj konsumimit përmirësohet gjithashtu ndjeshëm. Prandaj, betoni i përforcuar me fibra çeliku ka veti fizike dhe mekanike më të mira se betoni i thjeshtë.
4. Betoni hibrid me fibra
Të dhënat përkatëse kërkimore tregojnë se fibra e çelikut nuk e rrit ndjeshëm rezistencën ndaj shtypjes së betonit, madje as nuk e zvogëlon atë; Krahasuar me betonin e thjeshtë, ekzistojnë pikëpamje pozitive dhe negative (rritje dhe ulje) ose edhe të ndërmjetme mbi papërshkueshmërinë, rezistencën ndaj konsumimit, ndikimin dhe rezistencën ndaj 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 zbatimin e tij në shkallë të ndryshme. Në vitet e fundit, disa studiues vendas dhe të huaj filluan t'i kushtojnë vëmendje betonit me fibra hibride (HFRC), duke u përpjekur të përziejnë fibra me veti dhe avantazhe të ndryshme, të mësojnë nga njëri-tjetri dhe t'i japin lojë "efektit pozitiv hibrid" në nivele dhe faza të ndryshme ngarkimi për të përmirësuar vetitë e ndryshme të betonit, në mënyrë që të përmbushen nevojat e projekteve të ndryshme. Megjithatë, në lidhje me vetitë e tij të ndryshme mekanike, veçanërisht deformimin e lodhjes dhe dëmtimin nga lodhja, ligjin e zhvillimit të deformimit dhe karakteristikat e dëmtimit nën ngarkesa statike dhe dinamike dhe ngarkesa ciklike me amplitudë konstante ose amplitudë të ndryshueshme, sasinë optimale të përzierjes dhe proporcionin e përzierjes së fibrave, marrëdhënien midis përbërësve të materialeve kompozite, efektin forcues dhe mekanizmin e forcimit, performancën kundër lodhjes, mekanizmin e dështimit dhe teknologjinë e ndërtimit, problemet e projektimit të proporcionit të përzierjes duhet të studiohen më tej.
5. Beton i përforcuar me fibra çeliku i shtresuar
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 aglomeruar, sasia e fibrave është e madhe dhe kostoja është relativisht e lartë, gjë që ndikon në zbatimin e tij të gjerë. Përmes një numri të madh praktikash inxhinierike dhe kërkimesh teorike, është propozuar një lloj i ri i strukturës së fibrave të çelikut, betoni i përforcuar me fibra çeliku me shtresë (LSFRC). Një sasi e vogël e fibrave të çelikut shpërndahet në mënyrë të barabartë në sipërfaqet e sipërme dhe të poshtme të pllakës së rrugës, dhe mesi është ende një shtresë e thjeshtë betoni. Fibra e çelikut në LSFRC shpërndahet përgjithësisht 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 zvogëlon shumë sasinë e fibrave të çelikut, por gjithashtu shmang fenomenin e aglomerimit të fibrave në përzierjen e betonit të përforcuar me fibra integrale. Përveç kësaj, pozicioni i shtresës së fibrave të çelikut në beton ka një ndikim të madh në rezistencën ndaj përkuljes së betonit. Efekti i përforcimit të 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 raport përzierjeje, e cila është pak më e ulët se ajo e betonit të përforcuar me fibra çeliku integrale. Megjithatë, LSFRC mund të kursejë shumë në koston e materialit 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 është i denjë për popullarizim dhe aplikim në ndërtimin e trotuareve.
6. Beton hibrid me fibra të shtresuara
Betoni i përforcuar me fibra hibride shtresash (LHFRC) është një material kompozit i formuar duke shtuar 0.1% fibra polipropileni në bazë të LSFRC dhe duke shpërndarë në mënyrë të barabartë një numër të madh fibrash të holla dhe të shkurtra polipropileni me rezistencë të lartë në tërheqje dhe zgjatim të lartë përfundimtar në betonin e sipërm dhe të poshtëm me fibra çeliku dhe betonin e 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 e çelikut sipërfaqësore të jetë konsumuar. LHFRC mund të rrisë ndjeshëm rezistencën në përkulje të betonit. Krahasuar me betonin e thjeshtë, forca e tij në përkulje e betonit të thjeshtë rritet me rreth 20%, dhe krahasuar me LSFRC, forca e tij në përkulje rritet me 2.6%, por ka pak efekt në modulin elastik të përkuljes së betonit. Moduli elastik i përkuljes së 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 rezistencën ndaj përkuljes së betonit, dhe indeksi i saj i rezistencës ndaj përkuljes është rreth 8 herë më i lartë se ai i betonit të thjeshtë dhe 1.3 herë më i lartë se 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 shumë duktilitetin, qëndrueshmërinë, fortësinë, rezistencën ndaj çarjeve, rezistencën ndaj përkuljes dhe rezistencën ndaj tërheqjes së materialit, për të përmirësuar cilësinë e materialit dhe për të zgjatur jetëgjatësinë e materialit.
—— Abstrakt (arkitektura Shanxi, vëll. 38, nr. 11, Chen Huiqing)
Koha e postimit: 24 gusht 2022