Tērauda šķiedru dzelzsbetons (SFRC) ir jauna veida kompozītmateriāls, ko var ieliet un izsmidzināt, parastajam betonam pievienojot atbilstošu daudzumu īsās tērauda šķiedras. Pēdējos gados tas ir strauji attīstījies gan mājās, gan ārvalstīs. Tas novērš betona zemās stiepes izturības, mazā galīgā pagarinājuma un trausluma trūkumus. Tam ir lieliskas īpašības, piemēram, stiepes izturība, lieces izturība, bīdes izturība, plaisu izturība, noguruma izturība un augsta izturība. Tas ir izmantots hidrotehnikā, ceļu un tiltu, būvniecības un citās inženierzinātņu jomās.
1. Tērauda šķiedras dzelzsbetona izstrāde
Šķiedru dzelzsbetons (FRC) ir šķiedru dzelzsbetona saīsinājums. Parasti tas ir uz cementa bāzes izgatavots kompozīts, kas sastāv no cementa pastas, javas vai betona un metāla šķiedras, neorganiskās šķiedras vai organisko šķiedru pastiprinātiem materiāliem. Tas ir jauns būvmateriāls, kas izveidots, vienmērīgi izkliedējot īsas un smalkas šķiedras ar augstu stiepes izturību, augstu galīgo pagarinājumu un augstu sārmu izturību betona matricā. Šķiedra betonā var ierobežot agrīnu plaisu veidošanos betonā un turpmāku plaisu izplešanos ārēja spēka iedarbībā, efektīvi pārvarēt raksturīgos defektus, piemēram, zemu stiepes izturību, vieglu plaisāšanu un vāju betona noguruma izturību, kā arī ievērojami uzlabot veiktspēju. betona necaurlaidības, ūdensnecaurlaidības, salizturības un stiegrojuma aizsardzībai. Šķiedru dzelzsbetons, īpaši tērauda šķiedru dzelzsbetons, ir piesaistījis arvien lielāku uzmanību akadēmiskajās un inženierzinātņu aprindās praktiskās inženierijas jomā, pateicoties tā izcilajam sniegumam. 1907. Padomju eksperts B П. Hekpocab sāka izmantot metāla šķiedru dzelzsbetonu; 1910. gadā HF Porters publicēja pētījumu ziņojumu par īso šķiedru dzelzsbetonu, kurā tika ieteikts, ka īsās tērauda šķiedras vienmērīgi jāizkliedē betonā, lai stiprinātu matricas materiālus; 1911. gadā Grehems no Amerikas Savienotajām Valstīm pievienoja tērauda šķiedru parastajam betonam, lai uzlabotu betona izturību un stabilitāti; Līdz 20. gadsimta 40. gadiem Amerikas Savienotās Valstis, Lielbritānija, Francija, Vācija, Japāna un citas valstis bija veikušas daudz pētījumu par tērauda šķiedras izmantošanu, lai uzlabotu betona nodilumizturību un izturību pret plaisām, tērauda šķiedras betona ražošanas tehnoloģiju un uzlabotu tērauda šķiedras forma, lai uzlabotu savienojuma stiprību starp šķiedru un betona matricu; 1963. gadā JP romualdi un GB Batson publicēja rakstu par plaisu veidošanās mehānismu ar tērauda šķiedru slēgtam betonam un izdarīja secinājumu, ka tērauda šķiedru dzelzsbetona plaisu stiprību nosaka vidējais tērauda šķiedru attālums, kam ir efektīva loma. stiepes spriegumā (šķiedru atstatuma teorija), tādējādi uzsākot šī jaunā kompozītmateriāla praktiskās izstrādes stadiju. Līdz šim, popularizējot un pielietojot tērauda šķiedru dzelzsbetonu, sakarā ar atšķirīgo šķiedru sadalījumu betonā, galvenokārt ir četri veidi: tērauda šķiedru dzelzsbetons, hibrīdšķiedru dzelzsbetons, slāņveida tērauda šķiedras dzelzsbetons un slāņveida hibrīdšķiedras. dzelzsbetons.
2. Tērauda šķiedras dzelzsbetona stiprināšanas mehānisms
(1) Saliktās mehānikas teorija. Kompozītmateriālu mehānikas teorija ir balstīta uz nepārtrauktu šķiedru kompozītmateriālu teoriju un apvienota ar tērauda šķiedru sadalījuma īpašībām betonā. Šajā teorijā kompozītmateriālus uzskata par divfāzu kompozītmateriāliem, kur šķiedra ir viena fāze un matrica ir otra fāze.
(2) Šķiedru atstarpes teorija. Šķiedru atstatuma teorija, kas pazīstama arī kā plaisu pretestības teorija, ir ierosināta, pamatojoties uz lineāro elastīgo lūzumu mehāniku. Šī teorija apgalvo, ka šķiedru pastiprinošais efekts ir saistīts tikai ar vienmērīgi sadalīto šķiedru atstarpi (minimālo atstarpi).
3. Tērauda šķiedras dzelzsbetona attīstības stāvokļa analīze
1.Tērauda šķiedru dzelzsbetons. Tērauda šķiedru dzelzsbetons ir salīdzinoši viendabīgs un daudzvirzienu dzelzsbetons, ko veido, parastajam betonam pievienojot nelielu daudzumu zema oglekļa tērauda, nerūsējošā tērauda un FRP šķiedru. Tērauda šķiedras sajaukšanas daudzums parasti ir 1% ~ 2% pēc tilpuma, savukārt 70 ~ 100 kg tērauda šķiedras tiek sajaukts katrā betona kubikmetrā pēc svara. Tērauda šķiedras garumam jābūt 25 ~ 60 mm, diametram jābūt 0,25 ~ 1,25 mm, un vislabākajai garuma attiecībai pret diametru jābūt 50 ~ 700. Salīdzinot ar parasto betonu, tas var ne tikai uzlabot stiepes, bīdes un lieces īpašības. , izturība pret nodilumu un plaisām, bet arī ievērojami uzlabo betona izturību pret lūzumiem un triecienizturību, kā arī ievērojami uzlabo konstrukcijas noguruma izturību un izturību, jo īpaši stingrību var palielināt par 10–20 reizēm. Tērauda šķiedras dzelzsbetona un parastā betona mehāniskās īpašības tiek salīdzinātas Ķīnā. Ja tērauda šķiedras saturs ir 15% ~ 20% un ūdens cementa attiecība ir 0,45, stiepes izturība palielinās par 50% ~ 70%, lieces izturība palielinās par 120% ~ 180%, triecienizturība palielinās par 10 ~ 20 reizes, trieciena noguruma izturība palielinās par 15–20 reizēm, lieces izturība palielinās par 14–20 reizes, un arī nodilumizturība ir ievērojami uzlabota. Tāpēc tērauda šķiedras dzelzsbetonam ir labākas fizikālās un mehāniskās īpašības nekā vienkāršajam betonam.
4. Hibrīdšķiedru betons
Attiecīgie pētījumu dati liecina, ka tērauda šķiedra būtiski neveicina betona spiedes stiprību vai pat to nemazina; Salīdzinot ar vienkāršu betonu, ir pozitīvi un negatīvi (palielinās un samazinās) vai pat starpposma viedokļi par tērauda šķiedras dzelzsbetona necaurlaidību, nodilumizturību, triecienizturību un nodilumizturību un betona agrīnas plastiskas saraušanās novēršanu. Turklāt tērauda šķiedras dzelzsbetonam ir dažas problēmas, piemēram, liela deva, augsta cena, rūsa un gandrīz nekādas ugunsizturības pret pārsprāgšanu, kas ir ietekmējis tā pielietojumu dažādās pakāpēs. Pēdējos gados daži pašmāju un ārvalstu zinātnieki ir sākuši pievērst uzmanību hibrīdšķiedru betonam (HFRC), mēģinot sajaukt šķiedras ar dažādām īpašībām un priekšrocībām, mācīties vienam no otra un dot iespēju "pozitīvajam hibrīda efektam" dažādos līmeņos un iekraušanas posmi, lai uzlabotu dažādas betona īpašības, lai apmierinātu dažādu projektu vajadzības. Tomēr attiecībā uz tās dažādajām mehāniskajām īpašībām, jo īpaši tās noguruma deformāciju un noguruma bojājumiem, deformācijas attīstības likumu un bojājumu raksturlielumiem pie statiskām un dinamiskām slodzēm un nemainīgas amplitūdas vai mainīgas amplitūdas cikliskām slodzēm, optimālais sajaukšanas daudzums un šķiedras sajaukšanas proporcija. starp kompozītmateriālu sastāvdaļām, stiprinošo efektu un stiprināšanas mehānismu, pretnogurumu, atteices mehānismu un konstrukcijas tehnoloģiju, maisījuma proporciju projektēšanas problēmas ir jāturpina pētīt.
5. Slāņveida tērauda šķiedras dzelzsbetons
Monolītu šķiedru dzelzsbetonu nav viegli vienmērīgi sajaukt, šķiedru ir viegli aglomerēt, šķiedras daudzums ir liels, un izmaksas ir salīdzinoši augstas, kas ietekmē tā plašo pielietojumu. Izmantojot lielu skaitu inženiertehnisko prakšu un teorētisko pētījumu, tiek piedāvāts jauns tērauda šķiedru struktūras veids, slāņa tērauda šķiedras dzelzsbetons (LSFRC). Neliels daudzums tērauda šķiedras ir vienmērīgi sadalīts uz ceļa plāksnes augšējās un apakšējās virsmas, un vidus joprojām ir vienkāršs betona slānis. Tērauda šķiedra LSFRC parasti tiek izplatīta manuāli vai mehāniski. Tērauda šķiedra ir gara, un garuma diametra attiecība parasti ir no 70 līdz 120, kas parāda divdimensiju sadalījumu. Neietekmējot mehāniskās īpašības, šis materiāls ne tikai ievērojami samazina tērauda šķiedras daudzumu, bet arī novērš šķiedru aglomerācijas fenomenu integrālā šķiedru dzelzsbetona sajaukšanas procesā. Turklāt tērauda šķiedras slāņa novietojumam betonā ir liela ietekme uz betona lieces izturību. Vislabākais ir tērauda šķiedras slāņa pastiprinošais efekts betona apakšā. Tērauda šķiedras slāņa stāvoklim virzoties uz augšu, pastiprinājuma efekts ievērojami samazinās. LSFRC lieces izturība ir par vairāk nekā 35% augstāka nekā vienkāršam betonam ar tādu pašu maisījuma proporciju, kas ir nedaudz zemāka nekā integrētajam tērauda šķiedras dzelzsbetonam. Tomēr LSFRC var ievērojami ietaupīt materiālu izmaksas, un nav problēmas ar sarežģītu sajaukšanu. Līdz ar to LSFRC ir jauns materiāls ar labiem sociāliem un ekonomiskiem ieguvumiem un plašām pielietojuma perspektīvām, kas ir popularizēšanas un pielietojuma vērts segumu būvniecībā.
6. Slāņains hibrīdšķiedru betons
Slāņa hibrīdšķiedru armēts betons (LHFRC) ir kompozītmateriāls, ko veido, pievienojot 0,1% polipropilēna šķiedras uz LSFRC bāzes un vienmērīgi sadalot lielu skaitu smalku un īsu polipropilēna šķiedru ar augstu stiepes izturību un augstu galīgo pagarinājumu augšējā un apakšējā tēraudā. šķiedru betons un vienkāršais betons vidējā slānī. Tas var pārvarēt LSFRC starpposma vienkāršā betona slāņa vājumu un novērst iespējamos drošības apdraudējumus pēc virsmas tērauda šķiedras nolietošanās. LHFRC var ievērojami uzlabot betona lieces izturību. Salīdzinot ar vienkāršu betonu, tā lieces izturība vienkāršajam betonam ir palielināta par aptuveni 20%, un, salīdzinot ar LSFRC, tā lieces izturība ir palielināta par 2,6%, bet tam ir maza ietekme uz betona lieces elastības moduli. LHFRC lieces elastības modulis ir par 1,3% augstāks nekā vienkāršam betonam un par 0,3% zemāks nekā LSFRC. LHFRC var arī ievērojami uzlabot betona lieces stingrību, un tā lieces izturības indekss ir aptuveni 8 reizes lielāks nekā vienkārša betona un 1,3 reizes lielāks nekā LSFRC. Turklāt, ņemot vērā divu vai vairāku šķiedru atšķirīgo veiktspēju LHFRC betonā, atbilstoši inženiertehniskajām vajadzībām, sintētiskās šķiedras un tērauda šķiedras pozitīvo hibrīda efektu betonā var izmantot, lai ievērojami uzlabotu elastību, izturību, stingrību un plaisu izturību. , materiāla lieces izturība un stiepes izturība, uzlabo materiāla kvalitāti un pagarina materiāla kalpošanas laiku.
——Abstract (Shanxi arhitektūra, 38. sēj., Nr. 11, Chen Huiqing)
Publicēšanas laiks: 24. augusts 2022