Staalvezelversterkt beton (SFRC) is een nieuw type composietmateriaal dat kan worden gegoten en gespoten door een passende hoeveelheid korte staalvezels aan gewoon beton toe te voegen. Het heeft zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld in binnen- en buitenland. Het overwint de tekortkomingen van lage treksterkte, kleine ultieme rek en brosse eigenschappen van beton. Het heeft uitstekende eigenschappen zoals treksterkte, buigweerstand, schuifweerstand, scheurweerstand, weerstand tegen vermoeidheid en hoge taaiheid. Het is toegepast op het gebied van waterbouw, wegen en bruggen, bouw en andere technische gebieden.

 

一．Ontwikkeling van staalvezelversterkt beton

 

Vezelversterkt beton (FRC) is de afkorting van vezelversterkt beton. Het is meestal een composiet op cementbasis dat bestaat uit cementpasta, mortel of beton en metaalvezels, anorganische vezels of organische vezelversterkte materialen. Het is een nieuw bouwmateriaal dat wordt gevormd door het gelijkmatig verspreiden van korte en fijne vezels met hoge treksterkte, hoge ultieme rek en hoge alkalibestendigheid in de betonmatrix. Vezels in beton kunnen het ontstaan ​​van vroege scheuren in beton en de verdere uitzetting van scheuren onder invloed van externe krachten beperken, effectief de inherente defecten overwinnen, zoals lage treksterkte, gemakkelijk scheuren en slechte vermoeidheidsweerstand van beton, en de prestaties aanzienlijk verbeteren van ondoordringbaarheid, waterdicht, vorstbestendigheid en versterkingsbescherming van beton. Vezelversterkt beton, vooral staalvezelversterkt beton, heeft steeds meer aandacht getrokken in academische en technische kringen in de praktische techniek vanwege zijn superieure prestaties. 1907 Sovjet-expert B П. Hekpocab begon met metaalvezels versterkt beton te gebruiken; In 1910 publiceerde HF Porter een onderzoeksrapport over kortevezelversterkt beton, waarin werd gesuggereerd dat korte staalvezels gelijkmatig in beton moesten worden verspreid om matrixmaterialen te versterken; In 1911 voegde Graham uit de Verenigde Staten staalvezels toe aan gewoon beton om de sterkte en stabiliteit van beton te verbeteren; Tegen de jaren veertig hadden de Verenigde Staten, Groot-Brittannië, Frankrijk, Duitsland, Japan en andere landen veel onderzoek gedaan naar het gebruik van staalvezels om de slijtvastheid en scheurweerstand van beton te verbeteren, naar de productietechnologie van staalvezelbeton en naar het verbeteren van de vorm van staalvezel om de hechtsterkte tussen vezel en betonmatrix te verbeteren; In 1963 publiceerden JP Romualdi en GB Batson een artikel over het scheurontwikkelingsmechanisme van met staalvezels opgesloten beton, en kwamen tot de conclusie dat de scheursterkte van met staalvezels versterkt beton wordt bepaald door de gemiddelde afstand tussen de staalvezels, wat een effectieve rol speelt. in trekspanning (vezelafstandstheorie), waarmee de praktische ontwikkelingsfase van dit nieuwe composietmateriaal wordt gestart. Tot nu toe zijn er, met de popularisering en toepassing van staalvezelversterkt beton, vanwege de verschillende distributie van vezels in beton, hoofdzakelijk vier soorten: staalvezelversterkt beton, hybride vezelversterkt beton, gelaagd staalvezelversterkt beton en gelaagde hybride vezelbeton. gewapend beton.

 

二.Versterkingsmechanisme van staalvezelversterkt beton

 

1. Theorie van samengestelde mechanica. De theorie van composietmechanica is gebaseerd op de theorie van continue vezelcomposieten en gecombineerd met de distributiekarakteristieken van staalvezels in beton. In deze theorie worden composieten beschouwd als tweefasige composieten met vezels als één fase en matrix als de andere fase.

 

Theorie van de vezelafstand. De vezelafstandstheorie, ook bekend als scheurweerstandstheorie, wordt voorgesteld op basis van lineaire elastische breukmechanica. Deze theorie stelt dat het versterkende effect van vezels alleen verband houdt met de gelijkmatig verdeelde vezelafstand (minimale afstand).

 

三．Analyse van de ontwikkelingsstatus van staalvezelversterkt beton

 

1.Staalvezelversterkt beton.Staalvezelversterkt beton is een soort relatief uniform en multidirectioneel gewapend beton dat wordt gevormd door een kleine hoeveelheid koolstofarm staal, roestvrij staal en FRP-vezels toe te voegen aan gewoon beton. De menghoeveelheid staalvezel bedraagt ​​doorgaans 1% ~ 2% per volume, terwijl in elke kubieke meter beton 70 ~ 100 kg staalvezel per gewicht wordt gemengd. De lengte van de staalvezel moet 25 ~ 60 mm zijn, de diameter moet 0,25 ~ 1,25 mm zijn en de beste verhouding tussen lengte en diameter moet 50 ~ 700 zijn. Vergeleken met gewoon beton kan het niet alleen de trek-, schuif- en buigsterkte verbeteren. , slijtvastheid en scheurweerstand, maar verbeteren ook aanzienlijk de breuktaaiheid en slagvastheid van beton, en verbeteren de vermoeidheidsweerstand en duurzaamheid van de constructie aanzienlijk, vooral de taaiheid kan met 10 ~ 20 keer worden verhoogd. In China worden de mechanische eigenschappen van staalvezelversterkt beton en gewoon beton vergeleken. Wanneer het gehalte aan staalvezels 15% ~ 20% is en de watercementverhouding 0,45 is, neemt de treksterkte toe met 50% ~ 70%, neemt de buigsterkte toe met 120% ~ 180%, neemt de slagsterkte toe met 10 ~ 20 keer neemt de impactvermoeidheidssterkte met 15 ~ 20 keer toe, neemt de buigtaaiheid met 14 ~ 20 keer toe en wordt de slijtvastheid ook aanzienlijk verbeterd. Daarom heeft staalvezelversterkt beton betere fysische en mechanische eigenschappen dan gewoon beton.

2.Hybride vezelbeton. Uit relevante onderzoeksgegevens blijkt dat staalvezels de druksterkte van beton niet significant bevorderen of zelfs verminderen; Vergeleken met gewoon beton zijn er positieve en negatieve (toename en afname) of zelfs tussenliggende opvattingen over de waterdichtheid, slijtvastheid, impact- en slijtvastheid van staalvezelversterkt beton en het voorkomen van vroegtijdige plastische krimp van beton. Bovendien heeft staalvezelversterkt beton enkele problemen, zoals een hoge dosering, hoge prijs, roest en vrijwel geen weerstand tegen barsten veroorzaakt door brand, wat de toepassing ervan in verschillende mate heeft beïnvloed. De afgelopen jaren zijn enkele binnen- en buitenlandse wetenschappers aandacht gaan besteden aan hybride vezelbeton (HFRC), in een poging vezels met verschillende eigenschappen en voordelen te mengen, van elkaar te leren en op verschillende niveaus en op verschillende niveaus in te spelen op het ‘positieve hybride effect’. laadfasen om verschillende eigenschappen van beton te verbeteren, om aan de behoeften van verschillende projecten te voldoen. Echter, met betrekking tot de verschillende mechanische eigenschappen ervan, vooral de vermoeiingsvervorming en vermoeiingsschade, de ontwikkeling van de vervorming en de schadekarakteristieken onder statische en dynamische belastingen en cyclische belastingen met constante amplitude of variabele amplitude, de optimale menghoeveelheid en mengverhouding van de vezel, is de relatie tussen componenten van composietmaterialen, versterkend effect en versterkend mechanisme, antivermoeidheidsprestaties, faalmechanisme en constructietechnologie. De problemen van het ontwerp van de mixverhoudingen moeten verder worden bestudeerd.

3. Gelaagd staalvezelversterkt beton.Monolithisch vezelversterkt beton is niet gemakkelijk gelijkmatig te mengen, de vezel is gemakkelijk te agglomereren, de hoeveelheid vezels is groot en de kosten zijn relatief hoog, wat de brede toepassing ervan beïnvloedt. Door een groot aantal technische praktijken en theoretisch onderzoek wordt een nieuw type staalvezelstructuur, laag staalvezelversterkt beton (LSFRC), voorgesteld. Een kleine hoeveelheid staalvezels is gelijkmatig verdeeld over de boven- en onderoppervlakken van de wegplaat, en het midden is nog steeds een gewone betonlaag. De staalvezels in LSFRC worden over het algemeen handmatig of mechanisch gedistribueerd. De staalvezel is lang en de lengtediameterverhouding ligt over het algemeen tussen 70 en 120, wat een tweedimensionale verdeling vertoont. Zonder de mechanische eigenschappen aan te tasten, vermindert dit materiaal niet alleen de hoeveelheid staalvezels aanzienlijk, maar vermijdt het ook het fenomeen van vezelagglomeratie bij het mengen van integraal vezelversterkt beton. Daarnaast heeft de positie van de staalvezellaag in beton een grote invloed op de buigsterkte van beton. Het versterkende effect van een staalvezellaag aan de onderkant van beton is het beste. Naarmate de positie van de staalvezellaag omhoog gaat, neemt het versterkende effect aanzienlijk af. De buigsterkte van LSFRC is ruim 35% hoger dan die van gewoon beton met hetzelfde mengselaandeel, wat iets lager is dan die van integraal staalvezelbeton. LSFRC kan echter veel materiaalkosten besparen en er is geen probleem met moeilijk mengen. Daarom is LSFRC een nieuw materiaal met goede sociale en economische voordelen en brede toepassingsmogelijkheden, dat de moeite waard is om te populariseren en toe te passen in de bestratingsconstructie.

 

4.Gelaagd hybride vezelbeton.Laag hybride vezelversterkt beton (LHFRC) is een composietmateriaal gevormd door het toevoegen van 0,1% polypropyleenvezel op basis van LSFRC en het gelijkmatig verdelen van een groot aantal fijne en korte polypropyleenvezels met hoge treksterkte en hoge ultieme rek in het bovenste en onderste staal vezelbeton en het gewone beton in de middelste laag. Het kan de zwakte van de LSFRC-tussenliggende betonlaag overwinnen en de potentiële veiligheidsrisico's voorkomen nadat de staalvezel aan het oppervlak is versleten. LHFRC kan de buigsterkte van beton aanzienlijk verbeteren. Vergeleken met gewoon beton is de buigsterkte van gewoon beton met ongeveer 20% toegenomen, en vergeleken met LSFRC is de buigsterkte met 2,6% toegenomen, maar dit heeft weinig effect op de buigelasticiteitsmodulus van beton. De buigelasticiteitsmodulus van LHFRC is 1,3% hoger dan die van gewoon beton en 0,3% lager dan die van LSFRC. LHFRC kan ook de buigtaaiheid van beton aanzienlijk verbeteren, en de buigtaaiheidsindex is ongeveer 8 keer die van gewoon beton en 1,3 keer die van LSFRC. Bovendien kan, vanwege de verschillende prestaties van twee of meer vezels in LHFRC in beton, afhankelijk van de technische behoeften, het positieve hybride effect van synthetische vezels en staalvezels in beton worden gebruikt om de ductiliteit, duurzaamheid, taaiheid en scheursterkte aanzienlijk te verbeteren. , buigsterkte en treksterkte van het materiaal, verbeteren de materiaalkwaliteit en verlengen de levensduur van het materiaal.

——Samenvatting (Shanxi-architectuur, deel 38, nr. 11, Chen Huiqing)