Beton ojačan čeličnim vlaknima (SFRC) nova je vrsta kompozitnog materijala koji se može lijevati i prskati dodavanjem odgovarajuće količine kratkih čeličnih vlakana u obični beton. Posljednjih se godina brzo razvija u zemlji i inozemstvu. Nadilazi nedostatke niske vlačne čvrstoće, malog krajnjeg istezanja i svojstava krtosti betona. Ima izvrsna svojstva kao što su vlačna čvrstoća, otpornost na savijanje, otpornost na smicanje, otpornost na pukotine, otpornost na zamor i visoku žilavost. Primijenjen je u hidrogradnji, cestogradnji i mostovima, građevinarstvu i drugim područjima inženjerstva.

 

Razvoj betona ojačanog čeličnim vlaknima

 

Beton ojačan vlaknima (FRC) je kratica betona ojačanog vlaknima. To je obično kompozit na bazi cementa sastavljen od cementne paste, maltera ili betona i metalnih vlakana, anorganskih vlakana ili arganskih vlakana. To je novi građevinski materijal formiran jednoličnim širenjem kratkih i finih vlakana s visokom vlačnom čvrstoćom, visokim krajnjim produženjem i visokim otporom alkalije u betonskoj matrici. Vlakna u betonu mogu ograničiti stvaranje ranih pukotina betona i daljnje širenje pukotina pod djelovanjem vanjske sile, učinkovito prevladavaju inherentne nedostatke poput niske vlačne čvrstoće, lako pucanja i lošeg otpora za umor i uvelike poboljšati performanse nepropusnosti, vodootporne, otpornosti na smrzavanje i ojačanja zaštite betona. Beton ojačan vlaknima, posebno beton ojačan čeličnim vlaknima, privukao je sve više pozornosti u akademskim i inženjerskim krugovima u praktičnom inženjerstvu zbog svojih vrhunskih performansi. 1907 Sovjetski stručnjak B P. Hekpocab je počeo koristiti beton ojačan metalnim vlaknima; 1910. godine HF Porter je objavio izvješće o istraživanju o betonu ojačanog kratkim vlaknima, sugerirajući da kratka čelična vlakna treba ravnomjerno raspršiti u betonu kako bi se ojačala matrični materijali; 1911. Graham iz Sjedinjenih Država dodao je čelična vlakna u obični beton kako bi poboljšala snagu i stabilnost betona; Do 1940-ih, Sjedinjene Države, Britanija, Francuska, Njemačka, Japan i druge zemlje provele su mnogo istraživanja o korištenju čeličnih vlakana za poboljšanje otpornosti betona na habanje i pucanje, tehnologiji proizvodnje betona od čeličnih vlakana i poboljšanju oblik čeličnih vlakana za poboljšanje čvrstoće vezanja između matrice vlakana i betona; Godine 1963. JP romualdi i GB Batson objavili su rad o mehanizmu razvoja pukotina u betonu ograničenom čeličnim vlaknima i iznijeli zaključak da je čvrstoća pukotina betona armiranog čeličnim vlaknima određena prosječnim razmakom čeličnih vlakana koji igra učinkovitu ulogu. U zateznom stresu (teorija razmaka vlakana), pokrenuvši tako praktičnu fazu razvoja ovog novog kompozitnog materijala. Do sada, s popularizacijom i primjenom betona ojačanog čeličnim vlaknima, zbog različitog raspodjele vlakana u betonu, uglavnom postoje četiri vrste: betonski beton ojačan od čeličnih vlakana, ojačan beton, slojevito čelično vlakno, ojačan beton i slojevito hibridno vlakno Ojačani beton.

 

二.Mehanizam za ojačavanje betona armiranog čeličnim vlaknima

 

1. Kompozitna teorija mehanike. Teorija mehanike kompozita temelji se na teoriji kompozita s kontinuiranim vlaknima iu kombinaciji s karakteristikama distribucije čeličnih vlakana u betonu. In this theory, composites are regarded as two-phase composites with fiber as one phase and matrix as the other phase.

 

Teorija razmaka vlakana. Teorija razmaka vlakana, također poznata kao teorija otpornosti na pukotine, predložena je na temelju linearne elastične mehanike loma. Ova teorija drži da je učinak pojačanja vlakana povezan samo s jednolično raspoređenim razmakom vlakana (minimalni razmak).

 

Analiza stanja razvoja betona armiranog čeličnim vlaknima

 

1.Čelični vlakno ojačani beton.Beton ojačan čeličnim vlaknima je vrsta relativno ujednačenog i višesmjernog armiranog betona koji se formira dodavanjem male količine niskougljičnog čelika, nehrđajućeg čelika i FRP vlakana u obični beton. Količina čeličnih vlakana za miješanje općenito je 1% ~ 2% po volumenu, dok se 70 ~ 100 kg čeličnih vlakana miješa u svaki kubni metar betona po težini. Duljina čeličnih vlakana trebala bi biti 25 ~ 60 mm, promjer bi trebao biti 0,25 ~ 1,25 mm, a najbolji omjer duljine i promjera trebao bi biti 50 ~ 700. U usporedbi s običnim betonom, ne samo da može poboljšati vlačnost, smicanje, savijanje , otpornost na habanje i pukotine, ali također uvelike povećavaju žilavost loma i otpornost betona na udarce, te značajno poboljšavaju otpornost na zamor i trajnost strukture, posebno žilavost se može povećati za 10 ~ 20 puta. The mechanical properties of steel fiber reinforced concrete and ordinary concrete are compared in China. Kada je sadržaj čeličnih vlakana 15% ~ 20%, a omjer vode i cementa 0,45, vlačna čvrstoća se povećava za 50% ~ 70%, čvrstoća na savijanje se povećava za 120% ~ 180%, otpornost na udar se povećava za 10 ~ 20 puta, otpornost na zamor od udarca povećava se za 15 ~ 20 puta, otpornost na savijanje se povećava za 14 ~ 20 puta, a otpornost na habanje je također značajno poboljšana. Therefore, steel fiber reinforced concrete has better physical and mechanical properties than plain concrete.

2. Hibridni vlaknasti beton. Relevantni podaci istraživanja pokazuju da čelična vlakna značajno ne pospješuju tlačnu čvrstoću betona, pa čak je ni smanjuju; U usporedbi s običnim betonom, postoje pozitivni i negativni (povećanje i smanjenje) ili čak srednji pogledi na nepropusnost, otpornost na habanje, otpornost na udarce i habanje betona armiranog čeličnim vlaknima i sprječavanje ranog plastičnog skupljanja betona. In addition, steel fiber reinforced concrete has some problems, such as large dosage, high price, rust and almost no resistance to burst caused by fire, which has affected its application to varying degrees. In recent years, some domestic and foreign scholars began to pay attention to hybrid fiber concrete (HFRC), trying to mix fibers with different properties and advantages, learn from each other, and give play to the "positive hybrid effect" at different levels and faze opterećenja za poboljšanje različitih svojstava betona, kako bi se zadovoljile potrebe različitih projekata. However, with regard to its various mechanical properties, especially its fatigue deformation and fatigue damage, deformation development law and damage characteristics under static and dynamic loads and constant amplitude or variable amplitude cyclic loads, the optimal mixing amount and mixing proportion of fiber, the relationship between components of composite materials, strengthening effect and strengthening mechanism, anti fatigue performance, failure mechanism and construction technology, The problems of mix proportion design need to be further studied.

3.Slojeviti beton armiran čeličnim vlaknima.Monolitni vlaknasti beton nije lako ravnomjerno miješati, vlakna se lako aglomeriraju, količina vlakana je velika, a cijena relativno visoka, što utječe na njegovu široku primjenu. Kroz veliki broj inženjerskih praksi i teorijskih istraživanja predložen je novi tip konstrukcije od čeličnih vlakana, beton armiran čeličnim vlaknima (LSFRC). Mala količina čeličnih vlakana ravnomjerno je raspoređena na gornjoj i donjoj površini ploče ceste, a sredina je i dalje običan betonski sloj. The steel fiber in LSFRC is generally distributed manually or mechanically. The steel fiber is long, and the length diameter ratio is generally between 70 ~ 120, showing a two-dimensional distribution. Without affecting the mechanical properties, this material not only greatly reduces the amount of steel fiber, but also avoids the phenomenon of fiber agglomeration in the mixing of integral fiber reinforced concrete. In addition, the position of steel fiber layer in concrete has a great impact on the flexural strength of concrete. The reinforcement effect of steel fiber layer at the bottom of concrete is the best. With the position of steel fiber layer moving up, the reinforcement effect decreases significantly. The flexural strength of LSFRC is more than 35% higher than that of plain concrete with the same mix proportion, which is slightly lower than that of integral steel fiber reinforced concrete. However, LSFRC can save a lot of material cost, and there is no problem of difficult mixing. Therefore, LSFRC is a new material with good social and economic benefits and broad application prospects, which is worthy of popularization and application in pavement construction.

 

4.Slojeviti hibridni vlaknati beton.Layer hybrid fiber reinforced concrete (LHFRC) is a composite material formed by adding 0.1% polypropylene fiber on the basis of LSFRC and evenly distributing a large number of fine and short polypropylene fibers with high tensile strength and high ultimate elongation in the upper and lower steel fiber concrete and the plain concrete in the middle layer. Može prevladati slabost LSFRC intermedijarnog običnog betonskog sloja i spriječiti potencijalne sigurnosne opasnosti nakon istrošenosti površinskog čeličnog vlakana. LHFRC can significantly enhance the flexural strength of concrete. U usporedbi s običnim betonom, njegova fleksibilna čvrstoća običnog betona povećava se za oko 20%, a u usporedbi s LSFRC -om, njegova fleksibilna čvrstoća povećava se za 2,6%, ali ima malo utjecaja na fleksibilni elastični modul betona. The flexural elastic modulus of LHFRC is 1.3% higher than that of plain concrete and 0.3% lower than that of LSFRC. LHFRC također može značajno poboljšati žilavost betona, a njegov indeks žilavosti savijanja je oko 8 puta veći od običnog betona i 1,3 puta veća od LSFRC -a. Nadalje, zbog različitih performansi dva ili više vlakana u LHFRC -u u betonu, prema inženjerskim potrebama, pozitivan hibridni učinak sintetičkih vlakana i čeličnih vlakana u betonu može se koristiti za uvelike poboljšanje duktilnosti, izdržljivosti, čvrstoće, čvrstoće pukotine , flexural strength and tensile strength of the material, improve the material quality and prolong the service life of the material.

——Sažetak (Shanxi Architecture, vol. 38, br. 11, Chen Huiqing)