Bê tông cốt sợi thép (SFRC) là một loại vật liệu composite mới có thể được đổ và phun bằng cách thêm một lượng sợi thép ngắn thích hợp vào bê tông thông thường. Nó đã phát triển nhanh chóng trong và ngoài nước trong những năm gần đây. Nó vượt qua những thiếu sót của độ bền kéo thấp, độ giãn dài nhỏ và đặc tính giòn của bê tông. Nó có các đặc tính tuyệt vời như độ bền kéo, điện trở uốn, khả năng chống cắt, khả năng chống nứt, sức đề kháng mệt mỏi và độ bền cao. Nó đã được áp dụng trong kỹ thuật thủy lực, đường bộ và cầu, xây dựng và các lĩnh vực kỹ thuật khác.
1. Phát triển bê tông cốt sợi thép
Bê tông cốt thép (FRC) là viết tắt của bê tông cốt sợi. Nó thường là một hỗn hợp dựa trên xi măng bao gồm bột xi măng, vữa hoặc sợi bê tông và kim loại, sợi vô cơ hoặc vật liệu gia cố sợi hữu cơ. Nó là một vật liệu xây dựng mới được hình thành bằng cách phân tán đồng đều các sợi ngắn và mịn với độ bền kéo cao, độ giãn dài cao và khả năng chống kiềm cao trong ma trận bê tông. Sợi trong bê tông có thể hạn chế việc tạo ra các vết nứt sớm trong bê tông và sự mở rộng hơn nữa các vết nứt dưới tác động của lực bên ngoài, khắc phục hiệu quả các khiếm khuyết vốn có như độ bền kéo thấp, dễ bị nứt và kháng mỏi của bê tông và cải thiện đáng kể hiệu suất của sự không ổn định, chống thấm nước, chống sương giá và bảo vệ gia cố của bê tông. Bê tông cốt sợi, đặc biệt là bê tông cốt sợi, đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý trong giới học thuật và kỹ thuật trong kỹ thuật thực tế vì hiệu suất vượt trội của nó. 1907 Chuyên gia Liên Xô B. Hekpocab bắt đầu sử dụng bê tông cốt sợi kim loại; Năm 1910, HF Porter đã công bố một báo cáo nghiên cứu về bê tông cốt sợi ngắn, cho thấy các sợi thép ngắn nên được phân tán đều trong bê tông để tăng cường vật liệu ma trận; Năm 1911, Graham của Hoa Kỳ đã thêm sợi thép vào bê tông thông thường để cải thiện sức mạnh và sự ổn định của bê tông; Đến những năm 1940, Hoa Kỳ, Anh, Pháp, Đức, Nhật Bản và các quốc gia khác đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu về việc sử dụng sợi thép để cải thiện khả năng chống mài mòn và khả năng chống nứt của bê tông, công nghệ sản xuất bê tông thép và cải thiện Hình dạng của sợi thép để cải thiện cường độ liên kết giữa ma trận sợi và bê tông; Năm 1963, JP Romualdi và GB Batson đã xuất bản một bài báo về cơ chế phát triển vết nứt của bê tông thép, và đưa ra kết luận rằng cường độ vết nứt của bê tông cốt sợi được xác định bởi khoảng cách trung bình của sợi thép đóng vai trò hiệu quả Trong ứng suất kéo (lý thuyết khoảng cách sợi), do đó bắt đầu giai đoạn phát triển thực tế của vật liệu composite mới này. Cho đến nay, với sự phổ biến và áp dụng bê tông cốt sợi thép, do sự phân bố sợi khác nhau trong bê tông, chủ yếu có bốn loại: bê tông cốt sợi thép bê tông cốt thép.
2. Cơ chế tăng cường bê tông cốt sợi thép
(1) Lý thuyết cơ học tổng hợp. Lý thuyết về cơ học tổng hợp dựa trên lý thuyết của vật liệu tổng hợp sợi liên tục và kết hợp với các đặc tính phân phối của sợi thép trong bê tông. Trong lý thuyết này, vật liệu tổng hợp được coi là vật liệu tổng hợp hai pha với sợi là một pha và ma trận là pha khác.
(2) Lý thuyết khoảng cách sợi. Lý thuyết khoảng cách sợi, còn được gọi là lý thuyết kháng vết nứt, được đề xuất dựa trên cơ học gãy đàn hồi tuyến tính. Lý thuyết này cho rằng hiệu ứng gia cố của sợi chỉ liên quan đến khoảng cách sợi phân phối đồng đều (khoảng cách tối thiểu).
3. Phân tích về tình trạng phát triển của bê tông cốt sợi thép
1. Bê tông cốt thép sợi. Bê tông cốt thép bằng thép là một loại bê tông cốt thép tương đối đồng đều và đa hướng được hình thành bằng cách thêm một lượng nhỏ thép carbon thấp, thép không gỉ và sợi FRP vào bê tông thông thường. Lượng hỗn hợp sợi thép thường là 1% ~ 2% theo thể tích, trong khi sợi thép 70 ~ 100kg được trộn trong mỗi mét khối bê tông theo trọng lượng. Chiều dài của sợi thép phải là 25 ~ 60mm, đường kính phải là 0,25 ~ 1,25mm và tỷ lệ tốt nhất của chiều dài so với đường kính nên là 50 ~ 700. , Kháng mòn và vết nứt, nhưng cũng tăng cường đáng kể độ bền gãy và khả năng chống va đập của bê tông, và cải thiện đáng kể khả năng chống mỏi và độ bền của cấu trúc, đặc biệt là độ dẻo dai Có thể tăng thêm 10 ~ 20 lần. Các tính chất cơ học của bê tông cốt sợi thép và bê tông thông thường được so sánh ở Trung Quốc. Khi hàm lượng sợi thép là 15% ~ 20% và tỷ lệ xi măng nước là 0,45, cường độ kéo tăng 50% ~ 70%, cường độ uốn tăng 120% ~ 180%, cường độ va chạm tăng 10 ~ 20 Thời gian, cường độ mệt mỏi tác động tăng 15 ~ 20 lần, độ bền uốn tăng 14 ~ 20 lần và khả năng chống mài mòn cũng được cải thiện đáng kể. Do đó, bê tông cốt sợi thép có tính chất vật lý và cơ học tốt hơn so với bê tông đơn giản.
4. Bê tông sợi lai
Dữ liệu nghiên cứu có liên quan cho thấy sợi thép không thúc đẩy đáng kể cường độ nén của bê tông, hoặc thậm chí làm giảm nó; So với bê tông đơn giản, có tích cực và tiêu cực (tăng và giảm) hoặc thậm chí quan điểm trung gian về độ không thấm nước, khả năng chống mài mòn, tác động và khả năng chống mài mòn của bê tông cốt sợi thép và phòng ngừa sự co rút nhựa sớm của bê tông. Ngoài ra, bê tông cốt sợi thép có một số vấn đề, chẳng hạn như liều lượng lớn, giá cao, rỉ sét và hầu như không có khả năng chống nổ do hỏa hoạn, điều này đã ảnh hưởng đến ứng dụng của nó ở các mức độ khác nhau. Trong những năm gần đây, một số học giả trong và ngoài nước bắt đầu chú ý đến bê tông sợi lai (HFRC), cố gắng trộn các sợi với các đặc tính và lợi thế khác nhau, học hỏi lẫn nhau và chơi với "hiệu ứng lai tích cực" ở các cấp độ khác nhau và Tải các giai đoạn để tăng cường các tính chất khác nhau của bê tông, để đáp ứng nhu cầu của các dự án khác nhau. Tuy nhiên, liên quan đến các tính chất cơ học khác nhau của nó, đặc biệt là biến dạng mỏi và tổn thương mỏi, định luật phát triển biến dạng và đặc điểm thiệt hại dưới tải trọng tĩnh và động và biên độ không đổi Giữa các thành phần của vật liệu composite, tăng cường hiệu ứng và củng cố cơ chế, hiệu suất chống mệt mỏi, cơ chế thất bại và công nghệ xây dựng, các vấn đề về thiết kế tỷ lệ hỗn hợp cần phải được nghiên cứu thêm.
5. Bê tông cốt thép nhiều lớp
Bê tông cốt sợi nguyên khối không dễ trộn đều, sợi rất dễ kết tụ, lượng sợi lớn và chi phí tương đối cao, ảnh hưởng đến ứng dụng rộng của nó. Thông qua một số lượng lớn thực hành kỹ thuật và nghiên cứu lý thuyết, một loại cấu trúc sợi thép mới, bê tông cốt sợi thép lớp (LSFRC), được đề xuất. Một lượng nhỏ sợi thép được phân phối đều ở bề mặt trên và dưới của tấm đường, và giữa vẫn là một lớp bê tông đơn giản. Sợi thép trong LSFRC thường được phân phối thủ công hoặc cơ học. Sợi thép dài và tỷ lệ đường kính chiều dài thường nằm trong khoảng 70 ~ 120, cho thấy sự phân bố hai chiều. Không ảnh hưởng đến các tính chất cơ học, vật liệu này không chỉ làm giảm đáng kể lượng sợi thép, mà còn tránh được hiện tượng tích tụ sợi trong việc trộn bê tông cốt sợi tích hợp. Ngoài ra, vị trí của lớp sợi thép trong bê tông có tác động lớn đến cường độ uốn của bê tông. Hiệu ứng cốt thép của lớp sợi thép ở dưới cùng của bê tông là tốt nhất. Với vị trí của lớp sợi thép di chuyển lên, hiệu ứng cốt thép giảm đáng kể. Độ bền uốn của LSFRC cao hơn 35% so với bê tông đơn giản với cùng một tỷ lệ hỗn hợp, thấp hơn một chút so với bê tông cốt sợi thép tích hợp. Tuy nhiên, LSFRC có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí vật liệu và không có vấn đề gì về việc trộn khó khăn. Do đó, LSFRC là một tài liệu mới với lợi ích kinh tế và xã hội tốt và triển vọng ứng dụng rộng rãi, xứng đáng được phổ biến và ứng dụng trong xây dựng mặt đường.
6. Bê tông sợi lai
Bê tông cốt thép hybrid (LHFRC) là một vật liệu composite được hình thành bằng cách thêm sợi polypropylen 0,1% trên cơ sở LSFRC và phân phối đều một số lượng lớn sợi polypropylen cao và ngắn với độ bền kéo cao và độ kéo dài cao ở phía trên và cao cấp trên và thấp hơn bê tông sợi và bê tông đơn giản ở lớp giữa. Nó có thể khắc phục điểm yếu của lớp bê tông trung gian LSFRC và ngăn ngừa các mối nguy hiểm an toàn tiềm ẩn sau khi sợi thép bề mặt bị mòn. LHFRC có thể tăng cường đáng kể cường độ uốn của bê tông. So với bê tông trơn, cường độ uốn của bê tông trơn được tăng khoảng 20%và so với LSFRC, cường độ uốn của nó tăng 2,6%, nhưng nó ít ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi uốn của bê tông. Mô đun đàn hồi uốn của LHFRC cao hơn 1,3% so với bê tông đơn giản và thấp hơn 0,3% so với LSFRC. LHFRC cũng có thể tăng cường đáng kể độ bền uốn của bê tông, và chỉ số độ bền uốn của nó gấp khoảng 8 lần so với bê tông đơn giản và 1,3 lần so với LSFRC. Ngoài ra, do hiệu suất khác nhau của hai hoặc nhiều sợi trong LHFRC trong bê tông, theo nhu cầu kỹ thuật, hiệu ứng lai tích cực của sợi tổng hợp và sợi thép trong bê tông có thể được sử dụng để cải thiện đáng kể độ dẻo, độ bền, độ bền, độ bền của vết nứt , Độ bền uốn và độ bền kéo của vật liệu, cải thiện chất lượng vật liệu và kéo dài tuổi thọ của vật liệu.
Ăn, Abstract (Kiến trúc Shanxi, Tập 38, Số 11, Chen Huiqing)
Thời gian đăng: Tháng 8-24-2022