Волокно - железобетон (FRC) представляет собой композитный материал, состоящий из цемента или гидравлического цемента, воды, грубых и мелких агрегатов, а также короткими и равномерно распределенными прерывистыми волокнами. Волокна могут быть стальными волокнами, стеклянными волокнами, углеродными волокнами, полимерными волокнами, растениями и т. Д. Длина обычно варьируется от 3 мм до 64 мм, а диаметр может варьироваться от нескольких микрон до 1 мм. Крест - форма секции волокна может быть круглой, эллиптической, полигональной, треугольной, полумесяцей или квадратом, что в основном зависит от используемого сырья и процесса обработки и производства. Волокна в основном разделены на две категории: грубые волокна и тонкие волокна. Диаметр или эквивалентный диаметр мелких волокон обычно составляет менее 0,3 мм, в то время как диаметр или эквивалентный диаметр грубых волокон больше или равен 0,3 мм. SO -, называемый эквивалентным диаметром, является круглым диаметром, преобразованным из того же креста - площади секции, что и круговое волокно, то есть (4A/π) 0,5.
Объемный процент волокна в бетоне обычно составляет от 0,1% до 5%. Размер этого процента объема зависит в основном от простоты смешивания смеси и сценария применения проекта. Например, вторичные напряжения, вызванные усадкой и изменением температуры бетона, обычно контролируются и разрешаются низкими дозами волокна (от 0,1% до 0,3% по объему). Когда содержание волокна превышает 0,3%, механический отклик волоконного бетона будет значительно отличаться от обычного бетона без волокна, в основном по его нагрузке - способность подшипника после растрескивания. Способность волокнистого бетона поглощать энергию после растрескивания называется «вязкость». Когда в бетон добавляются более высокие дозировки волокна, в дополнение к прочности после растрескивания, волокно бетон также показывает деформацию - укрепляющие характеристики. Другими словами, этот композитный материал может выдерживать растягивающие напряжения, которые превышают напряжения самого обычного бетона. В этих псевдо - часто встречаются характеристики поглощения энергии и рассеяния энергии.
Типы бетона, железо, волокно
Американский стандарт ASTM C116/C116M дает четыре типа волоконного бетона: первым является стальной волокно бетон (SFRC), который в основном включает в себя волокнистое волокно из нержавеющей стали, волокно из сплавных стали и углеродную стальную волокну; Вторым является бетон стеклянного волокна (GFRC), который состоит из щелочи - стойкого стеклянного волокна; Третий - бетон с синтетическим волокном (SYNFRC), а четвертый - бетон натурального волокна (NFRC).
Как видно из приведенной выше таблицы, прочность и упругая модуль стального волокна относительно высоки, и ее нелегко ржаветь, потому что он находится в высоко щелочной среде. Эффект связывания между ним и смесью может достичь более эффективного механического привязки путем усиления шероховатости поверхности и деформации.
Синтетические волокна в основном не являются - металлическими волокнами, создаваемыми развитием нефтехимической и текстильной промышленности, включая различные формы полимеров. Ниже приведены некоторые синтетические волокна, обычно используемые в сборном бетоне:
Углеродное волокно
По сравнению со стальным волокном, стеклянным волокном, полипропиленовым волокном и т. Д. Преимущество углеродного волокна лежит в его характеристиках, высокой модуле, теплостойкости, химической стабильности в щелочной среде и других коррозийных химических средах; Кроме того, он обладает характеристикой значительного улучшения механических свойств.
Нейлоновое волокно/полиамидное волокно
Этот тип волокна имеет хорошую прочность на растяжение, высокую вязкость, упругое восстановление и хорошую гидрофильность и относительно стабилен в цементе - щелочной среды на основе.
Полипропилен
Это волокно имеет низкий модуль упругости и низкую температуру плавления, поэтому оно не подходит для сборных бетонных продуктов при высокой- температурной автоклавировании. Однако из -за своей низкой температуры плавления его можно использовать для производства рефрактерных материалов или продуктов с высокой пожарной стойкостью. Существует два типа полипропиленовых волокон, используемых для бетонного армирования: монофиламенты и фибриллентные волокна (растянутые волокна). Эти волокна являются гидрофобными и имеют большой угол контакта с водой. Следовательно, они имеют более бедную связь с бетоном, чем гидрофильные волокна.
Поливиниловый спирт волокон
Это волокно сделано из PVA смолы посредством нескольких процессов высокого растяжения и обладает высокой жесткостью и водостойкостью. Состояние распределения волокна в бетонной основе может быть изменено с помощью специальной обработки поверхности. К сожалению, PVA Fiber имеет большой коэффициент тепловой усадки, а скорость усадки достигает 4% на 200 градусов. Он обладает хорошей устойчивостью к щелочной среде и органическим растворителям, и имеет небольшую потерю прочности в течение длительного- термина ультрафиолетового излучения.
Стеклянное волокно
Стеклянное волокно, используемое в бетоне, должно содержать минимум 16% диоксида циркония для устойчивости к щелочи; Другие типы стеклянного волокна, такие как щелочное - бесплатное волокно, не рекомендуются для использования в бетоне. Стеклянное волокно имеет высокую модуль и высокую прочность, и имеет хорошую связь с бетоном. Разница между железобетоном из стеклянного волокна и другим железобетоном для волокна является содержание волокна; Первый имеет процент объема волокна от 4% до 6%, в то время как последний или другой процент объема волокна составляет примерно от 0,1% до 1%. Чтобы достичь высокого содержания стеклянного волокна, бетонной композиции нуждается в высоком содержании цемента, тонкого заполнителя и почти без крупного заполнителя.
Роль волокна в бетоне
Quasi - Статическая нагрузка и ударный ответ
Волокна могут эффективно улучшать механические свойства. Испытания на ударе удара показывают, что воздействие прочности полипропиленового волокна с содержанием объема от 0,1% до 0,2% выше, чем у обычного бетона как на начальной стадии растрескивания, так и на конечной стадии перелома. В настоящее время не существует единого стандартного метода испытаний для определения прочности сжатия волоконного бетона, но соответствующие исследования показали, что прочность на сжатие волокна из осевой сжима на 85% до 100% выше, чем у обычного бетона; Дальнейшие исследования показали, что при воздействиях нагрузочный бетон не имеет очевидной пиковой пластичности в поздний период сжатия, что в основном связано с тем, что бетонные фрагменты не связаны с волокнами. Хотя результаты испытаний показывают, что коэффициент удара стального волокнистого бетона является полимерным волокнистым бетоном ничем не отличается от обычного бетона, с коэффициентом удара около 1,5. Кроме того, результаты показывают, что три - размерных деформированных стальных волокон имеют более очевидный динамический коэффициент воздействия, чем два - размерные деформированные стальные волокна; Тем не менее, прочность на растяжение при динамических нагрузках и остаточная прочность на изгиб после растрескивания была значительно улучшена.
Производительность волокон в бетоне при воздействиях нагрузки во многом зависит от связи между волокнами и бетоном при перемещении с высокими скоростями развития трещин. Исследования показали, что при увеличении скорости нагрузки бетон стального волокна обладает высокой устойчивостью к развитию трещин по сравнению с некоторыми бетонными образцами с полипропиленовыми волокнами, но последний может быстро догнать первое; Предполагается, что это в основном потому, что сами полипропиленовые волокна более чувствительны к скоростям деформации, чем стальные волокна.
Контроль усадки трещин
Хорошо известно, что волокна могут значительно повлиять на свободную усадку и другие родственные ранние - возрастные свойства цемента - на основе композитов. Исследования показали, что использование полиэтиленовых волокон с процентом объема около 1% может снизить бесплатную пластиковую усадку бетона на целых 30%. В дополнение к свободной усадке, различные методы также используются для изучения влияния волокон на ограниченную усадку бетона. Добавление волокон в основном используется для изменения ширины и длины усадных трещин в бетоне в ограниченной среде. Соответствующие выводы исследования примерно следующие.
1. Материал волокна и тип оказывают большое влияние на трещины усадки. Для того же объема содержания волокна стекловолокно является наиболее эффективным в ингибировании роста трещин, за которым следует синтетическое волокно.
2. Для данной доли объема волокна и типа волокна, длиннее, меньше - Диаметр волокна более эффективны, чем более короткие, более толстые волокна; Волокна с большей степенью геометрической деформации на поверхности более эффективны, чем необразованные волокна.
3. Что касается растений, покрытых или без покрытия волокна эффективны только тогда, когда процент объема превышает 0,3%.
Водонепроницаемый и долговечный
Сборные бетонные компоненты подвержены деградации из -за атаки серной кислоты, оттаивания - циклов замораживания, алкали - реакций кремнезема и коррозии стальных стержней. Во всех этих случаях проникновение воды играет решающую роль. Долговечность сборных бетонных продуктов зависит в первую очередь от скорости проникновения/проникновения воды. Результаты показывают, что проницаемость воды, в свою очередь, зависит от трещин в бетоне, и увеличение ширины бетонных трещин приведет к более высокой проницаемости воды. Укрепление волокна улучшает сопротивление бетонной трещин, увеличивает шероховатость поверхности трещины и способствует развитию множественных трещин, что значительно снижает проницаемость бетона. Что касается напряжения и напряжения -, вызванного бетонным растрескиванием, результаты показали, что трещины в обычном бетоне значительно увеличивают его проницаемость, в то время как проницаемость волокна - железобетона значительно ниже, чем у обычного бетона. Что касается того, как волокна улучшают водостойкость, исследования показали, что микропоры в обычном бетоне изменяются на нанопоры из -за добавления волокон.
Коррозия арматуры в сборном бетоне является важной проблемой. Загрязнение хлорида в бетоне является основным фактором, и механизмы и процессы, с помощью которых он корродирует сталь, хорошо изучены. К сожалению, трещины в бетоне позволяют более легко входить хлорид и другие коррозионные химические вещества, что способствует дальнейшей коррозии. Хлоридные ионы диффундируют в основном через проникновение капиллярной воды, в то время как диффузия хлорида в первую очередь зависит от проницаемости воды.
