Волокно - Заздалегідь бетон (FRC) - це складений матеріал, що складається з цементу або гідравлічного цементу, води, грубих та тонких агрегатів, а також коротко і рівномірно розподілених розривних волокон. Волокна можуть бути сталевими волокнами, скляними волокнами, вуглецевими волокнами, полімерними волокнами, рослинними волокнами тощо. Довжина зазвичай коливається від 3 мм до 64 мм, а діаметр може змінюватись від кількох мкм до 1 мм. Хрест - форма секцій волокна може бути круговою, еліптичною, багатокутною, трикутною, півмісяць або квадратною, що в основному залежить від використовуваної сировини та процесу обробки та виготовлення. Волокна в основному поділяються на дві категорії: грубі волокна та дрібні волокна. Діаметр або еквівалентний діаметр тонких волокон зазвичай менше 0,3 мм, тоді як діаметр або еквівалентний діаметр грубих волокон більше або дорівнює 0,3 мм. SO -, що називається еквівалентним діаметром, є круговим діаметром, перетвореним з того ж перехрестя - ділянки секції, що і кругове волокно, тобто (4a/π) 0,5.
Обсяг відсотків клітковини в бетоні зазвичай становить від 0,1% до 5%. Розмір цього обсягу відсотка залежить головним чином від простоти змішування суміші та сценарію застосування проекту. Наприклад, вторинні напруги, спричинені усадкою та зміною температури бетону, зазвичай контролюються та вирішуються низькими дозуваннями клітковини (0,1% до 0,3% на об'єм). Коли вміст волокна перевищує 0,3%, механічна реакція бетону волокон буде значно відрізнятися від звичайного бетону без волокна, головним чином у навантаженні - підшипничій здатності після розтріскування. Здатність волоконного бетону до поглинання енергії після розтріскування називається "міцністю". Коли до бетону додаються більш високі дози волокна, крім міцності після розтріскування, бетон волокон також показує штам - характеристики зміцнення. Іншими словами, цей композитний матеріал може протистояти напруженню на розтяг, що перевищують самі звичайні бетон. У цих псевдо - пластичних композитів, множинні тріщини та значні характеристики поглинання енергії та енергії часто спостерігаються.
Типи волокна залізобетон
Американський стандарт ASTM C116/C116M дає чотири типи волоконного бетону: перший - бетон зі сталевого волокна (SFRC), який в основному включає волокно з нержавіючої сталі, волокно з легованої сталі та вуглецеве сталеве волокно; Другий - бетон зі скляного волокна (GFRC), який складається з алкальського - стійкого скляного волокна; Третє - бетон синтетичного волокна (Synfrc), а четверта - це природний волокнистий бетон (NFRC).
Як видно з столу вище, міцність та модуль пружності сталевого волокна відносно високі, і це непросто, оскільки він знаходиться у високо лужному середовищі. Ефект зв'язку між ним та сумішшю може досягти більш ефективного механічного прив’язки, посилюючи шорсткість поверхні та деформацію.
Синтетичні волокна - це в основному не - металеві волокна, що виробляються шляхом розвитку нафтохімічної та текстильної промисловості, включаючи різні форми полімерів. Нижче наведено деякі синтетичні волокна, які зазвичай використовуються в збірному бетоні:
Вуглецеве волокно
Порівняно зі сталевим волокном, скляним волокном, поліпропіленовим волокном тощо, перевага вуглецевого волокна полягає в його характеристиках, високій модулі, теплостійкості, хімічній стабільності в лужному середовищі та інших корозійних хімічних середовищ; Крім того, він має характеристику значно вдосконалення механічних властивостей.
Нейлонове волокно/поліамідне волокно
Цей тип волокна має хорошу міцність на розрив, високу міцність, еластичне відновлення та хорошу гідрофільність, і є відносно стабільним у цементі - лужні середовища.
Поліпропілен
Це волокно має низький модуль пружності та низьку температуру плавлення, тому воно не підходить для збірних бетонних продуктів під високим - Автомобільна температура. Однак, завдяки низькій температурі плавлення, його можна використовувати для виробництва вогнетривких матеріалів або продуктів з високою пожежною стійкістю. Існують два типи поліпропіленових волокон, що використовуються для арматури бетону: монофіламенти та фібрильовані волокна (розтягнуті волокна). Ці волокна гідрофобні і мають великий кут контакту з водою. Тому вони мають гірший зв’язок з бетоном, ніж гідрофільні волокна.
Полівінілові спиртне волокно
Це волокно виготовлене з PVA смоли через багаторазові процеси високої розтягування і має високу жорсткість і водостійкість. Стан розподілу волокон у бетонній основі може бути змінений за допомогою спеціальної обробки поверхні. На жаль, волокно PVA має великий коефіцієнт термічної усадки, а його усадка досягає 4% при 200 градусах. Він має хорошу стійкість до лужних середовищ та органічних розчинників і має невелику втрату міцності при довгій - терміну ультрафіолетове випромінювання.
Скляна волокна
Скляне волокно, що використовується в бетоні, повинно містити мінімум 16% діоксиду цирконію для стійкості до лугу; Інші типи скляного волокна, такі як алкалі - вільне волокно, не рекомендуються для використання в бетоні. Скляне волокно має високий модуль і високу міцність, і має хороший зв’язок з бетоном. Різниця між залізобетоном скловолокна та іншим бетоном волокна - це вміст волокна; Перший має відсоток обсягу волокон від 4% до 6%, а другий або інший відсоток обсягу волокон становить приблизно від 0,1% до 1%. Для досягнення високого вмісту скляного волокна, бетонна композиція потребує високого вмісту цементу, тонкої сукупності та майже не груби сукупності.
Роль волокна в бетоні
Quasi - Статична реакція навантаження та вплив
Волокна можуть ефективно покращити механічні властивості. Випробування на молоток падіння показують, що міцність впливу поліпропіленових волокон бетону з вмістом об'єму від 0,1% до 0,2% вища, ніж у звичайного бетону як в початковій стадії розтріскування, так і в кінцевому етапі руйнування. Наразі не існує єдиного стандартного методу випробувань для визначення міцності на стиск бетону волокон, але відповідні дослідження показали, що осьова міцність на стиск бетону волокон на 85% до 100% вище, ніж у звичайного бетону; Подальші дослідження показали, що при ударних навантаженнях волоконне бетон не має очевидної пікової пластичності в пізній період стиснення, що є головним чином тому, що бетонні фрагменти не пов'язані з волокнами. Хоча результати випробувань показують, що коефіцієнт удару бетону сталевого волокна є полімерним волокном бетоном, не відрізняється від звичайного бетону, з коефіцієнтом удару близько 1,5. Крім того, результати показують, що три - розмірні деформовані сталеві волокна мають більш очевидний коефіцієнт динамічного впливу, ніж два - розмірні деформовані сталеві волокна; Однак міцність на розрив при динамічних навантаженнях та залишкова міцність на вигин після розтріскування значно покращилася.
Продуктивність волокон у бетоні під впливовими навантаженнями багато в чому залежить від зв'язку між волокнами та бетоном при переміщеннях з високими показниками розвитку тріщин. Дослідження показали, що зі збільшенням швидкості завантаження бетон сталевого волокна має високу стійкість до розвитку тріщин, порівняно з деякими бетонними зразками з поліпропіленових волокнах, але останні можуть швидко наздогнати перші; Припускається, що це головним чином тому, що самі поліпропіленові волокна більш чутливі до швидкості деформації, ніж сталеві волокна.
Контроль тріщин усадки
Добре відомо, що волокна можуть суттєво вплинути на вільну усадку та інші пов'язані з ними ранні - властивості вікових композицій на основі цементу -. Дослідження показали, що використання поліетиленових волокон з обсягом відсотків приблизно 1% може зменшити вільну пластикову усадку бетону на цілих 30%. Окрім вільної усадки, для вивчення впливу волокон на обмежену усадку бетону також використовуються різні методики. Додавання волокон в основному використовується для зміни ширини та довжини тріщин усадки в бетоні під обмеженим середовищем. Відповідні висновки дослідження приблизно наступні.
1. Матеріал волокон та тип мають великий вплив на тріщини усадки. Для того ж об'єму вмісту волокна скло волокна є найбільш ефективним для пригнічення росту тріщин з подальшим синтетичним волокном.
2. Для заданої фракції волоконного об'єму та типу волокна довше, менші волокна- діаметр є більш ефективними, ніж коротші, товстіші волокна; Волокна з більшим ступенем геометричної деформації на поверхні є більш ефективними, ніж неформовані волокна.
3. Що стосується рослинних волокон, покриті або без покриття волокна ефективні лише тоді, коли відсоток обсягу вище 0,3%.
Водонепроникний і довговічний
Компоненти конструкційних бетонів схильні до деградації через атаку сірчаної кислоти, Thaw - Цикли заморожування, алкалі - реакції кремнезему та корозія сталевих брусків. У всіх цих випадках проникнення води відіграє вирішальну роль. Довговічність збірних бетонних продуктів залежить насамперед від швидкості вторгнення води/проникнення. Результати показують, що проникність води, в свою чергу, залежить від тріщин у бетоні, а збільшення ширини бетонних тріщин призведе до більшої проникності води. Підсилення волокна покращує стійкість до розтріскування бетону, збільшує шорсткість поверхні тріщини та сприяє розвитку множинних тріщин, що значно знижує бетонну проникність. Що стосується напруги та напруги -, спричинених бетонним розтріскуванням, результати показали, що тріщини звичайного бетону значно збільшують його проникність, тоді як проникність волокна - Залізований бетон значно нижча, ніж у звичайного бетону. Щодо того, як волокна покращують водостійкість, дослідження показали, що мікропори в звичайному бетоні змінюються на нанопори через додавання волокон.
Корозія арматури в збірному бетоні є суттєвою проблемою. Забруднення хлориду в бетоні є головним фактором, і механізми та процеси, за допомогою яких він роз'єднує сталь, добре зрозумілі. На жаль, тріщини в бетоні дозволяють іонам хлориду та іншим корозійним хімікатам легше потрапляти, тим самим сприяючи подальшій корозії. Іони хлориду дифундують насамперед через проникнення капілярної води, тоді як дифузія хлориду в першу чергу залежить від проникності води.
