بتن تقویت شده فیبر فولادی (SFRC) نوع جدیدی از مواد کامپوزیت است که با اضافه کردن مقدار مناسب فیبر فولادی کوتاه به بتن معمولی قابل ریخت و پاشیده می شود. در سالهای اخیر به سرعت در خانه و خارج از کشور توسعه یافته است. این بر کاستی های استحکام کششی کم ، کشیدگی نهایی کوچک و خاصیت شکننده بتن غلبه می کند. این ویژگی دارای خواص بسیار خوبی مانند مقاومت کششی ، مقاومت در برابر خمش ، مقاومت برشی ، مقاومت در برابر ترک ، مقاومت در برابر خستگی و سختی زیاد است. این کار در مهندسی هیدرولیک ، جاده و پل ، ساخت و ساز و سایر زمینه های مهندسی اعمال شده است.

 

一．توسعه بتن تقویت شده فیبر فولادی

 

بتن مسلح فیبر (FRC) مخفف بتن مسلح فیبر است. این معمولاً یک کامپوزیت مبتنی بر سیمان است که از خمیر سیمان ، ملات یا فیبر بتونی و فلزی ، فیبر معدنی یا مواد تقویت شده فیبر آلی تشکیل شده است. این یک مصالح ساختمانی جدید است که با پراکندگی یکنواخت الیاف کوتاه و ریز با استحکام کششی بالا ، کشیدگی نهایی بالا و مقاومت قلیایی بالا در ماتریس بتونی تشکیل شده است. فیبر در بتن می تواند تولید ترک های اولیه در بتن و گسترش بیشتر ترک ها تحت عمل نیروی خارجی را محدود کند ، به طور موثری بر نقایص ذاتی مانند مقاومت کششی کم ، ترک خوردگی آسان و مقاومت در برابر خستگی ضعیف بتن غلبه کرده و عملکرد را تا حد زیادی بهبود بخشد. از نفوذپذیری ، ضد آب ، مقاومت در برابر یخبندان و محافظت از تقویت بتن. بتن مسلحانه فیبر ، به ویژه بتن تقویت شده با فیبر فولادی ، به دلیل عملکرد برتر ، توجه بیشتری را در محافل دانشگاهی و مهندسی در مهندسی عملی به خود جلب کرده است. 1907 متخصص شوروی B п. Hekpocab شروع به استفاده از بتن تقویت شده با فیبر فلزی کرد. در سال 1910 ، HF Porter گزارشی تحقیقاتی در مورد بتن مسلحانه فیبر کوتاه منتشر کرد و نشان می دهد که الیاف فولادی کوتاه باید به طور مساوی در بتن پراکنده شوند تا مواد ماتریس را تقویت کنند. در سال 1911 ، گراهام از ایالات متحده فیبر فولادی را به بتن معمولی اضافه کرد تا قدرت و ثبات بتن را بهبود بخشد. تا دهه 1940 ، ایالات متحده ، انگلیس ، فرانسه ، آلمان ، ژاپن و سایر کشورها تحقیقات زیادی در مورد استفاده از فیبر فولادی برای بهبود مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر ترک بتن ، فناوری تولید بتن فیبر فولادی انجام داده بودند و بهبود شکل فیبر فولادی برای بهبود استحکام پیوند بین فیبر و ماتریس بتونی. در سال 1963 ، JP Romualdi و GB Batson مقاله ای را در مورد مکانیسم توسعه ترک بتن محدود فیبر فولادی منتشر کردند و نتیجه گیری را مطرح کردند که استحکام ترک بتن تقویت شده با فیبر فولادی با میانگین فاصله الیاف فولادی تعیین می شود که نقش مؤثر ایفا می کند در استرس کششی (تئوری فاصله فیبر) ، بنابراین مرحله توسعه عملی این ماده کامپوزیت جدید را شروع می کند. تا کنون ، با محبوبیت و کاربرد بتن تقویت شده فیبر فولادی ، به دلیل توزیع متفاوت الیاف در بتن ، عمدتا چهار نوع وجود دارد: بتن تقویت شده با فیبر فولادی ، بتن تقویت شده با فیبر هیبریدی ، فیبر فولادی لایه ای و فیبر هیبریدی لایه ای لایه لایه بتن مسلح

 

二مکانیسم تقویت بتن تقویت شده فیبر فولادی

 

1. تئوری مکانیک کامپوزیت. تئوری مکانیک کامپوزیت مبتنی بر تئوری کامپوزیت های فیبر مداوم و همراه با ویژگی های توزیع الیاف فولادی در بتن است. در این تئوری ، کامپوزیت ها به عنوان کامپوزیت های دو فاز با فیبر به عنوان یک فاز و ماتریس به عنوان مرحله دیگر در نظر گرفته می شوند.

 

نظریه فاصله فیبر. نظریه فاصله فیبر ، همچنین به عنوان تئوری مقاومت در برابر ترک شناخته می شود ، بر اساس مکانیک شکستگی الاستیک خطی ارائه شده است. این تئوری معتقد است که اثر تقویت الیاف فقط مربوط به فاصله فیبر توزیع شده به طور یکنواخت (حداقل فاصله) است.

 

三．تجزیه و تحلیل وضعیت توسعه بتن تقویت شده فیبر فولادی

 

1.بتن تقویت شده فیبر فولادی.بتن تقویت شده فیبر فولادی نوعی بتن مسلح نسبتاً یکنواخت و چند جهته است که با اضافه کردن مقدار کمی از فولاد کربن کم ، فولاد ضد زنگ و الیاف FRP به بتن معمولی تشکیل می شود. مقدار مخلوط کردن فیبر فولادی به طور کلی 1 ٪ 2 ٪ از نظر حجم است ، در حالی که فیبر فولادی 70 ~ 100 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن با وزن مخلوط می شود. طول فیبر فولادی باید 60 میلی متر 25 ~ باشد ، قطر باید 1.25 میلی متر ~ 0.25 باشد و بهترین نسبت طول به قطر باید 700 ~ 700 باشد. در مقایسه با بتن معمولی ، نه تنها می تواند کششی ، برشی را بهبود بخشد. ، مقاومت در برابر سایش و ترک ، اما همچنین مقاومت در برابر شکستگی و مقاومت در برابر ضربه بتن را تا حد زیادی تقویت می کند و مقاومت در برابر خستگی و دوام ساختار ، به ویژه چقرمگی را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. می توان 10 ~ 20 بار افزایش یافت. خصوصیات مکانیکی بتن مسلح فیبر فولادی و بتن معمولی در چین مقایسه می شود. هنگامی که محتوای فیبر فولادی 20 ~ 20 ٪ و نسبت سیمان آب 0.45 است ، مقاومت کششی با 70 ~ 70 ٪ افزایش می یابد ، مقاومت خمشی با 180 ~ 180 ٪ افزایش می یابد ، قدرت ضربه 20 ~ 10 افزایش می یابد بارها ، مقاومت خستگی ضربه به 15 ~ 20 برابر افزایش می یابد ، چقرمگی خمشی 20 ~ 20 برابر افزایش می یابد و مقاومت سایش نیز به طور قابل توجهی بهبود می یابد. بنابراین ، بتن مسلح فیبر فولادی نسبت به بتن ساده از خواص فیزیکی و مکانیکی بهتری برخوردار است.

بتن فیبر 2. هیبرید. داده های تحقیق مرتبط نشان می دهد که فیبر فولادی به طور قابل توجهی مقاومت فشاری بتن را ترویج نمی کند ، یا حتی آن را کاهش می دهد. در مقایسه با بتن ساده ، دیدگاههای مثبت و منفی (افزایش و کاهش) یا حتی دیدگاههای میانی در مورد نفوذ ناپذیری ، مقاومت در برابر سایش ، ضربه و مقاومت سایش بتن تقویت شده با فیبر فولادی و جلوگیری از انقباض پلاستیکی اولیه بتن وجود دارد. علاوه بر این ، بتن تقویت شده با فیبر فولادی دارای برخی از مشکلات مانند دوز بزرگ ، قیمت بالا ، زنگ زدگی و تقریباً هیچ مقاومت در برابر پشت سر هم ناشی از آتش سوزی است که این امر بر کاربرد آن در درجه های مختلف تأثیر گذاشته است. در سالهای اخیر ، برخی از محققان داخلی و خارجی شروع به توجه به بتن فیبر هیبریدی (HFRC) کردند و سعی کردند الیاف را با خواص و مزایای مختلف مخلوط کنند ، از یکدیگر بیاموزند و بازی را به "اثر ترکیبی مثبت" در سطوح مختلف و بازی کنند مراحل بارگیری برای افزایش خواص مختلف بتن ، به منظور پاسخگویی به نیاز پروژه های مختلف. با این حال ، با توجه به خصوصیات مکانیکی مختلف آن ، به ویژه تغییر شکل خستگی و خستگی آن ، قانون توسعه تغییر شکل و خصوصیات آسیب در زیر بارهای استاتیک و پویا و دامنه ثابت یا بارهای چرخه ای دامنه متغیر ، مقدار بهینه اختلاط و اختلاط فیبر ، رابطه بین مؤلفه های مواد کامپوزیت ، تقویت اثر و مکانیسم تقویت ، عملکرد ضد خستگی ، مکانیسم خرابی و فناوری ساخت و ساز ، مشکلات طراحی نسبت مخلوط باید بیشتر باشد مطالعه کرد

بتن تقویت شده فیبر فولادی.بتن تقویت شده با فیبر یکپارچه به طور مساوی آسان نیست ، فیبر به راحتی جمع می شود ، میزان فیبر زیاد است و هزینه آن نسبتاً زیاد است ، که این امر بر کاربرد گسترده آن تأثیر می گذارد. از طریق تعداد زیادی از تمرین مهندسی و تحقیقات نظری ، نوع جدیدی از ساختار فیبر فولادی ، بتن تقویت شده فیبر فولادی (LSFRC) ارائه شده است. مقدار کمی از فیبر فولادی به طور مساوی در سطوح فوقانی و تحتانی صفحه جاده توزیع می شود و وسط هنوز یک لایه بتونی ساده است. فیبر فولادی در LSFRC به طور کلی به صورت دستی یا مکانیکی توزیع می شود. فیبر فولادی طولانی است و نسبت قطر طول به طور کلی بین 120 ~ 70 است که توزیع دو بعدی را نشان می دهد. بدون تأثیر بر خصوصیات مکانیکی ، این ماده نه تنها میزان فیبر فولادی را به شدت کاهش می دهد ، بلکه از پدیده تجمع فیبر در مخلوط کردن بتن تقویت شده فیبر نیز جلوگیری می کند. علاوه بر این ، موقعیت لایه فیبر فولادی در بتن تأثیر زیادی بر مقاومت خمشی بتن دارد. اثر تقویت لایه فیبر فولادی در پایین بتن بهترین است. با حرکت لایه فیبر فولادی به سمت بالا ، اثر تقویت کننده به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. استحکام خمشی LSFRC بیش از 35 ٪ بیشتر از بتن ساده با نسبت مخلوط یکسان است ، که کمی پایین تر از بتن تقویت شده با فیبر فولادی است. با این حال ، LSFRC می تواند هزینه زیادی را صرفه جویی کند ، و مشکلی برای اختلاط دشوار وجود ندارد. بنابراین ، LSFRC یک ماده جدید با مزایای خوب اجتماعی و اقتصادی و چشم انداز برنامه های گسترده است ، که شایسته محبوبیت و کاربرد در ساخت و ساز روسازی است.

 

4.بتن فیبر هیبریدی لایه ای.بتن تقویت شده فیبر هیبریدی لایه ای (LHFRC) یک ماده کامپوزیت است که با اضافه کردن 0.1 ٪ فیبر پلی پروپیلن بر اساس LSFRC و توزیع یکنواخت تعداد زیادی از الیاف پلی پروپیلن ریز و کوتاه با استحکام کششی بالا و کشش نهایی بالا در فولاد فوقانی و پایین که به طور مساوی توزیع می شود ، تشکیل شده است. بتن فیبر و بتن ساده در لایه میانی. این می تواند بر ضعف لایه بتونی ساده LSFRC غلبه کند و از خطرات ایمنی احتمالی پس از فرسودگی فیبر فولادی سطح جلوگیری کند. LHFRC می تواند به طور قابل توجهی مقاومت خمشی بتن را افزایش دهد. در مقایسه با بتن ساده ، مقاومت خمشی آن از بتن ساده حدود 20 ٪ افزایش می یابد و در مقایسه با LSFRC ، مقاومت خمشی آن 2.6 ٪ افزایش می یابد ، اما تأثیر کمی در مدول الاستیک خمشی بتن دارد. مدول الاستیک خمشی LHFRC 1.3 ٪ بیشتر از بتن ساده و 0.3 ٪ پایین تر از LSFRC است. LHFRC همچنین می تواند به میزان قابل توجهی سختی خمشی بتن را تقویت کند ، و شاخص چقرمگی خمشی آن حدود 8 برابر بتن ساده و 1.3 برابر LSFRC است. علاوه بر این ، با توجه به عملکرد متفاوت دو یا چند الیاف در LHFRC در بتن ، با توجه به نیازهای مهندسی ، می توان از اثر ترکیبی مثبت فیبر مصنوعی و فیبر فولادی در بتن استفاده کرد تا تا حد زیادی انعطاف پذیری ، دوام ، سختی ، استحکام ترک را بهبود بخشد. ، استحکام خمشی و استحکام کششی مواد ، کیفیت مواد را بهبود بخشیده و عمر خدمات مواد را طولانی تر می کند.

——چکیده (معماری شانشی ، جلد 38 ، شماره 11 ، چن هویقینگ)