Il cemento armato in fibra di acciaio (SFRC) è un nuovo tipo di materiale composito che può essere versato e spruzzato aggiungendo una quantità adeguata di fibra d'acciaio corta nel cemento ordinario. Si è sviluppato rapidamente in patria e all'estero negli ultimi anni. Supera le carenze di bassa resistenza alla trazione, piccola allungamento finale e fragile proprietà di calcestruzzo. Ha proprietà eccellenti come resistenza alla trazione, resistenza alla flessione, resistenza al taglio, resistenza alle crepe, resistenza alla fatica e alta tenacità. È stato applicato in ingegneria idraulica, strada e ponti, costruzioni e altri campi di ingegneria.
1. Sviluppo di cemento armato in fibra d'acciaio
Il cemento armato in fibra (FRC) è l'abbreviazione del cemento armato in fibra. Di solito è un composito a base di cemento composto da pasta di cemento, mortaio o in cemento e fibra di metallo, fibra inorganica o materiali rinforzati in fibra organica. È un nuovo materiale da costruzione formato da una dispersione uniforme di fibre corte e fini con alta resistenza alla trazione, alta allungamento finale e elevata resistenza alcalino nella matrice di cemento. La fibra nel calcestruzzo può limitare la generazione di prime crepe nel calcestruzzo e l'ulteriore espansione delle fessure sotto l'azione della forza esterna, superare efficacemente i difetti intrinseci come una bassa resistenza alla trazione, un facile cracking e una scarsa resistenza alla fatica del calcestruzzo e migliorare notevolmente le prestazioni di impermeabilità, impermeabile, resistenza al gelo e protezione del rinforzo del calcestruzzo. Il cemento armato in fibra, in particolare il cemento armato in fibra d'acciaio, ha attirato sempre più attenzione nei circoli accademici e ingegneristici in ingegneria pratica a causa delle sue prestazioni superiori. 1907 Esperto sovietico B п. Hekpocab ha iniziato a usare il cemento armato in fibra metallica; Nel 1910, HF Porter pubblicò un rapporto di ricerca su cemento armato a fibra corta, suggerendo che le fibre d'acciaio corte dovrebbero essere uniformemente disperse in cemento per rafforzare i materiali a matrice; Nel 1911, Graham degli Stati Uniti aggiunse fibra d'acciaio al cemento ordinario per migliorare la resistenza e la stabilità del calcestruzzo; Negli anni '40, gli Stati Uniti, la Gran Bretagna, la Francia, la Germania, il Giappone e altri paesi avevano fatto molte ricerche sull'uso di fibre in acciaio per migliorare la resistenza all'usura e la resistenza alle crepe del calcestruzzo, la tecnologia di produzione del calcestruzzo in fibra d'acciaio e il miglioramento del miglioramento forma della fibra di acciaio per migliorare la forza di legame tra fibra e matrice di cemento; Nel 1963, JP Romualdi e GB Batson pubblicarono un documento sul meccanismo di sviluppo delle crepe di cemento confinato in fibra d'acciaio e mettono in avanti la conclusione che la resistenza alla crepa del cemento armato in fibra d'acciaio è determinata dalla spaziatura media delle fibre di acciaio che svolge un ruolo efficace Nello stress di trazione (teoria della spaziatura delle fibre), iniziando così la fase pratica di sviluppo di questo nuovo materiale composito. Fino ad ora, con la divulgazione e l'applicazione del cemento armato in fibra in acciaio, a causa della diversa distribuzione delle fibre nel calcestruzzo, ci sono principalmente quattro tipi: calcestruzzo armato in fibra di acciaio, cemento armato in fibra ibrida, cemento armato in fibra di acciaio a strati di acciaio cemento armato.
2. Meccanismo di rafforzamento del cemento armato in fibra d'acciaio
(1) Teoria della meccanica composita. La teoria della meccanica composita si basa sulla teoria dei compositi di fibre continue e combinata con le caratteristiche di distribuzione delle fibre di acciaio nel calcestruzzo. In questa teoria, i compositi sono considerati compositi a due fasi con fibra come una fase e una matrice come l'altra fase.
(2) Teoria della spaziatura delle fibre. La teoria della spaziatura delle fibre, nota anche come teoria della resistenza alle crepe, è proposta basata sulla meccanica lineare di frattura elastica. Questa teoria sostiene che l'effetto di rinforzo delle fibre è correlato solo alla spaziatura delle fibre distribuite uniformemente (spaziatura minima).
3. Analisi sullo stato di sviluppo del cemento armato in fibra d'acciaio
1. Calcestruzzo rinforzato in fibra di stelo. Il cemento armato in fibra di acciaio è una sorta di cemento rinforzato relativamente uniforme e multidirezionale formato aggiungendo una piccola quantità di acciaio a basso contenuto di carbonio, acciaio inossidabile e fibre FRP in cemento ordinario. La quantità di miscelazione di fibra di acciaio è generalmente all'1% ~ 2% in volume, mentre la fibra di acciaio da 70 ~ 100 kg viene miscelata in ciascun metro cubo di cemento in peso. La lunghezza della fibra di acciaio dovrebbe essere di 25 ~ 60 mm, il diametro dovrebbe essere 0,25 ~ 1,25 mm e il miglior rapporto di lunghezza e diametro dovrebbe essere 50 ~ 700. Rispetto al calcestruzzo ordinario, ma non solo può migliorare la trazione, il taglio, la flessione , resistenza all'usura e alle crepe, ma migliorano anche notevolmente la resistenza alla frattura e la resistenza all'impatto del calcestruzzo e migliorano significativamente la resistenza alla fatica e la durata della struttura, in particolare la resistenza può essere aumentato di 10 ~ 20 volte. Le proprietà meccaniche del cemento armato in fibra d'acciaio e del cemento ordinario vengono confrontate in Cina. Quando il contenuto di fibra di acciaio è del 15% ~ 20% e il rapporto di cemento d'acqua è 0,45, la resistenza alla trazione aumenta del 50% ~ 70%, la resistenza alla flessione aumenta del 120% ~ 180%, la resistenza all'impatto aumenta di 10 ~ 20 ~ 20 Tempi, la resistenza alla fatica dell'impatto aumenta di 15 ~ 20 volte, la tenacità della flessione aumenta di 14 ~ 20 volte e anche la resistenza all'usura è significativamente migliorata. Pertanto, il cemento armato in fibra d'acciaio ha proprietà fisiche e meccaniche migliori del calcestruzzo semplice.
4. Calcestruzzo in fibra ibrida
I dati di ricerca pertinenti mostrano che la fibra di acciaio non promuove significativamente la resistenza a compressione del calcestruzzo o addirittura lo riduce; Rispetto al calcestruzzo semplice, esistono viste positive e negative (aumento e diminuzione) o persino intermedi su impermeabilità, resistenza all'usura, impatto e resistenza all'usura del cemento armato in fibra di acciaio e la prevenzione del retribuzione in plastica precoce del calcestruzzo. Inoltre, il cemento armato in fibra d'acciaio ha alcuni problemi, come dosaggio di grandi dimensioni, prezzo elevato, ruggine e quasi nessuna resistenza allo scoppio causata dal fuoco, che ha influito sulla sua applicazione a vari gradi. Negli ultimi anni, alcuni studiosi nazionali e stranieri hanno iniziato a prestare attenzione al calcestruzzo in fibra ibrida (HFRC), cercando di mescolare le fibre con proprietà e vantaggi diversi, imparano gli uni dagli altri e giocano all'effetto ibrido positivo a diversi livelli e Caricamento delle fasi per migliorare le varie proprietà del cemento, in modo da soddisfare le esigenze di diversi progetti. Tuttavia, per quanto riguarda le sue varie proprietà meccaniche, in particolare la sua deformazione della fatica e il danno alla fatica, la legge sullo sviluppo della deformazione e le caratteristiche del danno in carichi statici e dinamici e ampiezza costante o carichi ciclici di ampiezza variabile, la quantità di miscelazione ottimale e la proporzione di fibra di miscelazione, la relazione, la relazione, la relazione della fibra Tra componenti dei materiali compositi, effetto di rafforzamento e meccanismo di rafforzamento, prestazioni anti -fatica, meccanismo di fallimento e tecnologia di costruzione, i problemi della progettazione della proporzione di miscela devono essere ulteriormente studiato.
5. cemento rinforzato in fibra di acciaio a strati
Il cemento rinforzato con fibra monolitica non è facile da mescolare uniformemente, la fibra è facile da agglomerarsi, la quantità di fibra è grande e il costo è relativamente elevato, il che influisce sulla sua ampia applicazione. Attraverso un gran numero di pratiche ingegneristiche e ricerche teoriche, viene proposto un nuovo tipo di struttura in fibra di acciaio, il cemento armato in fibra di acciaio a strato (LSFRC). Una piccola quantità di fibra di acciaio è distribuita uniformemente sulle superfici superiori e inferiori della lastra stradale e il mezzo è ancora uno strato di cemento semplice. La fibra di acciaio in LSFRC è generalmente distribuita manualmente o meccanicamente. La fibra di acciaio è lunga e il rapporto diametro di lunghezza è generalmente compreso tra 70 ~ 120, mostrando una distribuzione bidimensionale. Senza influire sulle proprietà meccaniche, questo materiale non solo riduce notevolmente la quantità di fibra di acciaio, ma evita anche il fenomeno dell'agglomerato di fibre nella miscelazione del cemento armato di fibre integrale. Inoltre, la posizione dello strato in fibra di acciaio nel calcestruzzo ha un grande impatto sulla resistenza alla flessione del calcestruzzo. L'effetto di rinforzo dello strato in fibra di acciaio nella parte inferiore del calcestruzzo è il migliore. Con la posizione dello strato in fibra di acciaio in aumento, l'effetto di rinforzo diminuisce in modo significativo. La resistenza alla flessione di LSFRC è superiore al 35% superiore a quella del calcestruzzo semplice con la stessa proporzione di miscela, che è leggermente inferiore a quella del cemento armato in fibra di acciaio integrale. Tuttavia, LSFRC può risparmiare molti costi materiali e non vi è alcun problema di miscelazione difficile. Pertanto, LSFRC è un nuovo materiale con buoni benefici sociali ed economici e ampie prospettive di applicazione, che è degna di divulgazione e applicazione nella costruzione della pavimentazione.
6. Calcestruzzo in fibra ibrida a strati
Il cemento rinforzato con fibra ibrida a strato (LHFRC) è un materiale composito formato aggiungendo una fibra di polipropilene allo 0,1% sulla base di LSFRC e distribuendo uniformemente un gran numero di fibre di polipropilene fine e corta con elevata resistenza alla trazione e elevata elegamento finale in acciaio superiore e più basso cemento in fibra e il calcestruzzo semplice nello strato intermedio. Può superare la debolezza dello strato di cemento semplice intermedio LSFRC e prevenire i potenziali pericoli per la sicurezza dopo che la fibra di acciaio superficiale è usurata. LHFRC può migliorare significativamente la resistenza alla flessione del calcestruzzo. Rispetto al calcestruzzo semplice, la sua resistenza alla flessione del calcestruzzo semplice è aumentata di circa il 20%e, confrontata con LSFRC, la sua resistenza alla flessione è aumentata del 2,6%, ma ha scarso effetto sul modulo elastico flessibile di calcestruzzo. Il modulo elastico flessibile di LHFRC è superiore dell'1,3% a quello del calcestruzzo semplice e dello 0,3% inferiore a quello di LSFRC. LHFRC può anche migliorare significativamente la tenacità di flessione del calcestruzzo e il suo indice di tenacità di flessione è circa 8 volte quello del calcestruzzo semplice e 1,3 volte quello di LSFRC. Inoltre, a causa delle diverse prestazioni di due o più fibre in LHFRC nel calcestruzzo, in base alle esigenze ingegneristiche, l'effetto ibrido positivo della fibra sintetica e della fibra di acciaio nel calcestruzzo può essere usato per migliorare notevolmente la duttilità, la durata, la resistenza alla crepa , La resistenza alla flessione e la resistenza alla trazione del materiale, migliorano la qualità del materiale e prolungano la durata del materiale.
— - Abstract (Shanxi Architecture, Vol. 38, n. 11, Chen Huiqing)
Tempo post: agosto-24-2022