Šķiedra - Dzelzs betons (FRC) ir kompozītmateriāls, kas sastāv no cementa vai hidrauliskā cementa, ūdens, rupjas un smalkiem agregātiem, kā arī īsiem un vienmērīgi sadalītām pārtrauktām šķiedrām. Šķiedras var būt tērauda šķiedras, stikla šķiedras, oglekļa šķiedras, polimēru šķiedras, augu šķiedras utt. Garums parasti svārstās no 3 mm līdz 64 mm, un diametrs var mainīties no dažiem mikroniem līdz 1 mm. Šķiedras šķērsgriezuma forma - var būt apļveida, eliptiska, daudzstūra, trīsstūrveida, pusmēness vai kvadrāts, kas galvenokārt ir atkarīgs no izmantotajām izejvielām un apstrādes un ražošanas procesa. Šķiedras galvenokārt tiek sadalītas divās kategorijās: rupjas šķiedras un smalkas šķiedras. Smalku šķiedru diametrs vai ekvivalents diametrs parasti ir mazāks par 0,3 mm, savukārt rupjo šķiedru diametrs vai ekvivalents diametrs ir lielāks vai vienāds ar 0,3 mm. SO -, ko sauc par ekvivalentu diametru, ir apļveida diametrs, kas pārveidots no tā paša krusta - sekcijas laukuma kā apļveida šķiedra, tas ir, (4a/π) 0,5.
Šķiedru tilpuma procents betonā parasti ir no 0,1% līdz 5%. Šī apjoma procentuālais lielums galvenokārt ir atkarīgs no maisījuma sajaukšanas un projekta pielietojuma scenārija. Piemēram, sekundāros spriegumus, ko izraisa saraušanās un betona temperatūras izmaiņas, parasti kontrolē un izšķir ar zemām šķiedras devām (0,1% līdz 0,3% pēc tilpuma). Kad šķiedru saturs pārsniedz 0,3%, šķiedru betona mehāniskā reakcija ievērojami atšķirsies no parastā betona bez šķiedras, galvenokārt tā slodzē - gultņu ietilpība pēc plaisāšanas. Šķiedru betona spēju absorbēt enerģiju pēc plaisāšanas sauc par “izturību”. Kad betonam pievieno lielākas šķiedras devas, papildus izturībai pēc plaisāšanas šķiedru betons parāda arī celmu - parametrus. Citiem vārdiem sakot, šis saliktais materiāls var izturēt stiepes spriegumus, kas pārsniedz paša parastā betona spriegumus. Šajos pseido - kaļamos kompozītmateriālos bieži tiek novērotas vairākas plaisas un ievērojamas enerģijas absorbcijas un enerģijas izkliedes īpašības.
Šķiedru dzelzsbetona veidi
Amerikāņu standarts ASTM C116/C116M dod četru veidu šķiedru betonu: pirmais ir tērauda šķiedru betons (SFRC), kurā galvenokārt ietilpst nerūsējošā tērauda šķiedra, tērauda šķiedrvielu leģēta un oglekļa tērauda šķiedrviela; Otrais ir stikla šķiedras betons (GFRC), kas sastāv no sārmu - izturīgas stikla šķiedras; Trešais ir sintētiskās šķiedras betons (synfrc), un ceturtais ir dabiskais šķiedru betons (NFRC).
Kā redzams no iepriekš minētās tabulas, tērauda šķiedras stiprums un elastības modulis ir salīdzinoši augsts, un to nav viegli sarūsēt, jo tā atrodas ļoti sārmainā vidē. Saistīšanas efekts starp to un maisījumu var sasniegt efektīvāku mehānisko noenkurošanu, uzlabojot virsmas raupjumu un deformāciju.
Sintētiskās šķiedras galvenokārt nav - metāliskas šķiedras, ko rada naftas ķīmijas un tekstilrūpniecības attīstība, ieskaitot dažādas polimēru veidus. Šīs ir dažas sintētiskas šķiedras, ko parasti izmanto saliekamajā betonā:
Oglekļa šķiedra
Salīdzinot ar tērauda šķiedru, stikla šķiedru, polipropilēna šķiedru utt., Oglekļa šķiedras priekšrocība ir tās īpašības, augstā modulis, karstuma izturība, ķīmiskā stabilitāte sārmainā vidē un cita kodīga ķīmiskā vide; Turklāt tam ir raksturīga būtiski uzlabot mehāniskās īpašības.
Neilona šķiedra/poliamīda šķiedra
Šāda veida šķiedrvielām ir laba stiepes izturība, augsta izturība, elastīga atveseļošanās un laba hidrofilitāte, un tā ir samērā stabila cementa - balstītas sārmainas vides.
Polipropilēns
Šai šķiedrai ir zems elastības modulis un zems kušanas temperatūra, tāpēc tā nav piemērota saliekamajiem betona produktiem ar augstu - temperatūras autoklāvēšanu. Tomēr, ņemot vērā zemo kušanas punktu, to var izmantot, lai ražotu ugunsizturīgus materiālus vai produktus ar augstu ugunsizturību. Ir divu veidu polipropilēna šķiedras, ko izmanto betona pastiprināšanai: monofilamenti un fibrilētas šķiedras (izstieptas šķiedras). Šīs šķiedras ir hidrofobiskas, un tām ir liels kontakta leņķis ar ūdeni. Tāpēc viņiem ir sliktāka saite ar betonu nekā hidrofilām šķiedrām.
Polivinilspirta šķiedra
Šī šķiedra ir izgatavota no PVA sveķiem, izmantojot vairākus augsta stiepšanās procesus, un tai ir augsta stingrība un ūdens izturība. Šķiedru sadalījuma stāvokli betona pamatnē var mainīt, veicot īpašu virsmas apstrādi. Diemžēl PVA šķiedrai ir liels termiskās saraušanās koeficients, un tās saraušanās ātrums ir pat 4% - 200 grādos. Tam ir laba pretestība sārmainai videi un organiskiem šķīdinātājiem, un tam ir mazs stiprības zudums ar garu - terminu ultravioletais starojums.
Stikla šķiedra
Stikla šķiedra, ko izmanto betonā, jābūt vismaz 16% cirkonija dioksīda izturībai pret sārmiem; Cita veida stikla šķiedras, piemēram, sārmu - bezmaksas šķiedra, nav ieteicams izmantot betonā. Stikla šķiedrai ir augsts modulis un augsta stiprība, un tai ir laba saite ar betonu. Stikla šķiedras dzelzsbetona un citu šķiedru dzelzsbetona atšķirība ir šķiedru saturs; Pirmajam šķiedras tilpuma procentam ir no 4% līdz 6%, bet otrais vai cits šķiedru tilpuma procents ir aptuveni 0,1% līdz 1%. Lai sasniegtu augstu stikla šķiedras saturu, betona kompozīcijai ir nepieciešams augsts cementa saturs, smalks kopums un gandrīz nav rupja apkopojuma.
Šķiedras loma betonā
Quasi - Statiskā ielāde un trieciena reakcija
Šķiedras var efektīvi uzlabot mehāniskās īpašības. Trieciena kritiena āmura testi rāda, ka polipropilēna šķiedru betona trieciena stiprums ar tilpuma saturu no 0,1% līdz 0,2% ir lielāks nekā parastajam betonam gan sākotnējā plaisāšanas posmā, gan pēdējā lūzuma posmā. Pašlaik nav vienotas standarta testa metodes, lai noteiktu šķiedru betona spiedes stiprību, bet attiecīgie pētījumi ir parādījuši, ka šķiedru betona aksiālā spiedes stiprība ir no 85% līdz 100% augstāka nekā parastā betona; Turpmākie pētījumi liecina, ka zem trieciena slodzēm šķiedru betonam vēlīnā saspiešanas periodā nav acīmredzamas maksimālās lopbarības, kas galvenokārt ir tāpēc, ka betona fragmenti nav saistīti ar šķiedrām. Lai gan testa rezultāti rāda, ka tērauda šķiedru betona trieciena koeficients ir polimēru šķiedru betons, neatšķiras no parastā betona, trieciena koeficients ir aptuveni 1,5. Turklāt rezultāti rāda, ka trim - Dimensiju deformētām tērauda šķiedrām ir acīmredzamāks dinamiskāks trieciena koeficients nekā divām - izmēru deformētām tērauda šķiedrām; Tomēr ir ievērojami uzlabojušies stiepes izturība zem dinamiskas slodzes un atlikušās lieces stiprums pēc plaisāšanas.
Šķiedru veiktspēja betonā ar trieciena slodzēm lielā mērā ir atkarīga no savienojuma starp šķiedrām un betonu zem pārvietojumiem ar lielu plaisu attīstības ātrumu. Pētījumi liecina, ka, palielinoties iekraušanas ātrumam, tērauda šķiedras betonam ir augsta izturība pret plaisu attīstību, salīdzinot ar dažiem betona paraugiem ar polipropilēna šķiedrām, bet pēdējie var ātri panākt pirmās; Tiek spekulēts, ka tas galvenokārt ir tāpēc, ka pašas polipropilēna šķiedras ir jutīgākas pret celma ātrumu nekā tērauda šķiedrām.
Saraušanās plaisu kontrole
Ir labi zināms, ka šķiedras var ievērojami ietekmēt brīvo saraušanos un citus saistītus agrīnus - cementa vecuma īpašības - balstītus kompozītus. Pētījumi liecina, ka polietilēna šķiedru izmantošana ar apjoma procentuālo daudzumu aptuveni 1% var samazināt betona brīvo plastmasas saraušanos pat par 30%. Papildus bezmaksas saraušanās gadījumā tiek izmantotas arī dažādas metodes, lai izpētītu šķiedru ietekmi uz ierobežotu betona saraušanos. Šķiedru pievienošanu galvenokārt izmanto, lai mainītu saraušanās plaisu platumu un garumu betonā ierobežotā vidē. Attiecīgie pētījumu secinājumi ir aptuveni šādi.
1. Šķiedru materiāls un tipam ir liela ietekme uz saraušanās plaisām. Tādam šķiedras satura apjomam stikla šķiedra ir visefektīvākā plaisu augšanas kavēšanā, kam seko sintētiskā šķiedra.
2. Dotajai šķiedras tilpuma frakcijai un šķiedru tipam garākas, mazākas - diametra šķiedras ir efektīvākas nekā īsākas, biezākas šķiedras; Šķiedras ar lielāku ģeometrisko deformāciju uz virsmas ir efektīvākas nekā neformētas šķiedras.
3. Tāpat kā augu šķiedrām, pārklājuma vai bez pārklājuma šķiedras ir spēkā tikai tad, ja tilpuma procents pārsniedz 0,3%.
Ūdensnecaurlaidīgs un izturīgs
Saliekamās betona komponenti ir pakļauti noārdīšanai sērskābes uzbrukuma dēļ, atkausēt - sasaldēšanas ciklus, sārmus - silīcija dioksīda reakcijas un tērauda stieņu korozija. Visos šajos gadījumos izšķiroša loma ir ūdens iekļūšanai. Saliekamo betona produktu izturība galvenokārt ir atkarīga no ūdens ielaušanās/iespiešanās ātruma. Rezultāti rāda, ka ūdens caurlaidība, savukārt, ir atkarīga no plaisām betona, un betona plaisu platuma palielināšanās izraisīs lielāku ūdens caurlaidību. Šķiedru pastiprināšana uzlabo konkrētu plaisāšanas pretestību, palielina plaisas virsmas raupjumu un veicina vairāku plaisu attīstību, kas ievērojami samazina betona caurlaidību. Kas attiecas uz stresu un spriegumu - izraisītu betona plaisāšanu, rezultāti parādīja, ka plaisas parastā betonā ievērojami palielina tā caurlaidību, savukārt šķiedras caurlaidība -} dzelzsbetons ir ievērojami zemāks nekā parastais betons. Runājot par to, kā šķiedras uzlabo ūdens izturību, pētījumi parādīja, ka parastā betona mikroporas tiek mainītas uz nanoporām šķiedru pievienošanas dēļ.
Svarīga problēma ir armatūras korozija saliekamajā betonā. Hlorīda piesārņojums betonā ir galvenais faktors, un mehānismi un procesi, ar kuriem tas korodē tēraudu, ir labi saprotami. Diemžēl plaisas betonā ļauj hlorīda joniem un citām kodīgām ķīmiskām vielām iekļūt vieglāk, tādējādi veicinot turpmāku koroziju. Hlorīda joni galvenokārt izkliedējas caur kapilāru ūdens iespiešanos, savukārt hlorīda difūzija galvenokārt ir atkarīga no ūdens caurlaidības.
