Kuitu - Vahvistetut betonit (FRC) on komposiittimateriaali, joka koostuu sementti- tai hydraulisesta sementistä, vedestä, karkeasta ja hienoista aggregaateista ja lyhyistä ja tasaisesti jakautuneista epäjatkuvista kuiduista. Kuidut voivat olla teräskuituja, lasikuituja, hiilikuituja, polymeerikuituja, kasvikuituja jne. Pituus vaihtelee yleensä välillä 3 mm 64 mm, ja halkaisija voi vaihdella muutamasta mikronista 1 mm: iin. Kuidun risti - poikkileikkausmuoto voi olla pyöreä, elliptinen, monikulmainen, kolmionmuotoinen, puolikuu tai neliö, joka riippuu pääasiassa käytetyistä raaka -aineista sekä prosessointi- ja valmistusprosessista. Kuidut on jaettu pääasiassa kahteen luokkaan: karkeat kuidut ja hienot kuidut. Hienojen kuitujen halkaisija tai vastaava halkaisija on yleensä alle 0,3 mm, kun taas karkean kuitujen halkaisija tai vastaava halkaisija on suurempi tai yhtä suuri kuin 0,3 mm. SO -, jota kutsutaan vastaavaksi halkaisijaksi, on pyöreä halkaisija, joka on muutettu samasta rististä - leikkauspinta -ala kuin ympyräkuitu, ts. (4a/π) 0.5.
Kuidun tilavuusprosentti betonissa on yleensä 0,1% - 5%. Tämän tilavuusprosentin koko riippuu pääasiassa seoksen sekoittamisen helppoudesta ja projektin sovellusskenaariosta. Esimerkiksi kutistumisen ja lämpötilan muutoksen aiheuttamat sekundaariset rasitukset betonissa säädetään yleensä ja ratkaistaan pienillä kuituannoksilla (0,1% - 0,3% tilavuudella). Kun kuitupitoisuus ylittää 0,3%, kuitubetonin mekaaninen vaste on merkittävästi erilainen kuin tavallisen betonin ilman kuitua, pääasiassa sen kuormassa - laakerin kapasiteetti halkeamisen jälkeen. Kuitubetonin kykyä absorboida energiaa halkeilun jälkeen kutsutaan "sitkeyteen". Kun korkeampia kuidun annoksia lisätään betoniin, sitkeyden lisäksi halkeilun jälkeen, kuitubetoni näyttää myös kannan - vahvistusominaisuudet. Toisin sanoen tämä komposiittimateriaali voi kestää vetolujuuksia, jotka ylittävät itse tavallisen betonin. Näissä pseudoissa - taipuutuvat komposiitit, useita halkeamia ja huomattavia energian imeytymis- ja energian hajoamisominaisuuksia nähdään usein.
Tyypit kuituvahvistettu betoni
Amerikkalainen Standard ASTM C116/C116M antaa neljä tyyppiä kuitubetonia: ensimmäinen on teräskuitubetoni (SFRC), joka sisältää pääasiassa ruostumattomasta teräksestä valmistettuja kuitu-, seosteräskuitua ja hiiliteräskuitua; Toinen on lasikuitubetoni (GFRC), joka koostuu alkalista - kestävä lasikuitua; Kolmas on synteettinen kuitubetoni (synfrc) ja neljäs on luonnollinen kuitubetoni (NFRC).
Kuten yllä olevasta taulukosta voidaan nähdä, teräskuidun lujuus ja joustava moduuli ovat suhteellisen korkeat, eikä ruosteta ole helppoa, koska se on erittäin emäksisessä ympäristössä. Sidosvaikutus IT: n ja seoksen välillä voi saavuttaa tehokkaamman mekaanisen ankkuroinnin parantamalla pinnan karheutta ja muodonmuutoksia.
Synteettiset kuidut ovat pääosin - metallikuituja, jotka on tuotettu petrokemian ja tekstiiliteollisuuden kehittämisellä, mukaan lukien erilaiset polymeerien muodot. Seuraavat ovat joitain synteettisiä kuituja, joita käytetään yleisesti betonissa:
Hiilikuitu
Verrattuna teräskuituun, lasikuituun, polypropeenikuituun jne. Hiilikuidun etu on sen ominaisuuksissa, korkea moduuli, lämmönkestävyys, kemiallinen stabiilisuus emäksisessä ympäristössä ja muissa syövyttävissä kemiallisissa ympäristöissä; Lisäksi sillä on ominaisuus parantaa merkittävästi mekaanisia ominaisuuksia.
Nailonikuitu/polyamidikuitu
Tämän tyyppisellä kuidulla on hyvä vetolujuus, korkea sitkeys, joustava palautus ja hyvä hydrofiilisyys, ja se on suhteellisen vakaa sementti - pohjaisissa emäksisissä ympäristöissä.
Polypropeeni
Tällä kuidulla on matala elastinen moduuli ja matala sulamispiste, joten se ei sovellu betonielementtituotteisiin korkean - lämpötilan autoklaation alla. Matalan sulamispisteen vuoksi sitä voidaan kuitenkin käyttää tulenkestävän materiaalin tai tuotteiden tuottamiseen, joilla on korkea palonkestävyys. Polypropeenikuituja on kahta tyyppiä, joita käytetään betonin vahvistukseen: monofilamentit ja fibrillatetut kuidut (venytetyt kuidut). Nämä kuidut ovat hydrofobisia ja niillä on suuri kosketuskulma veden kanssa. Siksi heillä on huonompi sidos betonin kanssa kuin hydrofiiliset kuidut.
Polyvinyylialkoholikuitu
Tämä kuitu on valmistettu PVA -hartsista useiden suuren venytysprosessien kautta, ja sillä on suuri jäykkyys ja vedenkestävyys. Kuitujakaumatila betonipohjassa voidaan muuttaa erityisellä pintakäsittelyllä. Valitettavasti PVA -kuidulla on suuri lämpö kutistumiskerroin, ja sen kutistumisnopeus on jopa 4% 200 asteessa. Sillä on hyvä vastustuskyky emäksisille ympäristöille ja orgaanisille liuottimille, ja sillä on vähän voimakkuushäviötä pitkällä - termi ultraviolettisäteily.
Lasikuitu
Betonissa käytettyjen lasikuitujen on sisällettävä vähintään 16% zirkonium -dioksidia alkaliresistenssille; Muun tyyppisiä lasikuituja, kuten alkali - ilmaista kuitua, ei suositella käytettäväksi betonissa. Lasikuitu on korkea moduuli ja korkea lujuus, ja sillä on hyvä sidos betonilla. Ero lasikuituvahvistetun betonin ja muun kuituvahvistetun betonin välillä on kuitupitoisuus; Entisen kuidun tilavuusprosentti on 4% - 6%, kun taas jälkimmäinen tai muu kuidun tilavuusprosentti on noin 0,1% - 1%. Korkean lasikuitupitoisuuden saavuttamiseksi betonikoostumus tarvitsee korkean sementin, hienon aggregaatin ja melkein ilman karkeaa kokonaispitoisuutta.
Kuidun rooli betonissa
Kvasi - staattinen kuormitus ja vaikutusvaste
Kuidut voivat tehokkaasti parantaa mekaanisia ominaisuuksia. Impact Drop Hammer -testit osoittavat, että polypropeenikuitubetonin iskulujuus, jonka tilavuuspitoisuus on 0,1% - 0,2%, on korkeampi kuin tavallisen betonin sekä alkuperäisessä halkeamisvaiheessa että lopullisessa murtumisvaiheessa. Tällä hetkellä ei ole yhtenäistä standardimenetelmää kuitubetonin puristuslujuuden määrittämiseksi, mutta asiaankuuluvat tutkimukset ovat osoittaneet, että kuitubetonin aksiaalinen puristuslujuus on 85 - 100% korkeampi kuin tavallisen betonin; Lisätutkimukset ovat osoittaneet, että iskukuormituksissa kuitubetoni ei ole ilmeistä huippuluokan taipuisuutta myöhäisellä puristusjaksolla, mikä johtuu pääasiassa siitä, että betonifragmentteja ei ole sitoutunut kuituihin. Vaikka testitulokset osoittavat, että teräskuitubetonin iskukerroin on polymeerikuitubetoni ei eroa tavallisesta betonista, iskukerroin on noin 1,5. Lisäksi tulokset osoittavat, että kolmella - mittamuodostuneella teräskuidulla on selvempi dynaaminen iskukerroin kuin kahdella - ulottuvuudella muodonmuutos teräskuidut; Vetolujuus dynaamisilla kuormituksilla ja jäännös- taivutuslujuus halkeamisen jälkeen on kuitenkin parantunut merkittävästi.
Kuitujen suorituskyky betonissa iskukuormilla riippuu suurelta osin kuitujen ja betonin välisestä sidoksesta siirtymisissä, joilla on korkea halkeaman kehitysaste. Tutkimukset ovat osoittaneet, että kasvavilla kuormitusnopeuksilla teräskuitubetonilla on suuri vastus halkeamien kehitykselle verrattuna joihinkin betoninäytteisiin, joilla on polypropeenikuituja, mutta jälkimmäinen voi nopeasti kiinni entisessä; Arvellaan, että tämä johtuu pääasiassa siitä, että itse polypropeenikuidut ovat herkempiä venymisnopeuksille kuin teräskuidut.
Kutistumishalkeamien hallinta
On hyvin tiedossa, että kuidut voivat vaikuttaa merkittävästi vapaan kutistumiseen ja muihin siihen liittyviin varhaisiin - ikäominaisuuksiin - -pohjaisia komposiitteja. Tutkimukset ovat osoittaneet, että polyeteenikuitujen käyttö, joiden tilavuusprosentti on noin 1%, voi vähentää betonin vapaata muovia kutistumista jopa 30%. Vapaan kutistumisen lisäksi myös erilaisia tekniikoita käytetään kuitujen vaikutusten tutkimiseen betonin rajoitettuun kutistumiseen. Kuitujen lisäämistä käytetään pääasiassa betonin kutistumishalkeamien leveyden ja pituuden muuttamiseen rajoitetun ympäristön alla. Asiaankuuluvat tutkimuksen päätelmät ovat suunnilleen seuraavat.
1. Kuitumateriaalilla ja tyypillä on suuri vaikutus kutistumishalkeamiin. Samassa kuitupitoisuuden määrässä lasikuitu on tehokkain estämään halkeamien kasvua, jota seuraa synteettinen kuitu.
2. Tietylle kuitutilavuusosuudelle ja kuitutyypille pidempi, pienempi - -kuidut ovat tehokkaampia kuin lyhyemmät, paksummat kuidut; Kuidut, joilla on suurempi geometrinen muodonmuutos pinnalla, ovat tehokkaampia kuin epämuodostuneet kuidut.
3. Kasvikuiduissa päällystetyt tai päällystämättömät kuidut ovat tehokkaita vain, kun tilavuusprosentti on yli 0,3%.
Vedenpitävä ja kestävä
Betonikomponentit ovat alttiita hajoamiseen rikkihappohyökkäyksestä, sulaa - jäätymisjaksoja, alkalia - piidioksidireaktioita ja terästankojen korroosiota. Kaikissa näissä tapauksissa veden tunkeutumisella on ratkaiseva rooli. Betonielementtituotteiden kestävyys riippuu pääasiassa veden tunkeutumisen/tunkeutumisen nopeudesta. Tulokset osoittavat, että veden läpäisevyys puolestaan riippuu betonin halkeamista ja betonihalkeamien leveyden lisääntyminen johtaa suurempaan veden läpäisevyyteen. Kuituvahvistus parantaa betonihalkeamiskestävyyttä, lisää halkeaman pinnan karheutta ja edistää useiden halkeamien kehitystä, mikä vähentää merkittävästi betonin läpäisevyyttä. Mitä tulee stressiin ja stressiin - indusoimat betonikärkeät, tulokset ovat osoittaneet, että tavallisen betonin halkeamat lisäävät merkittävästi sen läpäisevyyttä, kun taas kuidun läpäisevyys - vahvistetun betonin läpäisevyys on huomattavasti alhaisempi kuin tavallisen betonin. Mitä tulee siihen, kuinka kuidut parantavat vedenkestävyyttä, tutkimukset ovat osoittaneet, että tavallisen betonin mikroporit muuttuvat nanoporeiksi kuitujen lisäämisen vuoksi.
Betonin aloituskorroosio on merkittävä ongelma. Kloridikontaminaatio betonissa on tärkeä tekijä, ja mekanismit ja prosessit, joilla se syövyttää terästä, ymmärretään hyvin. Valitettavasti betonin halkeamat sallivat kloridi -ionien ja muiden syövyttävien kemikaalien pääsyn helpommin, mikä edistää lisäkorroosiota. Kloridi -ionit diffundoivat pääasiassa kapillaariveden tunkeutumisen kautta, kun taas klorididiffuusio on ensisijaisesti riippuvainen veden läpäisevyydestä.
