الوضع الحالي وتطوير الخرسانة الملموسة الألياف الفولاذية

الخرسانة الملموسة الألياف الصلب (SFRC) هي نوع جديد من المواد المركبة التي يمكن سكبها ورشها عن طريق إضافة كمية مناسبة من الألياف الفولاذية القصيرة إلى خرسانة عادية. لقد تطورت بسرعة في الداخل والخارج في السنوات الأخيرة. إنه يتغلب على أوجه القصور في قوة الشد المنخفضة ، والاستطالة النهائية الصغيرة والممتلكات الهشة للخرسانة. لديها خصائص ممتازة مثل قوة الشد ، ومقاومة الانحناء ، ومقاومة القص ، ومقاومة الكراك ، ومقاومة التعب ، وارتفاع المتانة. تم تطبيقه في الهندسة الهيدروليكية والطرق والجسر والبناء وغيرها من الحقول الهندسية.

1. تطوير الخرسانة الملموسة من الألياف الفولاذية
الخرسانة المسلحة الألياف (FRC) هي اختصار الخرسانة المسلحة الألياف. وعادة ما يكون مركبًا قائمًا على الأسمنت يتكون من عجينة الأسمنت أو هاون أو ألياف خرسانية وألياف معدنية أو ألياف غير عضوية أو مواد معززة بالألياف العضوية. إنها مادة بناء جديدة تتشكلها ألياف قصيرة وغرامة بشكل موحد مع قوة شد عالية ، استطالة في نهاية المطاف عالية ومقاومة القلويات العالية في المصفوفة الخرسانية. يمكن للألياف في الخرسانة أن تحد من توليد الشقوق المبكرة في الخرسانة وتوسيع نطاق الشقوق في ظل عمل القوة الخارجية ، والتغلب بفعالية على العيوب الكامنة مثل قوة الشد المنخفضة ، والتكسير السهل ، ومقاومة التعب السيئة للخرسانة ، وتحسين الأداء بشكل كبير من العدوى ، مقاومة للماء ، مقاومة الصقيع وحماية التعزيز للخرسانة. اجتذبت الخرسانة الملموسة المعززة بالألياف ، وخاصة الخرسانة الملموسة للألياف الصلب ، المزيد والمزيد من الاهتمام في الأوساط الأكاديمية والهندسية في الهندسة العملية بسبب أدائها المتفوق. 1907 الخبير السوفيتي ب. بدأ Hekpocab في استخدام الخرسانة المسلحة الألياف المعدنية. في عام 1910 ، نشر HF Porter تقريرًا بحثيًا عن الخرسانة القصيرة للألياف ، مما يشير إلى أنه ينبغي تفريق الألياف الصلب القصيرة بالتساوي في الخرسانة لتقوية مواد المصفوفة ؛ في عام 1911 ، أضاف غراهام من الولايات المتحدة الألياف الفولاذية إلى خرسانة عادية لتحسين قوة واستقرار الخرسانة ؛ بحلول الأربعينيات من القرن الماضي ، قامت الولايات المتحدة وبريطانيا وفرنسا وألمانيا واليابان ودول أخرى بالكثير من الأبحاث حول استخدام الألياف الصلب لتحسين مقاومة التآكل ومقاومة الكراك للخرسانة ، وتكنولوجيا تصنيع الألياف الفولاذية ، وتحسين شكل الألياف الفولاذية لتحسين قوة الترابط بين الألياف والمصفوفة الخرسانية ؛ في عام 1963 ، نشرت JP Romualdi و GB Batson ورقة عن آلية تطوير الكراك للألياف الفولاذية المحصورة الخرسانة ، ووضعت استنتاج مفاده أن قوة الكراك في الخرسانة الملموس في إجهاد الشد (نظرية تباعد الألياف) ، وبالتالي بدء مرحلة التطوير العملية لهذه المادة المركبة الجديدة. حتى الآن ، مع تعميم وتطبيق الخرسانة المسلحة الألياف الصلب ، نظرًا لتوزيع الألياف المختلفة في الخرسانة ، هناك أربعة أنواع بشكل أساسي: الخرسانة الملموسة الألياف الفولاذية والألياف الهجينة الخرسانية الملموسة الملموسة المعززة.

2. آلية تعزيز الخرسانة الملموسة
(1) نظرية الميكانيكا المركبة. تعتمد نظرية الميكانيكا المركبة على نظرية مركبات الألياف المستمرة وتدمج مع خصائص توزيع الألياف الفولاذية في الخرسانة. في هذه النظرية ، تعتبر المركبات المركبة مركبات ثنائية الطور ذات ألياف كمرحلة واحدة ومصفوفة كمرحلة أخرى.
(2) نظرية تباعد الألياف. تم اقتراح نظرية تباعد الألياف ، والمعروفة أيضًا باسم نظرية مقاومة الكراك ، بناءً على ميكانيكا الكسر المرن الخطي. ترى هذه النظرية أن تأثير تعزيز الألياف يرتبط فقط بتباعد الألياف الموزعة بشكل موحد (الحد الأدنى للتباعد).

3. تحليل على حالة تطوير الخرسانة الملموسة الألياف الفولاذية
1. ستيل الألياف المعززة الخرسانة. تعتبر الخرسانة المسلحة الألياف الصلب نوعًا من الخرسانة الموحدة نسبيًا والمتعددة الاتجاهات التي تتشكل عن طريق إضافة كمية صغيرة من الفولاذ المنخفض الكربون والفولاذ المقاوم للصدأ وألياف FRP في خرسانة عادية. تكون كمية خلط الألياف الفولاذية عمومًا بنسبة 1 ٪ ~ 2 ٪ من حيث الحجم ، بينما يتم خلط الألياف الفولاذية 70 ~ 100kg في كل متر مكعب من الخرسانة بالوزن. يجب أن يكون طول الألياف الفولاذية 25 ~ 60 مم ، ويجب أن يكون القطر 0.25 ~ 1.25 مم ، ويجب أن تكون أفضل نسبة من الطول إلى 50 ~ 700. ، مقاومة التآكل والكراك ، ولكن أيضا تعزيز صلابة الكسر ومقاومة التأثير للخرسانة ، وتحسين بشكل كبير مقاومة التعب ومتانة بنية ، وخاصة الصلابة يمكن زيادتها بمقدار 10 ~ 20 مرة. تتم مقارنة الخواص الميكانيكية للخرسانة المسلحة والخرسانة العادية في الصين. عندما يكون محتوى الألياف الفولاذية 15 ٪ ~ 20 ٪ ونسبة أسمنت الماء هي 0.45 ، تزداد قوة الشد بنسبة 50 ٪ ~ 70 ٪ ، تزيد قوة الانثناء بنسبة 120 ٪ ~ 180 ٪ ، وتزيد قوة التأثير بنسبة 10 ~ 20 الأوقات ، تزداد قوة التعب في التأثير بنسبة 15 ~ 20 مرة ، تزداد صلابة الانحناء بمقدار 14 إلى 20 مرة ، كما تحسنت مقاومة التآكل بشكل كبير. لذلك ، فإن الخرسانة الملموسة الألياف الصلب لها خصائص مادية وميكانيكية أفضل من الخرسانة العادية.

4. الخرسانة الألياف الهجينة
تظهر بيانات البحث ذات الصلة أن الألياف الفولاذية لا تعزز بشكل كبير قوة الضغط للخرسانة ، أو حتى تقليلها ؛ بالمقارنة مع الخرسانة العادية ، هناك وجهات نظر إيجابية وسلبية (زيادة وانخفاض) أو حتى وجهات النظر الوسيطة على عدم السهولة ، ومقاومة التآكل ، وتأثير وارتداء مقاومة الخرسانة الملموسة الألياف الفولاذية والوقاية من الانكماش البلاستيكي المبكرة من الخرسانة. بالإضافة إلى ذلك ، تواجه الخرسانة الملموسة الألياف الصلب بعض المشكلات ، مثل الجرعة الكبيرة ، والأسعار المرتفعة ، والصدأ ، ولا تقاوم تقريبًا للانفجار الناجم عن الحريق ، والتي أثرت على تطبيقها على درجات متفاوتة. في السنوات الأخيرة ، بدأ بعض العلماء المحليين والأجانب في الانتباه إلى الخرسانة الألياف المختلطة (HFRC) ، في محاولة لخلط الألياف مع خصائص ومزايا مختلفة ، والتعلم من بعضهم البعض ، واللعب مع "التأثير الهجين الإيجابي" في مستويات مختلفة و مراحل التحميل لتعزيز خصائص الخرسانة المختلفة ، وذلك لتلبية احتياجات المشاريع المختلفة. ومع ذلك ، فيما يتعلق بخصائصها الميكانيكية المختلفة ، وخاصة تشوهها التعب وتلف التعب ، وقانون تطوير التشوه وخصائص الأضرار تحت الأحمال الثابتة والديناميكية والسعة المستمرة أو الأحمال الدورية المتغيرة السعة ، وكمية الخلط الأمثل وخلط الألياف ، والعلاقة ، والعلاقة بين مكونات المواد المركبة ، وتأثير التعزيز وآلية التعزيز ، وأداء مضاد للتعب ، وآلية الفشل وتكنولوجيا البناء ، ومشاكل تصميم نسبة الخلط لدراسة مزيد من الدراسة.

5. الملموسة الألياف الفولاذية ذات الطبقات
ليس من السهل خلط الخرسانة المسلحة للألياف المتجانسة بالتساوي ، والألياف سهلة التكتل ، وكمية الألياف كبيرة ، والتكلفة مرتفعة نسبيًا ، مما يؤثر على تطبيقه الواسع. من خلال عدد كبير من الممارسات الهندسية والبحث النظري ، يتم اقتراح نوع جديد من بنية الألياف الفولاذية ، والخرسانة الملموسة للألياف الصلب (LSFRC). يتم توزيع كمية صغيرة من الألياف الفولاذية بالتساوي على الأسطح العلوية والسفلية من لوح الطريق ، ولا يزال الوسط طبقة خرسانية عادية. يتم توزيع الألياف الفولاذية في LSFRC بشكل عام يدويًا أو ميكانيكيًا. الألياف الصلب طويلة ، ونسبة قطر الطول تتراوح عمومًا بين 70 ~ 120 ، مما يدل على توزيع ثنائي الأبعاد. دون التأثير على الخواص الميكانيكية ، فإن هذه المادة لا تقلل بشكل كبير من كمية الألياف الفولاذية ، ولكنها تتجنب أيضًا ظاهرة تكتل الألياف في خلط الخرسانة المسلحة الألياف المتكاملة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وضع طبقة الألياف الفولاذية في الخرسانة له تأثير كبير على قوة الانحناء للخرسانة. التأثير المعزز لطبقة الألياف الفولاذية في الجزء السفلي من الخرسانة هو الأفضل. مع تحريك وضع طبقة الألياف الصلب لأعلى ، ينخفض ​​تأثير التعزيز بشكل كبير. إن قوة الانحناء لـ LSFRC أعلى من 35 ٪ من تلك الموجودة في الخرسانة العادية مع نفس نسبة المزيج ، والتي تكون أقل قليلاً من تلك الموجودة في الخرسانة المسلحة الألياف الفولاذية المتكاملة. ومع ذلك ، يمكن لـ LSFRC توفير الكثير من تكلفة المواد ، وليس هناك مشكلة في الاختلاط الصعب. لذلك ، تعد LSFRC مادة جديدة ذات فوائد اجتماعية واقتصادية جيدة وآفاق تطبيقات واسعة ، والتي تستحق التوحيد والتطبيق في بناء الرصيف.

6. خرسانة الألياف الهجينة الطبقات
الخرسانة الملموسة الألياف الهجينة للطبقة (LHFRC) عبارة عن مادة مركبة تتشكل عن طريق إضافة ألياف البولي بروبيلين بنسبة 0.1 ٪ على أساس LSFRC وتوزيع عدد كبير من الألياف البولي بروبيلين القصيرة والقصيرة ذات الطول المرتفع والاستطالة النهائية العالية في الفولاذ العلوي والسفلي الخرسانة الألياف والخرسانة العادية في الطبقة الوسطى. يمكن أن يتغلب على ضعف طبقة الخرسانة العادية LSFRC الوسيطة ومنع مخاطر السلامة المحتملة بعد أن تلبس ألياف الصلب السطحي. يمكن أن يعزز LHFRC بشكل كبير قوة الانحناء للخرسانة. بالمقارنة مع الخرسانة العادية ، تزداد قوتها الثنية للخرسانة العادية بحوالي 20 ٪ ، ومقارنة مع LSFRC ، تزداد قوتها الانثناء بنسبة 2.6 ٪ ، ولكنها لها تأثير ضئيل على معامل المرونة الثنائية للخرسانة. يكون معامل المرونة المرنة من LHFRC أعلى بنسبة 1.3 ٪ من الخرسانة العادية و 0.3 ٪ أقل من LSFRC. يمكن أن يعزز LHFRC بشكل كبير من صلابة الانثناء للخرسانة ، ومؤشر صلابة الانثناء هو حوالي 8 أضعاف من الخرسانة العادية و 1.3 أضعاف LSFRC. علاوة على ذلك ، نظرًا لأداء مختلف الألياف أو أكثر في LHFRC في الخرسانة ، وفقًا للاحتياجات الهندسية ، يمكن استخدام التأثير الهجين الإيجابي للألياف الاصطناعية والألياف الفولاذية في الخرسانة لتحسين البنيه والمتانة والصلابة بشكل كبير ، قوة الانحناء وقوة الشد للمادة ، تحسين جودة المواد وإطالة عمر خدمة المادة.

—— Abstract (شانشي بنية ، المجلد 38 ، رقم 11 ، تشن هويكينغ)