Stålfiberarmerad betong (SFRC) är en ny typ av kompositmaterial som kan gjutas och sprutas genom att tillsätta en lämplig mängd kort stålfiber i vanlig betong. Det har utvecklats snabbt hemma och utomlands de senaste åren. Det övervinner bristerna med låg draghållfasthet, liten slutlig töjning och spröda egenskaper hos betong. Den har utmärkta egenskaper såsom draghållfasthet, böjhållfasthet, skjuvhållfasthet, sprickbeständighet, utmattningsbeständighet och hög seghet. Det har applicerats inom vattenteknik, väg och bro, konstruktion och andra teknikområden.

 

一．Utveckling av stålfiberarmerad betong

 

Fiberarmerad betong (FRC) är en förkortning av fiberarmerad betong. Det är vanligtvis en cementbaserad komposit som består av cementpasta, murbruk eller betong och metallfiber, oorganiska fibrer eller organiskt fiberarmerade material. Det är ett nytt byggnadsmaterial som bildas genom att korta och fina fibrer med hög draghållfasthet, hög slutlig töjning och hög alkalibeständighet sprids jämnt i betongmatrisen. Fiber i betong kan begränsa genereringen av tidiga sprickor i betong och ytterligare expansion av sprickor under inverkan av yttre kraft, effektivt övervinna inneboende defekter som låg draghållfasthet, lätt sprickbildning och dålig utmattningsbeständighet hos betong, och avsevärt förbättra prestandan. av impermeabilitet, vattentät, frostbeständighet och armeringsskydd av betong. Fiberarmerad betong, särskilt stålfiberarmerad betong, har väckt mer och mer uppmärksamhet i akademiska och ingenjörskretsar inom praktisk teknik på grund av dess överlägsna prestanda. 1907 sovjetisk expert B П. Hekpocab började använda metallfiberarmerad betong; År 1910 publicerade HF Porter en forskningsrapport om kortfiberarmerad betong, som föreslår att korta stålfibrer bör fördelas jämnt i betong för att stärka matrismaterial; 1911 lade Graham från USA till stålfiber i vanlig betong för att förbättra betongens hållfasthet och stabilitet; På 1940-talet hade USA, Storbritannien, Frankrike, Tyskland, Japan och andra länder forskat mycket på att använda stålfiber för att förbättra betongens slitstyrka och sprickbeständighet, tillverkningstekniken för stålfiberbetong och förbättra form av stålfiber för att förbättra bindningsstyrkan mellan fiber och betongmatris; År 1963 publicerade JP romualdi och GB Batson en artikel om sprickutvecklingsmekanismen för stålfiberbegränsad betong och lade fram slutsatsen att sprickhållfastheten hos stålfiberarmerad betong bestäms av det genomsnittliga avståndet mellan stålfibrer som spelar en effektiv roll i dragspänning (fiberavståndsteori), vilket startar det praktiska utvecklingsstadiet för detta nya kompositmaterial. Hittills, med populariseringen och tillämpningen av stålfiberarmerad betong, på grund av den olika fördelningen av fibrer i betong, finns det huvudsakligen fyra typer: stålfiberarmerad betong, hybridfiberarmerad betong, skiktad stålfiberarmerad betong och skiktad hybridfiber armerad betong.

 

二.Förstärkningsmekanism av stålfiberarmerad betong

 

1.Kompositmekanikteori. Teorin om kompositmekanik bygger på teorin om kontinuerliga fiberkompositer och kombinerat med fördelningsegenskaperna hos stålfibrer i betong. I denna teori betraktas kompositer som tvåfaskompositer med fiber som en fas och matris som den andra fasen.

 

Fiberavståndsteori. Fiberavståndsteori, även känd som sprickmotståndsteori, föreslås baserat på linjär elastisk brottmekanik. Denna teori hävdar att förstärkningseffekten av fibrer endast är relaterad till det jämnt fördelade fiberavståndet (minsta avstånd).

 

三．Analys av utvecklingsstatus för stålfiberarmerad betong

 

1.Stålfiberarmerad betong.Stålfiberarmerad betong är en slags relativt enhetlig och flerriktad armerad betong som bildas genom att lägga till en liten mängd lågkolstål, rostfritt stål och FRP-fibrer i vanlig betong. Blandningsmängden stålfiber är i allmänhet 1% ~ 2% i volym, medan 70 ~ 100 kg stålfiber blandas i varje kubikmeter betong i vikt. Längden på stålfiber ska vara 25 ~ 60 mm, diametern ska vara 0,25 ~ 1,25 mm och det bästa förhållandet mellan längd och diameter bör vara 50 ~ 700. Jämfört med vanlig betong kan det inte bara förbättra draghållfastheten, skjuvningen, böjningen , slitage och sprickbeständighet, men också avsevärt förbättra brottsegheten och slaghållfastheten hos betong, och avsevärt förbättra utmattningsmotståndet och hållbarheten hos strukturen, särskilt segheten kan ökas med 10 ~ 20 gånger. De mekaniska egenskaperna hos stålfiberarmerad betong och vanlig betong jämförs i Kina. När innehållet av stålfiber är 15% ~ 20% och vattencementförhållandet är 0,45, ökar draghållfastheten med 50% ~ 70%, böjhållfastheten ökar med 120% ~ 180%, slaghållfastheten ökar med 10 ~ 20 gånger, slagutmattningshållfastheten ökar med 15 ~ 20 gånger, böjsegheten ökar med 14 ~ 20 gånger, och slitstyrkan förbättras också avsevärt. Därför har stålfiberarmerad betong bättre fysiska och mekaniska egenskaper än vanlig betong.

2.Hybridfiberbetong. Relevanta forskningsdata visar att stålfiber inte nämnvärt främjar betongens tryckhållfasthet, eller ens minskar den; Jämfört med vanlig betong finns det positiva och negativa (ökning och minskning) eller till och med mellanliggande synpunkter på impermeabilitet, slitstyrka, slag- och slitstyrka hos stålfiberarmerad betong och förhindrande av tidig plastisk krympning av betong. Dessutom har stålfiberarmerad betong vissa problem, såsom stor dosering, högt pris, rost och nästan ingen spränghållfasthet orsakad av brand, vilket har påverkat appliceringen i varierande grad. Under de senaste åren har vissa inhemska och utländska forskare börjat uppmärksamma hybridfiberbetong (HFRC), och försökte blanda fibrer med olika egenskaper och fördelar, lära av varandra och ge spel åt den "positiva hybrideffekten" på olika nivåer och lastningssteg för att förbättra betongens olika egenskaper, för att möta behoven hos olika projekt. Men med hänsyn till dess olika mekaniska egenskaper, särskilt dess utmattningsdeformation och utmattningsskada, deformationsutvecklingslag och skadeegenskaper under statiska och dynamiska belastningar och konstant amplitud eller variabel amplitud cykliska belastningar, den optimala blandningsmängden och blandningsandelen av fiber, förhållandet mellan komponenter av kompositmaterial, förstärkande effekt och förstärkningsmekanism, antiutmattningsprestanda, brottmekanism och konstruktionsteknik, Problemen med mixproportiondesign behöver studeras ytterligare.

3. Skiktad stålfiberarmerad betong.Monolitisk fiberarmerad betong är inte lätt att blanda jämnt, fibern är lätt att agglomerera, mängden fiber är stor och kostnaden är relativt hög, vilket påverkar dess breda tillämpning. Genom ett stort antal ingenjörspraktik och teoretisk forskning föreslås en ny typ av stålfiberstruktur, lagerstålfiberarmerad betong (LSFRC). En liten mängd stålfiber är jämnt fördelad på vägplattans övre och undre yta, och mitten är fortfarande ett vanligt betonglager. Stålfibern i LSFRC distribueras vanligtvis manuellt eller mekaniskt. Stålfibern är lång och längddiameterförhållandet är vanligtvis mellan 70 ~ 120, vilket visar en tvådimensionell fördelning. Utan att påverka de mekaniska egenskaperna, minskar detta material inte bara avsevärt mängden stålfiber, utan undviker också fenomenet med fiberagglomerering vid blandning av integrerad fiberarmerad betong. Dessutom har placeringen av stålfiberskikt i betong stor inverkan på betongens böjhållfasthet. Förstärkningseffekten av stålfiberskikt i botten av betong är bäst. När positionen för stålfiberskiktet rör sig uppåt, minskar förstärkningseffekten avsevärt. Böjhållfastheten hos LSFRC är mer än 35 % högre än för vanlig betong med samma blandningsandel, vilket är något lägre än för integral stålfiberarmerad betong. LSFRC kan dock spara mycket materialkostnader och det finns inga problem med svår blandning. Därför är LSFRC ett nytt material med goda sociala och ekonomiska fördelar och breda tillämpningsmöjligheter, som är värt att populariseras och tillämpas vid beläggningsbyggande.

 

4.Skiktad hybridfiberbetong.Skikthybridfiberarmerad betong (LHFRC) är ett kompositmaterial som bildas genom att tillsätta 0,1 % polypropenfiber på basis av LSFRC och jämnt fördela ett stort antal fina och korta polypropenfibrer med hög draghållfasthet och hög slutlig töjning i det övre och undre stålet fiberbetong och slätbetongen i mellanskiktet. Det kan övervinna svagheten hos LSFRC mellanliggande vanligt betongskikt och förhindra de potentiella säkerhetsriskerna efter att ytstålfibern är utsliten. LHFRC kan avsevärt förbättra böjhållfastheten hos betong. Jämfört med vanlig betong ökar dess böjhållfasthet hos vanlig betong med cirka 20 %, och jämfört med LSFRC ökar dess böjhållfasthet med 2,6 %, men det har liten effekt på betongens böjelasticitetsmodul. Böjelasticitetsmodulen för LHFRC är 1,3 % högre än den för vanlig betong och 0,3 % lägre än den för LSFRC. LHFRC kan också avsevärt förbättra böjsegheten hos betong, och dess böjseghetsindex är cirka 8 gånger det för vanlig betong och 1,3 gånger det för LSFRC. Dessutom, på grund av de olika prestandan hos två eller flera fibrer i LHFRC i betong, enligt tekniska behov, kan den positiva hybrideffekten av syntetfiber och stålfiber i betong användas för att avsevärt förbättra duktiliteten, hållbarheten, segheten, sprickhållfastheten , böjhållfasthet och draghållfasthet hos materialet, förbättrar materialkvaliteten och förlänger materialets livslängd.

——Sammanfattning (Shanxi-arkitektur, vol. 38, nr 11, Chen Huiqing)