Plieninis gelžbetonis (SFRC) yra naujo tipo kompozitinė medžiaga, kurią galima pilti ir purkšti į įprastą betoną įdedant atitinkamą kiekį trumpo plieno pluošto.Pastaraisiais metais ji sparčiai vystėsi šalyje ir užsienyje.Jis pašalina mažo tempimo stiprio, mažo ribinio pailgėjimo ir betono trapumo trūkumus.Jis turi puikių savybių, tokių kaip atsparumas tempimui, atsparumas lenkimui, atsparumas šlyčiai, atsparumas įtrūkimams, atsparumas nuovargiui ir didelis kietumas.Jis buvo pritaikytas hidrotechnikos, kelių ir tiltų, statybos ir kitose inžinerijos srityse.
1. Plieninio pluošto gelžbetonio kūrimas
Pluoštas armuotas betonas (FRC) yra pluošto armuoto betono santrumpa.Paprastai tai yra cemento pagrindo kompozitas, sudarytas iš cemento pastos, skiedinio arba betono ir metalo pluošto, neorganinio pluošto arba organiniu pluoštu sustiprintų medžiagų.Tai nauja statybinė medžiaga, suformuota tolygiai paskirstant trumpus ir smulkius pluoštus, pasižyminčius dideliu tempimo stiprumu, dideliu ribiniu pailgėjimu ir dideliu atsparumu šarmams betono matricoje.Pluoštas betone gali apriboti ankstyvų betono įtrūkimų susidarymą ir tolesnį įtrūkimų išsiplėtimą veikiant išorinei jėgai, veiksmingai įveikti būdingus defektus, tokius kaip mažas atsparumas tempimui, lengvas įtrūkimas ir prastas betono atsparumas nuovargiui, ir labai pagerinti eksploatacines savybes. betono nepralaidumo, atsparumo vandeniui, atsparumo šalčiui ir armavimo apsaugai.Pluoštinis gelžbetonis, ypač plieno pluošto gelžbetonis, dėl savo puikių savybių pritraukė vis daugiau dėmesio akademiniuose ir inžineriniuose sluoksniuose praktinės inžinerijos srityje.1907 sovietų ekspertas B П.Hekpocab pradėjo naudoti metalo pluošto gelžbetonį;1910 m. HF Porteris paskelbė trumpo pluošto gelžbetonio tyrimo ataskaitą, kurioje teigiama, kad trumpi plieno pluoštai turi būti tolygiai paskirstyti betone, kad būtų sustiprintos matricos medžiagos;1911 m. Grahamas iš JAV į įprastą betoną įdėjo plieno pluoštą, kad pagerintų betono stiprumą ir stabilumą;Iki 1940-ųjų JAV, Didžioji Britanija, Prancūzija, Vokietija, Japonija ir kitos šalys atliko daug tyrimų, susijusių su plieno pluošto naudojimu betono atsparumui dilimui ir įtrūkimams pagerinti, plieno pluošto betono gamybos technologijai ir plieno pluošto forma, siekiant pagerinti pluošto ir betono matricos sukibimo stiprumą;1963 m. JP romualdi ir GB Batsonas paskelbė dokumentą apie plieninio pluošto betono įtrūkimų atsiradimo mechanizmą ir padarė išvadą, kad plieno pluošto gelžbetonio atsparumą įtrūkimams lemia vidutinis plieninių pluoštų atstumas, kuris atlieka veiksmingą vaidmenį. tempimo įtempiuose (pluošto tarpų teorija), taip pradėdamas praktinį šios naujos kompozicinės medžiagos kūrimo etapą.Iki šiol, populiarėjant ir pritaikant plieno pluošto gelžbetonį, dėl skirtingo pluošto pasiskirstymo betone išskiriami keturi tipai: plieno pluošto gelžbetonis, hibridinio pluošto gelžbetonis, sluoksniuotasis plieno pluošto gelžbetonis ir sluoksniuotas hibridinis pluoštas. gelžbetonis.
2. Plieninio pluošto gelžbetonio stiprinimo mechanizmas
(1) Sudėtinės mechanikos teorija.Kompozitinės mechanikos teorija remiasi ištisinio pluošto kompozitų teorija ir derinama su plieno pluoštų pasiskirstymo betone charakteristikomis.Šioje teorijoje kompozitai laikomi dviejų fazių kompozitais, kurių viena fazė yra pluoštas, o kita fazė yra matrica.
(2) Skaidulų atstumo teorija.Skaidulų atstumo teorija, dar žinoma kaip atsparumo įtrūkimams teorija, siūloma remiantis linijinio elastinio lūžio mechanika.Ši teorija teigia, kad pluoštų sustiprinimo efektas yra susijęs tik su tolygiai paskirstytu pluošto tarpu (minimaliu atstumu).
3. Plieninio pluošto gelžbetonio vystymosi būklės analizė
1.Plieno pluošto gelžbetonis.Plieninio pluošto gelžbetonis yra gana vienodas ir daugiakryptis gelžbetonis, suformuotas į įprastą betoną įdedant nedidelį kiekį mažai anglies dioksido turinčio plieno, nerūdijančio plieno ir FRP pluoštų.Plieno pluošto maišymo kiekis paprastai yra 1–2% tūrio, o 70–100 kg plieno pluošto sumaišoma kiekviename kubiniame metre betono pagal svorį.Plieno pluošto ilgis turi būti 25–60 mm, skersmuo – 0,25–1,25 mm, o geriausias ilgio ir skersmens santykis – 50–700. Palyginti su įprastu betonu, jis gali ne tik pagerinti tempimą, šlytį ir lenkimą. , atsparumas dilimui ir įtrūkimams, bet taip pat labai padidina betono atsparumą lūžiams ir smūgiams, taip pat žymiai pagerina konstrukcijos atsparumą nuovargiui ir ilgaamžiškumą, ypač tvirtumą galima padidinti 10–20 kartų.Kinijoje lyginamos plieno pluošto gelžbetonio ir paprasto betono mechaninės savybės.Kai plieno pluošto kiekis yra 15% ~ 20%, o vandens cemento santykis yra 0,45, atsparumas tempimui padidėja 50% ~ 70%, stipris lenkiant padidėja 120% ~ 180%, atsparumas smūgiams padidėja 10 ~ 20 kartų, smūgio nuovargio stiprumas padidėja 15–20 kartų, atsparumas lenkimui padidėja 14–20 kartų, taip pat žymiai pagerėja atsparumas dilimui.Todėl plieninio pluošto gelžbetonis turi geresnes fizines ir mechanines savybes nei paprastas betonas.
4. Hibridinis pluoštinis betonas
Atitinkami tyrimų duomenys rodo, kad plieno pluoštas betono stiprio gniuždant ženkliai neskatina, o gal net ir nesumažina;Palyginti su paprastu betonu, yra teigiamų ir neigiamų (didėja ir mažėja) ar net tarpinių požiūrių į plieno pluošto gelžbetonio nepralaidumą, atsparumą dilimui, atsparumą smūgiams ir dilimui bei ankstyvo plastiško betono susitraukimo prevenciją.Be to, plieno pluošto gelžbetonis turi tam tikrų problemų, tokių kaip didelė dozė, aukšta kaina, rūdys ir beveik nėra atsparumo ugnies sprogimui, o tai įvairiais laipsniais paveikė jo naudojimą.Pastaraisiais metais kai kurie šalies ir užsienio mokslininkai pradėjo kreipti dėmesį į hibridinį pluoštinį betoną (HFRC), bandydami maišyti skirtingų savybių ir pranašumų turinčius pluoštus, mokytis vieni iš kitų ir įvairiais lygmenimis suteikti „teigiamą hibridinį efektą“. krovimo etapai, siekiant pagerinti įvairias betono savybes, kad atitiktų įvairių projektų poreikius.Tačiau atsižvelgiant į įvairias jo mechanines savybes, ypač į jo nuovargio deformaciją ir nuovargio pažeidimus, deformacijos raidos dėsnį ir pažeidimo charakteristikas veikiant statinėms ir dinaminėms apkrovoms bei pastovios amplitudės arba kintamos amplitudės ciklinėms apkrovoms, optimalų pluošto maišymo kiekį ir maišymo proporciją. Tarp kompozitinių medžiagų komponentų, stiprinančio poveikio ir stiprinimo mechanizmo, nuovargio veiksmingumo, gedimo mechanizmo ir konstrukcijos technologijos, reikia toliau tirti mišinio proporcijų projektavimo problemas.
5. Sluoksniuotas plieno pluošto gelžbetonis
Monolitinio pluošto gelžbetonį nėra lengva maišyti tolygiai, pluoštą lengva aglomeruoti, pluošto kiekis yra didelis, o kaina yra gana didelė, o tai turi įtakos plačiam jo pritaikymui.Atlikus daugybę inžinerinių praktikų ir teorinių tyrimų, siūlomas naujas plieno pluošto konstrukcijos tipas – sluoksninis plieno pluošto armuotas betonas (LSFRC).Nedidelis plieno pluošto kiekis yra tolygiai paskirstytas viršutiniame ir apatiniame kelio plokštės paviršiuose, o vidurys vis dar yra paprastas betono sluoksnis.LSFRC plieno pluoštas paprastai paskirstomas rankiniu būdu arba mechaniškai.Plieno pluoštas yra ilgas, o ilgio skersmens santykis paprastai yra nuo 70 iki 120, o tai rodo dvimatį pasiskirstymą.Neturėdama įtakos mechaninėms savybėms, ši medžiaga ne tik labai sumažina plieno pluošto kiekį, bet ir išvengia pluošto aglomeracijos reiškinio maišant vientiso pluošto gelžbetonį.Be to, plieno pluošto sluoksnio padėtis betone turi didelę įtaką betono stiprumui lenkiant.Plieninio pluošto sluoksnio betono apačioje sustiprinimo efektas yra geriausias.Plieninio pluošto sluoksnio padėčiai judant aukštyn, sutvirtinimo efektas žymiai sumažėja.LSFRC atsparumas lenkimui yra daugiau nei 35% didesnis nei paprasto betono su tokia pačia mišinio proporcija, o tai yra šiek tiek mažesnė nei vientiso plieno pluošto gelžbetonio.Tačiau LSFRC gali sutaupyti daug medžiagų sąnaudų ir nėra sudėtingo maišymo problemos.Todėl LSFRC yra nauja medžiaga, turinti gerą socialinę ir ekonominę naudą bei plačias pritaikymo perspektyvas, kurią verta populiarinti ir pritaikyti dangų tiesimui.
6. Sluoksniuotas hibridinio pluošto betonas
Sluoksnio hibridinio pluošto armuotas betonas (LHFRC) yra kompozicinė medžiaga, suformuota pridedant 0,1% polipropileno pluošto, pagaminto iš LSFRC ir tolygiai paskirstant didelį kiekį smulkių ir trumpų polipropileno pluoštų, pasižyminčių dideliu tempimo stiprumu ir dideliu ribiniu pailgėjimu viršutiniame ir apatiniame plienuose. pluoštinis betonas ir paprastas betonas viduriniame sluoksnyje.Jis gali įveikti LSFRC tarpinio paprasto betono sluoksnio silpnumą ir išvengti galimų pavojų saugai, kai paviršiaus plieno pluoštas yra susidėvėjęs.LHFRC gali žymiai padidinti betono lenkimo stiprumą.Lyginant su paprastu betonu, jo paprastojo betono stipris lenkiant padidėja apie 20 %, o lyginant su LSFRC – 2,6 %, tačiau tai mažai veikia betono lenkimo tamprumo modulį.LHFRC lenkimo tamprumo modulis yra 1,3% didesnis nei paprasto betono ir 0,3% mažesnis nei LSFRC.LHFRC taip pat gali žymiai padidinti betono atsparumą lenkimui, o jo atsparumo lenkimui indeksas yra maždaug 8 kartus didesnis nei paprasto betono ir 1,3 karto didesnis nei LSFRC.Be to, dėl skirtingų dviejų ar daugiau betono pluošto LHFRC savybių, atsižvelgiant į inžinerinius poreikius, teigiamas hibridinis sintetinio pluošto ir plieno pluošto betone poveikis gali būti naudojamas labai pagerinti plastiškumą, ilgaamžiškumą, kietumą ir atsparumą įtrūkimams. , medžiagos stiprumas lenkiant ir tempiamas, pagerina medžiagos kokybę ir prailgina medžiagos tarnavimo laiką.
—— Santrauka (Šansi architektūra, t. 38, Nr. 11, Chen Huiqing)
Paskelbimo laikas: 2022-08-24