Sợi - bê tông cốt thép (FRC) là một vật liệu tổng hợp bao gồm xi măng hoặc xi măng thủy lực, nước, cốt liệu thô và mịn, và các sợi không liên tục phân tán ngắn và đồng đều. Các sợi có thể là sợi thép, sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi polymer, sợi thực vật, v.v ... Chiều dài thường thay đổi từ 3 mm đến 64mm và đường kính có thể thay đổi từ vài micron đến 1mm. Hình dạng phân đoạn - của sợi có thể là hình tròn, hình elip, đa giác, hình tam giác, hình lưỡi liềm hoặc hình vuông, chủ yếu phụ thuộc vào nguyên liệu thô được sử dụng và quy trình chế biến và sản xuất. Sợi chủ yếu được chia thành hai loại: sợi thô và sợi mịn. Đường kính hoặc đường kính tương đương của các sợi mịn thường nhỏ hơn 0,3mm, trong khi đường kính hoặc đường kính tương đương của sợi thô lớn hơn hoặc bằng 0,3mm. SO - được gọi là đường kính tương đương là đường kính tròn được chuyển đổi từ cùng một đường chéo - khu vực mặt cắt như sợi tròn, nghĩa là (4a/π) 0,5.
Tỷ lệ phần trăm khối lượng của sợi trong bê tông thường là 0,1% đến 5%. Kích thước của tỷ lệ phần trăm khối lượng này phụ thuộc chủ yếu vào việc dễ dàng trộn hỗn hợp và kịch bản ứng dụng của dự án. Ví dụ, ứng suất thứ cấp gây ra bởi sự co rút và thay đổi nhiệt độ trong bê tông thường được kiểm soát và phân giải bằng liều lượng sợi thấp (0,1% đến 0,3% theo thể tích). Khi hàm lượng sợi vượt quá 0,3%, phản ứng cơ học của bê tông sợi sẽ khác biệt đáng kể so với bê tông thông thường mà không có sợi, chủ yếu trong tải - của nó sau khi nứt. Khả năng của bê tông sợi để hấp thụ năng lượng sau khi nứt được gọi là "độ bền". Khi liều lượng sợi cao hơn được thêm vào bê tông, ngoài độ bền sau khi nứt, bê tông sợi cũng cho thấy biến dạng - đặc điểm tăng cường. Nói cách khác, vật liệu tổng hợp này có thể chịu được các ứng suất kéo vượt quá các ứng suất của bê tông thông thường. Trong các vật liệu tổng hợp dễ uốn - này, nhiều vết nứt và sự hấp thụ năng lượng đáng kể và các đặc tính tiêu tán năng lượng thường được nhìn thấy.
Các loại bê tông cốt sợi
Tiêu chuẩn ASTM C116/C116M của Mỹ cung cấp bốn loại bê tông sợi: đầu tiên là bê tông sợi thép (SFRC), chủ yếu bao gồm sợi thép không gỉ, sợi thép hợp kim và sợi thép carbon; Thứ hai là bê tông sợi thủy tinh (GFRC), bao gồm các sợi thủy tinh điện trở kiềm -; Thứ ba là bê tông sợi tổng hợp (SYRC) và thứ tư là bê tông sợi tự nhiên (NFRC).
Như có thể thấy từ bảng trên, mô đun sức mạnh và đàn hồi của sợi thép tương đối cao, và không dễ bị rỉ sét vì nó ở trong môi trường kiềm cao. Hiệu ứng liên kết giữa nó và hỗn hợp có thể đạt được neo cơ học hiệu quả hơn bằng cách tăng cường độ nhám và biến dạng bề mặt.
Sợi tổng hợp chủ yếu không phải là - Sợi kim loại được sản xuất bởi sự phát triển của các ngành công nghiệp hóa dầu và dệt may, bao gồm các dạng polyme khác nhau. Sau đây là một số sợi tổng hợp thường được sử dụng trong bê tông đúc sẵn:
Sợi carbon
So với sợi thép, sợi thủy tinh, sợi polypropylen, v.v., lợi thế của sợi carbon nằm ở đặc điểm của nó, mô đun cao, kháng nhiệt, độ ổn định hóa học trong môi trường kiềm và môi trường hóa học ăn mòn khác; Ngoài ra, nó có đặc tính cải thiện đáng kể các tính chất cơ học.
Sợi nylon/sợi polyamide
Loại sợi này có độ bền kéo tốt, độ bền cao, phục hồi đàn hồi và tính kỵ nước tốt và tương đối ổn định trong xi măng - môi trường kiềm dựa trên.
Polypropylen
Sợi này có mô đun đàn hồi thấp và điểm nóng chảy thấp, do đó, nó không phù hợp với các sản phẩm bê tông đúc sẵn dưới mức tự động lượng nhiệt độ-. Tuy nhiên, do điểm nóng chảy thấp, nó có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu chịu lửa hoặc các sản phẩm có khả năng chống cháy cao. Có hai loại sợi polypropylen được sử dụng để gia cố bê tông: monofilaments và sợi xơ hóa (sợi kéo dài). Những sợi này là kỵ nước và có một góc tiếp xúc lớn với nước. Do đó, chúng có liên kết kém hơn với bê tông so với sợi ưa nước.
Sợi rượu polyvinyl
Sợi này được làm bằng nhựa PVA thông qua nhiều quá trình kéo dài cao và có độ cứng và khả năng chống nước cao. Trạng thái phân phối sợi trong cơ sở bê tông có thể được thay đổi thông qua xử lý bề mặt đặc biệt. Thật không may, sợi PVA có hệ số co ngót nhiệt lớn và tốc độ co ngót của nó cao tới 4% ở 200 độ. Nó có khả năng kháng tốt với môi trường kiềm và dung môi hữu cơ, và có rất ít sự mất sức mạnh trong quá trình bức xạ cực tím-}.
Sợi thủy tinh
Sợi thủy tinh được sử dụng trong bê tông phải chứa tối thiểu 16% zirconium dioxide cho kháng kiềm; Các loại sợi thủy tinh khác, chẳng hạn như kiềm - sợi tự do, không được khuyến nghị sử dụng trong bê tông. Sợi thủy tinh có mô đun cao và cường độ cao, và có liên kết tốt với bê tông. Sự khác biệt giữa bê tông cốt sợi thủy tinh và bê tông cốt sợi khác là hàm lượng sợi; Cái trước có tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi từ 4% đến 6%, trong khi phần sau hoặc tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác là khoảng 0,1% đến 1%. Để đạt được hàm lượng cao của sợi thủy tinh, thành phần bê tông cần một hàm lượng xi măng cao, cốt liệu mịn và hầu như không có cốt liệu thô.
Vai trò của sợi trong bê tông
Quasi - Tải phản ứng tĩnh và phản hồi tác động
Sợi có thể cải thiện hiệu quả tính chất cơ học. Các thử nghiệm Hammer Drop Impact cho thấy cường độ tác động của bê tông sợi polypropylen với hàm lượng thể tích từ 0,1% đến 0,2% cao hơn so với bê tông thông thường ở cả giai đoạn nứt ban đầu và giai đoạn gãy cuối cùng. Hiện tại không có phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn thống nhất để xác định cường độ nén của bê tông sợi, nhưng các nghiên cứu có liên quan đã chỉ ra rằng cường độ nén dọc trục của bê tông sợi cao hơn 85% đến 100% so với bê tông thông thường; Các nghiên cứu sâu hơn đã chỉ ra rằng trong tải trọng tác động, bê tông sợi không có độ dẻo cực đại rõ ràng trong giai đoạn nén muộn, điều này chủ yếu là do các mảnh bê tông không liên kết với các sợi. Mặc dù kết quả thử nghiệm cho thấy hệ số tác động của bê tông sợi thép là bê tông sợi polymer không khác với bê tông thông thường, với hệ số tác động khoảng 1,5. Ngoài ra, các kết quả cho thấy ba sợi thép biến dạng kích thước- có hệ số tác động động rõ ràng hơn so với hai - sợi thép biến dạng kích thước; Tuy nhiên, độ bền kéo dưới tải động và cường độ uốn còn lại sau khi nứt đã được cải thiện đáng kể.
Hiệu suất của các sợi trong bê tông dưới tải trọng tác động phụ thuộc phần lớn vào sự liên kết giữa các sợi và bê tông dưới sự dịch chuyển với tốc độ phát triển vết nứt cao. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng với tốc độ tải tăng, bê tông sợi thép có khả năng chống vết nứt cao, so với một số mẫu vật bê tông với sợi polypropylen, nhưng sau này có thể nhanh chóng bắt kịp với cái trước; Người ta suy đoán rằng điều này chủ yếu là do các sợi polypropylen nhạy cảm với tốc độ căng hơn so với sợi thép.
Kiểm soát các vết nứt co ngót
Người ta biết rằng các sợi có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự co rút miễn phí và các thuộc tính tuổi - liên quan khác của xi măng - Các vật liệu tổng hợp dựa trên. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các sợi polyetylen với tỷ lệ phần trăm thể tích khoảng 1% có thể làm giảm độ co rút nhựa miễn phí của bê tông lên tới 30%. Ngoài co rút miễn phí, các kỹ thuật khác nhau cũng đang được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của sợi đối với sự co rút bị ràng buộc của bê tông. Việc bổ sung các sợi chủ yếu được sử dụng để thay đổi chiều rộng và chiều dài của các vết nứt co ngót trong bê tông trong một môi trường bị ràng buộc. Các kết luận nghiên cứu có liên quan là gần như sau.
1. Vật liệu và loại sợi có ảnh hưởng lớn đến các vết nứt co ngót. Đối với cùng một khối lượng chất xơ, sợi thủy tinh là hiệu quả nhất trong việc ức chế sự phát triển vết nứt, tiếp theo là sợi tổng hợp.
2. Đối với một phân số khối lượng sợi và loại sợi đã cho, các sợi đường kính dài hơn, nhỏ hơn- có hiệu quả hơn các sợi ngắn hơn, dày hơn; Sợi có mức độ biến dạng hình học lớn hơn trên bề mặt có hiệu quả hơn các sợi không biến dạng.
3. Đối với các sợi thực vật, sợi phủ hoặc không tráng chỉ có hiệu quả khi tỷ lệ phần trăm thể tích trên 0,3%.
Không thấm nước và bền
Các thành phần bê tông đúc sẵn dễ bị suy thoái do tấn công axit sunfuric, tantaw - Chu kỳ đóng băng, kiềm - các phản ứng silica và ăn mòn các thanh thép. Trong tất cả các trường hợp này, thâm nhập nước đóng một vai trò quan trọng. Độ bền của các sản phẩm bê tông đúc sẵn phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ xâm nhập/thâm nhập của nước. Kết quả cho thấy tính thấm nước, đến lượt nó, phụ thuộc vào các vết nứt trong bê tông và sự gia tăng chiều rộng của các vết nứt bê tông sẽ dẫn đến tính thấm nước cao hơn. Củng cố sợi giúp cải thiện khả năng chống nứt bê tông, tăng độ nhám bề mặt vết nứt và thúc đẩy sự phát triển của nhiều vết nứt, giúp giảm đáng kể tính thấm bê tông. Đối với ứng suất và ứng suất - vết nứt bê tông gây ra, kết quả đã chỉ ra rằng các vết nứt trong bê tông thông thường làm tăng đáng kể tính thấm của nó, trong khi tính thấm của sợi - bê tông cốt thép thấp hơn đáng kể so với bê tông thông thường. Đối với cách các sợi cải thiện khả năng chống nước, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các micropores trong bê tông thông thường được thay đổi thành nano do bổ sung các sợi.
Ăn mòn cốt thép trong bê tông đúc sẵn là một vấn đề quan trọng. Ô nhiễm clorua trong bê tông là một yếu tố chính, và các cơ chế và quá trình mà nó ăn mòn thép được hiểu rõ. Thật không may, các vết nứt trong bê tông cho phép các ion clorua và các hóa chất ăn mòn khác đi vào dễ dàng hơn, do đó thúc đẩy sự ăn mòn hơn nữa. Các ion clorua khuếch tán chủ yếu thông qua sự xâm nhập của nước mao quản, trong khi khuếch tán clorua chủ yếu phụ thuộc vào tính thấm nước.
