Fibra - beton armat (FRC) este un material compozit compus din ciment sau ciment hidraulic, apă, agregate grosiere și fine și fibre discontinue distribuite scurte și uniform. Fibrele pot fi fibre de oțel, fibre de sticlă, fibre de carbon, fibre de polimer, fibre de plante, etc. Lungimea variază de obicei de la 3 mm la 64mm, iar diametrul poate varia de la câțiva microni la 1mm. Forma secțiunii Cross - a fibrei poate fi circulară, eliptică, poligonală, triunghiulară, semilună sau pătrată, care depinde în principal de materiile prime utilizate și de procesul de prelucrare și fabricare. Fibrele sunt împărțite în principal în două categorii: fibre grosiere și fibre fine. Diametrul sau diametrul echivalent al fibrelor fine este de obicei mai mic de 0,3 mm, în timp ce diametrul sau diametrul echivalent al fibrelor grosiere este mai mare sau egal cu 0,3 mm. SO - numit diametrul echivalent este diametrul circular transformat din aceeași cruce - zona secțională ca fibra circulară, adică (4a/π) 0,5.
Procentul de volum al fibrei din beton este de obicei de la 0,1% până la 5%. Mărimea acestui procent de volum depinde în principal de ușurința amestecării amestecului și de scenariul de aplicare al proiectului. De exemplu, tensiunile secundare cauzate de contracție și modificările de temperatură ale betonului sunt de obicei controlate și rezolvate prin doze mici de fibre (0,1% până la 0,3% în volum). Când conținutul de fibre depășește 0,3%, răspunsul mecanic al betonului din fibră va fi semnificativ diferit de cel al betonului obișnuit fără fibre, în principal în sarcina sa - capacitate de rulment după fisurare. Capacitatea betonului din fibră de a absorbi energia după fisurare se numește „duritate”. Când se adaugă doze mai mari de fibre la beton, pe lângă duritate după fisurare, betonul de fibre arată, de asemenea, tulpina - caracteristicile de întărire. Cu alte cuvinte, acest material compus poate rezista la tensiuni de tracțiune care le depășesc pe cele ale betonului obișnuit în sine. În aceste pseudo - compozite ductile, fisuri multiple și caracteristici considerabile de absorbție de energie și disipare a energiei sunt adesea văzute.
Tipuri de beton armat cu fibre
American Standard ASTM C116/C116M oferă patru tipuri de beton din fibră: primul este betonul din fibră de oțel (SFRC), care include în principal fibre din oțel inoxidabil, fibră de oțel din aliaj și fibră de oțel carbon; Al doilea este betonul din fibră de sticlă (GFRC), care este compus din fibra de sticlă rezistentă la alcali -; Al treilea este betonul sintetic din fibră (SynFRC), iar al patrulea este betonul natural din fibră (NFRC).
După cum se poate observa din tabelul de mai sus, rezistența și modulul elastic al fibrei de oțel sunt relativ mari și nu este ușor să rugini, deoarece se află într -un mediu extrem de alcalin. Efectul de legătură între acesta și amestec poate obține o ancorare mecanică mai eficientă prin îmbunătățirea rugozității și deformării suprafeței.
Fibrele sintetice nu sunt în principal - fibre metalice produse de dezvoltarea industriilor petrochimice și textile, inclusiv diverse forme de polimeri. Următoarele sunt unele fibre sintetice utilizate frecvent în beton prefabricat:
Fibra de carbon
În comparație cu fibra de oțel, fibra de sticlă, fibra de polipropilenă etc., avantajul fibrei de carbon constă în caracteristicile sale, modulul ridicat, rezistența la căldură, stabilitatea chimică în mediul alcalin și alte medii chimice corozive; În plus, are caracteristica îmbunătățirii semnificative a proprietăților mecanice.
Fibra din fibră de nylon/poliamidă
Acest tip de fibre are o rezistență bună la tracțiune, o duritate ridicată, recuperare elastică și o hidrofilicitate bună și este relativ stabil în mediile alcaline bazate pe ciment -.
Polipropilenă
Această fibră are un modul elastic scăzut și un punct de topire scăzut, deci nu este potrivit pentru produsele de beton prefabricate sub autoclavarea temperaturii ridicate -. Cu toate acestea, datorită punctului său de topire scăzut, poate fi utilizat pentru a produce materiale refractare sau produse cu rezistență ridicată la foc. Există două tipuri de fibre de polipropilenă utilizate pentru armarea betonului: monofilamente și fibre fibrilate (fibre întinse). Aceste fibre sunt hidrofobe și au un unghi mare de contact cu apa. Prin urmare, au o legătură mai slabă cu beton decât fibrele hidrofile.
Fibra de alcool polivinilic
Această fibră este fabricată din rășină PVA prin mai multe procese de întindere ridicată și are o rigiditate ridicată și rezistență la apă. Starea de distribuție a fibrelor în baza de beton poate fi schimbată prin tratamentul special la suprafață. Din păcate, fibra PVA are un coeficient de contracție termică mare, iar rata de contracție a acestuia este de până la 4% la 200 de grade. Are o rezistență bună la mediile alcaline și la solvenții organici și are o pierdere de forță mică sub radiații ultraviolete pe termen lung -.
Fibra de sticlă
Fibra de sticlă utilizată în beton trebuie să conțină minimum 16% dioxid de zirconiu pentru rezistența alcalinilor; Alte tipuri de fibre de sticlă, cum ar fi alcalin - fibră liberă, nu sunt recomandate pentru utilizare în beton. Fibra de sticlă are un modul ridicat și o rezistență ridicată și are o legătură bună cu betonul. Diferența dintre betonul armat cu fibră de sticlă și alte beton armat cu fibre este conținutul de fibre; Primul are un procent de volum de fibre de 4% până la 6%, în timp ce cel de -al doilea, sau un alt procent de volum de fibre este de aproximativ 0,1% până la 1%. Pentru a obține un conținut ridicat de fibre de sticlă, compoziția de beton are nevoie de un conținut ridicat de ciment, agregat fin și aproape niciun agregat grosier.
Rolul fibrei în beton
Quasi - Răspuns static de încărcare și impact
Fibrele pot îmbunătăți eficient proprietățile mecanice. Testele de ciocan cu cădere de impact arată că rezistența la impact a betonului din fibră de polipropilenă cu un conținut de volum de 0,1% până la 0,2% este mai mare decât cea a betonului obișnuit atât în stadiul inițial de fisurare, cât și în stadiul de fractură finală. În prezent, nu există o metodă de testare standard unificată pentru a determina rezistența la compresiune a betonului din fibră, dar studiile relevante au arătat că rezistența la compresiune axială a betonului din fibră este de 85% până la 100% mai mare decât cea a betonului obișnuit; Studii suplimentare au arătat că sub încărcături de impact, betonul cu fibre nu are o ductilitate maximă evidentă în perioada de compresie târzie, ceea ce se datorează în principal faptului că fragmentele de beton nu sunt legate de fibre. Deși rezultatele testelor arată că coeficientul de impact al betonului din fibră de oțel este betonul din fibră de polimer nu este diferit de betonul obișnuit, cu un coeficient de impact de aproximativ 1,5. În plus, rezultatele arată că trei fibre de oțel deformate dimensionale - au un coeficient de impact dinamic mai evident decât două - fibre de oțel deformate dimensionale; Cu toate acestea, rezistența la tracțiune sub sarcini dinamice și rezistența reziduală de îndoire după fisurare au fost îmbunătățite semnificativ.
Performanța fibrelor în beton sub sarcini de impact depinde în mare măsură de legătura dintre fibre și beton sub deplasare cu rate mari de dezvoltare a fisurilor. Studiile au arătat că, odată cu creșterea ratelor de încărcare, betonul din fibră de oțel are o rezistență ridicată la dezvoltarea fisurilor, în comparație cu unele exemplare de beton cu fibre de polipropilenă, dar cel de -al doilea poate fi rapid la curent cu primele; Se speculează că acest lucru se datorează în principal faptului că fibrele de polipropilenă sunt mai sensibile la ratele de tulpini decât la fibrele de oțel.
Controlul fisurilor de contracție
Este cunoscut faptul că fibrele pot afecta semnificativ contracția liberă și alte proprietăți de vârstă timpurie - - ale compozitelor bazate pe ciment -. Studiile au arătat că utilizarea fibrelor de polietilenă cu un procent de volum de aproximativ 1% poate reduce contracția din plastic liberă a betonului cu până la 30%. În plus față de contracția liberă, sunt utilizate și diverse tehnici pentru a studia efectele fibrelor asupra contracției constrânse a betonului. Adăugarea de fibre este utilizată în principal pentru a schimba lățimea și lungimea fisurilor de contracție din beton într -un mediu constrâns. Concluziile de cercetare relevante sunt aproximativ după cum urmează.
1. Materialul de fibre și tipul au o influență mare asupra fisurilor de contracție. Pentru același volum de conținut de fibre, fibra de sticlă este cea mai eficientă în inhibarea creșterii fisurilor, urmată de fibre sintetice.
2. Pentru o fracție de volum de fibre dată și tip de fibre, mai lungi, mai mici - Fibrele de diametru sunt mai eficiente decât fibrele mai scurte, mai groase; Fibrele cu un grad mai mare de deformare geometrică la suprafață sunt mai eficiente decât fibrele nedeformate.
3. În ceea ce privește fibrele vegetale, fibrele acoperite sau neacoperite sunt eficiente numai atunci când procentul de volum este peste 0,3%.
Impermeabil și durabil
Componentele de beton prefabricate sunt predispuse la degradare din cauza atacului de acid sulfuric, dezgheț - cicluri de îngheț, alcaline - reacții de silice și coroziunea barelor de oțel. În toate aceste cazuri, penetrarea apei joacă un rol crucial. Durabilitatea produselor din beton prefabricat depinde în principal de rata de intruziune/penetrare a apei. Rezultatele arată că permeabilitatea apei, la rândul său, depinde de fisurile din beton, iar o creștere a lățimii fisurilor de beton va duce la o permeabilitate mai mare a apei. Armarea fibrelor îmbunătățește rezistența la fisurare din beton, crește rugozitatea suprafeței fisurilor și promovează dezvoltarea mai multor fisuri, ceea ce reduce semnificativ permeabilitatea betonului. În ceea ce privește stresul și stresul - fisurarea betonului indusă, rezultatele au arătat că fisurile din beton obișnuit își cresc semnificativ permeabilitatea, în timp ce permeabilitatea fibrei - beton armat este semnificativ mai mică decât cea a betonului obișnuit. În ceea ce privește modul în care fibrele îmbunătățesc rezistența la apă, studiile au arătat că microporii din beton obișnuit sunt schimbate în nanopore datorită adăugării de fibre.
Coroziunea rebar în beton prefabricat este o problemă semnificativă. Contaminarea clorurii în beton este un factor major, iar mecanismele și procesele prin care corodează oțelul sunt bine înțelese. Din păcate, fisurile din beton permit ca ionii de clorură și alte substanțe chimice corozive să intre mai ușor, promovând astfel o coroziune suplimentară. Ionii de clorură difuzează în primul rând prin penetrarea apei capilare, în timp ce difuzarea clorurii depinde în primul rând de permeabilitatea apei.
