انواع و عملکرد الیاف در بتن پیش ساخته

فیبر - بتن مسلح (FRC) یک ماده کامپوزیت است که از سیمان سیمان یا هیدرولیک ، آب ، مصالح درشت و ریز و الیاف ناپیوسته کوتاه و یکنواخت توزیع شده است. الیاف می توانند الیاف فولادی ، الیاف شیشه ای ، الیاف کربن ، الیاف پلیمری ، الیاف گیاهی و غیره باشند. طول معمولاً از 3 میلی متر تا 64 میلی متر متفاوت است و قطر آن می تواند از چند میکرون تا 1 میلی متر متفاوت باشد. صلیب- شکل بخش فیبر می تواند دایره ای ، بیضوی ، چند ضلعی ، مثلثی ، هلال یا مربع باشد که عمدتا به مواد اولیه مورد استفاده و فرآیند پردازش و تولید بستگی دارد. الیاف عمدتاً به دو دسته تقسیم می شوند: الیاف درشت و الیاف ریز. قطر یا قطر معادل الیاف ریز معمولاً کمتر از 0.3 میلی متر است ، در حالی که قطر یا قطر معادل الیاف درشت بیشتر از یا برابر با 0.3 میلی متر است. SO - به نام قطر معادل آن قطر دایره ای است که از همان صلیب- منطقه به عنوان فیبر دایره ای تبدیل می شود ، یعنی (4a/π) 0.5.

درصد حجم فیبر در بتن معمولاً 0.1 ٪ تا 5 ٪ است. اندازه این درصد حجم عمدتاً به سهولت اختلاط مخلوط و سناریوی کاربرد پروژه بستگی دارد. به عنوان مثال ، تنش های ثانویه ناشی از انقباض و تغییر دما در بتن معمولاً با دوزهای کم فیبر (1 /0 ٪ تا 0.3 ٪ از حجم) کنترل و برطرف می شود. هنگامی که محتوای فیبر از 0.3 ٪ فراتر رود ، پاسخ مکانیکی بتن فیبر به طور قابل توجهی با بتن معمولی بدون فیبر متفاوت خواهد بود ، عمدتا در بار آن ظرفیت تحمل 8 {}} پس از ترک خوردگی. توانایی بتن فیبر در جذب انرژی پس از ترک خوردگی "چقرمگی" نامیده می شود. هنگامی که دوزهای بالاتر فیبر به بتن اضافه می شوند ، علاوه بر چقرمگی پس از ترک خوردگی ، بتن فیبر همچنین ویژگی های تقویت کننده- را نشان می دهد. به عبارت دیگر ، این ماده کامپوزیت می تواند در برابر فشارهای کششی که بیش از خود بتن معمولی است مقاومت کند. در این کامپوزیت های انعطاف پذیر شبه {14} ، ، ترک های متعدد و جذب انرژی قابل توجهی و خصوصیات اتلاف انرژی اغلب مشاهده می شود.

انواع بتن تقویت شده فیبر

استاندارد آمریکایی ASTM C116/C116M چهار نوع بتن فیبر را می دهد: اولین بتن فیبر فولادی (SFRC) است که عمدتا شامل فیبر استیل ضد زنگ ، فیبر فولادی آلیاژی و فیبر فولادی کربن است. دوم بتن فیبر شیشه ای (GFRC) است که از فیبر شیشه ای مقاوم - تشکیل شده است. سوم بتن فیبر مصنوعی (SYNFRC) و چهارم بتن فیبر طبیعی (NFRC) است.

همانطور که از جدول بالا مشاهده می شود ، استحکام و مدول الاستیک فیبر فولادی نسبتاً زیاد است و زنگ زدن به آن آسان نیست زیرا در یک محیط بسیار قلیایی قرار دارد. اثر پیوند بین آن و مخلوط می تواند با تقویت زبری سطح و تغییر شکل ، لنگرگاه مکانیکی مؤثرتری را بدست آورد.

الیاف مصنوعی عمدتاً الیاف فلزی غیر -} {{{}}} -} -} -} {- {{0 {{0 {{{0 {{0 {0 {{{0 {0 {{{0 {0 {{0 {{{}} است که توسط توسعه صنایع پتروشیمی و نساجی ، از جمله اشکال مختلف پلیمرها تولید می شوند. موارد زیر برخی از الیاف مصنوعی است که معمولاً در بتن پیش ساخته استفاده می شود:

فیبر کربن

در مقایسه با فیبر فولادی ، فیبر شیشه ای ، فیبر پلی پروپیلن و غیره ، مزیت فیبر کربن در خصوصیات آن ، مدول بالا ، مقاومت در برابر حرارت ، پایداری شیمیایی در محیط قلیایی و سایر محیط های شیمیایی خورنده نهفته است. علاوه بر این ، ویژگی بهبود قابل توجهی خصوصیات مکانیکی دارد.

فیبر نایلونی/فیبر پلی آمید

این نوع فیبر از مقاومت کششی خوبی ، چقرمگی بالا ، بهبود الاستیک و آبگریز خوب برخوردار است و در محیط های قلیایی مبتنی بر سیمان {{0} نسبتاً پایدار است.

پلی پروپیلن

این فیبر دارای یک مدول الاستیک کم و یک نقطه ذوب کم است ، بنابراین برای محصولات بتونی پیش ساخته تحت اتوکلاو درجه حرارت بالا {{0} مناسب نیست. با این حال ، به دلیل نقطه ذوب کم آن ، می توان از آن برای تولید مواد نسوز یا محصولات با مقاومت در برابر آتش استفاده کرد. دو نوع الیاف پلی پروپیلن وجود دارد که برای تقویت بتن استفاده می شود: مونوفیلامان ها و الیاف فیبری (الیاف کشیده). این الیاف آبگریز هستند و زاویه تماس بزرگی با آب دارند. بنابراین ، آنها با بتن نسبت به الیاف آبگریز پیوند ضعیفی دارند.

فیبر الکل پلی وینیل

این فیبر از طریق رزین PVA از طریق چندین فرآیند کشش بالا ساخته شده و از سختی و مقاومت در برابر آب برخوردار است. حالت توزیع فیبر در پایه بتونی از طریق درمان سطح ویژه قابل تغییر است. متأسفانه ، فیبر PVA ضریب انقباض حرارتی زیادی دارد و میزان انقباض آن به اندازه 4 ٪ در 200 درجه است. این مقاومت در برابر محیط های قلیایی و حلال های آلی مقاومت خوبی دارد و در زیر تابش ماوراء بنفش طولانی مدت- از دست دادن استحکام کمی دارد.

فیبر شیشه ای

فیبر شیشه ای مورد استفاده در بتن باید حداقل 16 ٪ دی اکسید زیرکونیوم برای مقاومت قلیایی باشد. انواع دیگر فیبر شیشه ای ، مانند قلیایی-} فیبر رایگان ، برای استفاده در بتن توصیه نمی شود. فیبر شیشه ای دارای مدول بالا و استحکام بالایی است و پیوند خوبی با بتن دارد. تفاوت بین بتن تقویت شده با فیبر شیشه ای و سایر بتن های تقویت شده فیبر ، میزان فیبر است. اولی دارای درصد حجم فیبر 4 ٪ تا 6 ٪ است ، در حالی که دومی یا سایر درصد حجم فیبر حدود 0.1 ٪ تا 1 ٪ است. برای دستیابی به محتوای بالای فیبر شیشه ای ، ترکیب بتونی به محتوای بالایی از سیمان ، جمع ریز و تقریباً درشت نیاز دارد.

نقش فیبر در بتن

quasi - بارگذاری استاتیک و پاسخ ضربه

الیاف می توانند به طور موثری خصوصیات مکانیکی را بهبود بخشند. تست های چکش قطره ضربه نشان می دهد که استحکام تأثیر بتن فیبر پلی پروپیلن با حجم حجم 0.1 ٪ تا 0.2 ٪ بالاتر از بتن معمولی در هر دو مرحله ترک خوردگی اولیه و مرحله شکستگی نهایی است. در حال حاضر هیچ روش آزمایش استاندارد یکپارچه برای تعیین مقاومت فشاری بتن فیبر وجود ندارد ، اما مطالعات مربوطه نشان داده اند که مقاومت فشاری محوری بتن فیبر 85 ٪ تا 100 ٪ بالاتر از بتن معمولی است. مطالعات بیشتر نشان داده است که تحت بارهای ضربه ، بتن فیبر در دوره فشرده سازی اواخر ، انعطاف پذیری اوج آشکار ندارد ، که عمدتاً به این دلیل است که قطعات بتونی به الیاف پیوند نمی خورند. اگرچه نتایج آزمایش نشان می دهد که ضریب ضربه بتن فیبر فولادی بتن فیبر پلیمری است که هیچ تفاوتی با بتن معمولی ندارد ، با ضریب ضربه در حدود 1.5. علاوه بر این ، نتایج نشان می دهد که سه الیاف فولادی تغییر شکل ابعاد-} ضریب تأثیر پویا آشکارتر از دو الیاف فولادی تغییر شکل بعدی {9}. با این حال ، استحکام کششی تحت بارهای پویا و استحکام خمش باقیمانده پس از ترک خوردگی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

عملکرد الیاف در بتن تحت بارهای ضربه تا حد زیادی به پیوند بین الیاف و بتن تحت جابجایی با نرخ رشد بالای ترک بستگی دارد. مطالعات نشان داده اند که با افزایش نرخ بارگذاری ، بتن فیبر فولادی در مقایسه با برخی از نمونه های بتونی با الیاف پلی پروپیلن مقاومت بالایی در برابر توسعه ترک دارد ، اما دومی می تواند به سرعت از قبل برخورد کند. گمانه زنی می شود که این امر عمدتاً به این دلیل است که خود الیاف پلی پروپیلن نسبت به الیاف فولادی نسبت به نرخ کرنش حساس تر هستند.

کنترل ترک های انقباض

به خوبی شناخته شده است که الیاف می توانند به طور قابل توجهی بر انقباض آزاد و سایر خصوصیات سنی-}} {{{1} composites مبتنی بر تأثیر بگذارند. مطالعات نشان داده است که استفاده از الیاف پلی اتیلن با درصد حجم حدود 1 ٪ می تواند انقباض پلاستیکی رایگان بتن را تا 30 ٪ کاهش دهد. علاوه بر انقباض آزاد ، از تکنیک های مختلفی نیز برای بررسی اثرات الیاف در انقباض محدود بتن استفاده می شود. علاوه بر این از الیاف عمدتاً برای تغییر عرض و طول ترک های کوچک شدن در بتن تحت یک محیط محدود استفاده می شود. نتیجه گیری تحقیق مربوطه تقریباً به شرح زیر است.

1. مواد و نوع فیبر تأثیر زیادی در ترک های کوچک شدن دارند. برای همان حجم از مقدار فیبر ، فیبر شیشه ای در مهار رشد ترک و به دنبال آن فیبر مصنوعی مؤثر است.

2. برای یک کسر حجمی فیبر و نوع فیبر ، الیاف قطر طولانی تر ،- کوچکتر ، از الیاف ضخیم تر و ضخیم تر موثرتر هستند. الیاف با درجه بیشتری از تغییر شکل هندسی بر روی سطح مؤثرتر از الیاف ناهماهنگ هستند.

3. در مورد الیاف گیاهی ، الیاف روکش شده یا بدون پوشش فقط درصورتی که درصد حجم بالاتر از 0.3 ٪ باشد ، مؤثر هستند.

ضد آب و بادوام

اجزای بتونی پیش ساخته به دلیل حمله اسید سولفوریک مستعد تخریب هستند ، چرخه های یخ زدگی-}} واکنش های سیلیس-}}. در همه این موارد ، نفوذ آب نقش مهمی ایفا می کند. دوام محصولات بتونی پیش ساخته در درجه اول به میزان نفوذ/نفوذ آب بستگی دارد. نتایج نشان می دهد که نفوذپذیری آب ، به نوبه خود ، به ترک های بتن بستگی دارد و افزایش عرض ترک های بتونی منجر به نفوذپذیری بیشتر آب خواهد شد. تقویت فیبر مقاومت به ترک خوردگی بتن را بهبود می بخشد ، زبری سطح ترک را افزایش می دهد و باعث ایجاد ترک های متعدد می شود ، که به طور قابل توجهی نفوذپذیری بتن را کاهش می دهد. در مورد استرس و استرس - ترکیبی از بتن ناشی از آن ، نتایج نشان داده اند که ترک های بتن معمولی به طور قابل توجهی نفوذپذیری آن را افزایش می دهند ، در حالی که نفوذپذیری فیبر-}}}}} بتن تقویت شده به طور قابل توجهی پایین تر از بتن معمولی است. در مورد چگونگی بهبود الیاف مقاومت در برابر آب ، مطالعات نشان داده اند که میکروپورها در بتن معمولی به دلیل افزودن الیاف به نانوپورها تغییر می یابند.

خوردگی میلگرد در بتن پیش ساخته یک مشکل مهم است. آلودگی کلرید در بتن یک عامل اصلی است و مکانیسم ها و فرآیندی که توسط آن فولاد را به هم می ریزد ، به خوبی درک شده است. متأسفانه ، ترک های بتن به یونهای کلرید و سایر مواد شیمیایی خورنده اجازه می دهد تا راحت تر وارد شوند ، بنابراین باعث خوردگی بیشتر می شوند. یونهای کلرید در درجه اول از طریق نفوذ آب مویرگی پخش می شوند ، در حالی که انتشار کلرید در درجه اول به نفوذپذیری آب بستگی دارد.