Фибробетон ( FRC ) - это бетон, содержащий волокнистый материал, повышающий его структурную целостность. Он содержит короткие дискретные волокна , которые равномерно распределены и беспорядочно ориентированы. Волокна включают стальные волокна, стекловолокна , синтетические волокна и натуральные волокна, каждое из которых придает бетону различные свойства. Кроме того, характер бетона, армированного фиброй, изменяется в зависимости от бетона, волокнистых материалов, геометрии, распределения, ориентации и плотности.
Историческая перспектива
Концепция использования волокон в качестве арматуры не нова. Волокна использовались в качестве арматуры с древних времен. Исторически конский волос использовался в растворе, а солома - в сырцовых кирпичах . В 1900-х годах в бетоне использовались волокна асбеста . В 1950-х годах возникла концепция композитных материалов , и фибробетон стал одной из тем, вызывающих интерес. Как только были обнаружены риски для здоровья, связанные с асбестом, возникла необходимость найти замену этому веществу в бетоне и других строительных материалах. К 1960-м годам в бетоне использовались стальные , стеклянные ( GFRC ) и синтетические (например, полипропилен ) волокна. Исследования новых бетонов, армированных фиброй, продолжаются и сегодня.
Волокна обычно используются в бетоне для контроля растрескивания из-за пластической усадки и усадки при высыхании. Они также уменьшают проницаемость бетона и, таким образом, уменьшают утечку воды . Некоторые типы волокон обладают большей устойчивостью к ударам, истиранию и разрушению в бетоне. Более крупные стальные или синтетические волокна могут полностью заменить арматуру или сталь в определенных ситуациях. Фибробетон практически полностью заменил стержень в подземной строительной отрасли, например, в сегментах туннелей, где почти все футеровки туннелей армированы волокном вместо использования арматуры. Действительно, некоторые волокна фактически снижают прочность бетона на сжатие. [1]
Количество волокон, добавленных к бетонной смеси, выражается в процентах от общего объема композита (бетон и волокна), называемого «объемной долей» (V f ). V f обычно составляет от 0,1 до 3%. Соотношение сторон (l / d) рассчитывается путем деления длины волокна (l) на его диаметр (d). Волокна с некруглым поперечным сечением используют эквивалентный диаметр для расчета соотношения сторон. Если модуль упругости волокна выше, чем у матрицы ( вяжущего для бетона или строительного раствора ), они помогают выдерживать нагрузку за счет увеличения прочности материала на разрыв. Увеличение удлинения волокна обычно приводит к сегментации прочности на изгиб и ударной вязкости матрицы. Чем больше длина, тем лучше матрица внутри бетона, а меньший диаметр увеличивает количество волокон. Чтобы каждая прядь волокна была эффективной, рекомендуется использовать волокна, длина которых превышает максимальный размер агрегата. Обычный бетон содержит заполнитель с эквивалентным диаметром 19 мм, что составляет 35-45% бетона, волокна длиной более 20 мм более эффективны. Однако волокна, которые слишком длинные и не обрабатываются должным образом во время обработки, имеют тенденцию «комковаться» в смеси и создавать проблемы с технологичностью.
Волокна добавляются для долговечности бетона. Стекло [2] и полиэстер [3] разлагаются в щелочной среде бетона и различных добавок и поверхностной обработки бетона.
В Высокоскоростных 1 туннельных прокладках включены бетон , содержащий 1 кг / м 3 или более из полипропиленовых волокон, диаметра 18 и 32 мкм, что дает преимущество указанным ниже. [4] Добавление полипропиленовых волокон тонкого диаметра не только обеспечивает усиление футеровки туннелей, но также предотвращает «растрескивание» и повреждение футеровки в случае пожара из-за аварии. [5]
Преимущества
Стекловолокно может:
- Повышение прочности бетона при низких затратах.
- Добавляет растягивающую арматуру во всех направлениях, в отличие от арматуры.
- Добавьте декоративный вид, так как они видны на готовой бетонной поверхности.
Полипропиленовые и нейлоновые волокна могут:
- Улучшает сцепление смеси, улучшая прокачиваемость на большие расстояния
- Повышение устойчивости к замораживанию-оттаиванию
- Повышение устойчивости к взрывному растрескиванию в случае сильного пожара
- Повышение устойчивости к ударам и истиранию
- Повышение устойчивости к пластической усадке при отверждении
- Повышение прочности конструкции
- Снижение требований к стальной арматуре
- Улучшить пластичность
- Уменьшайте ширину трещин и плотно контролируйте ширину трещин, тем самым повышая долговечность
Стальные волокна могут:
- Повышение прочности конструкции
- Снижение требований к стальной арматуре
- Уменьшайте ширину трещин и плотно контролируйте ширину трещин, тем самым повышая долговечность
- Повышение устойчивости к ударам и истиранию
- Повышение устойчивости к замораживанию-оттаиванию
Смеси как стальных, так и полимерных волокон часто используются в строительных проектах, чтобы объединить преимущества обоих продуктов; структурные улучшения, обеспечиваемые стальными волокнами, и улучшения устойчивости к взрывному растрескиванию и пластической усадке благодаря полимерным волокнам.
При определенных обстоятельствах стальная фибра или макросинтетические волокна могут полностью заменить традиционный стальной арматурный стержень (« арматуру ») в железобетоне. Это чаще всего встречается в промышленных полах, но также и в некоторых других применениях сборного железобетона. Как правило, они подтверждаются лабораторными испытаниями, подтверждающими выполнение требований к рабочим характеристикам. Следует позаботиться о том, чтобы обеспечить соблюдение требований местных норм проектирования, которые могут предусматривать минимальное количество стальной арматуры в бетоне. Растет число проектов проходки туннелей с использованием сегментов футеровки из сборного железобетона, армированных только стальными волокнами.
Micro-Rebar также был недавно протестирован и одобрен для замены традиционной арматуры в вертикальных стенах, спроектированных в соответствии с ACI 318, Глава 14. [6]
Некоторые разработки
По крайней мере, половина бетона в типичном строительном элементе используется для защиты стальной арматуры от коррозии. Бетон с использованием только фибры в качестве армирования может привести к экономии бетона и, следовательно, к парниковому эффекту, связанному с ним. [7] FRC можно отливать во многие формы, что дает дизайнерам и инженерам большую гибкость.
HPFRC утверждает, что он может выдерживать деформационное упрочнение до нескольких процентов, в результате чего пластичность материала по крайней мере на два порядка выше по сравнению с обычным бетоном или стандартным фибробетоном. HPFRC также заявляет об уникальном поведении к взлому. При нагрузке за пределы диапазона упругости HPFRC сохраняет ширину трещины ниже 100 мкм даже при деформации до нескольких процентов растягивающей деформации. Полевые исследования HPFRC и Министерства транспорта штата Мичиган привели к появлению трещин в раннем возрасте. [8]
Недавние исследования, проведенные на высокоэффективном армированном волокном бетоне в настиле моста, показали, что добавление волокон обеспечивает остаточную прочность и контролируемое растрескивание. [9] Было меньше и более узких трещин в FRC, хотя FRC имел большую усадку, чем контроль. Остаточная прочность прямо пропорциональна содержанию волокна.
Некоторые исследования были выполнены с использованием отработанных волокон ковровых покрытий в бетоне в качестве экологически безопасного использования переработанных ковровых отходов. [10] Ковер обычно состоит из двух слоев основы (обычно ткани из полипропиленовой ленточной пряжи), соединенных стирол-бутадиеновым латексным каучуком (SBR), наполненным CaCO 3 , и лицевых волокон (большинство из них состоит из текстурированной пряжи из нейлона 6 и нейлона 66). Такие нейлоновые и полипропиленовые волокна можно использовать для армирования бетона. Возникают и другие идеи использования переработанных материалов в качестве волокон: например, переработанное волокно из полиэтилентерефталата (ПЭТ). [11]
Стандарты
- EN 14889-1: 2006 - Волокна для бетона. Стальные волокна. Определения, спецификации и соответствие
- EN 14845-1: 2007 - Методы испытаний волокон в бетоне.
- ASTM A820-16 - Стандартные спецификации для бетона, армированного волокном (заменены)
- ASTM C1116 / C1116M - Стандартные спецификации для бетона, армированного волокном
- ASTM C1018-97 - Стандартный метод испытаний на прочность на изгиб и прочность при первых трещинах в бетоне, армированном волокном (с использованием балки с нагрузкой в третьей точке) (отозван в 2006 г.)
- CSA A23.1-19 Приложение U - Бетон со сверхвысокими характеристиками (с армированием волокном и без него)
- CSA S6-19, 8.1 - Рекомендации по проектированию сверхвысокопрочного бетона
Смотрите также
Рекомендации
- ^ https://www.xetex.in/pp-fibres-india-xetex-industries-pr
- ^ ASTM C1116 / C1116M - 06
- ^ Механические свойства переработанных волокон ПЭТ в бетоне, исследование материалов. 2012; 15 (4): 679-686
- ^ «Новости - Волокна добавляют столь необходимую защиту престижным туннельным проектам» . 27 сентября 2007 года. Архивировано 27 сентября 2007 года . Проверено 5 февраля 2017 года .CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
- ^ ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА БЕТОННЫХ ТОННЕЛЬНЫХ ОБОЛОЧКОВ, Питер Шаттлворт, Rail Link Engineering. Соединенное Королевство
- ^ http://www.core-construction-products.com/pdfs/ACI-318-IBC-IRC-Evaluation-report-Helix-Steel-Micro-Rebar-Alternative-to-Steel-Rebar-Concrete-reinforcement-Vertical -Applications.pdf
- ^ https://www.bdcnetwork.com/world%E2%80%99s-first-building-made-carbon-fiber-reinforced-concrete-starts-construction-germany
- ^ Li, V .; Ян, Э .; Ли М. (28 января 2008 г.), Демонстрация в полевых условиях плит с прочным соединением для бесшовных мостовых настилов на основе деформационно-твердеющих цементных композитов - Фаза 3: Контроль усадки (PDF) , Департамент транспорта Мичигана
- ^ ACI 544.3R-93: Руководство по определению, дозированию, смешиванию, размещению и отделке бетона , армированного стальным волокном , Американский институт бетона, 1998 г.
- ^ Wang, Y .; Wu, HC .; Ли В. (ноябрь 2000 г.). «Армирование бетона вторичным волокном». Журнал материалов в гражданском строительстве . 12 (4): 314–319. DOI : 10.1061 / (ASCE) 0899-1561 (2000) 12: 4 (314) .
- ^ Ochia, T .; Окубоб, С .; Фукуиб, К. (июль 2007 г.). «Разработка переработанного ПЭТ-волокна и его применение в качестве армирующего волокна». Цементно-бетонные композиты . 29 (6): 448–455. DOI : 10.1016 / j.cemconcomp.2007.02.002 .