El formigó armat amb fibra d'acer (SFRC) és un nou tipus de material compost que es pot abocar i ruixar afegint una quantitat adequada de fibra d'acer curta al formigó normal. S'ha desenvolupat ràpidament a casa i a l'estranger en els últims anys. Supera les deficiències de baixa resistència a la tracció, petit allargament final i propietat trencadissa del formigó. Té excel·lents propietats com ara la resistència a la tracció, la resistència a la flexió, la resistència a la cisalla, la resistència a les esquerdes, la resistència a la fatiga i l'alta tenacitat. S'ha aplicat en enginyeria hidràulica, carreteres i ponts, construcció i altres camps d'enginyeria.

 

一．Desenvolupament de formigó armat amb fibra d'acer

 

El formigó armat amb fibra (FRC) és l'abreviatura de formigó armat amb fibra. Normalment és un compost a base de ciment compost per pasta de ciment, morter o formigó i fibra metàl·lica, fibra inorgànica o materials reforçats amb fibra orgànica. És un nou material de construcció format per la dispersió uniforme de fibres curtes i fines amb una alta resistència a la tracció, un alt allargament final i una alta resistència als àlcalis a la matriu de formigó. La fibra en el formigó pot limitar la generació d'esquerdes primerenques al formigó i la major expansió de les esquerdes sota l'acció de la força externa, superar eficaçment els defectes inherents com ara la baixa resistència a la tracció, el trencament fàcil i la poca resistència a la fatiga del formigó i millorar considerablement el rendiment. d'impermeabilitat, impermeabilitat, resistència a les gelades i protecció de reforç del formigó. El formigó armat amb fibra, especialment el formigó armat amb fibra d'acer, ha atret cada cop més l'atenció en els cercles acadèmics i d'enginyeria en l'enginyeria pràctica a causa del seu rendiment superior. 1907 L'expert soviètic B П. Hekpocab va començar a utilitzar formigó armat amb fibra metàl·lica; El 1910, HF Porter va publicar un informe d'investigació sobre el formigó armat amb fibres curtes, suggerint que les fibres d'acer curtes s'havien de dispersar uniformement en el formigó per reforçar els materials de la matriu; El 1911, Graham dels Estats Units va afegir fibra d'acer al formigó normal per millorar la resistència i l'estabilitat del formigó; A la dècada de 1940, els Estats Units, Gran Bretanya, França, Alemanya, Japó i altres països havien fet moltes investigacions sobre l'ús de fibra d'acer per millorar la resistència al desgast i la resistència a les esquerdes del formigó, la tecnologia de fabricació del formigó de fibra d'acer i la millora de la forma de fibra d'acer per millorar la força d'unió entre la fibra i la matriu de formigó; El 1963, JP romualdi i GB Batson van publicar un article sobre el mecanisme de desenvolupament de fissures del formigó confinat amb fibra d'acer i van avançar la conclusió que la resistència a les esquerdes del formigó armat amb fibra d'acer està determinada per l'espai mitjà de les fibres d'acer que té un paper efectiu. en tensió de tracció (teoria de l'espaiat de fibres), iniciant així l'etapa de desenvolupament pràctic d'aquest nou material compost. Fins ara, amb la popularització i aplicació del formigó armat amb fibra d'acer, a causa de la diferent distribució de fibres en el formigó, hi ha principalment quatre tipus: formigó armat amb fibra d'acer, formigó armat amb fibra híbrida, formigó armat amb fibra d'acer en capes i fibra híbrida en capes. formigó armat.

 

二.Mecanisme de reforç del formigó armat amb fibra d'acer

 

1.Teoria de la mecànica composta. La teoria de la mecànica de compostos es basa en la teoria dels compostos de fibra contínua i es combina amb les característiques de distribució de les fibres d'acer en el formigó. En aquesta teoria, els compostos es consideren composites de dues fases amb la fibra com una fase i la matriu com l'altra fase.

 

Teoria de l'espaiat de fibres. La teoria de l'espaiat de fibres, també coneguda com a teoria de la resistència a l'esquerda, es proposa basada en la mecànica de fractura elàstica lineal. Aquesta teoria sosté que l'efecte de reforç de les fibres només està relacionat amb l'espai entre fibres distribuït uniformement (espai mínim).

 

三．Anàlisi de l'estat de desenvolupament del formigó armat amb fibra d'acer

 

1.Formigó armat amb fibra d'acer.El formigó armat amb fibra d'acer és un tipus de formigó armat relativament uniforme i multidireccional format afegint una petita quantitat d'acer baix en carboni, acer inoxidable i fibres de FRP al formigó normal. La quantitat de barreja de fibra d'acer és generalment de l'1% ~ 2% en volum, mentre que 70 ~ 100 kg de fibra d'acer es barregen a cada metre cúbic de formigó en pes. La longitud de la fibra d'acer ha de ser de 25 a 60 mm, el diàmetre ha de ser de 0,25 a 1,25 mm i la millor relació de longitud a diàmetre ha de ser de 50 a 700. En comparació amb el formigó normal, no només pot millorar la tracció, la cisalla i la flexió. , la resistència al desgast i a les esquerdes, però també millora molt la tenacitat a la fractura i la resistència a l'impacte del formigó, i millora significativament la resistència a la fatiga i la durabilitat de l'estructura, especialment la tenacitat es pot augmentar de 10 a 20 vegades. A la Xina es comparen les propietats mecàniques del formigó armat amb fibra d'acer i del formigó normal. Quan el contingut de fibra d'acer és del 15% ~ 20% i la proporció de ciment d'aigua és de 0,45, la resistència a la tracció augmenta un 50% ~ 70%, la resistència a la flexió augmenta un 120% ~ 180%, la resistència a l'impacte augmenta en un 10 ~ 20 vegades, la resistència a la fatiga per impacte augmenta de 15 a 20 vegades, la tenacitat a la flexió augmenta de 14 a 20 vegades i la resistència al desgast també es millora significativament. Per tant, el formigó armat amb fibra d'acer té millors propietats físiques i mecàniques que el formigó normal.

2.Formigó de fibra híbrida. Les dades d'investigació rellevants mostren que la fibra d'acer no promou significativament la resistència a la compressió del formigó, ni tan sols la redueix; En comparació amb el formigó pla, hi ha opinions positives i negatives (augment i disminució) o fins i tot intermèdies sobre la impermeabilitat, la resistència al desgast, l'impacte i la resistència al desgast del formigó armat amb fibra d'acer i la prevenció de la contracció plàstica primerenca del formigó. A més, el formigó armat amb fibra d'acer presenta alguns problemes, com ara la gran dosi, el preu elevat, l'òxid i gairebé cap resistència a l'explosió causada pel foc, que ha afectat la seva aplicació en diferents graus. En els últims anys, alguns estudiosos nacionals i estrangers van començar a prestar atenció al formigó de fibra híbrida (HFRC), intentant barrejar fibres amb diferents propietats i avantatges, aprendre els uns dels altres i donar joc a l'"efecte híbrid positiu" a diferents nivells i etapes de càrrega per millorar diverses propietats del formigó, per tal de satisfer les necessitats de diferents projectes. Tanmateix, pel que fa a les seves diverses propietats mecàniques, especialment la seva deformació per fatiga i els danys per fatiga, la llei de desenvolupament de la deformació i les característiques del dany sota càrregues estàtiques i dinàmiques i càrregues cícliques d'amplitud constant o amplitud variable, la quantitat de barreja òptima i la proporció de barreja de fibra, la relació entre components de materials compostos, efecte d'enfortiment i mecanisme d'enfortiment, rendiment antifatiga, mecanisme de fallada i tecnologia de construcció, cal estudiar més a fons els problemes del disseny de la proporció de la barreja.

3.Formig armat amb fibra d'acer en capes.El formigó armat amb fibra monolítica no és fàcil de barrejar uniformement, la fibra és fàcil d'aglomerar, la quantitat de fibra és gran i el cost és relativament elevat, cosa que afecta la seva àmplia aplicació. Mitjançant un gran nombre de pràctiques d'enginyeria i investigacions teòriques, es proposa un nou tipus d'estructura de fibra d'acer, formigó armat amb fibra d'acer en capa (LSFRC). Una petita quantitat de fibra d'acer es distribueix uniformement a les superfícies superior i inferior de la llosa de la carretera, i el mig encara és una capa de formigó llisa. La fibra d'acer en LSFRC es distribueix generalment manualment o mecànicament. La fibra d'acer és llarga i la relació de diàmetre de longitud és generalment entre 70 i 120, mostrant una distribució bidimensional. Sense afectar les propietats mecàniques, aquest material no només redueix molt la quantitat de fibra d'acer, sinó que també evita el fenomen d'aglomeració de fibres en la barreja de formigó armat amb fibra integral. A més, la posició de la capa de fibra d'acer al formigó té un gran impacte en la resistència a la flexió del formigó. L'efecte de reforç de la capa de fibra d'acer a la part inferior del formigó és el millor. Amb la posició de la capa de fibra d'acer que es mou cap amunt, l'efecte de reforç disminueix significativament. La resistència a la flexió de LSFRC és més d'un 35% superior a la del formigó pla amb la mateixa proporció de barreja, que és lleugerament inferior a la del formigó integral armat amb fibra d'acer. Tanmateix, LSFRC pot estalviar molts costos de material i no hi ha cap problema de barreja difícil. Per tant, LSFRC és un material nou amb bons beneficis socials i econòmics i àmplies perspectives d'aplicació, que és digne de popularització i aplicació en la construcció de paviments.

 

4.Formigó de fibra híbrida en capes.El formigó armat amb fibra híbrida de capa (LHFRC) és un material compost format afegint un 0,1% de fibra de polipropilè sobre la base de LSFRC i distribuint uniformement un gran nombre de fibres de polipropilè fines i curtes amb alta resistència a la tracció i alt allargament final a l'acer superior i inferior. formigó de fibra i el formigó pla a la capa mitjana. Pot superar la debilitat de la capa intermèdia de formigó llis LSFRC i prevenir els possibles perills de seguretat després que la fibra d'acer superficial s'hagi desgastat. LHFRC pot millorar significativament la resistència a la flexió del formigó. En comparació amb el formigó pla, la seva resistència a la flexió del formigó pla augmenta en un 20%, i en comparació amb LSFRC, la seva resistència a la flexió augmenta un 2,6%, però té poc efecte sobre el mòdul elàstic a la flexió del formigó. El mòdul elàstic a la flexió de LHFRC és un 1,3% superior al del formigó pla i un 0,3% inferior al de LSFRC. LHFRC també pot millorar significativament la tenacitat a la flexió del formigó, i el seu índex de tenacitat a la flexió és aproximadament 8 vegades el del formigó pla i 1,3 vegades el de LSFRC. A més, a causa del rendiment diferent de dues o més fibres en LHFRC en formigó, segons les necessitats d'enginyeria, l'efecte híbrid positiu de la fibra sintètica i la fibra d'acer en el formigó es pot utilitzar per millorar considerablement la ductilitat, la durabilitat, la duresa, la resistència a les esquerdes. , la resistència a la flexió i la resistència a la tracció del material, milloren la qualitat del material i perllonguen la vida útil del material.

——Resum (Arquitectura de Shanxi, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)