Сталефибробетон (SFRC) — это новый тип композитного материала, который можно заливать и распылять путем добавления соответствующего количества короткой стальной фибры в обычный бетон. В последние годы он быстро развивался внутри страны и за рубежом. Он преодолевает недостатки низкой прочности на разрыв, малого предельного удлинения и хрупкости бетона. Он обладает превосходными свойствами, такими как прочность на растяжение, сопротивление изгибу, сопротивление сдвигу, сопротивление растрескиванию, сопротивление усталости и высокая ударная вязкость. Он применяется в гидротехнике, дорожно-мостовом, строительном и других инженерных областях.

 

一．Развитие сталефибробетона

 

Фибробетон (FRC) — это аббревиатура фибробетона. Обычно это композит на цементной основе, состоящий из цементного теста, раствора или бетона и металлических волокон, неорганических волокон или материалов, армированных органическими волокнами. Это новый строительный материал, образованный путем равномерного распределения коротких и тонких волокон с высокой прочностью на разрыв, высоким предельным удлинением и высокой щелочестойкостью в бетонной матрице. Фибра в бетоне может ограничить образование ранних трещин в бетоне и дальнейшее расширение трещин под действием внешней силы, эффективно преодолеть присущие дефекты, такие как низкая прочность на растяжение, легкое растрескивание и плохая усталостная устойчивость бетона, а также значительно улучшить эксплуатационные характеристики. водонепроницаемости, морозостойкости и армирующей защиты бетона. Фибробетон, особенно железобетон, армированный сталью, привлекает все больше и больше внимания в академических и инженерных кругах практической инженерии из-за своих превосходных характеристик. 1907 Советский специалист Б.П. Хекпокаб начал использовать металлофибробетон; В 1910 году Х. Ф. Портер опубликовал отчет об исследовании армированного бетона с короткими волокнами, в котором предположил, что короткие стальные волокна должны быть равномерно распределены в бетоне для укрепления материалов матрицы; В 1911 году Грэм из США добавил стальную фибру в обычный бетон, чтобы улучшить прочность и стабильность бетона; К 1940-м годам США, Великобритания, Франция, Германия, Япония и другие страны провели множество исследований по использованию стальной фибры для повышения износостойкости и трещиностойкости бетона, технологии производства сталефибробетона, совершенствованию форма стальной фибры для улучшения прочности сцепления между фиброй и бетонной матрицей; В 1963 году Дж. П. Ромуальди и Г. Б. Бэтсон опубликовали статью о механизме развития трещин в сталефибробетоне и выдвинули вывод о том, что трещиностойкость сталефибробетона определяется средним расстоянием между стальными волокнами, которое играет эффективную роль. в растягивающем напряжении (теория расстояния между волокнами), что положило начало практическому этапу разработки этого нового композитного материала. До сих пор, с популяризацией и применением сталефибробетона, из-за различного распределения волокон в бетоне существует в основном четыре типа: сталефибробетон, гибридный фибробетон, слоистый сталефибробетон и слоистый гибридный фибробетон. железобетон.

 

二.Механизм усиления сталефибробетона

 

1.Теория механики композиционных материалов. Теория механики композитов основана на теории композитов с непрерывными волокнами и сочетается с характеристиками распределения стальных волокон в бетоне. В этой теории композиты рассматриваются как двухфазные композиты, в которых волокно является одной фазой, а матрица — другой фазой.

 

Теория межволоконного расстояния. Теория расстояния между волокнами, также известная как теория трещиностойкости, предложена на основе линейной упругой механики разрушения. Эта теория утверждает, что эффект армирования волокон связан только с равномерно распределенным расстоянием между волокнами (минимальным расстоянием).

 

三．Анализ состояния развития сталефибробетона

 

1.Сталефибробетон.Сталефибробетон — это разновидность относительно однородного и разнонаправленного железобетона, полученного путем добавления небольшого количества волокон низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали и стеклопластика в обычный бетон. Количество стальной фибры при смешивании обычно составляет 1–2% по объему, в то время как 70–100 кг стальной фибры смешивается с каждым кубическим метром бетона по весу. Длина стальной фибры должна составлять 25 ~ 60 мм, диаметр - 0,25 ~ 1,25 мм, а лучшее соотношение длины к диаметру должно быть 50 ~ 700. По сравнению с обычным бетоном, он может не только улучшить растяжение, сдвиг и изгиб. , износостойкость и трещиностойкость, а также значительно повышают вязкость разрушения и ударопрочность бетона, а также значительно улучшают усталостную прочность и долговечность конструкции, особенно ударная вязкость может быть увеличена в 10-20 раз. В Китае сравниваются механические свойства сталефибробетона и обычного бетона. Когда содержание стальной фибры составляет 15% ~ 20%, а соотношение воды и цемента составляет 0,45, прочность на растяжение увеличивается на 50% ~ 70%, прочность на изгиб увеличивается на 120% ~ 180%, ударная вязкость увеличивается на 10 ~ 20. раз, ударная усталостная прочность увеличивается в 15–20 раз, вязкость при изгибе увеличивается в 14–20 раз, а также значительно улучшается износостойкость. Таким образом, сталефибробетон имеет лучшие физико-механические свойства, чем обычный бетон.

2.Гибридный фибробетон. Соответствующие данные исследований показывают, что стальная фибра существенно не повышает прочность бетона на сжатие и даже не снижает ее; По сравнению с простым бетоном существуют положительные и отрицательные (увеличение и уменьшение) или даже промежуточные взгляды на непроницаемость, износостойкость, ударопрочность и износостойкость сталефибробетона и предотвращение ранней пластической усадки бетона. Кроме того, сталефибробетон имеет некоторые проблемы, такие как большая дозировка, высокая цена, ржавчина и почти полное отсутствие устойчивости к взрыву, вызванному пожаром, что в разной степени повлияло на его применение. В последние годы некоторые отечественные и зарубежные учёные стали обращать внимание на гибридный фибробетон (ГФББ), пытаясь смешивать волокна с разными свойствами и преимуществами, перенимать опыт друг у друга, обыгрывать «положительный гибридный эффект» на разных уровнях и этапы загрузки для улучшения различных свойств бетона, чтобы удовлетворить потребности различных проектов. Однако, что касается его различных механических свойств, особенно его усталостной деформации и усталостного повреждения, закона развития деформации и характеристик повреждения при статических и динамических нагрузках, а также циклических нагрузках постоянной или переменной амплитуды, оптимальное количество смешивания и пропорция смешивания волокна, соотношение между компонентами композиционных материалов, эффектом упрочнения и механизмом упрочнения, противоусталостными характеристиками, механизмом разрушения и технологией строительства. Проблемы расчета пропорций смеси требуют дальнейшего изучения.

3.Слоистый сталефибробетон.Монолитный фибробетон нелегко перемешать равномерно, волокно легко агломерируется, количество волокна велико, а стоимость относительно высока, что влияет на его широкое применение. Благодаря большому количеству инженерной практики и теоретических исследований предложен новый тип сталефиброконструкции — слоеный сталефибробетон (LSFRC). Небольшое количество стальной фибры равномерно распределено на верхней и нижней поверхностях дорожной плиты, а середина по-прежнему представляет собой простой бетонный слой. Стальная фибра в LSFRC обычно распределяется вручную или механически. Стальное волокно длинное, а соотношение длины и диаметра обычно составляет от 70 до 120, что свидетельствует о двумерном распределении. Не влияя на механические свойства, этот материал не только значительно уменьшает количество стальной фибры, но и позволяет избежать явления агломерации волокон при смешивании цельного фибробетона. Кроме того, положение слоя стальной фибры в бетоне оказывает большое влияние на прочность бетона на изгиб. Эффект армирования слоя стальной фибры в нижней части бетона является лучшим. При перемещении слоя стальной фибры вверх эффект армирования значительно снижается. Прочность на изгиб LSFRC более чем на 35% выше, чем у обычного бетона с той же пропорцией смеси, что немного ниже, чем у цельного сталефибробетона. Тем не менее, LSFRC может сэкономить значительную часть стоимости материала, и нет проблем со сложным смешиванием. Таким образом, LSFRC — это новый материал с хорошими социальными и экономическими преимуществами и широкими перспективами применения, который достоин популяризации и применения в дорожном строительстве.

 

4.Слоистый гибридный фибробетон.Слойный гибридный фибробетон (LHFRC) представляет собой композиционный материал, образованный путем добавления 0,1% полипропиленовой фибры на основе LSFRC и равномерного распределения большого количества тонких и коротких полипропиленовых волокон с высокой прочностью на разрыв и высоким предельным удлинением в верхней и нижней части стали. фибробетон и простой бетон в среднем слое. Он может преодолеть слабость промежуточного слоя простого бетона LSFRC и предотвратить потенциальную угрозу безопасности после изнашивания поверхностной стальной фибры. LHFRC может значительно повысить прочность бетона на изгиб. По сравнению с простым бетоном, его прочность на изгиб обычного бетона увеличивается примерно на 20%, а по сравнению с LSFRC, его прочность на изгиб увеличивается на 2,6%, но это мало влияет на модуль упругости бетона при изгибе. Модуль упругости при изгибе LHFRC на 1,3% выше, чем у обычного бетона, и на 0,3% ниже, чем у LSFRC. LHFRC также может значительно повысить прочность бетона на изгиб, а его индекс прочности на изгиб примерно в 8 раз выше, чем у обычного бетона, и в 1,3 раза больше, чем у LSFRC. Более того, из-за различных характеристик двух или более волокон LHFRC в бетоне, в соответствии с инженерными потребностями, положительный гибридный эффект синтетического волокна и стальной фибры в бетоне может быть использован для значительного улучшения пластичности, долговечности, ударной вязкости и трещиностойкости. , прочность на изгиб и прочность материала на растяжение, улучшают качество материала и продлевают срок службы материала.

——Аннотация (Архитектура Шаньси, Том 38, № 11, Чэнь Хуэйцин)