Stålfiberarmert betong (SFRC) er en ny type komposittmateriale som kan helles og sprøytes ved å tilsette en passende mengde korte stålfibre i vanlig betong. Den har utviklet seg raskt i inn- og utland de siste årene. Den overvinner manglene med lav strekkfasthet, liten ultimat forlengelse og sprøhetsegenskaper hos betong. Den har utmerkede egenskaper som strekkfasthet, bøyemotstand, skjærmotstand, sprekkmotstand, utmattingsmotstand og høy seighet. Den har blitt brukt innen hydraulikk, vei- og brobygging, konstruksjon og andre ingeniørfelt.

 

一.Utvikling av stålfiberarmert betong

 

Fiberforsterket betong (FRC) er forkortelsen for fiberforsterket betong. Det er vanligvis en sementbasert kompositt bestående av sementpasta, mørtel eller betong og metallfiber, uorganisk fiber eller organisk fiberforsterket materiale. Det er et nytt byggemateriale dannet ved jevn fordeling av korte og fine fibre med høy strekkfasthet, høy ultimat forlengelse og høy alkalimotstand i betongmatrisen. Fiber i betong kan begrense dannelsen av tidlige sprekker i betong og videre utvidelse av sprekker under påvirkning av ytre krefter, effektivt overvinne iboende defekter som lav strekkfasthet, lett sprekkdannelse og dårlig utmattingsmotstand i betong, og forbedre ytelsen til ugjennomtrengelighet, vanntetthet, frostmotstand og armeringsbeskyttelse av betong betraktelig. Fiberforsterket betong, spesielt stålfiberforsterket betong, har fått mer og mer oppmerksomhet i akademiske og ingeniørkretser innen praktisk ingeniørfag på grunn av sin overlegne ytelse. I 1907 begynte den sovjetiske eksperten B. P. Hekpocab å bruke metallfiberforsterket betong; i 1910 publiserte H. F. Porter en forskningsrapport om kortfiberforsterket betong, som foreslo at korte stålfibre burde fordeles jevnt i betong for å styrke matrisematerialer; I 1911 tilsatte Graham fra USA stålfiber i vanlig betong for å forbedre betongens styrke og stabilitet. På 1940-tallet hadde USA, Storbritannia, Frankrike, Tyskland, Japan og andre land forsket mye på bruk av stålfiber for å forbedre slitestyrken og sprekkmotstanden i betong, produksjonsteknologien til stålfiberbetong og forbedring av formen på stålfiber for å forbedre bindingsstyrken mellom fiber og betongmatrise. I 1963 publiserte J.P. Romualdi og GB Batson en artikkel om sprekkutviklingsmekanismen i stålfiberbegrenset betong, og konkluderte med at sprekkstyrken til stålfiberarmert betong bestemmes av den gjennomsnittlige avstanden mellom stålfibrene, som spiller en effektiv rolle i strekkspenningen (fiberavstandsteori), og dermed startet den praktiske utviklingsfasen av dette nye komposittmaterialet. Med populariseringen og anvendelsen av stålfiberarmert betong, på grunn av den forskjellige fordelingen av fibre i betong, er det hovedsakelig fire typer: stålfiberarmert betong, hybridfiberarmert betong, lagdelt stålfiberarmert betong og lagdelt hybridfiberarmert betong.

 

二.Styrkingsmekanisme for stålfiberarmert betong

 

1. Teori om komposittmekanikk. Teorien om komposittmekanikk er basert på teorien om kontinuerlige fiberkompositter og kombinert med fordelingsegenskapene til stålfibre i betong. I denne teorien betraktes kompositter som tofasekompositter med fiber som den ene fasen og matrise som den andre fasen.

 

Fiberavstandsteori. Fiberavstandsteori, også kjent som sprekkmotstandsteori, er foreslått basert på lineær elastisk bruddmekanikk. Denne teorien hevder at forsterkningseffekten av fibre kun er relatert til den jevnt fordelte fiberavstanden (minimumsavstand).

 

三.Analyse av utviklingsstatus for stålfiberarmert betong

 

1.Stålfiberarmert betong.Stålfiberarmert betong er en type relativt jevn og flerveis armert betong dannet ved å tilsette en liten mengde lavkarbonstål, rustfritt stål og FRP-fibre i vanlig betong. Blandemengden stålfiber er vanligvis 1 % ~ 2 % av volum, mens 70 ~ 100 kg stålfiber blandes i hver kubikkmeter betong etter vekt. Lengden på stålfiberen bør være 25 ~ 60 mm, diameteren bør være 0,25 ~ 1,25 mm, og det beste forholdet mellom lengde og diameter bør være 50 ~ 700. Sammenlignet med vanlig betong kan den ikke bare forbedre strekk-, skjær-, bøynings-, slitasje- og sprekkmotstanden, men også forbedre bruddseigheten og slagfastheten til betongen betraktelig, og forbedre utmattingsmotstanden og holdbarheten til konstruksjonen betydelig, spesielt seigheten kan økes med 10 ~ 20 ganger. De mekaniske egenskapene til stålfiberarmert betong og vanlig betong sammenlignes i Kina. Når innholdet av stålfiber er 15 % ~ 20 % og vannsementforholdet er 0,45, øker strekkfastheten med 50 % ~ 70 %, bøyefastheten øker med 120 % ~ 180 %, slagfastheten øker med 10 ~ 20 ganger, slagutmattingsfastheten øker med 15 ~ 20 ganger, bøyeseigheten øker med 14 ~ 20 ganger, og slitestyrken forbedres også betydelig. Derfor har stålfiberarmert betong bedre fysiske og mekaniske egenskaper enn vanlig betong.

2. Hybridfiberbetong. Relevante forskningsdata viser at stålfiber ikke forbedrer trykkfastheten til betong betydelig, eller til og med reduserer den. Sammenlignet med vanlig betong finnes det positive og negative (økning og reduksjon) eller til og med mellomliggende synspunkter på ugjennomtrengelighet, slitestyrke, slagfasthet og slitestyrke til stålfiberarmert betong og forebygging av tidlig plastisk krymping av betong. I tillegg har stålfiberarmert betong noen problemer, som stor dosering, høy pris, rust og nesten ingen motstand mot sprekker forårsaket av brann, noe som har påvirket bruken i varierende grad. I de senere år har noen innenlandske og utenlandske forskere begynt å legge vekt på hybridfiberbetong (HFRC), og forsøkt å blande fibre med forskjellige egenskaper og fordeler, lære av hverandre og gi spill til den "positive hybrideffekten" på forskjellige nivåer og lastestadier for å forbedre ulike egenskaper til betong, for å møte behovene til forskjellige prosjekter. Med hensyn til dens forskjellige mekaniske egenskaper, spesielt dens utmattingsdeformasjon og utmattingsskader, deformasjonsutviklingsloven og skadekarakteristikker under statiske og dynamiske belastninger og sykliske belastninger med konstant amplitude eller variabel amplitude, optimal blandingsmengde og blandingsforhold for fiber, forholdet mellom komponentene i komposittmaterialer, forsterkende effekt og forsterkende mekanisme, anti-utmattingsytelse, sviktmekanisme og konstruksjonsteknologi, må problemene med blandingsforholdsdesign studeres nærmere.

3. Lagdelt stålfiberarmert betong.Monolittisk fiberarmert betong er ikke lett å blande jevnt, fiberen er lett å agglomerere, mengden fiber er stor, og kostnaden er relativt høy, noe som påvirker dens brede anvendelse. Gjennom et stort antall ingeniørpraksis og teoretisk forskning er en ny type stålfiberstruktur, lagdelt stålfiberarmert betong (LSFRC), foreslått. En liten mengde stålfiber er jevnt fordelt på de øvre og nedre overflatene av veidekket, og midten er fortsatt et vanlig betonglag. Stålfiberen i LSFRC fordeles vanligvis manuelt eller mekanisk. Stålfiberen er lang, og forholdet mellom lengde og diameter er vanligvis mellom 70 og 120, noe som viser en todimensjonal fordeling. Uten å påvirke de mekaniske egenskapene, reduserer dette materialet ikke bare mengden stålfiber betraktelig, men unngår også fenomenet fiberagglomerering ved blanding av integrert fiberarmert betong. I tillegg har plasseringen av stålfiberlaget i betongen stor innvirkning på betongens bøyefasthet. Armeringseffekten av stålfiberlaget i bunnen av betongen er best. Når plasseringen av stålfiberlaget beveger seg oppover, reduseres armeringseffekten betydelig. Bøyestyrken til LSFRC er mer enn 35 % høyere enn for vanlig betong med samme blandingsforhold, noe som er litt lavere enn for integrert stålfiberarmert betong. LSFRC kan imidlertid spare mye materialkostnader, og det er ikke noe problem med vanskelig blanding. Derfor er LSFRC et nytt materiale med gode sosiale og økonomiske fordeler og brede anvendelsesmuligheter, som er verdig popularisering og anvendelse i veidekkekonstruksjon.

 

4.Lagdelt hybridfiberbetong.Lagvis hybridfiberarmert betong (LHFRC) er et komposittmateriale dannet ved å tilsette 0,1 % polypropylenfiber basert på LSFRC og jevnt fordele et stort antall fine og korte polypropylenfibre med høy strekkfasthet og høy ultimat forlengelse i øvre og nedre stålfiberbetong og den uforstyrrede betongen i det mellomste laget. Det kan overvinne svakhetene i det mellomliggende uforstyrrede betonglaget i LSFRC og forhindre potensielle sikkerhetsfarer etter at overflaten av stålfiberen er slitt ut. LHFRC kan forbedre betongens bøyefasthet betydelig. Sammenlignet med vanlig betong økes bøyefastheten til vanlig betong med omtrent 20 %, og sammenlignet med LSFRC økes bøyefastheten med 2,6 %, men det har liten effekt på betongens bøyningselastisitetsmodul. Bøyningselastisitetsmodulen til LHFRC er 1,3 % høyere enn for vanlig betong og 0,3 % lavere enn for LSFRC. LHFRC kan også forbedre betongens bøyeseighet betydelig, og bøyeseighetsindeksen er omtrent 8 ganger høyere enn for vanlig betong og 1,3 ganger høyere enn for LSFRC. På grunn av den ulik ytelsen til to eller flere fibre i LHFRC i betong, kan den positive hybrideffekten av syntetisk fiber og stålfiber i betong, i henhold til tekniske behov, brukes til å forbedre materialets duktilitet, holdbarhet, seighet, sprekkstyrke, bøyesstyrke og strekkfasthet betraktelig, forbedre materialkvaliteten og forlenge materialets levetid.

——Abstrakt (Shanxi-arkitektur, vol. 38, nr. 11, Chen Huiqing)