WikiDer > Фибробетон

Fiber-reinforced concrete

Фибробетон (FRC) является конкретный содержащий волокнистый материал, повышающий его структурную целостность. Он содержит короткие дискретные волокна которые равномерно распределены и ориентированы случайным образом. Волокна включают стальные волокна, стекловолокно, синтетические волокна и натуральные волокна - каждый 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 ступка и солома в глиняные кирпичи. В 1900-х годах асбест волокна были использованы в бетоне. В 1950-х годах концепция композитные материалы возникновение бетона, армированного фиброй, было одной из самых интересных тем. Однажды риск для здоровья связанных с асбестом, возникла необходимость найти замену этому веществу в бетоне и других строительных материалах. К 1960-м годам стали, стекло (GFRC) и синтетические (такие как полипропилен) волокна были использованы в бетоне. Исследования новых бетонов, армированных фиброй, продолжаются и сегодня.

Волокна обычно используются в бетоне для предотвращения растрескивания из-за пластик усадке и усадке при высыхании. Они также уменьшают проницаемость бетона и тем самым уменьшить 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 индустрии, например, в сегментах туннелей, где почти вся футеровка туннелей армирована волокном вместо использования арматуры. Действительно, некоторые волокна снижают прочность бетона на сжатие.[1]

Количество волокон, добавленных в бетонную смесь, выражается в процентах от общего объема композита (бетон и волокна), называемых «объемной долей» (Vж). Vж 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 волокно модуль упругости выше матрицы (бетон или ступка связующее), они помогают нести нагрузку за счет увеличения прочности материала на разрыв. Увеличение удлинения волокна обычно сегментирует прочность на изгиб и вязкость матрицы. Чем больше длина, тем лучше матрица внутри бетона, а меньший диаметр увеличивает количество волокон. Чтобы гарантировать эффективность каждой пряди волокна, рекомендуется использовать волокна длиннее максимального размера 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 обеспечения долговечности бетона. Стекло [2] и полиэстер [3] разлагаются в щелочном состоянии бетона и различных добавок и поверхностной обработки бетона.

В Высокая скорость 1 Облицовка туннелей включает бетон, содержащий 1 кг / м3 или более полипропиленовых волокон диаметром 18 и 32 мкм, что дает указанные ниже преимущества.[4] Добавление полипропиленовых волокон тонкого диаметра не только обеспечивает усиление футеровки туннелей, но и предотвращает «растрескивание» и повреждение футеровки в случае пожара в результате аварии. [5]

Преимущества

Стекловолокно может:

  • Повышение прочности бетона при низких затратах.
  • Добавляет растягивающую арматуру во всех направлениях, в отличие от арматуры.
  • Добавьте декоративный вид, поскольку они видны на готовой бетонной поверхности.

Полипропилен и нейлон волокна могут:

  • Улучшает сцепление смеси, улучшая прокачиваемость на большие расстояния
  • Повышение устойчивости к замораживанию-оттаиванию
  • Повышение устойчивости к взрывчатым веществам скалывание 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
  • Улучшать пластичность
  • Уменьшайте ширину трещин и тщательно контролируйте ширину трещин, тем самым повышая долговечность

Стали волокна могут:

  • Повышение прочности конструкции
  • Снижение требований к стальной арматуре
  • Уменьшайте ширину трещин и тщательно 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 за счет стальной фибры и устойчивости к взрывчатым веществам скалывание и улучшение пластической усадки за счет полимерных волокон.

В определенных обстоятельствах стальная фибра или макросинтетические волокна могут полностью заменить традиционный стальной арматурный стержень ("арматура") в железобетоне. Это наиболее распространено 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 требования местных норм проектирования также выполнялись. соблюдены требования, что может потребовать минимального количества стальной арматуры в бетоне. Растет число проектов проходки туннелей с использованием сборных сегментов футеровки, армированных только стальной фиброй.

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 формовать в самые разные формы, что дает дизайнерам и инженерам большую гибкость.

HPFRC утверждает, что может выдерживать деформационное упрочнение до нескольких процентов, в результате чего материал пластичность как минимум на два порядка выше по сравнению с обычным бетоном или стандартным фибробетоном. HPFRC также заявляет об уникальном поведении к растрескиванию. При нагрузке за пределы диапазона упругости HPFRC сохраняет ширину трещины ниже 100 мкм даже при деформации до нескольких процентов деформации растяжения. 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] В FRC было меньше и меньше трещин, хотя FRC имел большую усадку, чем контрольный. 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 CaCO3 наполненный стирол-бутадиеновый латексный каучук (SBR) и лицевые волокна (в большинстве своем текстурированные нити из нейлона 6 и нейлона 66). Такие нейлоновые и полипропиленовые волокна можно использовать для армирования бетона. Появляются и другие идеи использования переработанных материалов в качестве волокон: переработанные Полиэтилентерефталат (ПЭТ) волокно, например.[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 технические условия для бетона, армированного волокном (заменены)
  • ASTM C1116 / C1116M - Стандартные спецификации для бетона, армированного волокном
  • ASTM C1018-97 - Стандартный метод испытаний на изгибную вязкость и прочность при первой трещине 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

  1. ^ https://www.xetex.in/pp-fibres-india-xetex-industries-pr
  2. ^ ASTM C1116 / C1116M - 06
  3. ^ Механические свойства переработанных ПЭТ-волокон в бетоне, исследование материалов. 2012; 15 (4): 679-686
  4. ^ «Новости - Волокна добавляют столь необходимую защиту престижным туннельным проектам». 2007-09-27. Архивировано 27 сентября 2007 года.. Получено 2017-02-05.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  5. ^ ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА БЕТОННЫХ ОБОЛОЧКОВ ТУННЕЛЕЙ, Питер Шаттлворт, Rail Link Engineering. Великобритания
  6. ^ 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
  7. ^ https://www.bdcnetwork.com/world%E2%80%99s-first-building-made-carbon-fiber-reinforced-concrete-starts-construction-germany
  8. ^ Li, V .; Ян, Э .; Ли М. (28 января 2008 г.), Демонстрация в полевых условиях плит с прочными звеньями для бесшовных мостовых настилов на основе деформационно-твердеющих цементных композитов - Фаза 3: Контроль усадки (PDF), Департамент транспорта Мичигана
  9. ^ ACI 544.3R-93: Руководство по определению, дозированию, смешиванию, размещению и отделке бетона, армированного стальным волокном, Американский институт бетона, 1998 г.
  10. ^ Wang, Y .; Wu, HC .; Ли В. (ноябрь 2000 г.). «Армирование бетона вторичным волокном». Журнал материалов в гражданском строительстве.
  11. ^ Ochia, T .; Окубоб, С .; Фукуиб, К. (июль 2007 г.). «Разработка переработанного ПЭТ-волокна и его применение в качестве армирующего волокна». Цементные и бетонные композиты. 29 (6): 448–455. Дои:10.1016 / j.cemconcomp.2007.02.002.