Fiber - armeret beton (FRC) er et sammensat materiale sammensat af cement eller hydraulisk cement, vand, grove og fine aggregater og kort og ensartet fordelt diskontinuerlige fibre. Fibrene kan være stålfibre, glasfibre, carbonfibre, polymerfibre, plantefibre osv. Længden varierer normalt fra 3 mm til 64 mm, og diameteren kan variere fra et par mikron til 1 mm. Kors - sektionsform af fiberen kan være cirkulær, elliptisk, polygonal, trekantet, halvmåne eller firkant, som hovedsageligt afhænger af de anvendte råvarer og forarbejdnings- og fremstillingsprocessen. Fibre er hovedsageligt opdelt i to kategorier: grove fibre og fine fibre. Diameteren eller tilsvarende diameter på fine fibre er normalt mindre end 0,3 mm, mens diameteren eller tilsvarende diameter på grove fibre er større end eller lig med 0,3 mm. SO - kaldet ækvivalent diameter er den cirkulære diameter, der er konverteret fra det samme kors - sektionsområde som den cirkulære fiber, det vil sige (4a/π) 0,5.
Volumenprocenten af fiber i beton er normalt 0,1% til 5%. Størrelsen af denne volumenprocent afhænger hovedsageligt af lethed ved blanding af blandingen og projektets applikationsscenarie. For eksempel kontrolleres sekundære spændinger forårsaget af krympning og temperaturændringer i beton normalt og løst ved lave doser af fiber (0,1% til 0,3% efter volumen). Når fiberindholdet overstiger 0,3%, vil den mekaniske respons af fiberbeton være signifikant forskellig fra indholdet af almindelig beton uden fiber, hovedsageligt i dens belastning - lejekapacitet efter revner. Fiberbetonens evne til at absorbere energi efter revner kaldes "sejhed". Når højere doser af fiber tilsættes beton, ud over sejhed efter revner, viser fiberbeton også stamme - styrkende egenskaber. Med andre ord, dette sammensatte materiale kan modstå trækspændinger, der overstiger dem for selve almindelig beton. I disse pseudo - duktile kompositter ses flere revner og betydelige energiabsorptions- og energispredningskarakteristika ofte.
Typer af fiberarmeret beton
Den amerikanske standard ASTM C116/C116M giver fire typer fiberbeton: den første er stålfiberbeton (SFRC), der hovedsageligt inkluderer rustfrit stålfiber, legeringsstålfiber og kulstofstålfiber; Den anden er glasfiberbeton (GFRC), der er sammensat af alkali - resistent glasfiber; Den tredje er syntetisk fiberbeton (SYNFRC), og den fjerde er naturlig fiberbeton (NFRC).
Som det kan ses fra tabellen ovenfor, er styrken og den elastiske modul af stålfiber relativt høj, og det er ikke let at rustne, fordi det er i et meget alkalisk miljø. Bindingseffekten mellem den og blandingen kan opnå mere effektiv mekanisk forankring ved at forøge overfladen ruhed og deformation.
Syntetiske fibre er hovedsageligt ikke - metalliske fibre produceret ved udviklingen af de petrokemiske og tekstilindustrier, herunder forskellige former for polymerer. Følgende er nogle syntetiske fibre, der ofte bruges i præfabrikeret beton:
Carbonfiber
Sammenlignet med stålfiber, glasfiber, polypropylenfiber osv. Ligger fordelen ved kulfiber i dens egenskaber, høj modul, varmemodstand, kemisk stabilitet i alkalisk miljø og andre ætsende kemiske miljøer; Derudover har det karakteristikken ved markant forbedring af mekaniske egenskaber.
Nylonfiber/polyamidfiber
Denne type fiber har god trækstyrke, høj sejhed, elastisk bedring og god hydrofilicitet og er relativt stabil i cement - baserede alkaliske miljøer.
Polypropylen
Denne fiber har en lav elastisk modul og et lavt smeltepunkt, så den er ikke egnet til præfabrikerede betonprodukter under høj - temperatur autoklavering. På grund af sit lave smeltepunkt kan det imidlertid bruges til at fremstille ildfast materialer eller produkter med høj brandmodstand. Der er to typer polypropylenfibre, der anvendes til betonforstærkning: monofilamenter og fibrillerede fibre (strakte fibre). Disse fibre er hydrofobe og har en stor kontaktvinkel med vand. Derfor har de en dårligere binding med beton end hydrofile fibre.
Polyvinylalkoholfiber
Denne fiber er lavet af PVA -harpiks gennem flere processer med høj strækning og har høj stivhed og vandbestandighed. Fiberfordelingstilstanden i betonbasen kan ændres gennem speciel overfladebehandling. Desværre har PVA -fiber en stor termisk krympningskoefficient, og dens krympningshastighed er så høj som 4% ved 200 grader. Det har god modstand mod alkaliske miljøer og organiske opløsningsmidler og har lidt styrketab under lang - term ultraviolet stråling.
Glasfiber
Glasfiber anvendt i beton skal indeholde mindst 16% zirkoniumdioxid til alkali -resistens; Andre typer glasfiber, såsom alkali - gratis fiber, anbefales ikke til brug i beton. Glasfiber har en høj modul og høj styrke og har en god binding med beton. Forskellen mellem glasfiberarmeret beton og anden fiberarmeret beton er fiberindholdet; Førstnævnte har en fibervolumenprocent på 4% til 6%, mens sidstnævnte eller anden fibervolumenprocent er ca. 0,1% til 1%. For at opnå et højt indhold af glasfiber har betonkompositionen brug for et højt indhold af cement, fint aggregat og næsten ingen grov aggregat.
Fiberens rolle i beton
Quasi - Statisk belastning og påvirkningsrespons
Fibre kan effektivt forbedre mekaniske egenskaber. Impact Drop Hammer -test viser, at påvirkningsstyrken af polypropylenfiberbeton med et volumenindhold på 0,1% til 0,2% er højere end for almindelig beton i både det indledende krakningsstadium og det endelige brudstrin. Der er i øjeblikket ingen samlet standardtestmetode til at bestemme trykstyrken af fiberbeton, men relevante undersøgelser har vist, at den aksiale trykstyrke af fiberbeton er 85% til 100% højere end for almindelig beton; Yderligere undersøgelser har vist, at fiberbeton under påvirkning ikke har åbenlyst toppen af maksimal duktilitet i den sene komprimeringsperiode, hvilket hovedsageligt skyldes, at betonfragmenterne ikke er bundet til fibrene. Selvom testresultaterne viser, at påvirkningskoefficienten for stålfiberbeton er polymerfiberbeton, er det ikke forskelligt fra almindelig beton med en påvirkningskoefficient på ca. 1,5. Derudover viser resultaterne, at tre - dimensionelle deformerede stålfibre har en mere åbenlys dynamisk påvirkningskoefficient end to - dimensionelle deformerede stålfibre; Imidlertid er trækstyrken under dynamiske belastninger og den resterende bøjningsstyrke efter revner blevet forbedret markant.
Udførelsen af fibre i beton under slagbelastninger afhænger stort set af bindingen mellem fibrene og betonen under forskydninger med høje revneudviklingshastigheder. Undersøgelser har vist, at med stigende belastningshastigheder har stålfiberbeton en høj modstand mod knækudvikling sammenlignet med nogle betonprøver med polypropylenfibre, men sidstnævnte kan hurtigt indhente førstnævnte; Det spekuleres i, at dette hovedsageligt skyldes, at polypropylenfibre selv er mere følsomme over for belastningshastigheder end stålfibre.
Kontrol af krympning revner
Det er velkendt, at fibre kan påvirke den frie krympning og andre relaterede tidlige - aldersegenskaber af cement - -baserede kompositter. Undersøgelser har vist, at brugen af polyethylenfibre med en volumenprocent på ca. 1% kan reducere den frie plastik krympning af beton med så meget som 30%. Foruden fri krympning bruges også forskellige teknikker til at undersøge virkningerne af fibre på den begrænsede krympning af beton. Tilsætningen af fibre bruges hovedsageligt til at ændre bredden og længden af krympningsrevner i beton under et begrænset miljø. De relevante forskningskonklusioner er omtrent som følger.
1. fibermateriale og type har en stor indflydelse på krympnings revner. For det samme volumen af fiberindhold er glasfiber den mest effektive til at hæmme vækst i revnen efterfulgt af syntetisk fiber.
2. For en given fibervolumenfraktion og fibertype er længere, mindre - fibre i diameter mere effektive end kortere, tykkere fibre; Fibre med en større grad af geometrisk deformation på overfladen er mere effektive end uformede fibre.
3. Hvad angår plantefibre, er coatede eller ikke -overtrukne fibre kun effektive, når volumenprocenten er over 0,3%.
Vandtæt og holdbar
Precastbetonkomponenter er tilbøjelige til nedbrydning på grund af svovlsyreangreb, optø - frysningscyklusser, alkali - silica -reaktioner og korrosion af stålstænger. I alle disse tilfælde spiller vandindtrængning en afgørende rolle. Holdbarheden af præfabrikerede betonprodukter afhænger primært af hastigheden af vandindtrængen/penetration. Resultaterne viser, at vandpermeabilitet på sin side afhænger af revner i betonen, og en stigning i bredden af beton revner vil resultere i højere vandpermeabilitet. Fiberforstærkning forbedrer betonens revnemodstand, øger revneoverfladen og fremmer udviklingen af flere revner, hvilket markant reducerer betonpermeabiliteten. Hvad angår stress og stress - induceret betonkrakning, har resultaterne vist, at revner i almindelig beton markant øger dens permeabilitet, mens permeabiliteten af fiber - armeret beton er markant lavere end for almindelig beton. Hvad angår, hvordan fibre forbedrer vandmodstand, har undersøgelser vist, at mikroporer i almindelig beton ændres til nanoporer på grund af tilsætning af fibre.
Rebjernekorrosion i præfabrikeret beton er et betydeligt problem. Kloridforurening i beton er en vigtig faktor, og de mekanismer og processer, hvormed det korroderer stålet er godt forstået. Desværre tillader revner i betonen chloridioner og andre ætsende kemikalier lettere at komme ind i, hvilket fremmer yderligere korrosion. Chloridioner diffunderer primært gennem kapillært vandindtrængning, mens chloriddiffusion primært er afhængig af vandpermeabilitet.
