Vlákno - vyztužený beton (FRC) je kompozitní materiál složený z cementu nebo hydraulického cementu, vody, hrubé a jemné agregáty a krátkých a rovnoměrně distribuovaných diskontinuálních vláken. Vlákna mohou být ocelová vlákna, skleněná vlákna, uhlíková vlákna, polymerní vlákna, rostlinná vlákna atd. Délka se obvykle pohybuje od 3 mm do 64 mm a průměr se může lišit od několika mikronů do 1 mm. Křížový - sekční tvar vlákna může být kruhový, eliptický, polygonální, trojúhelníkový, půlměsíc nebo čtvercový, který závisí hlavně na použitých surovinách a na zpracování a výrobním procesu. Vlákna jsou rozdělena hlavně do dvou kategorií: hrubá vlákna a jemná vlákna. Průměr nebo ekvivalentní průměr jemných vláken je obvykle menší než 0,3 mm, zatímco průměr nebo ekvivalentní průměr hrubých vláken je větší nebo roven 0,3 mm. SO - nazývaný ekvivalentní průměr je kruhový průměr převedený ze stejného kříže - sekční oblasti jako kruhové vlákno, tj. (4A/π) 0,5.
Procento objemu vlákna v betonu je obvykle 0,1% až 5%. Velikost tohoto objemového procenta závisí hlavně na snadné míchání směsi a scénáři aplikace projektu. Například sekundární napětí způsobená smršťováním a změnami teploty v betonu jsou obvykle kontrolovány a řešeny nízkými dávkami vlákna (0,1% až 0,3% objemem). Když obsah vlákna přesáhne 0,3%, bude mechanická odezva vlákna betonu výrazně odlišná od odezvy běžného betonu bez vlákna, hlavně v jeho zatížení - po prasknutí. Schopnost betonu vlákna absorbovat energii po praskání se nazývá „houževnatost“. Když jsou do betonu přidány vyšší dávky vlákna, kromě houževnatosti po prasknutí, vláknový beton také ukazuje napětí - posilování charakteristik. Jinými slovy, tento kompozitní materiál dokáže odolávat napětí v tahu, která přesahují napětí samotného běžného betonu. V těchto pseudo - jsou často pozorovány tažné kompozity, více trhlin a značné absorpce energie a rozptyl energie.
Typy betonu ze vyztuženého vlákna
Americký standardní ASTM C116/C116M poskytuje čtyři typy vlákniny: Prvním je ocelový vláknový beton (SFRC), který zahrnuje hlavně vlákno z nerezové oceli, vlákno ze slitinového oceli a uhlíkovou ocelovou vlákno; Druhým je skleněné vláknové beton (GFRC), který se skládá z alkalií - odolného skleněného vlákna; Třetí je syntetický vláknový beton (SYNFRC) a čtvrtý je přírodní vláknový beton (NFRC).
Jak je patrné z výše uvedeného stolu, síla a elastický modul ocelového vlákna jsou relativně vysoké a není snadné rezistovat, protože je ve vysoce alkalickém prostředí. Účinek vazby mezi IT a směsí může dosáhnout účinnějšího mechanického ukotvení zvýšením drsnosti a deformace povrchu.
Syntetická vlákna jsou hlavně ne - kovová vlákna produkovaná vývojem petrochemického a textilního průmyslu, včetně různých forem polymerů. Následuje některá syntetická vlákna běžně používaná v prefabrikovaném betonu:
Uhlíkové vlákno
Ve srovnání s ocelovým vláknem, skleněnými vlákny, polypropylenovým vláknem atd. Výhodou uhlíkových vláken spočívá v jeho vlastnostech, vysokém modulu, tepelné odolnosti, chemické stabilitě v alkalickém prostředí a dalších korozivních chemických prostředích; Kromě toho má charakteristiku výrazně zlepšení mechanických vlastností.
Nylonové vlákno/polyamidové vlákno
Tento typ vlákna má dobrou pevnost v tahu, vysokou houževnatost, elastické zotavení a dobrou hydrofilitu a je relativně stabilní v alkalickém prostředí založeném na cementu.
Polypropylen
Toto vlákno má nízký elastický modul a nízký bod tání, takže není vhodné pro prefabrikované betonové výrobky pod vysokou teplotní autoklácí teploty. Vzhledem k nízkému bodu tání však lze použít k výrobě refrakterních materiálů nebo produktů s vysokou požární odolností. Existují dva typy polypropylenových vláken používaných pro betonový výztuž: monofilamenty a fibrilovaná vlákna (natažená vlákna). Tato vlákna jsou hydrofobní a mají velký kontaktní úhel s vodou. Proto mají horší vazbu s betonem než hydrofilní vlákna.
Polyvinylalkohol vlákno
Toto vlákno je vyrobeno z PVA pryskyřice prostřednictvím více procesů s vysokým protahováním a má vysokou tuhost a odolnost proti vodě. Stav distribuce vláken v betonové základně může být změněn speciálním povrchovým ošetřením. Bohužel, PVA vlákno má velký koeficient tepelného smrštění a jeho rychlost smrštění je až 4% při 200 stupňů. Má dobrou odolnost vůči alkalickému prostředí a organickým rozpouštědům a má malou ztrátu pevnosti při dlouhém - termínu ultrafialové záření.
Skleněné vlákno
Skleněné vlákno používané v betonu musí obsahovat minimálně 16% oxidu zirkonia pro rezistenci na alkalii; Jiné typy skleněných vláken, jako je alkali -, se nedoporučují pro použití v betonu. Skleněné vlákno má vysoký modul a vysokou pevnost a má dobrou vazbu s betonem. Rozdíl mezi betonem vyztuženým ze skleněných vláken a dalším vyztuženým vláknem je obsah vlákna; První z nich má procento objemu vlákna 4% až 6%, zatímco druhé nebo jiné procento objemu vlákna je asi 0,1% až 1%. K dosažení vysokého obsahu skleněných vláken potřebuje kompozice betonu vysoký obsah cementu, jemného agregátu a téměř hrubého agregátu.
Role vlákna v betonu
Quasi - statické načítání a reakce na dopad
Vlákna mohou účinně zlepšit mechanické vlastnosti. Testy kladiva dopadu ukazují, že nárazová síla polypropylenového vlákna betonu s obsahem objemu 0,1% až 0,2% je vyšší než u běžného betonu jak v počátečním stádiu praskání, tak v konečné fázi zlomenin. V současné době neexistuje žádná sjednocená standardní testovací metoda pro stanovení pevnosti kompresního vlákna betonu, ale relevantní studie ukázaly, že axiální pevnost v tlaku vlákna je o 85% až 100% vyšší než u běžného betonu; Další studie ukázaly, že v rámci nárazového zatížení nemá vláknitý beton v pozdním kompresním období zjevnou maximální tažnost, což je hlavně proto, že betonové fragmenty nejsou spojeny s vlákny. Ačkoli výsledky testu ukazují, že koeficient dopadu na beton z ocelového vlákna je beton polymerní vlákno se neliší od běžného betonu, s koeficientem nárazu asi 1,5. Výsledky navíc ukazují, že tři - rozměrově deformovaná ocelová vlákna mají jasnější dynamický koeficient dopadu než dvě - rozměrově deformovaná ocelová vlákna; Pevnost v tahu při dynamickém zatížení a zbytková pevnost ohybu po praskání se však významně zlepšila.
Výkon vláken v betonu při nárazovém zatížení do značné míry závisí na vazbě mezi vlákny a betonem při posunu s vysokým vývojem trhlin. Studie ukázaly, že se zvyšující se rychlostí zatížení má beton z ocelového vlákna vysokou odolnost proti vývoji trhlin ve srovnání s některými betonovými vzorky s polypropylenovými vlákny, ale ten druhý může rychle dohnat první; Spekuluje se, že je to hlavně proto, že samotná polypropylenová vlákna jsou citlivější na rychlost deformace než ocelová vlákna.
Ovládání trhlin smrštění
Je dobře známo, že vlákna mohou významně ovlivnit volné smršťování a další související časné - věkové vlastnosti cementu - založené na kompozitech. Studie ukázaly, že použití polyethylenových vláken s objemovým procentem asi 1% může snížit volné plastové smrštění betonu až o 30%. Kromě volného smrštění se také používají různé techniky ke studiu účinků vláken na omezené smrštění betonu. Přidání vláken se používá hlavně ke změně šířky a délky trhlin smrštění v betonu v omezeném prostředí. Relevantní závěry výzkumu jsou zhruba následující.
1. Materiál a typ vlákna mají velký vliv na smršťovací trhliny. Pro stejný objem obsahu vlákna je skleněné vlákno nejúčinnější při inhibici růstu trhlin a následuje syntetická vlákna.
2. Pro daný objemový frakci vlákna a typu vlákna jsou delší, menší - vlákna průměru účinnější než kratší, silnější vlákna; Vlákna s větším stupněm geometrické deformace na povrchu jsou účinnější než nedeformovaná vlákna.
3. Pokud jde o rostlinná vlákna, potažená nebo nepotažená vlákna jsou účinná pouze tehdy, pokud je procento objemu nad 0,3%.
Vodotěsný a odolný
Komponenty prefabrikované betonu jsou náchylné k degradaci v důsledku útoku kyseliny sírové, tání - zmrazení cyklů, alkali - Reakce oxidu křemičitého a koroze ocelových tyčí. Ve všech těchto případech hraje penetrace vody klíčovou roli. Trvanlivost prefabrikovaných betonových produktů závisí především na rychlosti vniknutí/penetrace vody. Výsledky ukazují, že propustnost vody zase závisí na trhlinách v betonu a zvýšení šířky trhlin betonu povede k vyšší propustnosti vody. Zesílení vláken zlepšuje odolnost proti praskání betonu, zvyšuje drsnost povrchu trhlin a podporuje vývoj více trhlin, což výrazně snižuje propustnost betonu. Pokud jde o stres a napětí - vyvolané betonové praskání, výsledky ukázaly, že trhliny v běžném betonu významně zvyšují jeho propustnost, zatímco propustnost vlákna - je výrazně nižší než propustnost běžného betonu. Pokud jde o to, jak vlákna zlepšují odolnost proti vodě, studie ukázaly, že mikropóry v běžném betonu se kvůli přidání vláken mění na nanopóry.
Koroze výztuže v prefabrikovaném betonu je významný problém. Kontaminace chloridu v betonu je hlavním faktorem a mechanismy a procesy, kterými koroduje ocel, jsou dobře pochopeny. Bohužel, trhliny v betonu umožňují snadnější vstupu chloridových iontů a další korozivní chemikálie, čímž podporují další korozi. Chloridové ionty se difundují primárně průnikem kapilární vody, zatímco difúze chloridů je primárně závislá na propustnosti vody.
