Faser - Stahlbeton (FRC) ist ein Verbundmaterial, das aus Zement- oder Hydraulikzement, Wasser, groben und feinen Aggregaten sowie kurze und gleichmäßig verteilte diskontinuierliche Fasern besteht. Die Fasern können Stahlfasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Polymerfasern, Pflanzenfasern usw. sein. Die Länge variiert normalerweise zwischen 3 mm und 64 mm, und der Durchmesser kann von wenigen Mikronen bis 1 mm variieren. Die Schnittform der Faser - kann kreisförmig, elliptisch, polygonal, dreieckig, Crescent oder Quadrat sein, was hauptsächlich von den verwendeten Rohstoffen und dem Verarbeitungs- und Herstellungsprozess abhängt. Fasern sind hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: grobe Fasern und feine Fasern. Der Durchmesser oder den äquivalenten Durchmesser der Feinfasern beträgt normalerweise weniger als 0,3 mm, während der Durchmesser oder der äquivalente Durchmesser der groben Fasern größer oder gleich 0,3 mm ist. Der sogenannte SO -, der als äquivalenter Durchmesser bezeichnet wird, ist der kreisförmige Durchmesser, der aus demselben Cross - -Abschnittbereich wie die kreisförmige Faser, dh (4a/π) 0,5, umgewandelt wird.
Der Volumenprozentsatz der Faser in Beton beträgt normalerweise 0,1% bis 5%. Die Größe dieses Volumenprozentsatzes hängt hauptsächlich von der einfachen Mischung der Mischung und dem Anwendungsszenario des Projekts ab. Beispielsweise werden sekundäre Spannungen, die durch Schrumpfung und Temperaturänderungen im Beton verursacht werden, normalerweise kontrolliert und durch niedrige Dosierungen von Ballaststoffen (0,1% bis 0,3% nach Volumen). Wenn der Fasergehalt 0,3%überschreitet, unterscheidet sich die mechanische Reaktion von Faserbeton signifikant von der von gewöhnlichem Beton ohne Faser, hauptsächlich in seiner Last - Lagerkapazität nach dem Knacken. Die Fähigkeit von Faserbeton, Energie nach dem Knacken zu absorbieren, wird als "Zähigkeit" bezeichnet. Wenn mehr Faserdosierungen zu Beton hinzugefügt werden, zeigt Faserbeton zusätzlich zu der Zähigkeit nach dem Riss auch die Stamm - Stärkung der Eigenschaften. Mit anderen Worten, dieser Verbundmaterial kann Zugspannungen standhalten, die die des gewöhnlichen Betons selbst überschreiten. In diesen pseudo - duktile Verbundwerkstoffe werden häufig mehrere Risse und beträchtliche Eigenschaften der Energieabsorption und Energieversorgung zu sehen.
Arten von Faserverstärkerbeton
Der amerikanische Standard ASTM C116/C116M enthält vier Arten von Faserbeton: Der erste ist Stahlfaserbeton (SFRC), der hauptsächlich aus rostfreiem Stahlfaser, Faser mit Legierungsstahl und Kohlenstoffstahlfasern enthält. Der zweite ist Glasfaserbeton (GFRC), der aus Alkali - resistente Glasfaser besteht; Das dritte ist synthetischer Faserbeton (SYNFRC) und der vierte ist Naturfaserbeton (NFRC).
Wie aus der obigen Tabelle aus ersichtlich ist, sind die Festigkeit und der elastische Modul von Stahlfasern relativ hoch und es ist nicht leicht zu rosten, da es sich in einer stark alkalischen Umgebung befindet. Der Bindungseffekt zwischen IT und Misch kann durch Verbesserung der Oberflächenrauheit und Deformation eine effektivere mechanische Verankerung erzielen.
Synthetische Fasern sind hauptsächlich nicht {- metallische Fasern, die durch die Entwicklung der petrochemischen und Textilindustrie, einschließlich verschiedener Formen von Polymeren, erzeugt werden. Im Folgenden sind einige synthetische Fasern aufgeführt, die üblicherweise in Fecast Concret verwendet werden:
Kohlefaser
Im Vergleich zu Stahlfasern, Glasfasern, Polypropylenfasern usw. liegt der Vorteil von Kohlefaser in ihren Eigenschaften, hohen Modul, Wärmefestigkeit, chemischer Stabilität in der alkalischen Umgebung und anderen korrosiven chemischen Umgebungen; Darüber hinaus hat es das Merkmal, mechanische Eigenschaften erheblich zu verbessern.
Nylonfaser/Polyamidfaser
Diese Art von Faser hat eine gute Zugfestigkeit, eine hohe Zähigkeit, die elastische Erholung und eine gute Hydrophilie und ist in der basierten alkalischen Umgebungen von Zement {- relativ stabil.
Polypropylen
Diese Faser verfügt über einen niedrigen elastischen Modul und einen niedrigen Schmelzpunkt, daher ist er nicht für konkrete Betonprodukte unter hohem - Temperaturautoklaving geeignet. Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts kann es jedoch verwendet werden, um feuerfeste Materialien oder Produkte mit hoher Feuerwiderstand herzustellen. Für die Betonverstärkung werden zwei Arten von Polypropylenfasern verwendet: Monofilamente und fibrillierte Fasern (gestreckte Fasern). Diese Fasern sind hydrophob und haben einen großen Kontaktwinkel mit Wasser. Daher haben sie eine schlechtere Bindung mit Beton als hydrophile Fasern.
Polyvinylalkoholfaser
Diese Faser besteht aus PVA -Harz durch mehrere Prozesse mit hoher Dehnung und weist eine hohe Steifheit und Wasserbeständigkeit auf. Der Faserverteilungszustand in der Betonbasis kann durch spezielle Oberflächenbehandlung geändert werden. Leider hat PVA -Faser einen großen thermischen Schrumpfkoeffizienten und seine Schrumpfrate bei 200 Grad bis zu 4%. Es hat einen guten Widerstand gegen alkalische Umgebungen und organische Lösungsmittel und hat einen geringen Verlust von Kraft unter langer- Term Ultraviolett -Strahlung.
Glasfaser
Die in Beton verwendeten Glasfaser müssen mindestens 16% Zirkoniumdioxid für die Alkaliresistenz enthalten. Andere Arten von Glasfasern wie Alkali - freie Faser werden für die Verwendung in Beton nicht empfohlen. Glasfaser hat einen hohen Modul und eine hohe Festigkeit und eine gute Bindung mit Beton. Der Unterschied zwischen Glasfaserverstärkungsbeton und anderer Faserverstärkungsbeton ist der Fasergehalt; Ersteres hat einen Faservolumenprozentsatz von 4% bis 6%, während letzteres oder anderer Faservolumenprozentsatz etwa 0,1% bis 1% beträgt. Um einen hohen Gehalt an Glasfasern zu erreichen, benötigt die Betonzusammensetzung einen hohen Gehalt an Zement, feines Aggregat und fast kein grobes Aggregat.
Die Rolle von Fasern in Beton
Quasi - statische Lade- und Impact -Antwort
Fasern können die mechanischen Eigenschaften effektiv verbessern. Impact -Drop -Hammer -Tests zeigen, dass die Aufprallstärke des Polypropylenfaserbetons mit einem Volumengehalt von 0,1% bis 0,2% höher ist Derzeit gibt es keine einheitliche Standard -Testmethode zur Bestimmung der Druckfestigkeit von Faserbeton. Relevante Studien haben jedoch gezeigt, dass die axiale Druckfestigkeit von Faserbeton um 85% bis 100% höher ist als die des gewöhnlichen Betons. Weitere Studien haben gezeigt, dass der Faserbeton unter Schlagbelastung in der späten Kompressionszeit keine offensichtliche Messeltuktilität aufweist, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass die Betonfragmente nicht an die Fasern gebunden sind. Obwohl die Testergebnisse zeigen, dass der Einflusskoeffizient von Stahlfaserbeton Polymerfaserbeton ist, unterscheidet sich nicht von einem gewöhnlichen Beton mit einem Aufprallkoeffizienten von etwa 1,5. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass drei - dimensionale deformierte Stahlfasern einen offensichtlicheren dynamischen Aufprallkoeffizienten aufweisen als zwei - dimensionale deformierte Stahlfasern; Die Zugfestigkeit unter dynamischen Belastungen und die verbleibende Biegefestigkeit nach dem Knacken wurde jedoch erheblich verbessert.
Die Leistung von Fasern in Beton unter Schlagbelastung hängt weitgehend von der Bindung zwischen den Fasern und dem Beton unter Verschiebungen mit hohen Rissentwicklungsraten ab. Studien haben gezeigt, dass Stahlfaserbeton mit zunehmenden Belastungsraten eine hohe Resistenz gegen Rissentwicklung im Vergleich zu einigen Betonproben mit Polypropylenfasern aufweist, letzteres jedoch schnell erstere einholen kann; Es wird spekuliert, dass dies hauptsächlich daran liegt, dass Polypropylenfasern selbst auf Dehnungsraten empfindlicher sind als Stahlfasern.
Kontrolle der Schrumpfungsrisse
Es ist bekannt, dass Fasern den freien Schrumpfen und andere zugehörige frühe - Alterseigenschaften von Zement - basierte Kompositen erheblich beeinflussen können. Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von Polyethylenfasern mit einem Volumenprozentsatz von etwa 1% die freie Plastikschrumpfung von Beton um bis zu 30% verringern kann. Neben der freien Schrumpfung werden auch verschiedene Techniken verwendet, um die Auswirkungen von Fasern auf die eingeschränkte Schrumpfung von Beton zu untersuchen. Die Zugabe von Fasern wird hauptsächlich verwendet, um die Breite und Länge von Schrumpfungsrissen in Beton unter einer eingeschränkten Umgebung zu ändern. Die relevanten Forschungsergebnisse sind ungefähr wie folgt.
1. Fasermaterial und Typ haben einen großen Einfluss auf Schrumpfungsrisse. Für das gleiche Volumen des Fasergehalts ist Glasfaser am effektivsten bei der Hemmung des Risswachstums, gefolgt von synthetischen Fasern.
2. Für eine bestimmte Faservolumenfraktion und der Fasertyp sind länger, kleiner, - -Durchmesserfasern sind effektiver als kürzere, dickere Fasern; Fasern mit einem größeren Grad an geometrischer Deformation auf der Oberfläche sind wirksamer als unverformte Fasern.
3. Bei Pflanzenfasern sind beschichtete oder unbeschichtete Fasern nur dann wirksam, wenn der Volumenprozentsatz über 0,3%liegt.
Wasserdicht und langlebig
Betonkonkrete Komponenten sind aufgrund von Schwefelsäureangriffen, Auftauwellen - Einfrierzyklen, Alkali - Silica -Reaktionen und Korrosion von Stahlstäben anfällig. In all diesen Fällen spielt die Wasserdurchdringung eine entscheidende Rolle. Die Haltbarkeit von konkreten Betonprodukten hängt hauptsächlich von der Geschwindigkeit der Wassereindrückung/Penetration ab. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wasserdurchlässigkeit wiederum von Rissen im Beton abhängt, und eine Zunahme der Breite von Betonrissen führt zu einer höheren Wasserdurchlässigkeit. Die Faserverstärkung verbessert die Resistenz des Betons Crack, erhöht die Rauheit der Risse und fördert die Entwicklung mehrerer Risse, was die Betonpermeabilität erheblich verringert. In Bezug auf Spannung und Spannung - induzierte konkrete Risse haben gezeigt, dass die Risse in gewöhnlichem Beton seine Permeabilität signifikant erhöhen, während die Permeabilität von Faser - verstärkter Beton signifikant niedriger ist als die des gewöhnlichen Betons. Wie Fasern die Wasserresistenz verbessern, haben Studien gezeigt, dass die Mikroporen in normalem Beton aufgrund der Zugabe von Fasern in Nanoporen geändert werden.
Bewachungskorrosion im Betonkonkret ist ein signifikantes Problem. Die Chloridkontamination in Beton ist ein Hauptfaktor, und die Mechanismen und Prozesse, durch die sie den Stahl korrodiert, sind gut verstanden. Leider ermöglichen Risse im Beton Chloridionen und andere korrosive Chemikalien leichter ein und fördern so eine weitere Korrosion. Chloridionen diffundieren hauptsächlich durch Kapillarwasserdurchdringung, während die Chloriddiffusion hauptsächlich von der Wasserdurchlässigkeit abhängt.
