สถานการณ์ปัจจุบันและการพัฒนาคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็ก

คอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็ก (SFRC) เป็นวัสดุคอมโพสิตชนิดใหม่ซึ่งสามารถเทและพ่นได้โดยการเพิ่มปริมาณเส้นใยเหล็กสั้นที่เหมาะสมลงในคอนกรีตธรรมดา มันพัฒนาอย่างรวดเร็วทั้งที่บ้านและต่างประเทศในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มันเอาชนะข้อบกพร่องของความต้านทานแรงดึงต่ำ, การยืดตัวที่ดีที่สุดและคุณสมบัติที่เปราะบางของคอนกรีต มันมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเช่นความต้านทานแรงดึงความต้านทานการดัดความต้านทานแรงเฉือนความต้านทานรอยแตกความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าและความทนทานสูง มันถูกนำไปใช้ในวิศวกรรมไฮดรอลิกถนนและสะพานการก่อสร้างและสาขาวิศวกรรมอื่น ๆ

1. การพัฒนาของคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็ก
คอนกรีตเสริมเส้นใย (FRC) เป็นตัวย่อของคอนกรีตเสริมเส้นใย มันมักจะเป็นคอมโพสิตซีเมนต์ที่ประกอบด้วยปูนซีเมนต์ปูน, ปูนหรือคอนกรีตและเส้นใยโลหะเส้นใยอนินทรีย์หรือวัสดุเสริมเส้นใยอินทรีย์ มันเป็นวัสดุก่อสร้างใหม่ที่เกิดขึ้นจากการกระจายเส้นใยสั้นและละเอียดอย่างสม่ำเสมอซึ่งมีความต้านทานแรงดึงสูงการยืดตัวสูงสุดและความต้านทานอัลคาไลสูงในเมทริกซ์คอนกรีต เส้นใยในคอนกรีตสามารถ จำกัด การสร้างรอยแตกก่อนหน้าในคอนกรีตและการขยายตัวของรอยแตกเพิ่มเติมภายใต้การกระทำของแรงภายนอกอย่างมีประสิทธิภาพเอาชนะข้อบกพร่องโดยธรรมชาติเช่นความต้านทานแรงดึงต่ำการแตกง่ายและการต้านทานความเหนื่อยล้าของคอนกรีต ของความไม่สามารถป้องกันได้, กันน้ำ, ความต้านทานน้ำค้างแข็งและการป้องกันการเสริมแรงของคอนกรีต คอนกรีตเสริมเส้นใยโดยเฉพาะอย่างยิ่งคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กได้ดึงดูดความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ ในแวดวงวิชาการและวิศวกรรมในสาขาวิศวกรรมปฏิบัติเนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่า 2450 ผู้เชี่ยวชาญโซเวียต Hekpocab เริ่มใช้คอนกรีตเสริมเส้นใยโลหะ ในปี 1910 HF Porter ได้ตีพิมพ์รายงานการวิจัยเกี่ยวกับคอนกรีตเสริมเส้นใยสั้นแนะนำว่าเส้นใยเหล็กสั้นควรกระจายอย่างสม่ำเสมอในคอนกรีตเพื่อเสริมสร้างวัสดุเมทริกซ์; ในปี 1911 เกรแฮมแห่งสหรัฐอเมริกาได้เพิ่มเส้นใยเหล็กลงในคอนกรีตธรรมดาเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงและความมั่นคงของคอนกรีต ในช่วงปี 1940 สหรัฐอเมริกาสหราชอาณาจักรฝรั่งเศสเยอรมนีญี่ปุ่นและประเทศอื่น ๆ ได้ทำการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการใช้เส้นใยเหล็กเพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและการต่อต้านรอยแตกของคอนกรีตเทคโนโลยีการผลิตคอนกรีตเหล็กและการปรับปรุง รูปร่างของเส้นใยเหล็กเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของพันธะระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์คอนกรีต ในปีพ. ศ. 2506 JP Romualdi และ GB Batson ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับกลไกการพัฒนารอยแตกของคอนกรีตเส้นใยเหล็กที่ จำกัด และนำไปสู่ข้อสรุปว่าความแข็งแรงของรอยร้าวของคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กจะถูกกำหนดโดยระยะห่างเฉลี่ยของเส้นใยเหล็กซึ่งมีบทบาทที่มีประสิทธิภาพ ในความเครียดแรงดึง (ทฤษฎีระยะห่างของเส้นใย) จึงเริ่มต้นขั้นตอนการพัฒนาเชิงปฏิบัติของวัสดุคอมโพสิตใหม่นี้ ถึงตอนนี้ด้วยการทำให้เป็นที่นิยมและการประยุกต์ใช้คอนกรีตใยเหล็กแรงเนื่องจากการกระจายตัวของเส้นใยในคอนกรีตที่แตกต่างกันมีสี่ประเภท: คอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็ก, คอนกรีตเสริมเส้นใยไฮบริด คอนกรีตเสริมเหล็ก.

2. กลไกการเสริมสร้างความเข้มแข็งของคอนกรีตใยเหล็ก
(1) ทฤษฎีกลศาสตร์คอมโพสิต ทฤษฎีของกลศาสตร์คอมโพสิตขึ้นอยู่กับทฤษฎีของคอมโพสิตเส้นใยต่อเนื่องและรวมกับลักษณะการกระจายของเส้นใยเหล็กในคอนกรีต ในทฤษฎีนี้คอมโพสิตถือเป็นคอมโพสิตสองเฟสที่มีเส้นใยเป็นเฟสหนึ่งและเมทริกซ์เป็นเฟสอื่น
(2) ทฤษฎีระยะห่างของเส้นใย ทฤษฎีการเว้นวรรคของเส้นใยหรือที่เรียกว่าทฤษฎีความต้านทานรอยแตกถูกเสนอขึ้นอยู่กับกลไกการแตกหักแบบยืดหยุ่นเชิงเส้น ทฤษฎีนี้ถือว่าผลการเสริมแรงของเส้นใยนั้นเกี่ยวข้องกับระยะห่างของเส้นใยที่กระจายอย่างสม่ำเสมอเท่านั้น (ระยะห่างขั้นต่ำ)

3. การวิเคราะห์สถานะการพัฒนาของคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็ก
1. คอนกรีตเสริมเส้นใยเส้นใย คอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กเป็นคอนกรีตแรงที่ค่อนข้างสม่ำเสมอและมีหลายทิศทางที่เกิดขึ้นจากการเพิ่มเหล็กคาร์บอนต่ำสแตนเลสและเส้นใย FRP จำนวนเล็กน้อยลงในคอนกรีตธรรมดา ปริมาณการผสมของเส้นใยเหล็กโดยทั่วไปคือ 1% ~ 2% โดยปริมาตรในขณะที่เส้นใยเหล็ก 70 ~ 100kg ผสมในแต่ละลูกบาศก์เมตรของคอนกรีตโดยน้ำหนัก ความยาวของเส้นใยเหล็กควรเป็น 25 ~ 60 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางควรเป็น 0.25 ~ 1.25 มม. และอัตราส่วนความยาวที่ดีที่สุดต่อเส้นผ่านศูนย์กลางควรเป็น 50 ~ 700 เมื่อเทียบกับคอนกรีตทั่วไป การสึกหรอและความต้านทานรอยแตก แต่ยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกหักและความต้านทานต่อแรงกระแทกของคอนกรีตอย่างมากและช่วยเพิ่มความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าและความทนทานของโครงสร้างโดยเฉพาะอย่างยิ่งความเหนียว สามารถเพิ่มขึ้นได้ 10 ~ 20 ครั้ง คุณสมบัติเชิงกลของคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กและคอนกรีตธรรมดาถูกนำมาเปรียบเทียบในประเทศจีน เมื่อปริมาณของเส้นใยเหล็กเท่ากับ 15% ~ 20% และอัตราส่วนซีเมนต์ของน้ำคือ 0.45 ความต้านทานแรงดึงจะเพิ่มขึ้น 50% ~ 70% ความแข็งแรงของการดัดงอเพิ่มขึ้น 120% ~ 180% ความแข็งแรงของแรงกระแทกเพิ่มขึ้น 10 ~ 20 ~ 20 ~ 20 ~ 20% ครั้งที่ความแข็งแรงของความเหนื่อยล้าจากแรงกระแทกเพิ่มขึ้น 15 ~ 20 เท่าความเหนียวโค้งงอเพิ่มขึ้น 14 ~ 20 เท่าและความต้านทานการสึกหรอก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กจึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลที่ดีกว่าคอนกรีตธรรมดา

4. คอนกรีตไฟเบอร์ไฮบริด
ข้อมูลการวิจัยที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าเส้นใยเหล็กไม่ได้ส่งเสริมความแข็งแรงของคอนกรีตอย่างมีนัยสำคัญหรือลดลง เมื่อเทียบกับคอนกรีตธรรมดามีบวกและลบ (เพิ่มขึ้นและลดลง) หรือแม้แต่มุมมองระดับกลางเกี่ยวกับความไม่สามารถใช้งานได้ความต้านทานการสึกหรอผลกระทบและความต้านทานการสึกหรอของคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กและการป้องกันการหดตัวของพลาสติกก่อนหน้าของคอนกรีต นอกจากนี้คอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กมีปัญหาบางอย่างเช่นปริมาณขนาดใหญ่ราคาสูงสนิมและแทบจะไม่มีความต้านทานต่อการระเบิดที่เกิดจากไฟซึ่งส่งผลกระทบต่อการประยุกต์ใช้ในระดับที่แตกต่างกัน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิชาการทั้งในและต่างประเทศเริ่มให้ความสนใจกับคอนกรีตไฟเบอร์ไฮบริด (HFRC) พยายามผสมผสานเส้นใยกับคุณสมบัติและข้อดีที่แตกต่างกันเรียนรู้จากกันและกัน การโหลดขั้นตอนเพื่อเพิ่มคุณสมบัติต่าง ๆ ของคอนกรีตเพื่อตอบสนองความต้องการของโครงการที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามเกี่ยวกับคุณสมบัติเชิงกลที่หลากหลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเปลี่ยนรูปแบบความเหนื่อยล้าและความเสียหายเมื่อยล้ากฎการพัฒนาการเสียรูปและลักษณะความเสียหายภายใต้โหลดแบบคงที่และแบบไดนามิกและแอมพลิจูดคงที่หรือโหลดวงจรแอมพลิจูดตัวแปรปริมาณการผสมที่เหมาะสม ระหว่างส่วนประกอบของวัสดุคอมโพสิตผลการเสริมสร้างความเข้มแข็งและกลไกการเสริมสร้างประสิทธิภาพการต่อต้านความเหนื่อยล้ากลไกความล้มเหลวและเทคโนโลยีการก่อสร้างปัญหาของการออกแบบสัดส่วนผสม ที่จะศึกษาเพิ่มเติม

5. คอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กชั้น
คอนกรีตเสริมเส้นใยเสาหินไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะผสมอย่างสม่ำเสมอเส้นใยนั้นง่ายต่อการรวมตัวกันปริมาณของเส้นใยมีขนาดใหญ่และค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูงซึ่งส่งผลต่อการใช้งานที่กว้าง ผ่านการฝึกฝนทางวิศวกรรมจำนวนมากและการวิจัยเชิงทฤษฎีมีการเสนอโครงสร้างเส้นใยเหล็กแบบใหม่คอนกรีตเส้นใยเสริมเส้นใยเหล็ก (LSFRC) เส้นใยเหล็กจำนวนเล็กน้อยกระจายอยู่บนพื้นผิวด้านบนและล่างของแผ่นพื้นถนนและตรงกลางยังคงเป็นชั้นคอนกรีตธรรมดา เส้นใยเหล็กใน LSFRC โดยทั่วไปจะกระจายด้วยตนเองหรือกลไก เส้นใยเหล็กมีความยาวและอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางความยาวโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 70 ~ 120 แสดงการกระจายสองมิติ วัสดุนี้ไม่เพียง แต่ช่วยลดปริมาณของเส้นใยเหล็กอย่างมาก แต่ยังหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ของการรวมเส้นใยในการผสมคอนกรีตเสริมเส้นใย นอกจากนี้ตำแหน่งของชั้นเส้นใยเหล็กในคอนกรีตมีผลกระทบอย่างมากต่อความแข็งแรงในการดัดงอของคอนกรีต ผลการเสริมแรงของชั้นเส้นใยเหล็กที่ด้านล่างของคอนกรีตนั้นดีที่สุด ด้วยตำแหน่งของชั้นเส้นใยเหล็กขยับขึ้นเอฟเฟกต์การเสริมแรงจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ความแข็งแรงในการดัดงอของ LSFRC นั้นสูงกว่าคอนกรีตธรรมดามากกว่า 35% ที่มีสัดส่วนผสมเดียวกันซึ่งต่ำกว่าคอนกรีตเสริมเส้นใยเหล็กอินทิกรัลเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม LSFRC สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายวัสดุได้มากและไม่มีปัญหาในการผสมที่ยากลำบาก ดังนั้น LSFRC จึงเป็นวัสดุใหม่ที่มีผลประโยชน์ทางสังคมและเศรษฐกิจที่ดีและโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวางซึ่งมีค่าควรแก่การสร้างความนิยมและการประยุกต์ใช้ในการก่อสร้างทางเท้า

6. คอนกรีตเส้นใยไฮบริดแบบเลเยอร์
คอนกรีตเสริมเส้นใยไฮบริดเลเยอร์ (LHFRC) เป็นวัสดุคอมโพสิตที่เกิดขึ้นจากการเพิ่มเส้นใยโพลีโพรพีลีน 0.1% บนพื้นฐานของ LSFRC และกระจายเส้นใยโพลีโพรพีลีนที่ละเอียดและต่ำกว่าจำนวนมาก คอนกรีตไฟเบอร์และคอนกรีตธรรมดาในชั้นกลาง มันสามารถเอาชนะความอ่อนแอของชั้นคอนกรีตธรรมดาของ LSFRC และป้องกันอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นหลังจากที่เส้นใยเหล็กพื้นผิวหมดลง LHFRC สามารถเพิ่มความแข็งแรงของคอนกรีตได้อย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับคอนกรีตธรรมดาความแข็งแรงของคอนกรีตธรรมดาจะเพิ่มขึ้นประมาณ 20%และเมื่อเทียบกับ LSFRC ความแข็งแรงของการดัดงอเพิ่มขึ้น 2.6%แต่มีผลเพียงเล็กน้อยต่อโมดูลัสยืดหยุ่นของคอนกรีต โมดูลัสยืดหยุ่นแบบยืดหยุ่นของ LHFRC สูงกว่าคอนกรีตธรรมดา 1.3% และต่ำกว่า LSFRC 0.3% LHFRC ยังสามารถเพิ่มความทนทานของคอนกรีตในการโค้งงอได้อย่างมีนัยสำคัญและดัชนีความเหนียวงอนั้นอยู่ที่ประมาณ 8 เท่าของคอนกรีตธรรมดาและ 1.3 เท่าของ LSFRC ยิ่งไปกว่านั้นเนื่องจากประสิทธิภาพที่แตกต่างกันของเส้นใยสองเส้นขึ้นไปใน LHFRC ในคอนกรีตตามความต้องการทางวิศวกรรมผลกระทบลูกผสมในเชิงบวกของเส้นใยสังเคราะห์และเส้นใยเหล็กในคอนกรีตสามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความเหนียวความทนทานความทนทานความแข็งแรงของรอยร้าว ความแข็งแรงของการดัดงอและแรงดึงของวัสดุปรับปรุงคุณภาพของวัสดุและยืดอายุการใช้งานของวัสดุ

——Abstract (สถาปัตยกรรม Shanxi, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)