สถานการณ์ปัจจุบันและการพัฒนาคอนกรีตเสริมใยเหล็ก

คอนกรีตเสริมเหล็กไฟเบอร์ (SFRC) เป็นวัสดุคอมโพสิตชนิดใหม่ที่สามารถเทและพ่นได้โดยการเติมเส้นใยเหล็กสั้นในปริมาณที่เหมาะสมลงในคอนกรีตธรรมดามีการพัฒนาอย่างรวดเร็วทั้งในและต่างประเทศในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเอาชนะข้อบกพร่องด้านความต้านทานแรงดึงต่ำ การยืดตัวขั้นสุดท้ายเล็กน้อย และคุณสมบัติเปราะของคอนกรีตมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม เช่น ความต้านทานแรงดึง ความต้านทานการดัดงอ ความต้านทานแรงเฉือน ความต้านทานการแตกร้าว ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า และความเหนียวสูงมีการนำไปใช้ในวิศวกรรมชลศาสตร์ ถนนและสะพาน การก่อสร้าง และสาขาวิศวกรรมอื่นๆ

1. การพัฒนาคอนกรีตเสริมเหล็กไฟเบอร์
คอนกรีตเสริมไฟเบอร์ (FRC) เป็นตัวย่อของคอนกรีตเสริมไฟเบอร์โดยปกติจะเป็นส่วนประกอบที่ทำจากซีเมนต์ซึ่งประกอบด้วยซีเมนต์เพสต์ ปูนหรือคอนกรีต และเส้นใยโลหะ เส้นใยอนินทรีย์ หรือวัสดุเสริมเส้นใยอินทรีย์เป็นวัสดุก่อสร้างชนิดใหม่ที่เกิดขึ้นจากการกระจายตัวของเส้นใยสั้นและละเอียดอย่างสม่ำเสมอ โดยมีความต้านทานแรงดึงสูง การยืดตัวสูงสุดที่สูง และความต้านทานต่อด่างสูงในเมทริกซ์คอนกรีตไฟเบอร์ในคอนกรีตสามารถจำกัดการเกิดรอยแตกร้าวในช่วงต้นของคอนกรีตและการขยายตัวของรอยแตกร้าวเพิ่มเติมภายใต้การกระทำของแรงภายนอก เอาชนะข้อบกพร่องโดยธรรมชาติ เช่น ความต้านทานแรงดึงต่ำ การแตกร้าวง่ายและความต้านทานต่อความล้าของคอนกรีตได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงประสิทธิภาพได้อย่างมาก มีคุณสมบัติซึมผ่านได้ กันน้ำ ต้านทานการแข็งตัวของคอนกรีต และป้องกันการเสริมแรงของคอนกรีตคอนกรีตเสริมใยแก้ว โดยเฉพาะคอนกรีตเสริมใยเหล็ก ได้รับความสนใจในวงการวิชาการและวิศวกรรมศาสตร์ในภาคปฏิบัติมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าพ.ศ. 2450 ผู้เชี่ยวชาญโซเวียต B P.Hekpocab เริ่มใช้คอนกรีตเสริมใยโลหะในปีพ.ศ. 2453 HF Porter ตีพิมพ์รายงานการวิจัยเกี่ยวกับคอนกรีตเสริมใยสั้น โดยแนะนำว่าเส้นใยเหล็กสั้นควรกระจายอย่างสม่ำเสมอในคอนกรีตเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุเมทริกซ์ในปีพ.ศ. 2454 Graham แห่งสหรัฐอเมริกาได้เพิ่มเส้นใยเหล็กลงในคอนกรีตธรรมดาเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงและเสถียรภาพของคอนกรีตในช่วงทศวรรษที่ 1940 สหรัฐอเมริกา อังกฤษ ฝรั่งเศส เยอรมนี ญี่ปุ่น และประเทศอื่นๆ ได้ทำการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการใช้เส้นใยเหล็กเพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการแตกร้าวของคอนกรีต เทคโนโลยีการผลิตคอนกรีตใยเหล็ก และปรับปรุง รูปร่างของเส้นใยเหล็กเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์คอนกรีตในปีพ.ศ. 2506 JP romualdi และ GB Batson ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับกลไกการพัฒนารอยแตกร้าวของคอนกรีตจำกัดใยเหล็ก และหยิบยกข้อสรุปว่าความแข็งแรงการแตกร้าวของคอนกรีตเสริมใยเหล็กถูกกำหนดโดยระยะห่างเฉลี่ยของเส้นใยเหล็กซึ่งมีบทบาทอย่างมีประสิทธิภาพ ในความเค้นดึง (ทฤษฎีระยะห่างของเส้นใย) จึงเริ่มต้นขั้นตอนการพัฒนาเชิงปฏิบัติของวัสดุคอมโพสิตใหม่นี้จนถึงปัจจุบันด้วยความนิยมและการประยุกต์ใช้คอนกรีตเสริมใยเหล็กเนื่องจากการกระจายตัวของเส้นใยที่แตกต่างกันในคอนกรีต จึงมี 4 ประเภทหลักๆ ได้แก่ คอนกรีตเสริมใยเหล็ก คอนกรีตเสริมใยเหล็กแบบผสม คอนกรีตเสริมใยเหล็กแบบชั้น และเส้นใยแบบผสมแบบชั้น คอนกรีตเสริมเหล็ก.

2. กลไกการเสริมความแข็งแกร่งของคอนกรีตเสริมเหล็กไฟเบอร์
(1) ทฤษฎีกลศาสตร์คอมโพสิตทฤษฎีกลศาสตร์คอมโพสิตมีพื้นฐานอยู่บนทฤษฎีของคอมโพสิตเส้นใยต่อเนื่องและรวมกับลักษณะการกระจายตัวของเส้นใยเหล็กในคอนกรีตในทฤษฎีนี้ คอมโพสิตถือเป็นคอมโพสิตสองเฟส โดยมีไฟเบอร์เป็นเฟสเดียว และเมทริกซ์เป็นอีกเฟสหนึ่ง
(2) ทฤษฎีระยะห่างของไฟเบอร์ทฤษฎีระยะห่างของเส้นใยหรือที่เรียกว่าทฤษฎีความต้านทานการแตกร้าว ถูกเสนอโดยอาศัยกลศาสตร์การแตกหักแบบยืดหยุ่นเชิงเส้นทฤษฎีนี้ถือว่าผลการเสริมแรงของเส้นใยสัมพันธ์กับระยะห่างของเส้นใยที่กระจายสม่ำเสมอเท่านั้น (ระยะห่างขั้นต่ำ)

3. การวิเคราะห์สถานะการพัฒนาคอนกรีตเสริมใยเหล็ก
1.คอนกรีตเสริมใยเหล็กคอนกรีตเสริมใยเหล็กเป็นคอนกรีตเสริมเหล็กชนิดหนึ่งที่ค่อนข้างสม่ำเสมอและหลายทิศทางซึ่งเกิดขึ้นจากการเติมเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ สแตนเลส และเส้นใย FRP จำนวนเล็กน้อยลงในคอนกรีตธรรมดาปริมาณการผสมของเส้นใยเหล็กโดยทั่วไปคือ 1% ~ 2% โดยปริมาตร ในขณะที่เส้นใยเหล็ก 70 ~ 100 กก. ผสมในคอนกรีตแต่ละลูกบาศก์เมตรโดยน้ำหนักความยาวของเส้นใยเหล็กควรอยู่ที่ 25 ~ 60 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางควรอยู่ที่ 0.25 ~ 1.25 มม. และอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางที่ดีที่สุดควรอยู่ที่ 50 ~ 700 เมื่อเปรียบเทียบกับคอนกรีตธรรมดา ไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงแรงดึง แรงเฉือน การดัดงอได้ ความต้านทานการสึกหรอและการแตกร้าว แต่ยังช่วยเพิ่มความเหนียวแตกหักและทนต่อแรงกระแทกของคอนกรีตอย่างมาก และยังปรับปรุงความต้านทานความเมื่อยล้าและความทนทานของโครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเหนียวสามารถเพิ่มขึ้นได้ 10 ~ 20 เท่าประเทศจีนมีการเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกลของคอนกรีตเสริมใยเหล็กและคอนกรีตธรรมดาเมื่อปริมาณเส้นใยเหล็กอยู่ที่ 15% ~ 20% และอัตราส่วนซีเมนต์น้ำเท่ากับ 0.45 ความต้านทานแรงดึงจะเพิ่มขึ้น 50% ~ 70% ความต้านทานแรงดัดเพิ่มขึ้น 120% ~ 180% ความต้านทานแรงกระแทกเพิ่มขึ้น 10 ~ 20 ครั้ง ความแข็งแรงเมื่อยล้าของแรงกระแทกเพิ่มขึ้น 15 ~ 20 เท่า ความเหนียวของแรงดัดงอเพิ่มขึ้น 14 ~ 20 เท่า และความต้านทานการสึกหรอก็ดีขึ้นอย่างมากเช่นกันดังนั้นคอนกรีตเสริมใยเหล็กจึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลได้ดีกว่าคอนกรีตธรรมดา

4. คอนกรีตผสมไฟเบอร์
ข้อมูลการวิจัยที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าเส้นใยเหล็กไม่ได้ส่งเสริมกำลังรับแรงอัดของคอนกรีตอย่างมีนัยสำคัญหรือแม้กระทั่งลดกำลังลงด้วยซ้ำเมื่อเปรียบเทียบกับคอนกรีตธรรมดา มีมุมมองเชิงบวกและเชิงลบ (เพิ่มขึ้นและลดลง) หรือแม้แต่ระดับกลางเกี่ยวกับความสามารถในการซึมผ่าน ความต้านทานการสึกหรอ แรงกระแทกและความต้านทานการสึกหรอของคอนกรีตเสริมใยเหล็ก และการป้องกันการหดตัวของพลาสติกในช่วงต้นของคอนกรีตนอกจากนี้คอนกรีตเสริมเหล็กไฟเบอร์ยังมีปัญหาอยู่บ้าง เช่น ปริมาณมาก ราคาสูง สนิม และแทบไม่มีความต้านทานต่อการระเบิดที่เกิดจากไฟ ซึ่งส่งผลต่อการใช้งานในระดับที่แตกต่างกันในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิชาการในประเทศและต่างประเทศบางคนเริ่มให้ความสนใจกับคอนกรีตไฟเบอร์ไฮบริด (HFRC) โดยพยายามผสมเส้นใยที่มีคุณสมบัติและข้อดีที่แตกต่างกัน เรียนรู้จากกันและกัน และเล่นกับ "เอฟเฟกต์ไฮบริดเชิงบวก" ในระดับต่างๆ และ ขั้นตอนการบรรทุกเพื่อเพิ่มคุณสมบัติต่างๆ ของคอนกรีต เพื่อตอบสนองความต้องการของโครงการต่างๆอย่างไรก็ตาม ในส่วนของคุณสมบัติทางกลต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเสียรูปเมื่อล้าและความเสียหายจากความเมื่อยล้า กฎการพัฒนาการเสียรูป และลักษณะความเสียหายภายใต้โหลดแบบสถิตและไดนามิก และแอมพลิจูดคงที่หรือโหลดไซคลิกแอมพลิจูดแบบแปรผัน ปริมาณการผสมที่เหมาะสมและสัดส่วนการผสมของไฟเบอร์ ความสัมพันธ์ ระหว่างส่วนประกอบของวัสดุคอมโพสิต ผลการเสริมความแข็งแกร่งและกลไกการเสริมความแข็งแกร่ง ประสิทธิภาพการป้องกันความเมื่อยล้า กลไกความล้มเหลว และเทคโนโลยีการก่อสร้าง จำเป็นต้องศึกษาปัญหาของการออกแบบสัดส่วนผสมเพิ่มเติม

5. คอนกรีตเสริมเหล็กไฟเบอร์เป็นชั้นๆ
คอนกรีตเสริมใยเสาหินนั้นผสมไม่ง่ายนัก เส้นใยจับตัวกันง่าย ปริมาณเส้นใยมีขนาดใหญ่ และต้นทุนค่อนข้างสูง ซึ่งส่งผลต่อการใช้งานในวงกว้างโครงสร้างใยเหล็กชนิดใหม่ คอนกรีตเสริมใยเหล็กชั้น (LSFRC) ได้รับการเสนอผ่านการปฏิบัติทางวิศวกรรมและการวิจัยทางทฤษฎีจำนวนมากเส้นใยเหล็กจำนวนเล็กน้อยกระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของแผ่นถนน และตรงกลางยังคงเป็นชั้นคอนกรีตธรรมดาโดยทั่วไปเส้นใยเหล็กใน LSFRC จะถูกกระจายแบบแมนนวลหรือแบบกลไกเส้นใยเหล็กมีความยาว และอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางความยาวโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 70 ~ 120 ซึ่งแสดงการกระจายแบบสองมิติวัสดุนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดปริมาณเส้นใยเหล็กได้อย่างมาก โดยไม่กระทบต่อคุณสมบัติทางกล แต่ยังหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์การรวมตัวของเส้นใยในการผสมคอนกรีตเสริมเส้นใยในตัวอีกด้วยนอกจากนี้ ตำแหน่งของชั้นเส้นใยเหล็กในคอนกรีตยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อกำลังรับแรงดัดงอของคอนกรีตอีกด้วยผลการเสริมแรงของชั้นเส้นใยเหล็กที่ด้านล่างของคอนกรีตจะได้ผลดีที่สุดเมื่อตำแหน่งของชั้นเส้นใยเหล็กขยับขึ้น ผลการเสริมแรงจะลดลงอย่างมากความต้านทานแรงดัดงอของ LSFRC สูงกว่าคอนกรีตธรรมดาที่มีสัดส่วนส่วนผสมเท่ากันมากกว่า 35% ซึ่งต่ำกว่าคอนกรีตเสริมใยเหล็กในตัวเล็กน้อยอย่างไรก็ตาม LSFRC สามารถประหยัดต้นทุนวัสดุได้มาก และไม่มีปัญหาในการผสมที่ยุ่งยากดังนั้น LSFRC จึงเป็นวัสดุใหม่ที่มีประโยชน์ทางสังคมและเศรษฐกิจที่ดีและมีความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้ในวงกว้าง ซึ่งคุ้มค่าแก่การแพร่หลายและการประยุกต์ใช้ในการก่อสร้างทางเท้า

6. คอนกรีตผสมไฟเบอร์แบบชั้น
คอนกรีตเสริมใยไฟเบอร์แบบชั้นผสม (LHFRC) เป็นวัสดุคอมโพสิตที่เกิดขึ้นโดยการเติมเส้นใยโพลีโพรพีลีน 0.1% บนพื้นฐานของ LSFRC และกระจายเส้นใยโพลีโพรพีลีนแบบละเอียดและแบบสั้นจำนวนมากให้เท่าๆ กัน โดยมีความต้านทานแรงดึงสูงและการยืดตัวขั้นสูงสุดในเหล็กด้านบนและด้านล่าง คอนกรีตไฟเบอร์และคอนกรีตธรรมดาชั้นกลางสามารถเอาชนะจุดอ่อนของชั้นคอนกรีตธรรมดาขั้นกลาง LSFRC และป้องกันอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นหลังจากที่เส้นใยเหล็กพื้นผิวสึกหรอLHFRC สามารถเพิ่มกำลังรับแรงดัดงอของคอนกรีตได้อย่างมากเมื่อเทียบกับคอนกรีตธรรมดา ความแข็งแรงรับแรงดัดงอของคอนกรีตธรรมดาจะเพิ่มขึ้นประมาณ 20% และเมื่อเทียบกับ LSFRC ความแข็งแรงรับแรงดัดงอจะเพิ่มขึ้น 2.6% แต่มีผลเพียงเล็กน้อยต่อโมดูลัสยืดหยุ่นดัดงอของคอนกรีตโมดูลัสยืดหยุ่นดัดงอของ LHFRC สูงกว่าคอนกรีตธรรมดา 1.3% และต่ำกว่าของ LSFRC 0.3%LHFRC ยังช่วยเพิ่มค่าความเหนียวรับแรงดัดงอของคอนกรีตได้อย่างมาก และดัชนีค่าความเหนียวรับแรงดัดงอมีค่าประมาณ 8 เท่าของคอนกรีตธรรมดาและ 1.3 เท่าของ LSFRCนอกจากนี้ เนื่องจากประสิทธิภาพที่แตกต่างกันของเส้นใยตั้งแต่สองเส้นขึ้นไปใน LHFRC ในคอนกรีต ตามความต้องการทางวิศวกรรม ผลไฮบริดเชิงบวกของเส้นใยสังเคราะห์และเส้นใยเหล็กในคอนกรีตจึงสามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความเหนียว ความทนทาน ความเหนียว ความแข็งแรงของการแตกร้าวได้อย่างมาก , ความต้านทานแรงดัดงอและแรงดึงของวัสดุ, ปรับปรุงคุณภาพวัสดุและยืดอายุการใช้งานของวัสดุ

——บทคัดย่อ (สถาปัตยกรรมชานซี เล่มที่ 38 ฉบับที่ 11 เฉิน ฮุ่ยชิง)