Фибробетон - Fiber-reinforced concrete
Фибробетон ( FRC ) - это бетон, содержащий волокнистый материал, повышающий его структурную целостность. Он содержит короткие дискретные волокна , которые равномерно распределены и беспорядочно ориентированы. Волокна включают стальные волокна, стекловолокна , синтетические волокна и натуральные волокна, каждое из которых придает бетону различные свойства. Кроме того, характер бетона, армированного фиброй, изменяется в зависимости от бетона, волокнистых материалов, геометрии, распределения, ориентации и плотности.
Историческая перспектива
Идея использования волокон в качестве арматуры не нова. Волокна использовались в качестве арматуры с древних времен. Исторически конский волос использовался в растворе, а солома - в сырцовых кирпичах . В 1900-х годах в бетоне использовались волокна асбеста . В 1950-х годах возникла концепция композитных материалов , и фибробетон стал одной из тем, вызывающих интерес. Как только были обнаружены риски для здоровья, связанные с асбестом, возникла необходимость найти замену этому веществу в бетоне и других строительных материалах. К 1960-м годам в бетоне использовались стальные , стеклянные ( GFRC ) и синтетические (например, полипропилен ) волокна. Исследования новых бетонов, армированных фиброй, продолжаются и сегодня.
Волокна обычно используются в бетоне для контроля растрескивания из-за пластической усадки и усадки при высыхании. Они также уменьшают проницаемость бетона и, таким образом, уменьшают утечку воды . Некоторые типы волокон обладают большей устойчивостью к ударам, истиранию и разрушению в бетоне. Более крупные стальные или синтетические волокна могут полностью заменить арматуру или сталь в определенных ситуациях. Фибробетон практически полностью заменил стержень в подземной строительной отрасли, например, в сегментах туннелей, где почти все футеровки туннелей армированы волокном вместо использования арматуры. Действительно, некоторые волокна фактически снижают прочность бетона на сжатие.
Количество волокон, добавленных к бетонной смеси, выражается в процентах от общего объема композита (бетон и волокна), называемого «объемной долей» (V f ). V f обычно составляет от 0,1 до 3%. Соотношение сторон (l / d) рассчитывается путем деления длины волокна (l) на его диаметр (d). Волокна с некруглым поперечным сечением используют эквивалентный диаметр для расчета соотношения сторон. Если модуль упругости волокна выше, чем у матрицы ( вяжущего для бетона или строительного раствора ), они помогают выдерживать нагрузку за счет увеличения прочности материала на разрыв. Увеличение удлинения волокна обычно приводит к сегментации прочности на изгиб и ударной вязкости матрицы. Чем больше длина, тем лучше матрица внутри бетона, а меньший диаметр увеличивает количество волокон. Чтобы каждая прядь волокна была эффективной, рекомендуется использовать волокна, длина которых превышает максимальный размер агрегата. Обычный бетон содержит заполнитель с эквивалентным диаметром 19 мм, что составляет 35-45% бетона, волокна длиной более 20 мм более эффективны. Однако волокна, которые слишком длинные и не обрабатываются должным образом во время обработки, имеют тенденцию «комковаться» в смеси и создавать проблемы с технологичностью.
Волокна добавлены для долговечности бетона. Стекло и полиэстер разлагаются в щелочной среде бетона и различных добавок и поверхностной обработки бетона.
В Высокоскоростных 1 туннельных прокладках включены бетон , содержащий 1 кг / м 3 или более из полипропиленовых волокон, диаметра 18 и 32 мкм, что дает преимущество указанным ниже. Добавление полипропиленовых волокон тонкого диаметра не только обеспечивает усиление футеровки туннелей, но также предотвращает «растрескивание» и повреждение футеровки в случае пожара из-за аварии.
Преимущества
Стекловолокно может:
- Повышение прочности бетона при низких затратах.
- Добавляет растягивающую арматуру во всех направлениях, в отличие от арматуры.
- Добавьте декоративный вид, так как они видны на готовой бетонной поверхности.
Полипропиленовые и нейлоновые волокна могут:
- Улучшает сцепление смеси, улучшая прокачиваемость на большие расстояния
- Повышение устойчивости к замораживанию-оттаиванию
- Повышение устойчивости к взрывному растрескиванию в случае сильного пожара
- Повышение устойчивости к ударам и истиранию
- Повышение устойчивости к пластической усадке при отверждении
- Повышение прочности конструкции
- Снижение требований к стальной арматуре
- Повышение пластичности
- Уменьшайте ширину трещин и тщательно контролируйте ширину трещин, тем самым повышая долговечность
Стальные волокна могут:
- Повышение прочности конструкции
- Снижение требований к стальной арматуре
- Уменьшайте ширину трещин и тщательно контролируйте ширину трещин, тем самым повышая долговечность
- Повышение устойчивости к ударам и истиранию
- Повышение устойчивости к замораживанию-оттаиванию
Смеси как стальных, так и полимерных волокон часто используются в строительных проектах, чтобы объединить преимущества обоих продуктов; структурные улучшения, обеспечиваемые стальными волокнами, и улучшения устойчивости к взрывному растрескиванию и пластической усадке, обеспечиваемые полимерными волокнами.
При определенных обстоятельствах стальная фибра или макросинтетические волокна могут полностью заменить традиционный стальной арматурный стержень (« арматуру ») в железобетоне. Это чаще всего встречается в промышленных полах, но также и в некоторых других применениях сборного железобетона. Как правило, они подтверждаются лабораторными испытаниями, подтверждающими выполнение требований к рабочим характеристикам. Следует позаботиться о том, чтобы обеспечить соблюдение требований местных норм проектирования, которые могут предусматривать минимальное количество стальной арматуры в бетоне. Растет число проектов проходки туннелей с использованием сегментов футеровки из сборного железобетона, армированных только стальной фиброй.
Микроарматура также была недавно протестирована и одобрена для замены традиционной арматуры в вертикальных стенах, спроектированных в соответствии с ACI 318, Глава 14.
Некоторые разработки
По крайней мере, половина бетона в типичном строительном элементе используется для защиты стальной арматуры от коррозии. Бетон с использованием только фибры в качестве армирования может привести к экономии бетона и, следовательно, к парниковому эффекту, связанному с ним. FRC можно отливать в различные формы, что дает дизайнерам и инженерам большую гибкость.
Высокопроизводительный FRC (HPFRC) утверждает, что он может выдерживать деформационное упрочнение до нескольких процентов, в результате чего пластичность материала по крайней мере на два порядка выше по сравнению с обычным бетоном или стандартным фибробетоном. HPFRC также заявляет об уникальном поведении к растрескиванию. При нагрузке за пределы диапазона упругости HPFRC сохраняет ширину трещины ниже 100 мкм даже при деформации до нескольких процентов растягивающей деформации. Полевые исследования HPFRC и Министерства транспорта штата Мичиган привели к появлению трещин в раннем возрасте.
Недавние исследования, проведенные на высокоэффективном армированном волокном бетоне в настиле моста, показали, что добавление волокон обеспечивает остаточную прочность и контролируемое растрескивание. В FRC было меньше и более узких трещин, хотя FRC имел большую усадку, чем контрольный. Остаточная прочность прямо пропорциональна содержанию волокна.
Некоторые исследования были выполнены с использованием отработанных волокон ковровых покрытий в бетоне в качестве экологически безопасного использования переработанных ковровых отходов. Ковер обычно состоит из двух слоев основы (обычно ткани из полипропиленовой ленточной пряжи), соединенных стирол-бутадиеновым латексным каучуком (SBR), наполненным CaCO 3 , и лицевых волокон (большинство из них состоит из текстурированной пряжи из нейлона 6 и нейлона 66). Такие нейлоновые и полипропиленовые волокна можно использовать для армирования бетона. Возникают и другие идеи использования переработанных материалов в качестве волокон: например, переработанное волокно из полиэтилентерефталата (ПЭТ).
Стандарты
- EN 14889-1: 2006 - Волокна для бетона. Стальные волокна. Определения, спецификации и соответствие
- EN 14845-1: 2007 - Методы испытаний волокон в бетоне.
- ASTM A820-16 - Стандартные спецификации для бетона, армированного волокном (заменены)
- ASTM C1116 / C1116M - Стандартные спецификации для бетона, армированного волокном
- ASTM C1018-97 - Стандартный метод испытаний на изгибную вязкость и прочность при первых трещинах в бетоне, армированном волокном (с использованием балки с нагрузкой в третьей точке) (отозван в 2006 г.)
- CSA A23.1-19 Приложение U - Бетон со сверхвысокими характеристиками (с армированием волокном и без него)
- CSA S6-19, 8.1 - Рекомендации по проектированию сверхвысокопрочного бетона
Смотрите также
- Армированный волокном пластик
- Стеклопластик
- Железобетон
- Торкретбетон, армированный стальными фибрами
- Текстильно-армированный бетон