סיבים-reinforced בטון (FRC) מייצג התקדמות משמעותית בחומרי בנייה, המשלב את העוצמה הדחיסה של בטון מסורתי עם הפשטות העפילית והנוקשות המסופקת על ידי סיבים דיסקרטיים. על ידי הטמעת סיבים קצרים, מבוזרים באקראי לתוך ממטריקס מלטיבי, מהנדסים יכולים לשפר באופן משמעותי את השליטה, ההשפעה, והיכולת שלאחר עומסים מורכבים זה הפך יישומים חיוניים של סוללות סטראטורה ואווירה בטוחה של מבנים מכנית חיוני כדי להבטיח את הביצועים של חומרים אלה הוא חיוני של חומרים מכניים חזקים של פחמן יציבים חזקים של כוח חשיבה מכנית ואפקטים חזקים.

מה זה סיבים-מחזיקים ב-Reinforced Concrete?

בטון רב עוצמה סיבי הוא חומר מורכב המיוצר מלט הידראולי, מצטבר, מים, וסיבים דיסקרטיים. הסיבים יכולים להיות פלדה, זכוכית, סינתטי (למשל, פוליפרופילן, ניילון, פוליויניל אלכוהול), פחמן, או טבעי (למשל, sisal, coir, תפקידם העיקרי הם לגשר כי צורה מתחת לרדאר או פשטני, 000 אלה יכול בדרך כלל להוסיף סיבי מים ספציפיים, אם כי הם בדרך כלל להוסיף סדקים.

הרעיון של הוספת חומרים פיברוס כדי לנפץ את המזחלות אינו חדש. בזמנים עתיקים, קש שימש לבנים מחוות שמש, וסוס נוסף לרגמה.מחקר מודרני FRC והשימוש התעשייתי החל ברצינות במהלך שנות ה-60 וה-70, והוביל לבדיקות סטנדרטיות והנחיות עיצוב.

תכונות מכניות של סיבים-Reinforced Concrete

ההתנהגות המכנית של FRC נשלטת על ידי אינטראקציות בין הסיבים לבין ממטריקס מלטיבי. תכונות מפתח כוללות כוח דחוס, כוח רבייה, כוח גמיש, קשיחות והתנגדות השפעה. כל נכס מושפע על ידי סיבים, גיאומטריה, תוכן וכיוון, כמו גם את האיכות של ממטריקס.

כוח מדכא

בבדיקות דחיסה סטנדרטיות, תוספת סיבים בדרך כלל אינה מגדילה באופן משמעותי את העוצמה הדחיסה של בטון. עם זאת, סיבים לשנות באופן דרמטי את מצב הכישלון.פשוט אינו מרתיעה עם ספיגה פתאומית, בעוד FRC מציג כשלון הדרגתי יותר, דוקטריניים. סיביים עוזרים להחזיק את החומר יחד לאחר קריפטציה, מניעת קריסת קטסטרופלית ומספק יכולת משקעת גבוהה.

כוח Tensile

העוצמה העצומה של בטון היא נמוכה מאוד, בדרך כלל רק 10-15% מהחוזק הדחיסה שלה. סיבי לגשר על המיקרו-צריפים המתיזוםים תחת מתח, מעכבים את הפלמיזציה שלהם לתוך מפצחים.מבחנים ישירים של עשרות עד 15% מראים כי FRC יכול להשיג עלייה של 30% עד 100% בהשוואה ל קונקרטית, בהתאם לסיבים ולמינונים פשוטים הם יעילים במיוחד, בעוד סיבים סינתטיים מספקים שיפורים קלים לעוצמה של פציפיקה ראשונית של מפונקטיבית לאחר מפונקטיבית של כוח חיוני עבור קיבולת המאפיין.

כוח גמיש

כוח Flexural (bending) הוא הנכס המכאני הנפוץ ביותר עבור בדיקות סטנדרטיות FRC כגון ASTM C1609 (מבחן אבאם) או EN 14651 (מבחן beam) למדוד את התנהגות הניעת העומס-1. סיבים מגבירים את מדדי השבר (MOR) על ידי 20–50% ויותר, לספק כוח כבד לאחר ביצוע שבץ מוחי זה הוא לעתים קרובות מכווץ כוח על ידי כוח קריביאוב (R) על ידי כוח מכני) על ידי כוח מכניקה אחורית) על ידי כוח מכניקה אחורית (מפלקסים) על ידי 20-מפרק 6-מפרק קשיח).

נוקשות ואנרגיה

קשיחות היא היכולת של חומר לספוג אנרגיה במהלך שבר.FRC מציג ערכים קשים כמה פעמים גבוה יותר מאשר בטון פשוט כי סיבים למשוך ולשבור בהדרגה, צריכת אנרגיה. האזור תחת עקומת העומס הוא מדד ישיר של קשיחות. לדוגמה, סיבים פלדה מעודכנים בנפח 1% יכול להגדיל את הקשידות על ידי גורם של 10-30 לעומת שטח קונקרטי זה הוא אמצעי ישיר עבור יישומים קריטיים כגון, כגון מערכי פלדה מתפתלים, כאשר נפח הגנה צפוי, 000.

השפעה

תחת עומסים דינמיים פתאומיים - כגון ירידה במשקל, התנגשויות רכב, או פיצוץ פיצוצים - FRC Experforms בטון ברור בשל יכולת הניתוק באנרגיה גבוהה שלה. טיפות משקל בדיקות ובדיקות השפעה צ'רפי מראה כי FRC יכול לשרוד השפעות מרובות ללא פיזור מוחלט. הסיבים סופגים גלי מתח ולמנוע היווצרות של סדקים גדולים.

התנהגות תחת עומס וכישלון מכניזם

כאשר נתון ללחץ גובר, התקדמות קונקרטית של סיבים באמצעות שלבים נפרדים: התנהגות גמישה ליניארית, מיקרו-קרקינג, סדק, סיב, למשוך, ובסופו של דבר כישלון. בניגוד להתמוטטות פתאומית של בטון פשוט, FRC מציג כשלון דוקטרי, מתקדם.

טופס Microcrack ו Bridging

ברמות לחץ נמוכות, המטריצה הבטונית מתנהגת באופן אלסטי.כפי שמתח רבנים ניגש לכוח הממטריקס, מיקרו-קracks להתחיל פגמים וממשקים. בטון פשוט, המיקרו-קracks הללו חודרים לתוך מברק יחיד המוביל לכישלון מיידי. ב- FRC, סיבים חוצים את מטוס הסדקים פועלים כגשרים, מעבירים מתח והגבלת תהליך זה מפיץ את הנזקים, וכתוצאה מכך הוא הרבה יותר מ"מ"מ"ם"מ"ם"ם"ם"ם"מ"מ"ם, במקום אחד בלבד, הוא עדיין קצר יותר מאשר רוחב אחד בלבד.

סיבים שופכים ו-Strin-Hardening / Sלעתים קרובות

לאחר סדקים ראשוניים, ההתנהגות המורכבת תלויה חוזק אג"ח סיבית, יחס אספקט סיבים וכוח סיבים. ב FRC מעוצב היטב, סיבים בהדרגה למשוך מהמטריקס, ומייצרים ענף מרכך מבוקר בעובי הלחץ.כמה סיבים בעלי ביצועים גבוהים סיבים בעלי ביצועים גבוהים המופעלים על ידי סיבים מטבוליים מלטיביים (HPFRCC) מפגינים מתוחים, שבו מופיעים מספר רב של סדקים וצצים מתח, ממשיכים לחקות את הלחץ הראשון, בעוד הלחץ, הוא מכווץ, בעוד הלחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ גבוה, הוא לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ גבוה.

פוסט-פאק עוצמה

הכוח השונה לאחר עומס שיא הוא פרמטר עיצוב מפתח עבור תקני FRC כגון ASTM C1609 מגדיר כוח חי על סטיות ספציפיות (למשל, L /600, L/150), יכולת פוסט-מצר מאפשרת למעצבים לטפל FRC כחומר מבני המסוגל לשאת עומסים גם לאחר סדק.

גורמים המשפיעים על התנהגות מכנית

גורמים הקשורים למספר גורמים קובעים את התגובה המכנית של שליטה על הפרמטרים הללו, יש צורך להשיג ביצועים הרצויים.

סוג סיבים

סיבים פלדה (קודמת, מפוענח, ישר) מציעים כוח רבנים גבוה, שיטות של גמישות, כוח האג"ח, מה שהופך אותם אידיאליים עבור יישומים מבניים. סיבי סינתטיים כגון פוליפרופילן ו ניילון יש שיטות נמוכות יותר אבל לספק שליטה טובה סדק בעלות נמוכה, במיוחד יישומים לא מבנים כמו שליטה מופחתת.

סיבים גיאומטריה ו- Aspect Ratio

יחס ההיבט (אורך סיבי מחולק על ידי קוטר) משפיע מאוד על התנגדות משיכה. סיבים ארוכים עם יחסי היבט גבוהים יותר לספק טוב יותר סדקים גירוד חזק יותר אבל להפחית את יכולת העבודה ויכול לגרום לטבול במהלך ערבוב. יחס אופטימ בדרך כלל נע בין 50 ל -100 עבור סיבי פלדה.

המונחים: Volume Fraction

הגדלת הנפח של סיבים משפרת את ה- Tenile, flexural ותכונות השפעה, אבל הקשר אינו ליניארי. Beyond a Critical נפח חלקיק (בדרך כלל 1–2% עבור סיבי פלדה), דוקטריות עשויה לרדת באופן משמעותי. Mixing וקומפקטיות הופכים קשים, פוטנציאל להציג חסמים אשר מפחיתים את כוח.

המונחים:

התגובה המכנית של FRC היא אנטרופיה כי סיבים נוטים להתאים את הכיוון הזרמה במהלך הליהוק והקונסולה. באלמנטים מבניים, אוריינטציה סיבים היא לעתים קרובות אקראית בשלושה ממדים (3D) אבל יכול להיות יותר מתואם בחלקים דקים או בעת שימוש בטיוט. Tests להראות כי כוח גמיש יכול להשתנות על ידי 30% או יותר בהתאם לנטימנט סיבים ביחס ללחץ החל.

מטריקס Properties and Mix Design

מריצה מלטית חייבת לספק חיבור הולם סיבים.יחסי מים גבוהים להפחית את כוח האג"ח, בעוד יחסי w / C נמוכים להגדיל את קשיחות מטריצה אבל יכול לעשות את התערובת גליץ ולהפחית את העבודה למשוך סיבים. תוספת של חומרים מטבוליים משלימים כגון אחה מנקה או זבוב ash יכול לשפר את ממשק סיבית.

ערבוב ותיקון

שילוב נכון הוא קריטי להשגת חלוקת סיבים אחידים. סיבים בדרך כלל להוסיף לתערובת לאחר צמחיאות ומלט, ושילוב זמן חייב להיות מורחב כדי להבטיח פיזור ללא סיבים מזיקים. Over-mixing יכול לגרום סיבים לפרוץ או כדור.קלינג משפיע על כוח מריצה ואת האג"ח סיביים; לחות במשך לפחות 7 ימים מומלץ לפתח מספיק קשר.

בדיקה ואפיון של סיבים-Reinforced Concrete

בדיקות סטנדרטיות הן חיוניות לשליטה איכותית ועיצוב.שלוש שיטות הבדיקה הנפוצות ביותר הן מבחן beam הגמישות (ASTM C1609, EN 14651), מבחן פאנל עגול (ASTM C1550), ואת מבחן uniaal Tenile (Rilem TC 162-TDF) מדד הבדיקה נגד ספקטרום בינוני, אשר מפרמטרים כמו ראשון - psyds, כוח קל יותר, כמו ⁇ pi) ⁇ (R) הוא פחות קל יותר, 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לקבלת מידע נוסף על תקני בדיקה, מתייחס ל-FLT:0ASTMIRFLT 1:1 ו-FLT:2RILEM ועדות טכניות פיתחו את ההנחיות של פיתוח FRC זמינות מהמכון ל-FLT:4 אמריקאי Concrete Institute (AC 544).

המונחים: fiber-Reinforced Concrete

היכולת להתאים את תכונות FRC באמצעות בחירת סיבים ומינון הופכת אותו לתאים למגוון רחב של יישומים מבניים ולא-הוראהיים.

  • (FLT:0) רצפות תעשייתיות וריצוף: ריצוף 1: 1 ; FRC לוחות על כיתה ניתן לתכנן עם התכווצות מתוחכמות ומפרקות, המציעות עמידות לעייפות גבוהה יותר ותחזוקת נמוכה יותר.
  • (FLT:0) מוצרים קונקרטיים של Precast: FLT:1 FRC משמש צינורות, חורשות, טנקים ספקניים, לוחות אדריכליים.הדוקטריות משפרת את הטיפול ומפחיתה את ההפסקה במהלך תחבורה ומתקנים.
  • (FLT:0 מחסניות וכביש מעליות: ⁇ FLT:1) סיבים משפרים את השליטה הפצח ואת עמידות תחת עומס תנועה חוזר, צמצום הצורך בהתחדשות קונבנציונלית והשגת בנייה.
  • (FLT:0) אולמות של טורי טיס ו-Funnel: ⁇ 1 עבור חפירות תת-קרקעיות, סיבים-reinforced Shotcrete (sprayed קונקרטי) מספקים תמיכה מיידית לאחר יישום, עם ספיגה אנרגיה גבוהה והתנגדות להתפרצויות סלע ותנועות קרקע. Steel וסיבים סינתטיים הם נפוצים.
  • (FLT:0) מבנים עמידים ופיצוץ: FLT:1 הקושי הגבוה והדוכסיות של FRC להפוך אותו אידיאלי עבור מסגרות הרגע, דבורים, עמודות, וקירות Shear באזורים רעידת אדמה-פרון. סיביים גם להפחית את התכווצות תחת עומסי נפץ.
  • (FLT:0) אלמנטים אדריכליים ודקורטיביים: FLT:1ve לוחות קלד דקים, חזיתות, ו precast streads ליהנות משליטה מופחתת במשקל עצמי וטוב יותר סדקים.
  • (ב) [15] מבנים: FLT1 Dams, שפך, וציפויים יכולים לדרוש עמידות מוחית גבוהה ונחיתות נמוכה. FRC עם סיבים פלדה ביצועים היטב תחת שחיקה במים ומחזורי הקפאה.

התקדמות חדשה בסיבים-Reinforced Concrete

מחקר מתמשך ממשיך לדחוף את הגבולות של ביצועי FRC, קיימות ופונקציונליות.

NAfiber-Reinforced Concrete

ננו-בוטיקים פחמן, גרפן ננו-פלטיות, ו- nanocellulose סיבים נחקרים כדי לחזק את הבטון ב- nanoscale.אפילו בשבריריות נפח נמוכות מאוד (0.05–0.1%), ננו-חומרים אלה יכולים להגדיל את העוצמה של עשרות עד 30–50% ולשפר באופן משמעותי את חוסר יכולת האימפולסיביות והתנהלות חשמלית.

מערכות סיבים היברידיות

שילוב שני סוגים או יותר סיבים - כגון סיבים מקרו פלדה עבור יכולת רבת עומס וסיבים מיקרו סינטטיים עבור בקרת סדק מוקדם - יכול לספק הטבות סינרגיות. המיקרו-מברברים לשלוט microcracking, בעוד סיבים מקרו לגשר על סדקים גדולים יותר.מערכות היברידיות לעתים קרובות להשיג קשיחות גבוהה יותר ומיומנות דה מאשר מערכות חד-מבר אחד באותו נפח.

Recycleed ו- Sustainable סיבים

(הסיבים של פלדה ממוחזרים מפסולת וגרד תעשייתי, כמו גם סיבים טבעיים כמו קנבוס, flax וכותנה, הם צוברים תשומת לב להפחתת ההשפעה הסביבתית.מחיל סיבי פלדה הראו ביצועים דומים סיבים פלדה בתולה במבחנים רבים, אם כי variability יכול להיות גדול יותר. סיבים טבעיים הם ביו-דידרדרד ועלויות נמוכות, אבל עשוי לדרוש טיפול קללאלי למנוע ירידה קונקרטית לקריאה נוספת.

המונחים: self-Healing סיבים מחדש

שילוב חיידקים, סוכנים ריפוי מלוכדים, או פולימרים בצורת-זיכרון לתוך FRC מאפשר תיקון סדק אוטונומי. סיביים לשחק תפקיד על ידי שמירה על סדקים צר מספיק כדי להיות חתום על ידי מנגנון הריפוי. self-healing FRC יכול להרחיב באופן דרמטי את חיי השירות של תשתיות, צמצום עלויות תחזוקה.

המונחים: fiber-Reinforced Concrete

(המעצבים חייבים לקחת בחשבון את ההתנהגות שלאחר ה- FRC במקום להסתמך רק על תכונות טרום-קפיצ'ר.לדוגמה, קוד מודל fib 2010 מספק פתח לחץ (ראה FLT:0 ⁇ -wential סיבים 3:0) מערכת יחסים עבור כיתות FRC שונות. חסימת הלחץ של המדינה האולטימטיבית (ULS) נגזרת מערכי כוח גמישים וקבועים עבור הגדרות סטנדרטיות (FLS) הן מגבלות בטיחותיות).

שלבים עיצוב חשובים כוללים: בחירת סוג סיבים ומינון בהתבסס על ביצועים הנדרשים; ביצוע בדיקות קרן כדי לקבוע פרמטרים של כוח חיסוני; באמצעות רכיב סופי או שיטות פשוטות כדי מודל תגובה מבנית; וסימון שברירי נפח מינימלי כדי להשיג מעמד FRC ייעודי (למשל, FRC 2.0 על פי fib).

מסקנה

הבנת ההתנהגות המכנית של בטון רב-עוצמה של סיבים היא היסוד ליישום המוצלח שלה בתשתיות מודרניות.היכולת של סיבים לגשר על סדקים, לספק כוח רב-עוצמה של עשרות-RC, ולהגדיל באופן דרמטי את הקשיות והקליטת האנרגיה הופכת את FRC לחומר בלתי-סביר עבור רצפות, מנהרות, גשרים, מבנים עמידים-מבנים, ואלמנטים מכניים כגון כוח גמיש, לאחר יעילות, ואפקטים של מגנטיים, כגון מנגנונים גמישים, כוח-אפגניבה, שימוש יעיל, ואפקטים-אופטימיים-עצמיים, ואפקטים-מבנים סטנדרטיים, ואפקטים-מבנים יעילים יותר, כוח-מבנים עמידים-מבנים יעילים יותר, על-מבנים יעילים.