Fiber-reinforced beton (FRC) inşaat malzemelerinde önemli bir ilerlemeyi temsil eder, geleneksel betonun sıkıştırıcı gücünü ayrık fiberler tarafından sağlanan çekme ile birlikte, betonun yüksek çözünürlük ve sertliği ile birleştirmektedir.Demekli matrix içine rastgele dağıtılmış fiberler, mühendisler çatlakların mekanik davranışının büyük ölçüde iyileştirilmesi, etkili bir şekilde kuvvetlendirilmesi ve yük taşıma kapasitesinin taşınması için gereklidir.Bu kompozit malzeme, endüstriyel zeminlerden ve tünellerden depremlere dayanıklı yapılardan ve mimariye dayanıklı yapılardan güvenli, güvenli ve güvenli bir şekilde faydalanması için gereklidir.
Fiber-Reinforced Beton Nedir?
Fiber-reinforced beton, hidrolik çimento, agresyon, su ve ayrık fiberlerden yapılan bir kompozit malzemedir. Fiber-reinforced beton, plastik, polivinyl alkol, karbon veya doğal (örneğin, sisal, koir, bambu) birincil roller bu çatlaklar altında olan çatlakları köprülemek için, bu çatlakları iletmek ve matrixler çatlakları kesmek için, hipo ⁇ toksit, polivinyl alkol sağlamak için.
Fizyologlara boyun eğik malzemeler eklemek yeni değildir.Eski zamanlarda, saman güneş destekli tuğlalarda kullanıldı ve ACI 544 “Fiber-Reinforced Concrete” ve ilgili fib Model Kodu bölümleri sırasında ciddi bir şekilde başladı.
Fiber-Reinforced Betonlarının Mekanik Özellikleri
FRC'nin mekanik davranışı, fiberler ve çimentolu matrix arasındaki etkileşimlerle yönetilir. Anahtar özellikler sıkıştırıcı güç, çekme gücü, esnek güç, sertlik ve etki direnci içerir. Her özellik fiber tipi, geometri, içerik ve yönelim ile matrix kalitesi ile de etkilenir.
Dayanıklı Güçlü Güç
Standart sıkıştırma testlerinde, fiberlerin eki genellikle betonun en yüksek sıkıştırıcı gücünü önemli ölçüde artırmaz. ancak, fiberler başarısız modu dramatik şekilde değiştirir. Plain beton, aniden spalling ile patlayıcız, FRC'nin eki, yüksek fiber hacimlere kadar daha sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık, sert güç artış gösterir.
Mekanik Güç
Betonun çekme gücü, genellikle sadece% 10–15'i sıkıştırıcı gücü ile köprüyü, gerilim altında başlayan mikrokökez köprüyü makro-kırıklık testlerini makro-kırıklık testlerini gösteriyor ki, FRC'nin yüksek çözünürlükte yüzde 10 ila% 15'i betona kıyasla, fiber tipine ve dozaja bağlı olarak. Çelik fiberler özellikle etkili, sentetik fiberler strese yol açıyorlar.
Flexural Güçlü Güç
Flexural (bending) gücü, FRC. Standart testleri için en yaygın olarak belirtilen mekanik özelliktir. ASTM C1609 (beam testi) veya EN 14651 (önemli kiriş testi) yük devretme davranışı gibi parametreleri ölçmektedir. Fibers, 20-50 ile daha da önemlisi, çatlakların boyutunu artırır.
Zorluk ve Enerji Absorpsiyon
Sertlik, kırıklık sırasında enerji absorbe etmek için bir malzeme yeteneğidir. FRC, betondan birkaç kat daha yüksek performans gösterir, çünkü fiberler yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş, elektriksel yükler beklenen bir şekildedir. Örneğin, kancalı çelik fiberler beklenen 10 ila 30 arasında sertliği artırabilir.
Etki Direnişi
Aniden dinamik yükler altında - ağırlıkları, araç çarpışmaları veya patlama patlamaları gibi - yüksek enerji dağıtım kapasitesi nedeniyle betonu oluşturur. Drop-weight testleri ve Charpy etkisi testleri, FRC'nin tamamen parçalanmadan çok fazla etkileyebileceğini gösteriyor.
Yük ve Başarısızlık Mekanizmaları
Stresi artırmak için, fiber-reinforced beton farklı aşamalar aracılığıyla ilerlemeler: lineer elastik davranış, mikrokracking, çatlakları, fiber çekme ve nihayetinde düz betonun aniden çökmesinden farklı olarak, FRC bir kanala geçiş gösterir.
Mikrokrack Formasyon ve Bridging
Düşük stres seviyelerinde, beton matris gücüne yaklaşırken, mikrokralar kusurları ve arayüzleri başlatır.Suçlu betonda, bu mikrokökler, tek bir makro-kökeziğe yol açar (tipik olarak 0.1 mm'nin altında), bu işlem, dayanıklılık ve estetik için faydalı olur.
Fiber Pullout ve Strain-Harding /Softing
İlk çatlaktan sonra, kompozit davranış fiber-matrix bağ gücü, fiber yön oranı ve fiber güç bağlıdır. iyi tasarlanmış FRC, fiberler yavaş yavaş matrixten çıkar, kontrollü bir köpüklü kolu oluşturmak stres-strain eğrisi. Bazı yüksek performanslı fiber-reinforced çimentoitious kompozitler (HPFRCC) sergisi, birden çok çatlakların ortaya çıktığı ve stresin ilk çatlakların ötesine geçtiği yerde artış göstermeye devam eder.
Post-Peak Residual Strength
Top yükünden sonra oturma gücü, FRC. Standartları için kilit bir tasarım parametresidir. Örneğin, zemindeki düz plakalarda (örneğin, geleneksel çelik takviye, işçilik ve malzeme maliyetlerini azaltabilir.) Bu post-crack kapasite, tasarımcılara çatlakları çatlakları çatlakları çatlakları kırabilme yeteneğine sahiptir. Örneğin, düz plakalarda yer alan sabit güç, geleneksel çelik takviye, işçilik ve malzeme maliyetlerini azaltabilir.
Mekanik Davranışları Etkileyen Faktörler
FRC'nin mekanik yanıtını birkaç ilgili faktör tespit eder. Bu parametrelerin dikkatli kontrolü istenen performans elde etmek için gereklidir.
Fiber Tipi
Çelik fiberler (kesinlikle, crimped, düz) yüksek sertleştirici güç, elastikiyet değiştiricisi ve bağ gücü, onları yapısal uygulamalar için ideal hale getirir. S Sentetik fiberler gibi yüksek ısıtılmış ve plastikler düşük maliyette iyi bir çatlaklar kontrolü sağlar, özellikle de incelenme kontrolü gibi uygulamalar. cam elyaflar kuvvet geliştirir, ancak kapsadığı ortamlara göre yüksek güç ve sertlik sunar.
Fiber Geometri ve Aspect Oranları
Genişleme oranı (sıkırda uzun süre bölünmüş) güçlü etkiler alevlenme direncini arttırır. Uzun fiberler daha yüksek eğimli yüksek çözünürlük sağlar ve daha yüksek sertliği azaltır, ancak işlenebilirliği azaltır ve karıştıran sırasında toplanabilir.En İyi yön oranları genellikle 50 ila 100 çelik fiber için aralığına (kırık, crimped, bükülerek) aynı zamanda matrixte mekanik çapak verir.Deformel fiberler düz fiberler düz fiberler daha iyi bir bağ geliştirir.
Fiber
Fiberlerin hacim kısmını artırmak, sert ve etkili özellikleri arttırır, ancak ilişki doğrusal değildir. kritik bir hacim fraksiyonu (tipik olarak% 1-2), dükleme ve uygulanabilirlik önemli ölçüde azalır. Mix ve kompaktlaştırma, potansiyel olarak aşınmaya bağlıdır.
Fiber Orientasyon ve Dağıtım
FRC'nin mekanik cevabı anisotropic çünkü fiberler, döküm ve konsolidasyon sırasında akış yönüne uyum sağlama eğilimindedir. yapısal elementlerde, fiber yönelim genellikle üç boyutta rastgeledir (3-D) ancak ince bölümlerde veya vibrasyon kullanarak daha uyumlu olabilir. Testler, flexal gücün uygulanan strese bağlı olarak% 30 veya daha fazla farklılık gösterebileceğini gösteriyor.
Matin Özellikleri ve Mix Design
Çimentolı matrix fiberlere uygun bir bağ sağlamalıdır. Yüksek su-cement oranları bağ gücünü azaltırken, düşük s / likit sertliği artırmak ancak karma tunçunu ve fiber çekme işini azaltmak için.Fıratıcı çimentolu malzemeler eki veya uç ash fiber-matrix arayüzünü artırabilir. Aggregates iyi derece yüksek ölçüde yükseltilmeli ve fiber uzun süre (tipik olarak ≤ fiber uzun süre) ila fiber dağıtımını önlemek için çok büyük bir şekilde olmalıdır.
Mix ve Curing
Proper Mix, düzgün fiber dağıtım elde etmek için kritiktir. Fibers genellikle kontraseptiflerden sonra karışıma eklenir ve fiberler olmadan dağılımı sağlamak için zaman ayırın. Over-mixing, fiberlerin kırılmasına veya toplanmasına neden olabilir.
Fiber-Reinforced Betonunun Test ve Karakterizasyonu
Standartlaştırılmış testler kaliteli kontrol ve tasarım için önemlidir. Üç en yaygın test yöntemi, ilk derece güç, zirve gücü ve çeşitli boyutlardaki parametrelerin elde edilmesi gibi parametrelerden oluşan kirişlerin (ASTM C1550) ve tek aksiyel çekme testi (Rilem TC 162-TDF) daha basit ve daha fazla izole edici stres testi, üç aşamalı olarak, üç boyutlu ölçümler için (toprak) tespit edilen ölçümler için, üç boyutlu ölçümler ile elde edilir.
Test standartları hakkında daha fazla bilgi için, [[0)ASTM International) ve [[Üyetim:2)RILEM teknik komiteler ) tarafından oluşturulan tasarım yönergeleri mevcuttur.
Fiber-Reinforced Beton Uygulamaları
FRC özelliklerini fiber seçimi ve dozaj yoluyla tertemiz etme yeteneği, geniş bir yapısal ve yapısal olmayan uygulamalar için uygun hale getirir.
- [FONT:0) Orta katlar ve döşemeler: [Dönedeki FRC plakaları, daha düşük ısıtılmış kalın ve daha düşük bakım sunan, daha yüksek yorgunluk direnci ve daha düşük bakım sunan Çelik fiberler ağır yükler için tipiktir, sentetik fiberler ince plakalarda plastik şişirme kontrol edilir.
- [FONT:0)Zengin ürünler: [Dönetici: [Dönetici: [DüzgÜye Olmayanlar, Çarpıcı tanklar ve mimari paneller.Endüktifler taşıma ve yükleme sırasında kesintiyi artırır.
- [FONT:0]Bridge güverteleri ve yol aşırılıkları: Fiberler tekrarlanan trafik yüklemesi altında çatlakları ve dayanıklılığı artırmak, geleneksel yeniden bar ve inşaatı hızlandırma ihtiyacını azaltmak.
- [FONT:0]Tunnel astarlar ve çekim: [Dönkücük kazılar için, fiber-reinforced atışcrete (sprayın beton) uygulamadan sonra hemen destek sağlar, yüksek enerji absoryonu ve sentetik fiberler için direnç.
- [FONT:0]Seismic ve patlamaya dayanıklı yapılar: FRC'nin yüksek sertliği ve endükleri, anlık çerçeveler, kirişler, sütunlar ve oar duvarları da deprem-prone bölgelerinden koparıyor.
- [FONT:0)Architectural ve dekoratif elementler: İnce cladding paneller, cepheler ve precast stair treads faydalarını azaltmış kendi ağırlığı ve daha iyi çatlaklar kontrolü. Glass ve sentetik fiberler genellikle estetik tutmak için kullanılır.
- [FONT:0]Hydraulic yapılar:[Dönem:[Dönemli) Dams, döküntüler ve kanal astarlar yüksek aşınma direnci ve düşük geçirgenlik gerektirir. FRC çelik fiberler su erozyonu altında iyi performans gösterir ve donmuş çevrimler.
Fiber-Reinforced Betondaki Son Gelişmeler
Devam eden araştırmalar FRC performans, sürdürülebilirlik ve işlevsellik sınırlarını zorlamaya devam ediyor.
Nanofiber-Reinforced Beton
Karbon nanotüpler, grafikleren nanotüpler ve nanocellulose fiberler nano ölçekte betonu güçlendirmek için araştırılıyor.Çok düşük hacimdeki bile (%0.05–0.1), bu nanomalzemeler, 30-50 oranında sertleştirici ve elektrik iletkenliği artırılabilir. Challenges üniforma ve maliyet içerir, ancak ilerleme çok işlevli beton için umut vericidir.
Hibrit Fiber Sistemleri
İki veya daha fazla fiber türü birleştirmek - aynı toplam fiber hacimde yük taşıma kapasitesi ve mikro sentetik fiberler için makro çelik elyaflar gibi - mikro sönüllü kontrol etmek, makro fiberler köprü daha büyük çatlakları sağlarken.
Geri dönüşüm ve Sürdürülebilir Fiberler
Lastik atık ve endüstriyel kazılardan geri dönüşüme maruz kalan çelik elyaflar, hemp, flax ve pamuk gibi doğal fiberler, çevresel etkileri azaltmak için dikkat edin.Relamento elyaflar, birçok testte bakire çelik fiberlere kıyaslalaştırılabilir performans göstermiştir, ancak varılabilirlik daha yüksek olabilir. Doğal fiberler biyodegrad edilebilir ve düşük maliyetlidir, ancak alkali tedaviyi betonda önlemek için gerektirmektedir.
Kendini kınayan Fiber-Reinforced Beton
Akrepli bakteriler, enkapsed şifa ajanları veya form-memory polimerleri FRC'ye kadar devre dışı bırakmak için yeterince dar bir rol oynar.Kendi kendine özgü FRC, bakım maliyetlerini azaltmak için hizmet ömrünü dramatik bir şekilde uzatabilir.
Fiber-Reinforced Beton için Tasarım
Tasarımcılar, FRC'nin post-cracking davranışı için sadece pre-crack özelliklerine güvenmekten ziyade hesaplanmalıdır. Örneğin, fib Model Kodu 2010 standart testlerden elde edilebilir bir stres-kırık açma ([D) için bir uyarıda bulunabilir.[Dönemli sınırlara karşı kontrol edilir.) Farklı FRC sınıflar için tasarım stresi bloku (ULS)[T:2).
Önemli tasarım adımları şunlardır: gerekli performansa dayanan fiber tipi ve dozajı seçin; mevcut olmayan güç parametrelerini belirlemek için kiriş testleri yürütmek; yapısal yanıt modellemek için sonlu elemanlar veya basitleştirilmiş yöntemler kullanarak; ve belirli bir FRC sınıfı elde etmek için minimum fiber hacim kesir (örneğin, FRC 2.0).
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Fiber-reinforced betonun mekanik davranışını anlamak, modern altyapıdaki başarılı uygulamasına temeldir. Fiberlerin köprü çatlaklarına verme yeteneği, oturma gücü ve dramatik bir şekilde artan sertlik ve enerji absorpsiyonu, C. Standartlaştırılmış test ve tasarım kılavuzları için FRC'nin temel mekanik özellikleri, nanoteknolojide sağlam bir şekilde kullanılmasını sağlamak, ve etkili bir şekilde sağlam bir şekilde sağlam bir şekilde, manyetik malzemeler oluşturmak için, ve matrisi, basınç basıncı ve matrisi kaliteli hale getirmek.