Vlakna - ojačani beton (FRC) je kompozitni materijal sastavljen od cementa ili hidrauličkog cementa, vode, grubih i finih agregata, te kratkih i jednoliko raspoređenih diskontinuiranih vlakana. Vlakna mogu biti čelična vlakna, staklena vlakna, ugljična vlakna, polimerna vlakna, biljna vlakna itd. Duljina obično varira od 3 mm do 64 mm, a promjer može varirati od nekoliko mikrona do 1 mm. Križni - Oblik presjeka vlakana može biti kružni, eliptični, poligonalni, trokutasti, polumjesec ili kvadrat, koji uglavnom ovise o korištenim sirovinama i procesu obrade i proizvodnje. Vlakna su uglavnom podijeljena u dvije kategorije: gruba vlakna i fina vlakna. Promjer ili ekvivalentni promjer finih vlakana obično je manji od 0,3 mm, dok je promjer ili ekvivalentni promjer grubih vlakana veći ili jednak 0,3 mm. SO - nazvan ekvivalentni promjer je kružni promjer pretvoren iz istog križa {- presjeka kao i kružno vlakno, to jest (4a/π) 0,5.
Postotak volumena vlakana u betonu je obično 0,1% do 5%. Veličina ovog postotka volumena uglavnom ovisi o lakoći miješanja smjese i scenariju primjene projekta. Na primjer, sekundarni naponi uzrokovani skupljanjem i temperaturnim promjenama betona obično se kontroliraju i rješavaju niskim dozama vlakana (0,1% do 0,3% po volumenu). Kad sadržaj vlakana prelazi 0,3%, mehanički odziv vlaknastih betona značajno će se razlikovati od onog uobičajenog betona bez vlakana, uglavnom u svom opterećenju - nosivosti nakon pucanja. Sposobnost betona vlakana da apsorbira energiju nakon pucanja naziva se "žilavost". Kada se betonu dodaju veće doze vlakana, osim žilavosti nakon pucanja, vlaknasti beton također pokazuje soj - ojačavanje karakteristika. Drugim riječima, ovaj složeni materijal može izdržati zatezne napone koji premašuju samog običnog betona. U tim pseudo - duktilnim kompozitima često se vide više pukotina i značajne karakteristike apsorpcije energije i rasipanja energije.
Vrste betona ojačanog vlaknima
Američki standard ASTM C116/C116M daje četiri vrste betona vlakana: prvi je beton od čeličnih vlakana (SFRC), koji uglavnom uključuje vlakna od nehrđajućeg čelika, legura čeličnog vlakana i vlakna od ugljičnog čelika; Drugi je beton od staklenih vlakana (GFRC), koji se sastoji od alkalija - rezistentnih staklenih vlakana; Treći je beton sintetičkih vlakana (synfrc), a četvrti je beton prirodnog vlakna (NFRC).
Kao što se može vidjeti iz gornje tablice, modul čvrstoće i elastičnosti čeličnih vlakana su relativno visoki, a nije lako zahrđati jer je u visoko alkalnom okruženju. Učinak vezanja između IT -a i smjese može postići učinkovitije mehaničko sidrenje pojačavanjem hrapavosti površine i deformacije.
Sintetička vlakna uglavnom su ne - metalna vlakna proizvedena razvojem petrokemijske i tekstilne industrije, uključujući različite oblike polimera. Slijedi neka sintetička vlakna koja se obično koriste u montažnom betonu:
Ugljična vlakna
U usporedbi sa čeličnim vlaknima, staklenim vlaknima, polipropilenskim vlaknima itd., Prednost ugljičnih vlakana leži u njegovim karakteristikama, visokom modulu, toplinskoj otpornosti, kemijskoj stabilnosti u alkalnom okruženju i drugim korozivnim kemijskim okruženjima; Pored toga, ima karakteristiku značajnog poboljšanja mehaničkih svojstava.
Najlonska vlakna/poliamidsko vlakno
Ova vrsta vlakana ima dobru vlačnu čvrstoću, veliku žilavost, oporavak elastičnosti i dobru hidrofilnost, a relativno je stabilna u alkalnim okruženjima koja se temelje na cementu -.
Polipropilen
Ovo vlakno ima nizak elastični modul i nisku tačku taljenja, tako da nije prikladno za unazad betonske proizvode pod visokim autoklaviranjem temperature. Međutim, zbog niske točke taljenja, može se koristiti za proizvodnju vatrostalnih materijala ili proizvoda s visokim otpornošću na vatru. Postoje dvije vrste polipropilenskih vlakana koja se koriste za betonski ojačanje: monofilamenti i fibrilirana vlakna (istegnuća vlakna). Ta vlakna su hidrofobna i imaju veliki kontaktni kut s vodom. Stoga imaju lošiju vezu s betonom od hidrofilnih vlakana.
Polivinil alkoholno vlakno
Ovo je vlakno izrađeno od PVA smole kroz više procesa visokog istezanja i ima visoku krutost i otpornost na vodu. Stanje distribucije vlakana u betonskoj bazi može se promijeniti posebnim površinskim tretmanom. Nažalost, PVA Fiber ima veliki koeficijent toplinskog skupljanja, a njegova stopa skupljanja je čak 4% na 200 stupnjeva. Ima dobru otpornost na alkalna okruženja i organska otapala, a ima malo gubitka snage pod dugim - izrazom ultraljubičastog zračenja.
Stakleno vlakno
Staklena vlakna koja se koriste u betonu moraju sadržavati najmanje 16% cirkonijevog dioksida za otpornost na alkaliju; Ostale vrste staklenih vlakana, poput alkalijskih - slobodnih vlakana, ne preporučuju se za upotrebu u betonu. Staklena vlakna ima visoki modul i visoku čvrstoću i ima dobru vezu s betonom. Razlika između betona ojačanog staklenim vlaknima i betona ojačanog vlaknima je sadržaj vlakana; Prvi ima postotak volumena vlakana od 4% do 6%, dok je drugi ili drugi postotak volumena vlakana oko 0,1% do 1%. Da bi se postigao visok sadržaj staklenih vlakana, betonskom sastava treba visok sadržaj cementa, finog agregata i gotovo bez grube agregata.
Uloga vlakana u betonu
Quasi - Statičko opterećenje i odziv udara
Vlakna mogu učinkovito poboljšati mehanička svojstva. Testovi čekića udara pokazuju da je udarna čvrstoća betona polipropilenskih vlakana s sadržajem volumena od 0,1% do 0,2% veća od one uobičajenog betona i u početnoj fazi pucanja i u završnom stupnju loma. Trenutno ne postoji jedinstvena standardna metoda ispitivanja za određivanje čvrstoće kompresijske čvrstoće vlakana, ali relevantne studije pokazale su da je aksijalna tlačna čvrstoća betona vlakana 85% do 100% veća od one uobičajenog betona; Daljnje studije pokazale su da pod utjecajem opterećenja, beton vlakana nema očitu vršnu duktilnost u razdoblju kasnog kompresije, što je uglavnom zato što fragmenti betona nisu vezani za vlakna. Iako rezultati ispitivanja pokazuju da se koeficijent utjecaja betona od čeličnih vlakana beton polimer vlakana ne razlikuje od običnog betona, s koeficijentom udara od oko 1,5. Pored toga, rezultati pokazuju da tri - dimenzionalna deformirana čelična vlakna imaju očigledniji dinamički koeficijent utjecaja od dva - dimenzionalna deformirana čelična vlakna; Međutim, vlačna čvrstoća pod dinamičkim opterećenjima i zaostala čvrstoća savijanja nakon pucanja značajno su poboljšane.
Učinkovitost vlakana u betonu pod utjecajem opterećenja uglavnom ovisi o vezivanju između vlakana i betona pod pomacima s visokim stopama razvoja pukotina. Studije su pokazale da s povećanjem brzine opterećenja, beton čeličnih vlakana ima visoku otpornost na razvoj pukotina, u usporedbi s nekim betonskim uzorcima s polipropilenskim vlaknima, ali potonji se brzo može uhvatiti u koštac s prvim; Nagađa se da je to uglavnom zato što su i sama polipropilenska vlakna osjetljivija na stope naprezanja od čeličnih vlakana.
Kontrola pukotina skupljanja
Poznato je da vlakna mogu značajno utjecati na slobodno skupljanje i druga srodna rana - dobna svojstva kompozita utemeljenih na cementu -. Studije su pokazale da upotreba polietilenskih vlakana s volumenom od oko 1% može smanjiti besplatno plastično skupljanje betona za čak 30%. Osim slobodnog skupljanja, koriste se i različite tehnike za proučavanje učinaka vlakana na ograničeno skupljanje betona. Dodavanje vlakana uglavnom se koristi za promjenu širine i duljine pukotina skupljanja betona u ograničenom okruženju. Relevantni istraživački zaključci otprilike su sljedeći.
1. Materijal vlakana i tip imaju veliki utjecaj na pukotine skupljanja. Za isti volumen sadržaja vlakana, stakleno vlakno je najučinkovitije u inhibiranju rasta pukotina, a zatim sintetičkim vlaknima.
2. Za određeni frakcija volumena vlakana i tip vlakana, duža, manja - vlakna promjera su učinkovitija od kraća, deblja vlakna; Vlakna s većim stupnjem geometrijske deformacije na površini učinkovitija su od neformiranih vlakana.
3. Što se tiče biljnih vlakana, obložena ili bez presvlačenja vlakna su učinkovita samo kada je postotak volumena iznad 0,3%.
Vodootporan i izdržljiv
Komponente betona sklone su razgradnji zbog napada sumporne kiseline, odmrzavanja - ciklusa zamrzavanja, alkalija - Silika reakcije i korozije čeličnih šipki. U svim tim slučajevima prodiranje vode igra ključnu ulogu. Trajnost montažnih betonskih proizvoda prvenstveno ovisi o brzini provale/prodora vode. Rezultati pokazuju da propusnost vode, zauzvrat, ovisi o pukotinama u betonu, a povećanje širine pukotina betona rezultirat će većom propusnošću vode. Ojačanje vlakana poboljšava otpornost na pucanje betona, povećava hrapavost površine pukotina i potiče razvoj više pukotina, što značajno smanjuje propusnost betona. Što se tiče stresa i naprezanja - pucanja betona, rezultati su pokazali da pukotine u uobičajenom betonu značajno povećavaju njegovu propusnost, dok je propusnost vlakana - ojačani beton značajno niža od one uobičajenog betona. Što se tiče načina na koji vlakna poboljšavaju otpornost na vodu, studije su pokazale da se mikropore u običnom betonu mijenjaju u nanopore zbog dodavanja vlakana.
Pobuna korozija u montažnom betonu značajan je problem. Kontaminacija klorida u betonu je glavni faktor, a mehanizmi i procesi pomoću kojih korodira čelik dobro se razumiju. Nažalost, pukotine u betonu omogućuju lakše ulazak klorida i drugih korozivnih kemikalija, promičući tako daljnju koroziju. Kloridni ioni difundiraju se prvenstveno kapilarnom prodorom vode, dok difuzija klorida prvenstveno ovisi o propusnosti vode.
