Šķiedru{0}}stiegrotais betons (FRC) attiecas uz cementa{1}}kompozītmateriālu, kas sastāv no cementa pastas, javas vai betona kā matricas un šķiedrām kā armatūra. Šķiedru-dzelzsbetons, kas pazīstams arī kā šķiedru betons, parasti attiecas uz cementa-kompozītmateriālu, kas sastāv no cementa pastas, javas vai betona kā matricas un pārtrauktām īsām šķiedrām vai nepārtrauktām garām šķiedrām kā armatūra. Šķiedras var kontrolēt turpmāku plaisu attīstību matricas betonā, tādējādi uzlabojot izturību pret plaisām. Šķiedru augstā stiepes izturība un pagarinājums uzlabo betona stiepes, lieces un trieciena stiprību, pagarinājumu un stingrību. Galvenie šķiedru betona veidi ir azbestcements, tērauda šķiedras betons, stikla šķiedras betons, polipropilēna šķiedras betons, oglekļa šķiedras betons, augu šķiedras betons un sintētisko šķiedru betons ar augstu elastības moduli. Tas ir vispārīgs termins kompozītmateriāliem, kas sastāv no šķiedrām un cementa{9}}materiāliem (cementa pastas, javas vai betona). Galvenie cementa pastas, javas un betona trūkumi ir zema stiepes izturība, zems galīgais pagarinājums un trauslums. Šos trūkumus var novērst, pievienojot šķiedras ar augstu stiepes izturību, augstu galīgo pagarinājumu un labu sārmu izturību.
Šķiedras loma betonā:
Parastais betons ir trausls materiāls, kurā jau pirms iekraušanas ir daudz mikroplaisu. Palielinoties ārējiem spēkiem, šīs mikroplaisas pakāpeniski paplašinās un galu galā veido makroplaisas, izraisot materiāla bojājumus. Atbilstoša šķiedru daudzuma pievienošana novērš un kavē mikroplaisu veidošanos, ievērojami uzlabojot kompozītmateriāla stiepes un lieces stiprību, kā arī lūzuma enerģiju salīdzinājumā ar nepastiprināto cementa matricu. Dažāda veida šķiedras dažādās pakāpēs uzlabo betona necaurlaidību, sasalšanas-atkausēšanas izturību, hlorīda jonu iespiešanās pretestību un izturību pret karbonizāciju. Šķiedru -dzelzsbetons galvenokārt izmanto īsas šķiedras ar noteiktu izmēru attiecību (šķiedras garuma un diametra attiecību). Tomēr dažreiz tiek izmantotas garas šķiedras (piemēram, stikla šķiedras šķiedru plēve un polipropilēna šķiedru plēve) vai šķiedras izstrādājumi (piemēram, stikla šķiedras siets un stikla šķiedras paklājs). Galējo stiepes izturību var palielināt par 30{10}}50%. Šķiedru{12}}dzelzsbetonā esošās šķiedras galvenā funkcija ir ierobežot plaisu veidošanos cementa matricā ārējo spēku ietekmē. Sākotnējā slogošanas posmā (spriegošana un locīšana), kad sastāvdaļas ir piemērotas un tiek pievienots piemērots augstas -efektivitātes ūdens-reducētājs, cementa bāze un šķiedras iztur ārējo spēku kopā, un pirmā ir galvenā ārējā spēka nesēja; pamatnei saplaisājot, šķiedras pāri plaisām kļūst par galvenajiem ārējā spēka nesējiem. Pieņemsim, ka šķiedras tilpuma saturs pārsniedz noteiktu kritisko vērtību. Tādā gadījumā viss kompozītmateriāls var turpināt izturēt lielākas slodzes un radīt lielākas deformācijas, līdz šķiedras tiek salauztas vai izvilktas no pamatmateriāla, iznīcinot kompozītmateriālu. Salīdzinot ar parasto betonu, ar šķiedru stiegrotu betonu ir augstāka galīgā stiepes un lieces izturība, īpaši stingrības uzlabošanās.
Kopējās šķiedru klasifikācijas
Šķiedras var klasificēt pēc to materiāla īpašībām:
① Metāla šķiedras, piemēram, tērauda šķiedras (tērauda šķiedru dzelzsbetons) un nerūsējošā tērauda šķiedras (piemērotas karstumizturīgam-betonam).
② Neorganiskās šķiedras, galvenokārt dabiskās minerālšķiedras (krizotils, krokidolīts, amozīts utt.) un mākslīgās minerālšķiedras (sārmu-izturīgas stikla šķiedras, oglekļa šķiedras, piemēram, sārmu-izturīga minerālvate).
③ Organiskās šķiedras, galvenokārt sintētiskās šķiedras (polietilēns, polivinilspirts, neilons, aromātiskais poliimīds utt.) un augu šķiedras (sizāls, agave utt.). Sintētisko šķiedru dzelzsbetonu nedrīkst izmantot vidēs, kur temperatūra pārsniedz 60 grādus.
Pamatojoties uz to elastības moduli, šķiedras var iedalīt divās galvenajās kategorijās:
Šķiedras, kuru elastības modulis ir mazāks nekā cementa matricai, sauc par elastīgām šķiedrām, ieskaitot polipropilēna šķiedras, neilona šķiedras un celulozes šķiedras.
Šķiedras, kuru elastības modulis ir lielāks nekā matricai, sauc par stingrām šķiedrām, piemēram, tērauda šķiedrām, stikla šķiedrām un oglekļa šķiedrām.
Parastās betona šķiedras un to īpašības
Tērauda šķiedra
Betonu, kas izgatavots, iekļaujot atbilstošā daudzumā tērauda šķiedras parastajā betonā, sauc par tērauda šķiedru betonu vai tērauda šķiedras dzelzsbetonu. Salīdzinot ar parasto betonu, tā stiepes izturība, lieces izturība, nodilumizturība, triecienizturība, noguruma izturība, stingrība, izturība pret plaisām un sprādzienizturība ir ievērojami uzlabota. Augstas-stiprības tērauda stieples grieztas-gala āķa-tipa šķiedras, stieņu frēzētas-gala āķa-tipa šķiedras, cirptas īpašas-formas šķiedras un zema-leģētā tērauda kausētais-stieptas šķiedras ievērojami paplašinās inženiertehniskajos projektos, lai novērstu to plašāku pielietojumu. plaisas, betona stiprināšana un rūdīšana.
Priekšrocības un trūkumi
Tērauda šķiedras tehniskā priekšrocība ir tās spēja palielināt betona stingrību un stiepes izturību. Tomēr sajaukšanas laikā tērauda šķiedrām ir tendence salipt, izraisot sliktu apstrādājamību, apgrūtinātu sūknēšanu, sarežģītu konstrukciju un uzņēmību pret rūsu. Turklāt tērauda šķiedras betons ir smags un prasa ievērojamu tērauda ražošanu, palielinot tērauda patēriņu un izmaksas. Galvenais tērauda šķiedru bojājuma veids lietošanas laikā tiek izvilkts, nevis lauzts, kas liecina, ka tērauda šķiedru saķere ar betonu ir nepietiekama, kas ietekmēs betona stiepes stiprības uzlabošanos. Rūdīšanas un stiprināšanas princips ir tāds, ka tad, kad rodas plaisas, tērauda augstais modulis un vienas šķiedras augstā stiepes izturība neļauj plaisām attīstīties tālāk; tomēr ierobežotā skaita dēļ mikroplaisu ierobežošanas efekts nav būtisks, un pret-sūces, sasalšanas-atkausēšanas un citu īpašību uzlabošanās nav acīmredzama. Turklāt būvniecības laikā tērauda šķiedru blīvums ir pārāk liels, un vibrācijas un liešanas laikā tās bieži nogrimst betona apakšā, tāpēc nav iespējams tās vienmērīgi sadalīt. Tas ir galvenais iemesls, kāpēc teorētiskie pētījuma secinājumi ir labi, bet faktiskie pielietojuma efekti ir ļoti atšķirīgi.
Oglekļa šķiedra
Oglekļa šķiedrair kompozītmateriāls, kurā oglekļa šķiedras ir vienmērīgi izkliedētas cementa matricā, lai uzlabotu betona fizikālās un mehāniskās īpašības. Oglekļa šķiedras betona galvenās iezīmes ir lieliskas mehāniskās īpašības, hidroizolācija un izturība pret dabiskām temperatūras svārstībām, kas nav sastopamas parastajā dzelzsbetonā. Tam ir arī stabilas ķīmiskās īpašības, ilgstoša mehāniskā izturība un izmēru stabilitāte ļoti sārmainā vidē.
Tērauda aizstāšana ar oglekļa šķiedru novērš dzelzsbetona noārdīšanos un nolietošanos, ko izraisa sālsūdens, samazina ēkas detaļu svaru, atvieglo uzstādīšanu un būvniecību un saīsina būvniecības grafikus. Oglekļa šķiedrai ir arī vibrācijas-slāpēšanas īpašības, kas absorbē triecienviļņus un palielina seismisko pretestību un lieces izturību vairāk nekā desmit reizes. Oglekļa šķiedras betonam ir augsta stiepes izturība, lieces izturība, izturība pret lūzumiem un izturība pret koroziju. Pateicoties zemajam izplešanās koeficientam, oglekļa šķiedras betonam ir lieliska karstumizturība un minimāla termiskā deformācija.
Oglekļa šķiedras galvenā funkcija oglekļa šķiedras betonā ir novērst mikroplaisu izplatīšanos betonā un novērst makroplaisu rašanos un attīstību. Tāpēc ievērojami uzlabojas tā stiepes izturība un bīdes, lieces un vērpes stiprības, ko galvenokārt kontrolē galvenais stiepes spriegums; tajā pašā laikā tai ir augsta matricas deformācijas pretestība, tādējādi uzlabojot tā stiepes, lieces un triecienizturību. Ja oglekļa šķiedras tilpuma daļa ir 1,18%, parauga šķelšanas stiepes izturība palielinās par 1,2%. Saskaņā ar salikto noteikumu, oglekļa šķiedras pastiprinošajai iedarbībai vajadzētu palielināties, palielinoties šķiedru saturam cementā. Ja oglekļa šķiedras svara procentuālais daudzums ir mazāks par 5%, šī attiecība ir gandrīz lineāra. Ja saturs vēl vairāk palielinās, oglekļa šķiedru ir grūti vienmērīgi izkliedēt matricā, un nevar panākt pastiprinošo efektu, un pat oglekļa šķiedras betona stiepes izturība samazinās. Turklāt oglekļa šķiedras betonam ir arī laba izturība pret koroziju, izturība pret caurlaidību, nodilumizturība, izturība pret saraušanos un izturība.
Stikla šķiedra
Stikla šķiedras dzelzsbetons (GFRC) ir kompozītmateriāls, kas izgatavots, vienmērīgi sadalot sārmu{0}}izturīgas stikla šķiedras ar augstu elastības moduli visā cementa javā vai parastajā betonā. Tā kā stikla šķiedru diametrs ir tikai 5 līdz 20 μm, kas ir gandrīz identisks cementa daļiņām, GFRC izmantotā saistviela ir cementa pasta vai smalkas smiltis, praktiski bez rupjas pildvielas. Tāpēc kompozītmateriālus, kas izgatavoti no šī materiāla, sauc arī par pastiprinātu cementu. GFRC ir nākotnes attīstības tendence būvniecības inženierijā. Tas ne tikai novērš tradicionālo betona izstrādājumu trūkumus, piemēram, lielu svaru, zemu stiepes izturību un sliktu triecienizturību, bet arī piemīt īpašības, kas nav sastopamas parastajam betonam. GFRC produkti ir plānāki un vieglāki. Tā kā tie izmanto īpaši augstas stiepes izturības stikla šķiedras kā stiegrojumu, tiem ir augsta stiepes izturība. Vienmērīgs stikla šķiedru sadalījums betonā novērš virsmas plaisāšanu. Tā kā bojājuma laikā tie absorbē ievērojamu enerģiju, tiem ir lieliska triecienizturība un augsta lieces izturība. GFRC izstrādājumiem ir arī lieliskas demontāžas īpašības un tie ir viegli apstrādājami, padarot tos viegli pielāgojamus dažādām formām.
Polipropilēna šķiedras betons
Polipropilēna šķiedru betons ir kompozītmateriāls, kas izgatavots, vienmērīgi sadalot polipropilēna šķiedras, kas sagrieztas noteiktā garumā cementa javā vai parastajā betona matricā, lai uzlabotu matricas fizikālās un mehāniskās īpašības. Šim šķiedru-dzelzsbetonam ir tādas priekšrocības kā viegls svars, augsta stiepes izturība un izturība pret triecieniem un plaisāšanu. Polipropilēna šķiedras var arī daļēji aizstāt tērauda stiegrojumu, lai samazinātu betona svaru, tādējādi palielinot konstrukcijas seismisko pretestību.
Polipropilēna šķiedru betons ir visplašāk pētītais un pielietotais betons. Atkarībā no šķiedras formas un struktūras polipropilēna šķiedras var klasificēt kā monopavedienus, paralēli fibrilētu šķiedru saišķus un plēves šķiedras. Monopavedieniem ir augsta malu attiecība, savukārt paralēli fibrilētu šķiedru saišķi var viegli izkliedēt cementa matricā. Kaut arī ķīmiskā saite ir ierobežota, mehāniskā saite ir spēcīga, novēršot šķiedru izvilkšanu spriedzes ietekmē.
Lai gan polipropilēna šķiedrām ir augstāka stiepes izturība nekā parastajam betonam, to elastības modulis ir salīdzinoši zems, padarot tās pakļautas ārkārtējai deformācijai augsta sprieguma apstākļos. Tomēr, pievienojot atbilstošu daudzumu polipropilēna šķiedras, šī kompozītmateriāla triecienizturība ir daudz lielāka nekā parastajam betonam. Tas ir atradis ļoti daudzsološu veidu, kā ražot komponentus ar zemu slodzi, bet augstu triecienizturību un stingrību. Turklāt polipropilēna šķiedra ir izturīga pret rūsu-, un tai ir laba skābju un sārmu izturība.
Bazalta šķiedra
Nepārtrauktā bazalta šķiedra (CBF) ir neorganiskas šķiedras materiāls, kas izgatavots no tīra dabīga vulkāniskā ekstrūzijas iežu. Tas ātri izvelk pēc kausēšanas augstā temperatūrā 1450-1500 grādi. Tam ir zeltaini brūns izskats, lieliska visaptveroša veiktspēja un zema cena.
Bazalta šķiedras īpašības:
(1) Izejvielu dabiskums. Tā kā CBF ražošanas izejvielas ir atkarīgas no dabīgiem vulkāniskiem ekstrūzijas iežiem, papildus tam raksturīgajai augstajai ķīmiskajai un termiskajai stabilitātei tas nesatur cilvēka veselībai kaitīgas sastāvdaļas.
(2) Visaptveroša veiktspēja. Bazalta šķiedra ir patiesi "daudzfunkcionāla" šķiedra. Piemēram, tā ir skābju-izturīga, sārmu-izturīga, zema-temperatūra-izturīga, augsta-temperatūra-izturīga, siltumizolējoša{10}}, elektriski izolējoša un skaņu{11}}izolējoša. Tā stiepes izturība pārsniedz lielo-savu oglekļa šķiedru stiepes izturību, un tā stiepes stiepes spēja pārraušanas brīdī ir labāka nekā mazajām tauvas oglekļa šķiedrām. CBF ir polāra virsma un lieliska saskarnes mitrināmība, ja to savieno ar sveķiem. CBF ir arī trīsdimensiju molekulārās dimensijas, kurām, salīdzinot ar lineārajām polimēru šķiedrām ar vienu-dimensiju molekulāro izmēru, ir augstāka spiedes izturība, bīdes izturība un spēja pielāgoties skarbai videi un novecošanās izturība, kā arī citas lieliskas visaptverošas īpašības.
(3) Zemas izmaksas. Cementbetonā izmantotās bazalta šķiedras cena nav augsta, ievērojami zemāka nekā tērauda šķiedrai, oglekļa šķiedrai utt., un salīdzināma ar sintētiskajām šķiedrām.
(4) Dabiskā saderība. Bazalta šķiedra ir tipiska silikāta šķiedra. To ir viegli izkliedēt, sajaucot ar cementu, betonu un javu. Svaigi sajauktam bazalta šķiedras betonam ir stabils tilpums, laba apstrādājamība un laba izturība. Tam ir lieliska augstas-temperatūras izturība, pret-izsūkšanās un plaisu izturība, kā arī triecienizturība. Turklāt bazalta šķiedra ir sārmu{8}izturīgāka nekā pret sārmu-izturīgs stikls.
Šķiedru{0}}dzelzsbetona pielietojums
Šķiedru-dzelzsbetons tiek izmantots dažādos pielietojumos atkarībā no konstruktora un celtnieka spējas izmantot materiāla statiskās un dinamiskās īpašības. Daži lietojumi ietver skrejceļus, autostāvvietas garāžas, ietves, tuneļu apšuvumus, slīpuma stabilitāti, čaulas, sienas, caurules, lūku vākus, dambjus, hidrotehniskās konstrukcijas, viaduktus, ceļus, tiltus un noliktavu grīdas.
Šķiedrai ir būtiska loma betona veiktspējas un izturības uzlabošanā. Neatkarīgi no tā, vai tā ir tērauda šķiedra, stikla šķiedra, polipropilēna šķiedra vai dabiskā šķiedra, katram veidam ir unikālas priekšrocības un tas ir piemērots dažādām būvniecības vajadzībām. Pareizi izvēloties šķiedras veidu un devu, inženieri var ne tikai efektīvi uzlabot betona izturību pret plaisām, stingrību un ilgtermiņa izturību, bet arī ievērojami samazināt turpmākās uzturēšanas izmaksas. Būvniecības tehnoloģijām turpinot attīstīties, šķiedru-dzelzsbetons kļūst par galveno risinājumu spēcīgāku, drošāku un ilgtspējīgāku konstrukciju izveidei.
