Meganiese Eienskappe en Mislukkingsmeganismes van Veselversterkte Beton: Invloed van Veseltipe en -inhoud
Beton is die mees gebruikte Konstruksie materiaal. Dit bied talle voordele, insluitend die wydverspreide beskikbaarheid, eenvoudige produksieproses, lae koste en gebruiksgemak. Dit word wyd gebruik in verskeie velde soos geboue, paaie, brûe, tonnels en hidrouliese ingenieurswese. Namate 'n groot aantal ingenieursprojekte ontwikkel het, het die eise aan beton se prestasie ook geleidelik toegeneem. Gevolglik het die tekortkominge van tradisionele beton, soos onvoldoende treksterkte, swak kraakweerstand en volume-onstabiliteit, duidelik geword. Daarom was die verbetering van die prestasie van beton deurgaans een van die belangrikste navorsingsrigtings in siviele ingenieurswese.
Om beton se werkverrigting te verbeter, word vesels tipies bygevoeg om die meganiese eienskappe en taaiheid daarvan te verbeter. Voorbeelde sluit in Staalvesels (SF), sintetiese vesels (soos polipropileenvesels), minerale vesels (soos basaltvesels - BF), en koolstofvesels (CF). Hierdie benadering het die werkverrigting van hoëprestasiebeton (HPC) en ultrahoëprestasiebeton (UHPC) verder verhoog.
Vesels kan tot 'n mate die meganiese eienskappe van beton verbeter. Verskillende veseltipes en -inhoud lei egter onvermydelik tot beduidende variasies in hul impak op beton se meganiese eienskappe. Tans benodig die optimale veselinhoud, die kwantitatiewe verband tussen relevante parameters en meganiese eienskappe, en die onderliggende meganismes van veselversterkte beton steeds verdere verduideliking. Hierdie studie het koolstofvesels (CF) ondersoek, basaltvesels (BF) en staalvesels (SF) as navorsingsonderwerpe, wat betonmonsters met wisselende veselinhoud voorberei. Hierdie vesels is gekies vanweë hul goed gedokumenteerde prestasieverbetering in beton en wydverspreide toepassing. Deur middel van beheerde veranderlike eksperimente is die effekte van veseltipe en -inhoud op die druksterkte, elastiese modulus en falingsmodus van beton sistematies geanaliseer. Deur die kombinasie van digitale beeld- en skandeerelektronmikroskopie (SEM) analisetegnieke, is die kraakontwikkelingsgedrag van veselversterkte beton tydens die eksperimente waargeneem, wat tot die volgende gevolgtrekkings gelei het:
1. In vergelyking met gewone beton (PC), die inkorporering van staalvesels (SF), koolstofvesels (CF), en basaltvesels (BF) het die meganiese eienskappe van veselversterkte beton (VVB) aansienlik verbeter en die falingsmodus daarvan verander. Hierdie vesels het die beton se kompaktheid en aanvanklike poriekompressie-eienskappe verander. Namate die veselinhoud toegeneem het, het die falingsmodus van bros na rekbaar verskuif. Die kritieke oorgangspunt was 0.5% vir staalveselbeton (SVB) en 1.0% vir beide koolstofveselbeton (VVB) en basaltveselbeton (VVB). Om meganiese werkverrigting te maksimeer, was die optimale inhoud vir staalvesels 2.0%, vir koolstofvesels 1.0% en vir basaltvesels 0.5%.
2. Alhoewel veselinhoud die kompaktheid en dravermoë van beton kan verbeter, kan 'n oormatige hoë inhoud lei tot 'n "versadigings"-verskynsel, wat vesel-"agglomerasie" veroorsaak. Dit beïnvloed die beton se fisiese eienskappe, sterkte en vervormingseienskappe negatief. Staalveselbeton het optimale prestasie behaal teen 'n veselvolumefraksie van 2.0%, terwyl koolstofveselbeton en basaltveselbeton hul optimale prestasie bereik het teen onderskeidelik 1.0% en 0.5%. Bo hierdie optimale inhoud het die prestasie afgeneem.
3. Skandeerelektronmikroskopie (SEM)-analise het getoon dat die tussenvlakbinding tussen vesels en die sementmatriks die makroskopiese meganiese eienskappe van beton aansienlik beïnvloed. 'n Gepaste hoeveelheid vesels vorm 'n digte driedimensionele netwerkstruktuur binne die beton, wat die matriks se konnektiwiteit en algehele werkverrigting verbeter. 'n Oormatige hoë veselinhoud lei egter tot veselagglomerasie, wat swak tussenvlakstreke skep en die beton se digtheid en sterkte verminder. Die veranderinge in mikrostruktuur was hoogs in ooreenstemming met die evolusie van makroskopiese meganiese eienskappe.
4. Die byvoeging van vesels het die falingsmodus van beton aansienlik verander. In vergelyking met gewone beton het veselversterkte beton hoër na-falingsintegriteit getoon, met minder en nouer krake, en verbeterde taaiheid. Staalvesels was die doeltreffendste in krakinhibisie, gevolg deur koolstofvesels en basaltvesels. Die "bruggingseffek" van vesels het 'n belangrike rol gespeel in die onderdrukking van kraakverspreiding, terwyl die "swak koppelvlakeffek" 'n negatiewe impak op meganiese eienskappe gehad het.
