تحسين الأداء وبحوث التطبيقات الهندسية للخرسانة المسلحة بألياف البازلت القصيرة

في السنوات الأخيرة،هندسة الطرق السريعة في الصين بناء لقد تطورت بسرعة، وقد حققت تكنولوجيا البناء والخرسانة تقدما كبيرا، تراكم العديد من الإنجازات التقنية المتقدمة والناضجة. لقد تم تطبيق تصميم الهياكل الخرسانية على نطاق واسع في مجال بناء البنية التحتية، إظهار أهميتها. لكن، إلى جانب هذه الإنجازات، مشكلة تشقق الخرسانة أصبحت بارزة بشكل متزايد. يؤدي وجود الشقوق إلى إضعاف أداء الخرسانة، بشكل ملحوظ تقليل قوة الشد، وهو السبب الرئيسي وراء الفشل الهش الذي تعاني منه الخرسانة. ألياف البازلت القصيرة، كمواد ألياف جديدة، أصبحت مادة ممتازة لتقوية الخرسانة بسبب خصائصها الميكانيكية الفريدة، استقرار جيد، وذات فعالية عالية من حيث التكلفة.ستركز هذه المقالة على خصائص الاختصارات ألياف البازلت واستكشاف تطبيقاته العملية في تقوية وتقوية الخرسانة.

2. خصائص ألياف البازلت القصيرة

2.1 التعريف

ألياف البازلت هي ألياف معدنية غير عضوية تتم معالجتها عن طريق قطع ألياف البازلت المستمرة إلى أطوال أقل عادةً من $50\text{مم}$. يمكن توزيعه بشكل موحد داخل الخرسانة. وفقا لتطبيقه، يمكن تصنيفها بشكل رئيسي إلى: ألياف مضادة للتشقق للخرسانة ($\text{صديقها}$), ألياف تقوية وتقوية الخرسانة ($\text{بي زد}$), والألياف المضادة للتشقق للملاط ($\text{قوات الحدود السعودية}$), من بين أمور أخرى.

2.2 أداء ألياف البازلت القصيرة

اختصار ألياف البازلت تمتلك خصائص ممتازة قوة عالية و معامل مرونة مرتفع. يمكن أن تصل قوتها الشد إلى $1050\text{-}1250\text{ميجا باسكال}$، ومعامل مرونتها لا يقل عن $34\text{المعدل التراكمي}$. إنه مقاومة درجات الحرارة العالية رائع السماح لها بالعمل بشكل مستمر ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة -269∘ج ل 650∘ج. إنه يظهر ارتفاعًا مقاومة التآكل و الاستقرار الكيميائي في الوسائط المسببة للتآكل مثل الأحماض، القلويات، والأملاح. وخاصة في الوسائط القلوية مثل المحاليل القلوية المشبعة والأسمنت، معدل الاحتفاظ بقوة كسر الخيط الواحد أكبر من $75\%$، إظهار مقاومة ممتازة للتآكل القلوي. ألياف البازلت القصيرة لديه التوافق الجيد مع المواد الرابطة غير العضوية، معدل امتصاص الرطوبة أقل من $1\%$، ولا تتغير قابليتها للرطوبة مع مرور الوقت. وهذا يثبت استقرارها المادي الجيد، عمر طويل والتوافق البيئي أثناء الاستخدام. بالإضافة إلى، تتمتع هذه الألياف أيضًا بخصائص ممتازة مثل العزل، الترشيح بدرجة حرارة عالية، مقاومة الإشعاع، والقدرة على نقل الموجات. وتظهر مؤشرات الأداء في الجدول 1.

3. تحليل تطبيق ألياف البازلت القصيرة في الخرسانة

الخرسانة المسلحة بألياف البازلت المختصرة تتضمن دمج كمية معينة من ألياف البازلت القصيرة المستمرة أو غير المستمرة في الخرسانة بطريقة مناسبة. مع الحفاظ على الميزة الأصلية لقوة ضغط الخرسانة، يمكن لهذه الطريقة أن تحسن بشكل كبير صلابة و قوة الشد، وبالتالي تعزيز وتقوية الخرسانة بشكل فعال وإطالة عمر الخدمة للهيكل الهندسي.

بالإضافة إلى ألياف البازلت، ألياف الكربون، الألياف الزجاجية، ألياف الأراميد، وقد تم استخدام مواد أخرى أيضًا كمواد تقوية في الخرسانة. لكن، تظهر الممارسة طويلة الأمد أن هذه المواد تسبب مشكلات معينة عند تطبيقها على الخرسانة، مما يجعل من الصعب تلبية طلب السوق على الخرسانة عالية الأداء. إن ظهور ألياف البازلت القصيرة يملأ هذه الفجوة في المواد والطرق، تعزيز تطوير تكنولوجيا تقوية وتعزيز الخرسانة بشكل كبير. ويتجلى دورها في تقوية وتقوية الخرسانة بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

1. تثبيط فعال للتشقق: بسبب مزاياها الكمية ومساحة السطح، يمكن للألياف البازلتية القصيرة أن تمنع الشقوق الدقيقة بشكل فعال، منع اتصالهم وتوسعهم. في أثناء، فهو يتغلب على عيوب الألياف الاصطناعية الأخرى، مثل الكثافة المنخفضة، قوة الشد المنخفضة، ومعامل المرونة منخفض. لا يمكن فصله بسهولة أثناء انتشار الشقوق، والتي يمكن أن تمنع بشكل كبير تطور الشقوق الدقيقة وتؤخر تكوين الشقوق الجديدة، يؤثر بشكل إيجابي على تحسين نفاذية الخرسانة ومقاومتها للتجمد والذوبان.

2. يجمع بين معامل المرونة العالي وسهولة البناء: لا تستفيد ألياف البازلت المختصرة فقط من المزايا المشابهة لألياف الفولاذ ذات المرونة العالية وقوة الشد العالية للخيط الواحد لمنع تمدد الشقوق، ولكنه يتغلب أيضًا بشكل فعال على عيوب الألياف الفولاذية، مثل سهولة التكتل أثناء الخلط وصعوبة الضخ والبناء.

3. قابلية التشتت والتوافق الجيدة: كألياف غير عضوية تعتمد على السيليكات، تتمتع ألياف البازلت القصيرة بالتوافق الطبيعي مع المواد الأسمنتية. كثافتها (تقريبا. 2.63-2.80جم/سم3) قريبة من الخرسانة الأسمنتية والملاط، مما يؤدي إلى قابلية عمل جيدة. بمجرد الإضافة، يمكن أن ينتشر بشكل موحد في جميع أنحاء الهيكل الخرساني.

4. متانة ممتازة: تُظهر ألياف البازلت القصيرة المعدلة سطحيًا خصائص "الألياف الخاملة"، إظهار مقاومة متميزة لدرجات الحرارة المرتفعة، تآكل، والتأثير. يحافظ على استقراره حتى في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والتآكل الشديد، ويمكنه تعزيز مقاومة تشوه مصفوفة الأسمنت. لذلك، يمكنها التكيف مع البيئات القاسية لخلط الخرسانة، صب، جلسة، ومراحل الخدمة، تحسين بشكل كبير متانة من الخرسانة.

في ملخص، يمكن للألياف البازلتية القصيرة أن تعمل على تحسين مقاومة الخرسانة للصدمات بشكل فعال، تقليل هشاشته، وتعزيز خصائصها الميكانيكية بشكل شامل. خاصة، يعمل في الهياكل الخرسانية على منع التشقق، منع التسرب، تعزيز المتانة، تحسين القدرة على التأثير والشد، وتساعد على تحسين جودة السطح.

4. طرق البناء والاحتياطات اللازمة للخرسانة الليفية البازلتية المختصرة

4.1 درجة حرارة البناء

يجب إنشاء الخرسانة المصنوعة من ألياف البازلت القصيرة في درجات حرارة تتراوح بين -5∘ج و 25∘ج. قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا إلى عدم تجانس الخليط.

4.2 مراقبة جودة البناء

يجب أن تركز مراقبة الجودة لبناء الخرسانة المصنوعة من ألياف البازلت القصيرة على فحص المواد الخام، دقة القياس، ونوعية عملية الخلط.

4.2.1 تصميم نسبة المزيج

في البناء الفعلي، ينبغي اختيار جرعات مختلفة من ألياف البازلت المختصرة ضمن نطاق معقول بناءً على متطلبات المشروع. نظرًا لأن ألياف البازلت القصيرة نفسها لا تتفاعل كيميائيًا مع مكونات أو إضافات الخرسانة الأخرى، عادةً لا تؤدي جرعته إلى تغيير مبادئ تصميم نسبة خليط الخرسانة الأصلي. أثناء البناء، يجب تحديد جودة جميع المواد بدقة وفقًا لنسبة خليط البناء وكمية الدفعة لمزيج واحد. يوضح الجدول 2 مثالاً لنسبة الخليط الأمثل للخرسانة المسلحة بألياف البازلت.

وقد أظهرت الاختبارات أن الجرعة الأعلى من الألياف لا تؤدي بالضرورة إلى مقاومة أفضل للتشقق. عندما لا تتجاوز الجرعة 1.2كجم/م3، تظهر القوة الانضغاطية للخرسانة اتجاهًا للزيادة الأولية يتبعها انخفاض (يظهر قيمة الذروة) مع زيادة جرعة الألياف.

4.2.2 تسلسل التغذية والطريقة

أثناء عملية الخلط، ألياف البازلت القصيرة ينبغي إضافتها في نفس الوقت مع مواد مجمعة مثل الرمل والحجر. يوصى برش الألياف بشكل متساوٍ في الرمل والحجر أثناء وضعها، ثم يضاف الماء للخلط الرطب.

يمكن تقسيم طرق إضافة الألياف إلى التغذية اليدوية والتغذية الآلية:

• التغذية اليدوية: يتم إضافة ألياف البازلت الموزونة يدويًا بعد وضع الكتلة الساخنة في الخلاط. تتطلب هذه الطريقة كثافة عالية من العمالة، توحيد الخلط أقل نسبيًا، ويتطلب تمديدًا مناسبًا لوقت الخلط لضمان تشتت الألياف بشكل موحد.

• التغذية التلقائية: أوتوماتيكي ألياف البازلت يتم استخدام آلة الجرعات للقياس الآلي والإضافة المتزامنة مع المجموع الساخن للخلاط. عادةً ما تكون آلة توزيع الألياف مجهزة بقياس تلقائي، التشتت المسبق، وآليات النقل الهوائية، تقديم مزايا مريحة، سريع، وإضافة دقيقة. ينبغي اختيار الطريقة المناسبة بناءً على ظروف البناء.

4.2.3 تعديل الركود

تؤدي إضافة الألياف إلى زيادة لزوجة خليط الخرسانة بشكل طفيف، الذي يؤثر على الركود. إذا لم يتوافق الانهيار مع متطلبات البناء، من الأفضل استخدام مادة ملينة أو مادة مخفضة للماء للتعديل. لا ينبغي حل المشكلة عن طريق زيادة محتوى الماء.

4.2.4 التشكيل والتصلب

لا توجد متطلبات خاصة لتشكيل الخرسانة المختلطة بألياف البازلت القصيرة، ولكن يجب ضمان الاهتزاز والضغط الكافيين. متطلبات المعالجة الخاصة بها هي نفس متطلبات الخرسانة العادية.

حالة تطبيقية مختصرة للخرسانة الليفية البازلتية القصيرة

يعد طريق جينج-زو السريع (قسم أنيانج إلى شينشيانج) طريقًا سريعًا وطنيًا رئيسيًا وجزءًا حيويًا من شبكة الطرق السريعة في مقاطعة خنان. بسبب ارتفاع مستوى الردم في الجسر وسوء جودة التربة الأساسية في هذا القسم، ظهرت ترسبات غير مستوية في الطبقة التحتية وعيوب أخرى بعد فترة وجيزة من فتحها. في السنوات الأخيرة، مع زيادة حجم حركة المرور وزيادة عدد المركبات المحملة، لقد عانى الرصيف مرارًا وتكرارًا من عيوب مختلفة مثل الشقوق الطولية والعرضية، الحفر، مستعمرة، تشقق الشبكة، والتمساح المتصدع. وهذا لا يشكل تهديدًا خطيرًا لسلامة القيادة فحسب، بل يشكل أيضًا صعوبة كبيرة للصيانة اليومية. بالإضافة إلى، لقد فشل التصميم الأصلي للطريق المكون من أربعة مسارات منذ فترة طويلة في تلبية متطلبات النقل، مما يستلزم التوسع وإعادة البناء.

ألياف البازلت الخرسانية المختصرة تم تطبيقها في ردم الطبقة الأساسية لهذا المشروع. وقد أظهرت الممارسة أن قوة الشد الخاصة بها زادت بنسبة تزيد عن $30\%$، تم تحسين مقاومتها للتعب بنسبة تزيد عن $30\%$، وزادت مقاومتها للتشقق بنسبة تزيد عن $300\%$. وقد أظهرت فعالية كبيرة في منع الشقوق الطولية، منع توسع الشقوق، وإطالة عمر خدمة الرصيف.

مع خصائصها الميكانيكية الفريدة، استقرار ممتاز، وفعالية عالية من حيث التكلفة، أصبحت ألياف البازلت القصيرة مادة فعالة لتقوية الخرسانة. إن آفاق تطبيق الخرسانة المصنوعة من ألياف البازلت القصيرة واسعة للغاية. ومن المتوقع أن تؤدي مزاياها الكبيرة في تعزيز الأداء الهندسي وإطالة عمر الخدمة إلى فوائد اقتصادية واجتماعية جيدة، تعزيز مكانتها كمواد بناء مهمة في مجال الهندسة المدنية في المستقبل.