دراسة حول أداء الالتصاق للمواد الأسمنتية المسلحة بألياف البازلت مع أوتار BFRP
العوامل الأساسية المؤثرة على أداء الترابط
- تحسين حجم الألياف وطولها
حجم المنشطات البازلت إن الغزل القصير له تأثير كبير على قوة الترابط، ويظهر الاختبار أن التشويب الحجمي بنسبة 0.2٪ له أفضل تأثير على تعزيز قوة الترابط، وقد يؤدي التشويب المفرط بدلاً من ذلك إلى انخفاض في الأداء بسبب تكتل الألياف.
يؤثر طول الألياف (مثل 6 مم و18 مم) بشكل أقل على قوة الترابط، ولكن الألياف الأقصر يتم تشتيتها بسهولة أكبر لتقليل عيوب الواجهة.
- فئة قوة الخرسانة المعاد تدويرها
تؤدي زيادة درجة قوة الخرسانة المعاد تدويرها (على سبيل المثال، من C30 إلى C40) إلى تعزيز قوة الترابط بين Bتعزيزات بلاستيك مقوى بالألياف الزجاجية والركيزة، ولكن الزيادة محدودة، والواجهة عرضة للتقشير الهش عندما تكون درجة القوة عالية جدًا.
- معالجة الواجهة وعامل الاقتران
تنظيف السطح بالرمل بى اف ار بي يمكن أن يؤدي التعزيز إلى زيادة الخشونة وتحسين قوة العض الميكانيكية؛ كما يمكن أن يؤدي إضافة عامل ربط السيلان إلى تحسين الترابط الكيميائي بين الألياف ومصفوفة الراتنج وتقليل الانزلاق بين الأسطح.
اختبارات وآليات خصائص المواد اللاصقة
- اختبار سحب المركز
تمت دراسة منحنى انزلاق الرابطة من خلال اختبار السحب، وتبين أن نمط تلف الرابطة كان بشكل رئيسي سحب الأوتار أو انقسام الخرسانة. إضافة ألياف البازلت يمكن أن يؤخر الضرر الهش للخرسانة ويعزز ليونتها.
يتراوح نطاق قوة الترابط النموذجي بين 6-12 ميجا باسكال، وتتأثر القيمة المحددة بجرعة الألياف وقطر التعزيز (على سبيل المثال، 16 مم) وعملية معالجة الواجهة.
- نموذج توزيع ضغوط الرابطة
يتوزع إجهاد الرابطة بشكل غير خطي على طول التسليح، ويتركز إجهاد الذروة عند طرف التحميل. ينبغي أن يأخذ النموذج النظري في الاعتبار مقاومة تمدد الشقوق وتأثير احتكاك السطح البيني للخرسانة المسلحة بالألياف.
مزايا التطبيق وحالات الهندسة
- مقاومة التآكل والمتانة
يحتفظ تعزيز BFRP بأكثر من 90% من قوة ارتباطه في بيئات تآكل أيونات الكلوريد (على سبيل المثال، الهندسة البحرية)، وهو أفضل بكثير من قضبان التسليح المصنوعة من الفولاذ والألياف الزجاجية.
على سبيل المثال: يستخدم جسر تشينغداو عبر البحر التعزيزات المصنوعة من البلاستيك المقوى بألياف الزجاج (BFRP) بدلاً من التعزيزات الفولاذية، وتم تمديد العمر الافتراضي للجسر إلى أكثر من 100 عام.
- أداء خفيف الوزن ومقاوم للزلازل
تبلغ كثافة تسليح BFRP ربع كثافة الفولاذ فقط، ويمكن استخدامه لتقوية عوارض الخرسانة لتقليل الوزن الهيكلي بنسبة 20٪ -30٪، وفي نفس الوقت تعزيز قدرة استهلاك الطاقة الزلزالية عن طريق لف التسليح.
التحديات الحالية واتجاه التحسين
- تقوية الروابط البينية
المشكلة الحالية: إن الواجهة بين الألياف ومصفوفة الأسمنت معرضة للتقشير بسبب تركيز الإجهاد، ويجب تطوير عوامل واجهة معدلة نانويًا (على سبيل المثال، مشبعة بـ SiO₂ النانوية) لتعزيز الترابط الكيميائي.
- الأداء والتوحيد القياسي على المدى الطويل
بسبب عدم وجود بيانات الزحف طويلة الأجل في ظل درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية (على سبيل المثال، أكثر من 10 سنوات)، هناك حاجة إلى اختبارات الشيخوخة المتسارعة للتحقق؛ مواصفات التصميم ليست موحدة بعد في جميع البلدان، وعلى الرغم من أن الصين أصدرت معيار GB/T 38143-2019، إلا أن إرشادات التصميم التفصيلية لا تزال بحاجة إلى التحسين.
- التصميم التعاوني متعدد المقاييس
في المستقبل، يمكننا استكشاف التكنولوجيا الهجينة بى اف ار بي التعزيزات والألياف الفولاذية/ألياف الكربون لبناء مركبات متدرجة وتحقيق التوازن بين القوة والليونة.
اتجاهات البحث المستقبلية
- المراقبة الذكية والنمذجة الرقمية
أجهزة استشعار الألياف البصرية المضمنة في أوتار BFRP، ومراقبة في الوقت الحقيقي لإجهاد واجهة الرابطة وتطور الشقوق، جنبًا إلى جنب مع محاكاة العناصر المحدودة لتحسين التصميم.
- عملية تحضير منخفضة الكربون
تقليل درجة حرارة ذوبان وسحب ألياف البازلت (حاليا 1400-1500 ℃)، وتطوير راتنج المعالجة منخفضة الحرارة لتقليل استهلاك الطاقة.
- الاستخدام الفعال للمواد المعاد تدويرها
دمج المواد الخام المعاد تدويرها وألياف البازلت مع نفايات البناء لتعزيز نظام مواد البناء الخضراء "المتجددة بالكامل" وتقليل استهلاك الموارد.
ملخص
البحث في أداء الترابط للمواد الأسمنتية المقواة بألياف البازلت و بى اف ار بي حققت تقنية الأوتار نتائج تدريجية، إلا أن تطبيقها على نطاق واسع لا يزال بحاجة إلى تجاوز عقبات تحسين الواجهات، والتحقق من المتانة على المدى الطويل، وتوحيد التصميم. ومن المتوقع مستقبلًا، من خلال الابتكارات المتعددة التخصصات (مثل المواد الذكية، والعمليات منخفضة الكربون)، تحقيق اختراقات تكنولوجية في مجالات الهندسة البحرية والتسليح المقاوم للزلازل، والمساهمة في تطوير المباني المستدامة.
