دراسة حول أداء الالتصاق للمواد الأسمنتية المدعمة بألياف البازلت مع أوتار BFRP
العوامل المؤثرة الرئيسية على أداء الترابط
- تطعيم حجم الألياف وطولها
التطعيم الحجمي لـ البازلت يؤثر الخيط القصير بشكل كبير على قوة الترابط، ويظهر الاختبار أن نسبة التطعيم الحجمي بنسبة 0.2٪ لها أفضل تأثير على تعزيز قوة الترابط، وقد يؤدي التطعيم المفرط بدلاً من ذلك إلى انخفاض في الأداء بسبب تكتل الألياف.
طول الألياف (على سبيل المثال 6 مم و 18 مم) له تأثير أقل على قوة الترابط، ولكن الألياف الأقصر تتشتت بسهولة أكبر لتقليل العيوب البينية.
- فئة قوة الخرسانة المعاد تدويرها
تؤدي زيادة درجة مقاومة الخرسانة المعاد تدويرها (على سبيل المثال، من C30 إلى C40) إلى تحسين قوة الترابط بين Bتقوية الألياف الزجاجية المقواة والركيزة، لكن الزيادة محدودة، والواجهة عرضة للتقشر الهش عندما تكون درجة القوة عالية جدًا.
- معالجة السطح البيني وعامل الربط
تنظيف سطح BFRP يمكن أن يؤدي التعزيز إلى زيادة الخشونة وتحسين قوة العض الميكانيكية؛ ويمكن أن تؤدي إضافة عامل اقتران السيلان إلى تحسين الترابط الكيميائي بين الألياف ومصفوفة الراتنج وتقليل الانزلاق البيني.
اختبارات وآليات خصائص المواد اللاصقة
- اختبار سحب المركز
تمت دراسة منحنى الانزلاق الرابط من خلال اختبار السحب، وتبين أن نمط تلف الرابط يتمثل بشكل رئيسي في سحب الوتر أو انقسام الخرسانة. إضافة ألياف البازلت يمكن أن يؤخر التلف الهش للخرسانة ويعزز من مرونتها.
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 إجهاد الترابط
يتوزع إجهاد الترابط بشكل غير خطي على طول حديد التسليح، ويتركز الإجهاد الأقصى عند طرف التحميل. ويتطلب النموذج النظري مراعاة مقاومة امتداد الشقوق وتأثير الاحتكاك السطحي للخرسانة المسلحة بالألياف.
مزايا التطبيق وحالات هندسية
- مقاومة التآكل والمتانة
يحتفظ تقوية BFRP بأكثر من 90٪ من قوة الترابط الخاصة به في بيئات تآكل أيون الكلوريد (مثل الهندسة البحرية)، وهو أمر أفضل بكثير من قضبان التسليح المصنوعة من الفولاذ والألياف الزجاجية.
خير مثال على ذلك: جسر تشينغداو البحري الذي يعتمد على تقوية BFRP بدلاً من تقوية الصلب، وقد تم تمديد عمره الافتراضي إلى أكثر من 100 عام.
- خفيف الوزن وأداء مقاوم للزلازل
تبلغ كثافة تقوية BFRP ربع كثافة الفولاذ فقط، ويمكن استخدامها لتقوية عوارض الخرسانة لتقليل الوزن الهيكلي بنسبة 20٪ - 30٪، وفي الوقت نفسه تعزيز قدرة استهلاك الطاقة الزلزالية عن طريق تغليف التسليح.
التحديات القائمة واتجاهات التحسين
- تقوية الروابط البينية
المشكلة الحالية: إن الواجهة بين الألياف ومصفوفة الأسمنت معرضة للتقشر بسبب تركيز الإجهاد، وهناك حاجة لتطوير عوامل بينية معدلة نانوياً (مثل نانو SiO₂ المطعّم) لتعزيز الترابط الكيميائي.
- الأداء طويل الأجل والتوحيد القياسي
نظراً لنقص بيانات الزحف على المدى الطويل في ظل درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية (على سبيل المثال، أكثر من 10 سنوات)، فإن هناك حاجة إلى اختبارات الشيخوخة المعجلة للتحقق؛ كما أن مواصفات التصميم ليست موحدة بعد بين البلدان، وعلى الرغم من أن الصين قد أصدرت معيار GB/T 38143-2019، إلا أن إرشادات التصميم التفصيلية لا تزال بحاجة إلى تحسين.
- التصميم التعاوني متعدد المستويات
في المستقبل، يمكننا استكشاف التكنولوجيا الهجينة لـ BFRP التعزيز وألياف الصلب/ألياف الكربون لبناء مركبات متدرجة وتحقيق التوازن بين القوة والمتانة.
اتجاهات البحث المستقبلية
- المراقبة الذكية والنمذجة الرقمية
أجهزة استشعار الألياف الضوئية المدمجة في أوتار BFRP، والمراقبة في الوقت الحقيقي لإجهاد واجهة الربط وتطور الشقوق، بالإضافة إلى محاكاة العناصر المحدودة لتحسين التصميم.
- عملية تحضير منخفضة الكربون
خفض درجة حرارة انصهار وسحب ألياف البازلت (حالياً 1400-1500 درجة مئوية)، وتطوير راتنج معالجة بدرجة حرارة منخفضة لتقليل استهلاك الطاقة.
- الاستخدام الفعال للمواد المعاد تدويرها
قم بدمج الركام المعاد تدويره وألياف البازلت مع مخلفات البناء لتعزيز نظام مواد البناء الخضراء "المتجددة بالكامل" وتقليل استهلاك الموارد.
ملخص
البحث حول أداء الترابط للمواد الأسمنتية المدعمة بألياف البازلت و BFRP حققت الأوتار نتائج مرحلية، لكن تطبيقها على نطاق واسع لا يزال بحاجة إلى تجاوز عقبات تحسين التداخل، والتحقق من المتانة على المدى الطويل، والتصميم المعياري. في المستقبل، ومن خلال الابتكار متعدد التخصصات (مثل المواد الذكية، والعمليات منخفضة الكربون)، يُتوقع تحقيق طفرات تكنولوجية في مجالات الهندسة البحرية والتدعيم المقاوم للزلازل، والمساهمة في تطوير مبانٍ مستدامة.
