Механічныя ўласцівасці і механізмы разбурэння валакніста-армаванага бетону: уплыў тыпу і ўтрымання валокнаў
Бетон найбольш шырока выкарыстоўваецца Будаўніцтва матэрыял. Ён прапануе шматлікія перавагі, у тым ліку шырокую даступнасць, просты працэс вытворчасці, нізкі кошт і лёгкасць прымянення. Ён шырока выкарыстоўваецца ў розных галінах, такіх як будаўніцтвы, дарогі, масты, тунэлі і гідратэхнічнае будаўніцтва. Па меры распрацоўкі вялікай колькасці інжынерных праектаў патрабаванні да характарыстык бетону таксама паступова ўзрасталі. Адпаведна, сталі відавочнымі недахопы традыцыйнага бетону, такія як недастатковая трываласць на расцяжэнне, нізкая ўстойлівасць да расколін і аб'ёмная нестабільнасць. Таму паляпшэнне характарыстык бетону пастаянна з'яўляецца адным з ключавых напрамкаў даследаванняў у грамадзянскім будаўніцтве.
Для паляпшэння эксплуатацыйных характарыстык бетону звычайна дадаюць валокны, якія паляпшаюць яго механічныя ўласцівасці і трываласць. Прыклады ўключаюць Сталёвае валакносплавы (SF), сінтэтычныя валокны (напрыклад, поліпрапіленавыя валокны), мінеральныя валокны (напрыклад, базальтавыя валокны - BF) і вугляродныя валокны (CF). Гэты падыход яшчэ больш павысіў характарыстыкі высокапрадукцыйнага бетону (HPC) і звышвысокапрадукцыйнага бетону (UHPC).
Валакна могуць у пэўнай ступені палепшыць механічныя ўласцівасці бетону. Аднак розныя тыпы і склад валокнаў непазбежна прыводзяць да значных адрозненняў у іх уплыве на механічныя ўласцівасці бетону. У цяперашні час аптымальнае ўтрыманне валокнаў, колькасная сувязь паміж адпаведнымі параметрамі і механічнымі ўласцівасцямі, а таксама асноўныя механізмы валакністага бетону ўсё яшчэ патрабуюць далейшага ўдакладнення. У гэтым даследаванні даследаваліся вугляродныя валокны (ВВ), базальтавыя валокны (BF) і сталёвыя валокны (SF) у якасці аб'ектаў даследавання, пры падрыхтоўцы бетонных узораў з розным утрыманнем валокнаў. Гэтыя валокны былі выбраны з-за іх добра дакументаванага паляпшэння характарыстык у бетоне і шырокага прымянення. З дапамогай эксперыментаў з кантраляванымі зменнымі сістэматычна аналізаваўся ўплыў тыпу і ўтрымання валокнаў на трываласць на сціск, модуль пругкасці і характар разбурэння бетону. Спалучаючы метады аналізу лічбавых малюнкаў і сканіруючай электроннай мікраскапіі (SEM), назіралася паводзіны развіцця расколін у валакністабетоне падчас эксперыментаў, што прывяло да наступных высноў:
1. У параўнанні са звычайным бетонам (ПК), уключэнне сталёвых валокнаў (СФ), вугляродных валокнаў (ВФ) і базальтавыя валокны (BF) значна палепшыў механічныя ўласцівасці валакніста-армаванага бетону (FRC) і змяніў рэжым яго разбурэння. Гэтыя валокны змянілі шчыльнасць бетону і пачатковыя характарыстыкі сціскання ў порах. Па меры павелічэння ўтрымання валокнаў рэжым разбурэння змяняўся з далікатнага на пластычны. Крытычная кропка пераходу складала 0,5% для сталёвага валакністага бетону (SFC) і 1,0% як для вугляроднага валакністага бетону (CFC), так і для базальтавага валакна (BFC). Для максімізацыі механічных характарыстык аптымальнае ўтрыманне для сталёвых валокнаў складала 2,0%, для вугляродных валокнаў - 1,0%, а для базальтавых валокнаў - 0,5%.
2. Нягледзячы на тое, што ўтрыманне валокнаў можа палепшыць шчыльнасць і апорную здольнасць бетону, празмерна высокае ўтрыманне можа прывесці да з'явы "насычэння", выклікаючы "агламерацыю" валокнаў. Гэта негатыўна ўплывае на фізічныя ўласцівасці, трываласць і дэфармацыйныя характарыстыкі бетону. Сталёвы фібрабетон дасягнуў аптымальных характарыстык пры аб'ёмнай долі валокнаў 2,0%, у той час як вугляродны і базальтавы фібрабетон дасягнулі сваіх аптымальных характарыстык пры 1,0% і 0,5% адпаведна. Пры перавышэнні гэтых аптымальнага ўтрымання характарыстыкі зніжаліся.
3. Аналіз з дапамогай сканіруючай электроннай мікраскапіі (СЭМ) паказаў, што міжфазная сувязь паміж валокнамі і цэментнай матрыцай істотна ўплывае на макраскапічныя механічныя ўласцівасці бетону. Адпаведная колькасць валокнаў утварае шчыльную трохмерную сеткавую структуру ўнутры бетону, паляпшаючы звязнасць матрыцы і агульныя характарыстыкі. Аднак празмерна высокае ўтрыманне валокнаў прыводзіць да агламерацыі валокнаў, ствараючы слабыя міжфазныя вобласці і зніжаючы шчыльнасць і трываласць бетону. Змены ў мікраструктуры цалкам адпавядалі эвалюцыі макраскапічных механічных уласцівасцей.
4. Даданне валокнаў значна змяніла характар разбурэння бетону. У параўнанні з простым бетонам, валакніста-бетон прадэманстраваў больш высокую цэласнасць пасля разбурэння, з меншай колькасцю і вузейшымі расколінамі, а таксама павышаную трываласць. Сталёвыя валокны былі найбольш эфектыўнымі ў стрымліванні расколін, за імі ішлі вугляродныя і базальтавыя валокны. «Эфект перамычкі» валокнаў адыграў вырашальную ролю ў падаўленні распаўсюджвання расколін, у той час як «эфект слабага інтэрфейсу» негатыўна ўплываў на механічныя ўласцівасці.
