Проучване на адхезионните характеристики на циментови материали, армирани с базалтови влакна, с BFRP сухожилия
Основни фактори, влияещи върху ефективността на свързването
- Допиране на обема на влакната и дължина
Обемният допинг на Базалт Късо нарязаната прежда има значителен ефект върху здравината на свързване, а тестът показва, че обемното легиране от 0,2% има най-добър ефект върху подобряването на здравината на свързване, а прекомерното легиране може вместо това да доведе до спад в производителността поради агломерация на влакната.
Дължината на влакната (например 6 мм и 18 мм) има по-малък ефект върху здравината на свързване, но по-късите влакна се разпръскват по-лесно, за да се намалят дефектите на повърхността.
- Клас на якост на рециклиран бетон
Увеличаването на степента на якост на рециклирания бетон (напр. от C30 на C40) подобрява якостта на свързване между BFrp армировка и субстрата, но увеличението е ограничено и интерфейсът е податлив на крехко лющене, когато степента на якост е твърде висока.
- Интерфейсна обработка и свързващ агент
Пясъкоструене на повърхността на БФРП Армировката може да увеличи грапавостта и да подобри механичната сила на захапване; добавянето на силанов свързващ агент може да оптимизира химическата връзка между влакната и смолната матрица и да намали междуфазовото приплъзване.
Тестове и механизми на адхезивните свойства
- Тест за издърпване в центъра
Кривата на сцепление-плъзгане беше изследвана чрез тест за издърпване и беше установено, че начинът на увреждане на сцеплението е основно издърпване на сухожилието или разцепване на бетона. Добавянето на базалтови влакна може да забави крехкото увреждане на бетона и да подобри пластичността.
Типичният диапазон на якостта на свързване е 6-12 MPa, а специфичната стойност се влияе от дозата на влакната, диаметъра на армировката (например 16 mm) и процеса на обработка на интерфейса.
- Модел на разпределение на напрежението в връзките
Напрежението на свързване се разпределя нелинейно по дължината на армировката, а пиковото напрежение е концентрирано в края на натоварването. Теоретичният модел трябва да вземе предвид съпротивлението на разширяване на пукнатините и ефекта на триене на повърхността на фибробетона.
Предимства на приложението и инженерни казуси
- Устойчивост на корозия и дълготрайност
Армировката от BFRP запазва повече от 90% от здравината си на свързване в среди, подложени на ерозия от хлоридни йони (напр. морско инженерство), което е значително по-добре от армировъчните пръти от стомана и фибростъкло.
Пример: Морският мост Кингдао използва армировка от BFRP, за да замени стоманената армировка, а експлоатационният му живот е удължен до повече от 100 години.
- Леко тегло и сеизмични характеристики
Плътността на BFRP армировката е само 1/4 от тази на стоманата, която може да се използва за армиране на бетонни греди, за да се намали структурното тегло с 20%-30%, и същевременно да се подобри капацитетът за консумация на сеизмична енергия чрез обвиване на армировката.
Съществуващи предизвикателства и посока на оптимизация
- Укрепване на междуфазовите връзки
Съществуващ проблем: Интерфейсът между влакната и циментовата матрица е склонен към лющене поради концентрация на напрежение и е необходимо да се разработят наномодифицирани интерфейсни агенти (напр. легирани с нано-SiO₂), за да се подобри химическата връзка.
- Дългосрочна производителност и стандартизация
Липса на данни за дългосрочно пълзене при висока температура и висока влажност (напр. повече от 10 години), необходими са тестове за ускорено стареене, за да се потвърди; проектните спецификации все още не са еднакви в различните страни и въпреки че Китай публикува стандарта GB/T 38143-2019, насоките за детайлно проектиране все още се нуждаят от подобрение.
- Многомащабен съвместен дизайн
В бъдеще можем да проучим хибридната технология на БФРП армировка и стоманени влакна/въглеродни влакна за изграждане на градиентни композити и балансиране на якостта и пластичността.
Бъдещи насоки на изследване
- Интелигентен мониторинг и цифрово моделиране
Вградени оптични сензори в BFRP сухожилия, наблюдение в реално време на деформацията на свързващия интерфейс и развитието на пукнатини, комбинирано със симулация с крайни елементи за оптимизиране на дизайна.
- Нисковъглероден процес на приготвяне
Намалете температурата на топене и изтегляне на базалтовите влакна (в момента 1400-1500 ℃), разработвайки нискотемпературна втвърдяваща се смола, за да намалите консумацията на енергия.
- Ефективно използване на рециклирани материали
Комбинирайте рециклирания агрегат и базалтовите влакна със строителни отпадъци, за да насърчите системата за „изцяло възобновяеми“ зелени строителни материали и да намалите потреблението на ресурси.
Обобщение
Изследването на свързващите свойства на циментови материали, подсилени с базалтови влакна, и БФРП Технологията на сухожилията е постигнала поетапни резултати, но мащабното ѝ приложение все още трябва да преодолее пречките, свързани с оптимизацията на интерфейсите, проверката на дългосрочната издръжливост и стандартизирания дизайн. В бъдеще, чрез мултидисциплинарни кръстосани иновации (напр. интелигентни материали, нисковъглеродни процеси), се очаква да се реализират технологични пробиви в областта на морското инженерство и устойчивото на земетресения укрепване и да се подпомогне развитието на устойчиви сгради.
