Studija o performansama adhezije cementnih materijala ojačanih bazaltnim vlaknima sa BFRP tetivama

Ključni faktori koji utiču na performanse lijepljenja

1. Dopiranje volumena i dužine vlakana

Volumenski doping Bazalt Kratko rezano predivo ima značajan utjecaj na čvrstoću vezivanja, a test pokazuje da volumensko dopiranje od 0,2% ima najbolji učinak na poboljšanje čvrstoće vezivanja, dok prekomjerno dopiranje može dovesti do pada performansi zbog aglomeracije vlakana.

Dužina vlakana (npr. 6 mm i 18 mm) ima manji utjecaj na čvrstoću veze, ali kraća vlakna se lakše raspršuju kako bi se smanjili međufazni defekti.

2. Klasa čvrstoće recikliranog betona

Povećanje klase čvrstoće recikliranog betona (npr. sa C30 na C40) povećava čvrstoću veze između BFRP ojačanje i podlogu, ali je povećanje ograničeno, a granična površina je podložna krhkom ljuštenju kada je stepen čvrstoće previsok.

3. Sredstvo za obradu međupovršine i spajanje

Pjeskarenje površine BFRP Ojačanje može povećati hrapavost i poboljšati mehaničku silu grizenja; dodavanje silanskog vezivnog sredstva može optimizirati hemijsko vezivanje između vlakana i matrice smole i smanjiti klizanje na granici površina.

Testovi i mehanizmi adhezivnih svojstava

1. Test izvlačenja u sredini

Kriva veze i klizanja proučavana je testom izvlačenja i utvrđeno je da je način oštećenja veze uglavnom izvlačenje tetive ili cijepanje betona. Dodavanje bazaltna vlakna može odgoditi krhko oštećenje betona i poboljšati duktilnost.

Tipičan raspon čvrstoće veze je 6-12 MPa, a na specifičnu vrijednost utječu doza vlakana, promjer armature (npr. 16 mm) i proces obrade međupovršine.

2. Model raspodjele napona veze

Napon veze je nelinearno raspoređen duž dužine armature, a vršni napon je koncentrisan na kraju opterećenja. Teorijski model treba da uzme u obzir otpornost na širenje pukotine i efekat trenja na površini vlaknima ojačanog betona.

Prednosti primjene i inženjerski slučajevi

1. Otpornost na koroziju i izdržljivost

BFRP armatura zadržava više od 90% svoje čvrstoće veze u okruženjima erozije hloridnim ionima (npr. brodogradnja), što je znatno bolje od čeličnih i fiberglas armaturnih šipki.

Primjer: Qingdao Cross-Sea Bridge usvaja BFRP armaturu umjesto čelične armature, a njegov vijek trajanja je produžen na više od 100 godina.

2. Lagana konstrukcija i seizmičke performanse

Gustoća BFRP armature je samo 1/4 gustoće čelika, koji se može koristiti za ojačanje betonskih greda kako bi se smanjila težina konstrukcije za 20%-30%, a istovremeno povećao kapacitet potrošnje seizmičke energije obavijanjem armature.

Postojeći izazovi i smjer optimizacije

1. Jačanje međufaznih veza

Postojeći problem: Međupovršina između vlakana i cementne matrice sklona je ljuštenju zbog koncentracije napona, te je potrebno razviti nano-modificirane međupovršinske agense (npr. dopirane nano-SiO₂) kako bi se poboljšalo hemijsko vezivanje.

2. Dugoročne performanse i standardizacija

Nedostatak podataka o dugoročnom puzanju pod visokim temperaturama i visokom vlažnosti (npr. više od 10 godina), potrebni su testovi ubrzanog starenja radi provjere; specifikacije dizajna još uvijek nisu ujednačene u svim zemljama, a iako je Kina objavila standard GB/T 38143-2019, smjernice za detaljni dizajn još uvijek treba poboljšati.

3. Višerazinski kolaborativni dizajn

U budućnosti možemo istražiti hibridnu tehnologiju BFRP armatura i čelična vlakna/ugljična vlakna za izgradnju gradijentnih kompozita i uravnoteženje čvrstoće i duktilnosti.

Budući pravci istraživanja  

1. Inteligentno praćenje i digitalno modeliranje

Ugrađeni senzori od optičkih vlakana u BFRP tetivama, praćenje naprezanja i razvoja pukotina na spojnoj površini u realnom vremenu, kombinovano sa simulacijom konačnih elemenata za optimizaciju dizajna.

2. Proces pripreme s niskim udjelom ugljika

Smanjite temperaturu topljenja i izvlačenja bazaltnih vlakana (trenutno 1400-1500 ℃), razvojem smole za stvrdnjavanje na niskim temperaturama kako biste smanjili potrošnju energije.

3. Efikasno korištenje recikliranih materijala

Kombinujte reciklirani agregat i bazaltna vlakna sa građevinskim otpadom kako biste promovisali sistem „potpuno obnovljivih“ zelenih građevinskih materijala i smanjili potrošnju resursa.

Sažetak

Istraživanje o performansama vezivanja cementnih materijala ojačanih bazaltnim vlaknima i BFRP Tetive su postigle postepene rezultate, ali njihova primjena na veliko i dalje treba da prevaziđe uska grla optimizacije međupovršina, provjere dugoročne trajnosti i standardizovanog dizajna. U budućnosti se, kroz multidisciplinarne inovacije (npr. pametni materijali, procesi sa niskim udjelom ugljika), očekuje da će se ostvariti tehnološki prodori u oblastima pomorskog inženjerstva i armature otporne na zemljotrese, te pomoći u razvoju održivih zgrada.