Estudi sobre el rendiment d'adhesió de materials cimentosos reforçats amb fibra de basalt amb tendons BFRP
Factors principals que influeixen en el rendiment de l'enllaç
- Dopatge i longitud del volum de fibra
El dopatge de volum de Basalt El fil de tall curt té un efecte significatiu sobre la força d'unió, i la prova mostra que el dopatge volumètric del 0,2% té el millor efecte sobre la millora de la força d'unió, i un dopatge excessiu pot, en canvi, conduir a una disminució del rendiment a causa de l'aglomeració de fibres.
La longitud de la fibra (per exemple, 6 mm i 18 mm) té menys efecte sobre la força d'enllaç, però les fibres més curtes es dispersen més fàcilment per reduir els defectes interfacials.
- Classe de resistència del formigó reciclat
Augmentar el grau de resistència del formigó reciclat (per exemple, de C30 a C40) millora la resistència de l'adhesió entre el BReforç de FRP i el substrat, però l'augment és limitat i la interfície és susceptible al pelat fràgil quan el grau de resistència és massa alt.
- Tractament d'interfícies i agent d'acoblament
Sorrejat de la superfície de BFRP El reforç pot augmentar la rugositat i millorar la força de mossegada mecànica; l'addició d'agent d'acoblament de silà pot optimitzar l'enllaç químic entre la fibra i la matriu de resina i reduir el lliscament interfacial.
Proves i mecanismes de les propietats adhesives
- Prova d'extracció central
La corba de lliscament de l'adhesió es va estudiar mitjançant la prova d'arrencada, i es va trobar que el mode de dany de l'adhesió era principalment l'arrencada de tendons o l'esquerdament del formigó. L'addició de fibres de basalt pot retardar el dany fràgil del formigó i millorar la ductilitat.
El rang típic de resistència d'enllaç és de 6 a 12 MPa, i el valor específic es veu afectat per la dosi de fibra, el diàmetre de reforç (per exemple, 16 mm) i el procés de tractament de la interfície.
- Model de distribució de tensions d'enllaç
La tensió d'adherència es distribueix de manera no lineal al llarg de la longitud de l'armadura, i la tensió màxima es concentra a l'extrem de càrrega. El model teòric ha de tenir en compte la resistència a l'extensió de les fissures i l'efecte de fricció de la interfície del formigó reforçat amb fibra.
Avantatges d'aplicació i casos d'enginyeria
- Resistència a la corrosió i durabilitat
El reforç de BFRP conserva més del 90% de la seva resistència d'unió en entorns d'erosió per ions de clorur (per exemple, enginyeria marina), cosa que és significativament millor que les barres de reforç d'acer i fibra de vidre.
Un exemple: el pont transmarí de Qingdao adopta el reforç BFRP per substituir l'acer, i la seva vida útil s'ha allargat a més de 100 anys.
- Rendiment lleuger i sísmic
La densitat del reforç BFRP és només 1/4 de la de l'acer, que es pot utilitzar per reforçar bigues de formigó per reduir el pes estructural en un 20%-30% i, alhora, millorar la capacitat de consum d'energia sísmica embolicant el reforç.
Reptes existents i direcció d'optimització
- Enfortiment de l'enllaç interfacial
Problema existent: La interfície entre les fibres i la matriu de ciment és propensa a pelar-se a causa de la concentració d'estrès, i cal desenvolupar agents interfacials nanomodificats (per exemple, dopats amb nano-SiO₂) per millorar l'enllaç químic.
- Rendiment a llarg termini i estandardització
A causa de la manca de dades de fluència a llarg termini en condicions d'alta temperatura i humitat (per exemple, més de 10 anys), calen proves d'envelliment accelerat per verificar-ho; les especificacions de disseny encara no són uniformes entre els països i, tot i que la Xina ha publicat la norma GB/T 38143-2019, encara cal millorar les directrius de disseny detallat.
- Disseny col·laboratiu multiescala
En el futur, podrem explorar la tecnologia híbrida de BFRP reforç i fibra d'acer/fibra de carboni per construir compostos de gradient i equilibrar la resistència i la ductilitat.
Direccions de recerca futures
- Monitorització intel·ligent i modelització digital
Sensors de fibra òptica integrats en tendons BFRP, monitorització en temps real de la deformació de la interfície d'enllaç i el desenvolupament d'esquerdes, combinats amb simulació d'elements finits per optimitzar el disseny.
- Procés de preparació baix en carboni
Reduir la temperatura de fusió i estirament de la fibra de basalt (actualment 1400-1500 ℃), el desenvolupament de resines de curat a baixa temperatura per reduir el consum d'energia.
- Ús eficient de materials reciclats
Combinar els àrids reciclats i la fibra de basalt amb residus de construcció per promoure el sistema de materials de construcció ecològics "totalment renovables" i reduir el consum de recursos.
Resum
La recerca sobre el rendiment d'adhesió dels materials cimentosos reforçats amb fibra de basalt BFRP Els tendons han aconseguit resultats graduals, però la seva aplicació a gran escala encara ha de superar els colls d'ampolla de l'optimització interfacial, la verificació de la durabilitat a llarg termini i el disseny estandarditzat. En el futur, mitjançant la innovació creuada multidisciplinària (per exemple, materials intel·ligents, processos baixos en carboni), s'espera que es puguin aconseguir avenços tecnològics en els camps de l'enginyeria marina i el reforç resistent als terratrèmols, i que ajudi al desenvolupament d'edificis sostenibles.
