Optimalizace výkonu a inženýrský aplikační výzkum krátce řezaného čedičového vláknobetonu

V posledních letechČínské dálniční inženýrství Konstrukce se rychle rozvíjel, a technologie betonových konstrukcí dosáhla významného pokroku, nashromáždil řadu pokročilých a vyspělých technických úspěchů. Návrh betonových konstrukcí se široce uplatňuje v oblasti výstavby infrastruktury, prokazující jeho důležitost. Však, spolu s těmito úspěchy, problém praskání betonu se stává stále výraznějším. Přítomnost trhlin snižuje vlastnosti betonu, výrazně snižuje jeho pevnost v tahu, což je hlavní příčina křehkého porušení, které beton vykazuje. Krátké čedičové vlákno, jako nový vláknitý materiál, se díky svým jedinečným mechanickým vlastnostem stal vynikajícím materiálem pro výztuž betonu, dobrá stabilita, a vysokou nákladovou efektivitu.Tento článek se zaměří na charakteristiky zkratek Čedičové vlákno a prozkoumat jeho praktické využití při vyztužování a zpevňování betonu.

2. Vlastnosti krátce řezaného čedičového vlákna

2.1 Definice

čedičové vlákno je anorganické minerální vlákno, které se zpracovává řezáním kontinuálních čedičových vláken na délky obvykle menší než $50\text{mm}$. Může být rovnoměrně rozptýlen v betonu. Podle jeho aplikace, lze jej rozdělit hlavně na: vlákno proti praskání do betonu ($\text{BF}$), zpevňující a vytvrzující vlákna pro beton ($\text{BZ}$), a vlákna proti praskání do malty ($\text{BSF}$), mimo jiné.

2.2 Výkon Krátké čedičové vlákno

Zkratka čedičové vlákno má vynikající vlastnosti vysoká pevnost a vysoký modul. Jeho pevnost v tahu může dosáhnout $1050\text{-}1250\text{MPa}$, a jeho modul pružnosti není menší než $34\text{GPA}$. Jeho odolnost vůči vysokým teplotám je vynikající, což umožňuje nepřetržitý provoz v širokém teplotním rozsahu −269∘C na 650∘C. Vykazuje vysokou odolnost proti korozi a chemická stabilita v korozivních médiích, jako jsou kyseliny, alkálie, a soli. Zejména v alkalických médiích, jako je nasycený alkalický roztok a cement, jeho míra zachování lomové pevnosti jednotlivých vláken je vyšší než $75\; \%$, prokazující vynikající odolnost vůči alkalické korozi. Krátké čedičové vlákno má dobrá kompatibilita s anorganickými pojivy, míra absorpce vlhkosti nižší než $1\; \%$, a jeho hygroskopičnost se s časem nemění. To dokazuje jeho dobrou materiálovou stabilitu, dlouhá životnost, a šetrnost k životnímu prostředí během používání. Dále, Toto vlákno má také vynikající vlastnosti, jako je izolace, vysokoteplotní filtrace, radiační odolnost, a schopnost vysílat vlny. Jeho výkonnostní ukazatele jsou uvedeny v tabulce 1.

3. Analýza použití krátce řezaných čedičových vláken v betonu

Krátkořezný čedičový vláknobeton zahrnuje začlenění určitého množství kontinuálních nebo diskontinuálních krátce řezaných čedičových vláken do betonu vhodným způsobem. Při zachování původní výhody betonu, jako je pevnost v tlaku, tato metoda může výrazně zlepšit jeho houževnatost a pevnost v tahu, čímž se efektivně vyztužuje a zpevňuje beton a prodlužuje se životnost inženýrské konstrukce.

Kromě čedičové vlákno, uhlíkové vlákno, skleněné vlákno, aramidové vlákno, a další se také používají jako výztužné materiály do betonu. Však, Dlouhodobá praxe ukazuje, že tyto materiály představují určité problémy při aplikaci na beton, což ztěžuje uspokojení tržní poptávky po vysoce výkonném betonu. Vznik krátce řezaných čedičových vláken tuto mezeru v materiálech a metodách zaplňuje, výrazně podporuje rozvoj technologie zpevňování a vyztužování betonu. Jeho role při vyztužování a zpevňování betonu se odráží především v následujících aspektech:

1. Účinná inhibice prasklin: Díky svému množství a výhodám v oblasti povrchu, krátce řezané čedičové vlákno dokáže účinně omezit mikrotrhliny, bránící jejich spojení a rozšiřování. Mezitím, překonává nevýhody jiných syntetických vláken, jako je nízká hustota, nízká pevnost v tahu, a nízký modul pružnosti. Během šíření trhliny se snadno neroztrhne, což může významně zabránit vzniku mikrotrhlin a zpomalit vznik nových trhlin, pozitivní vliv na zlepšení propustnosti betonu a jeho odolnosti proti mrazu a tání.

2. Kombinuje vysoký modul pružnosti s konstrukčním komfortem: Krátko řezaná čedičová vlákna nejen využívají výhody podobné ocelovým vláknům, jako je vysoký modul pružnosti a vysoká pevnost v tahu jednotlivých vláken, k potlačení rozšiřování trhlin, ale také účinně překonává nevýhody ocelových vláken, jako je snadné hrudkování během míchání a obtíže s čerpáním a stavbou.

3. Dobrá dispergovatelnost a kompatibilita: Jako anorganické vlákno na bázi silikátu, Krátké čedičové vlákno má přirozenou kompatibilitu s cementovými materiály. Jeho hustota (cca. 2,63-2,80g/cm3) se blíží cementobetonu a maltě, což má za následek dobrou zpracovatelnost. Po přidání, Může se rovnoměrně rozptýlit po celé betonové konstrukci.

4. Vynikající trvanlivost: Povrchově modifikované krátce řezané čedičové vlákno vykazuje vlastnosti „inertního vlákna“, prokazující vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, koroze, a dopad. Udržuje si stabilitu i při vysokých teplotách a vysoce korozivním prostředí, a může zvýšit odolnost cementové matrice vůči deformaci. Proto, dokáže se přizpůsobit náročným podmínkám míchání betonu, nalévání, nastavení, a fáze servisu, výrazně zlepšuje trvanlivost betonu.

Stručně řečeno, krátce řezaná čedičová vlákna mohou účinně zlepšit odolnost betonu proti nárazu, snížit jeho křehkost, a komplexně zlepšit jeho mechanické vlastnosti. Konkrétně, V betonových konstrukcích působí jako prevence vzniku trhlin, zabránit prosakování, zvýšit odolnost, zlepšit nárazovou a tahovou pevnost, a pomáhají zlepšit kvalitu povrchu.

4. Konstrukční metody a bezpečnostní opatření pro krátce řezaný čedičový vláknobeton

4.1 Konstrukční teplota

Krátkořezný čedičový vláknobeton by měl být konstruován při teplotách mezi −5∘C a 25∘C. Příliš vysoké nebo příliš nízké teploty mohou vést k nerovnoměrnosti směsi.

4.2 Kontrola kvality výstavby

Kontrola kvality pro konstrukci z krátce řezaného čedičového vláknobetonu by se měla zaměřit na kontrolu surovin, přesnost měření, a kvalita postupu míchání.

4.2.1 Návrh poměru míchání

Ve skutečné výstavbě, Různé dávkování krátce řezaných čedičových vláken by mělo být vybráno v rozumném rozmezí na základě požadavků projektu. Protože krátce řezaná čedičová vlákna sama o sobě chemicky nereagují s jinými složkami nebo přísadami betonu, Jeho dávkování obvykle nemění původní principy návrhu poměru betonové směsi. Během výstavby, Kvalita všech materiálů musí být striktně stanovena podle poměru stavební směsi a množství dávky pro jednu směs. Tabulka 2 uvádí příklad optimálního poměru směsi pro beton vyztužený čedičovými vlákny.

Testy ukázaly, že vyšší dávkování vláken nemusí nutně vést k lepší odolnosti proti praskání. Pokud dávka nepřekročí 1.2kg/m²3, Pevnost betonu v tlaku vykazuje trend počátečního nárůstu, po kterém následuje pokles (s vrcholovou hodnotou) s rostoucím dávkováním vláken.

4.2.2 Pořadí a způsob krmení

Během procesu míchání, krátce řezané čedičové vlákno by se měl přidávat současně s kamenivem, jako je písek a kámen. Doporučuje se rovnoměrně posypat vlákno pískem a kamenem během jejich ukládání, a poté přidejte vodu pro mokré míchání.

Metody přidávání vláken lze rozdělit na ruční a automatické podávání:

• Ruční podávání: Odvážená čedičová vlákna se ručně přidávají po umístění horkého kameniva do míchačky. Tato metoda vyžaduje vysokou pracnost, relativně nižší rovnoměrnost míchání, a vyžaduje odpovídající prodloužení doby míchání, aby se zajistila rovnoměrná disperze vláken.

• Automatické podávání: Automatický čedičové vlákno Dávkovací stroj se používá pro automatické dávkování a současné přidávání s horkým agregátem míchačky. Dávkovací stroj vláken je obvykle vybaven automatickým dávkováním, předběžné dispergování, a pneumatické dopravní mechanismy, nabízí výhody pohodlného, rychle, a přesné sčítání. Vhodná metoda by měla být zvolena na základě stavebních podmínek.

4.2.3 Úprava sesuvu

Přidání vlákniny mírně zvyšuje viskozitu betonové směsi, což ovlivňuje propad. Pokud svah nesplňuje stavební požadavky, Pro úpravu by se měl přednostně použít změkčovadlo nebo činidlo redukující vodu. Problém by se neměl vyřešit zvýšením obsahu vody.

4.2.4 Tvarování a vytvrzování

Pro tvarování betonu smíchaného s krátce řezanými čedičovými vlákny neexistují žádné zvláštní požadavky. ale musí být zajištěno dostatečné vibrování a zhutnění. Jeho požadavky na vytvrzování jsou stejné jako u běžného betonu.

Stručný příklad použití krátce řezaného čedičového vláknobetonu

Dálnice Jing-Zhu (úsek Anyang až Xinxiang) je hlavní silnice národního významu a důležitou součástí sítě dálnic v provincii Che-nan. Vzhledem k vysokému objemu násypu a špatné kvalitě podloží v tomto úseku, Nerovnoměrné sedání podloží a další vady se objevily brzy po jeho otevření. V posledních letech s nárůstem objemu dopravy a nárůstem přetížených vozidel, Dlažba opakovaně trpěla různými vadami, jako jsou podélné a příčné trhliny, výmoly, vyrovnání, praskání mřížky, a praskání aligátorů. To nejen vážně ohrožuje bezpečnost jízdy, ale také představuje velké potíže pro každodenní údržbu. Dále, Původní čtyřproudá konstrukce již dlouho neodpovídá dopravním požadavkům, vyžadující rozšíření a rekonstrukci.

Krátkořezný čedičový vláknobeton byl použit v zásypu podloží tohoto projektu. Praxe ukázala, že jeho pevnost v tahu se zvýšila o více než $30\; \%$, jeho odolnost proti únavě se zlepšila o více než $30\; \%$, a jeho odolnost proti tvorbě kolejí se zvýšila o více než $300\; \%$. Prokázala významnou účinnost v prevenci podélných trhlin, inhibice rozšiřování trhlin, a prodloužení životnosti vozovky.

Díky svým jedinečným mechanickým vlastnostem, vynikající stabilita, a vysokou nákladovou efektivitu, Krátké čedičové vlákno se stalo účinným materiálem pro výztuž betonu. Možnosti použití krátce řezaného čedičového vláknobetonu jsou extrémně široké. Očekává se, že jeho významné výhody ve zlepšení technického výkonu a prodloužení životnosti přinesou dobré ekonomické a sociální přínosy, což z něj v budoucnu udělá důležitý stavební materiál v oblasti stavebnictví.