Studie adhezních vlastností cementových materiálů vyztužených čedičovými vlákny s BFRP výztuhami
Hlavní faktory ovlivňující výkon spoje
- Objem dopování a délka vláken
Objemový doping Čedič Krátká příze má významný vliv na pevnost spoje a test ukazuje, že objemové dopování 0,2 % má nejlepší vliv na zvýšení pevnosti spoje a nadměrné dopování může místo toho vést ke snížení výkonu v důsledku aglomerace vláken.
Délka vláken (např. 6 mm a 18 mm) má menší vliv na pevnost spoje, ale kratší vlákna se snáze dispergují, čímž se snižují mezifázové defekty.
- Třída pevnosti recyklovaného betonu
Zvýšení stupně pevnosti recyklovaného betonu (např. z C30 na C40) zvyšuje pevnost spoje mezi BFRP výztuž a substrát, ale zvýšení je omezené a rozhraní je náchylné ke křehkému odlupování, pokud je stupeň pevnosti příliš vysoký.
- Ošetření rozhraní a spojovací činidlo
Pískování povrchu BFRP Výztuž může zvýšit drsnost a zlepšit mechanickou pevnost v tahu; přidání silanového spojovacího činidla může optimalizovat chemickou vazbu mezi vláknem a pryskyřičnou matricí a snížit mezifázový skluz.
Testy a mechanismy adhezních vlastností
- Zkouška vytažením středu
Křivka soudržnosti a posuvu byla studována pomocí zkoušky vytažením a bylo zjištěno, že způsob poškození soudržnosti byl převážně vytažení výztuže nebo prasknutí betonu. Přidání čedičová vlákna může zpomalit křehké poškození betonu a zvýšit tažnost.
Typický rozsah pevnosti spoje je 6-12 MPa a specifická hodnota je ovlivněna dávkováním vláken, průměrem výztuže (např. 16 mm) a procesem úpravy rozhraní.
- Model rozložení napětí ve vazbě
Soudržné napětí je nelineárně rozloženo po délce výztuže a vrchol napětí je koncentrován na konci zatížení. Teoretický model musí zohlednit odolnost proti prodloužení trhlin a vliv tření na rozhraní vláknobetonu.
Výhody aplikace a inženýrské případy
- Odolnost proti korozi a trvanlivost
Výztuž BFRP si v prostředí eroze chloridovými ionty (např. v námořním strojírenství) zachovává více než 90 % své pevnosti v vazbě, což je výrazně lepší výsledek než u ocelových a sklolaminátových výztužných tyčí.
Příklad: Přechodný most v Čching-tao napříč mořem nahrazuje ocelovou výztuž výztuží z materiálu BFRP a jeho životnost se prodloužila na více než 100 let.
- Nízká hmotnost a seismický výkon
Hustota výztuže BFRP je pouze čtvrtinou hustoty oceli, kterou lze použít k vyztužení betonových nosníků, čímž se sníží hmotnost konstrukce o 20–30 % a zároveň se obalením výztuže zvýší kapacita seismické energie.
Stávající výzvy a směr optimalizace
- Posílení mezifázových vazeb
Stávající problém: Rozhraní mezi vlákny a cementovou matricí je náchylné k odlupování v důsledku koncentrace napětí a pro zlepšení chemické vazby je třeba vyvinout nanomodifikované mezifázové látky (např. dopované nano-SiO₂).
- Dlouhodobý výkon a standardizace
Nedostatek údajů o dlouhodobém tečení za vysokých teplot a vysoké vlhkosti (např. více než 10 let) nutí k ověření provést zkoušky zrychleného stárnutí; konstrukční specifikace dosud nejsou v jednotlivých zemích jednotné a ačkoli Čína vydala normu GB/T 38143-2019, je stále třeba vylepšit pokyny pro detailní návrh.
- Víceúrovňový kolaborativní design
V budoucnu můžeme prozkoumat hybridní technologii BFRP výztuž a ocelová/uhlíková vlákna pro vytvoření gradientních kompozitů a vyvážení pevnosti a tažnosti.
Směry budoucího výzkumu
- Inteligentní monitorování a digitální modelování
Vestavěné senzory z optických vláken v BFRP předpínacích výztuhách, monitorování napětí na rozhraní spojů a vývoje trhlin v reálném čase, kombinované se simulací metodou konečných prvků pro optimalizaci návrhu.
- Nízkouhlíkový proces přípravy
Snížení teploty tavení a tažení čedičových vláken (v současnosti 1400-1500 ℃) a vývoj nízkoteplotní vytvrzující pryskyřice pro snížení spotřeby energie.
- Efektivní využití recyklovaných materiálů
Kombinujte recyklovaný agregát a čedičová vlákna se stavebním odpadem, abyste podpořili systém „plně obnovitelných“ zelených stavebních materiálů a snížili spotřebu zdrojů.
Shrnutí
Výzkum adhezních vlastností cementových materiálů vyztužených čedičovými vlákny a BFRP Technologie tendons dosahuje postupných výsledků, ale její rozsáhlé využití stále vyžaduje překonání úzkých míst v oblasti optimalizace rozhraní, ověřování dlouhodobé trvanlivosti a standardizovaného návrhu. V budoucnu se očekává, že prostřednictvím multidisciplinárních inovací (např. chytré materiály, nízkouhlíkové procesy) dosáhne technologických průlomů v oblasti námořního inženýrství a vyztužování odolného vůči zemětřesení a pomůže s vývojem udržitelných budov.
