Priodweddau Mecanyddol a Mecanweithiau Methiant Concrit wedi'i Atgyfnerthu â Ffibr: Dylanwad Math a Chynnwys Ffibr

Concrit yw'r un a ddefnyddir fwyaf eang Adeiladu deunydd. Mae'n cynnig nifer o fanteision, gan gynnwys ei argaeledd eang, ei broses gynhyrchu syml, ei gost isel, a'i rhwyddineb ei gymhwyso. Fe'i defnyddir yn helaeth mewn amrywiol feysydd megis adeiladau, ffyrdd, pontydd, twneli, a pheirianneg hydrolig. Wrth i nifer fawr o brosiectau peirianneg ddatblygu, mae'r gofynion ar berfformiad concrit hefyd wedi cynyddu'n raddol. O ganlyniad, mae diffygion concrit traddodiadol, megis cryfder tynnol annigonol, ymwrthedd gwael i graciau, ac ansefydlogrwydd cyfaint, wedi dod yn amlwg. Felly, mae gwella perfformiad concrit wedi bod yn gyson yn un o'r cyfeiriadau ymchwil allweddol mewn peirianneg sifil.

Er mwyn gwella perfformiad concrit, mae ffibrau fel arfer yn cael eu hychwanegu i wella ei briodweddau mecanyddol a'i galedwch. Mae enghreifftiau'n cynnwys Ffibr Durs (SF), ffibrau synthetig (fel ffibrau polypropylen), ffibrau mwynau (fel ffibrau basalt - BF), a ffibrau carbon (CF). Mae'r dull hwn wedi rhoi hwb pellach i berfformiad concrit perfformiad uchel (HPC) a choncrit perfformiad uwch-uchel (UHPC).

Gall ffibrau, i ryw raddau, wella priodweddau mecanyddol concrit. Fodd bynnag, mae gwahanol fathau a chynnwys ffibrau yn anochel yn arwain at amrywiadau sylweddol yn eu heffaith ar briodweddau mecanyddol concrit. Ar hyn o bryd, mae angen egluro ymhellach y cynnwys ffibr gorau posibl, y berthynas feintiol rhwng paramedrau perthnasol a phriodweddau mecanyddol, a'r mecanweithiau sylfaenol sy'n gysylltiedig â choncrit wedi'i atgyfnerthu â ffibrau. Ymchwiliodd yr astudiaeth hon i ffibrau carbon (CF), ffibrau basalt (BF), a ffibrau dur (SF) fel pynciau ymchwil, gan baratoi sbesimenau concrit gyda chynnwys ffibr amrywiol. Dewiswyd y ffibrau hyn oherwydd eu gwelliant perfformiad wedi'i ddogfennu'n dda mewn concrit a'u cymhwysiad eang. Trwy arbrofion newidynnau rheoledig, dadansoddwyd effeithiau math a chynnwys ffibr ar gryfder cywasgol, modwlws elastig, a modd methiant concrit yn systematig. Gan gyfuno technegau dadansoddi delwedd ddigidol a microsgopeg electron sganio (SEM), arsylwyd ymddygiad esblygiad crac concrit wedi'i atgyfnerthu â ffibr yn ystod yr arbrofion, gan arwain at y casgliadau canlynol:

1. O'i gymharu â choncrit cyffredin (PC), ymgorffori ffibrau dur (SF), ffibrau carbon (CF), a ffibrau basalt (BF) wedi gwella priodweddau mecanyddol concrit wedi'i atgyfnerthu â ffibr (FRC) yn sylweddol a newid ei ddull methiant. Newidiodd y ffibrau hyn grynodeb y concrit a nodweddion cywasgu mandwll cychwynnol. Wrth i gynnwys y ffibr gynyddu, symudodd y dull methiant o fod yn frau i fod yn hydwyth. Y pwynt trawsnewid critigol oedd 0.5% ar gyfer concrit ffibr dur (SFC) ac 1.0% ar gyfer concrit ffibr carbon (CFC) a choncrit ffibr basalt (BFC). Er mwyn sicrhau'r perfformiad mecanyddol mwyaf posibl, y cynnwys gorau posibl ar gyfer ffibrau dur oedd 2.0%, ar gyfer ffibrau carbon 1.0%, ac ar gyfer ffibrau basalt 0.5%.

2. Er y gall cynnwys ffibr wella crynoder a chynhwysedd dwyn concrit, gall cynnwys rhy uchel arwain at ffenomen "dirlawnder", gan achosi "crynhoi" ffibr. Mae hyn yn effeithio'n negyddol ar briodweddau ffisegol, cryfder a nodweddion anffurfiad y concrit. Cyrhaeddodd concrit ffibr dur berfformiad gorau posibl ar gyfran gyfaint ffibr o 2.0%, tra bod concrit ffibr carbon a choncrit ffibr basalt wedi cyrraedd eu perfformiad gorau posibl ar 1.0% a 0.5%, yn y drefn honno. Y tu hwnt i'r cynnwys gorau posibl hyn, gostyngodd y perfformiad.

3. Datgelodd dadansoddiad Microsgopeg Electron Sganio (SEM) fod y bond rhyngwynebol rhwng ffibrau a'r matrics smentiol yn dylanwadu'n sylweddol ar briodweddau mecanyddol macrosgopig concrit. Mae swm priodol o ffibrau yn ffurfio strwythur rhwydwaith tri dimensiwn dwys o fewn y concrit, gan wella cysylltedd a pherfformiad cyffredinol y matrics. Fodd bynnag, mae cynnwys ffibr rhy uchel yn arwain at grynhoi ffibrau, gan greu rhanbarthau rhyngwynebol gwan a lleihau dwysedd a chryfder y concrit. Roedd y newidiadau yn y microstrwythur yn gyson iawn ag esblygiad priodweddau mecanyddol macrosgopig.

4. Newidiodd ychwanegu ffibrau ddull methiant concrit yn sylweddol. O'i gymharu â choncrit plaen, roedd concrit wedi'i atgyfnerthu â ffibr yn dangos uniondeb ôl-fethu uwch, gyda llai o graciau a chraciau culach, a chaledwch gwell. Ffibrau dur oedd fwyaf effeithiol wrth atal craciau, ac yna ffibrau carbon a ffibrau basalt. Chwaraeodd "effaith pontio" ffibrau rôl hanfodol wrth atal lledaeniad craciau, tra bod gan yr "effaith rhyngwyneb wan" effaith negyddol ar briodweddau mecanyddol.