Studie zur Haftungsleistung von basaltfaserverstärkten Zementwerkstoffen mit BFRP-Sehnen
Wesentliche Einflussfaktoren auf die Haftungsleistung
- Faservolumendotierung und Länge
Die Volumendotierung von Basalt Kurz geschnittenes Garn hat einen signifikanten Einfluss auf die Bindungsfestigkeit. Der Test zeigt, dass eine Volumenzugabe von 0,2 % den besten Effekt auf die Verbesserung der Bindungsfestigkeit hat, während eine übermäßige Zugabe aufgrund von Faseragglomeration zu einer Verschlechterung der Leistung führen kann.
Die Faserlänge (z. B. 6 mm und 18 mm) hat einen geringeren Einfluss auf die Haftfestigkeit, kürzere Fasern lassen sich jedoch leichter verteilen, um Grenzflächendefekte zu reduzieren.
- Festigkeitsklasse von Recyclingbeton
Eine Erhöhung der Festigkeitsklasse von Recyclingbeton (z. B. von C30 auf C40) verbessert die Haftfestigkeit zwischen den BGFK-Verstärkung und dem Substrat, aber der Anstieg ist begrenzt, und die Grenzfläche neigt zu sprödem Abblättern, wenn die Festigkeitsklasse zu hoch ist.
- Grenzflächenbehandlung und Haftvermittler
Sandstrahlen der Oberfläche von BFRP Durch die Verstärkung kann die Rauheit erhöht und die mechanische Haftkraft verbessert werden; die Zugabe eines Silan-Haftvermittlers kann die chemische Bindung zwischen Faser und Harzmatrix optimieren und das Gleiten an der Grenzfläche verringern.
Prüfungen und Mechanismen der Klebeeigenschaften
- Mittelauszugstest
Die Verbundschlupfkurve wurde mittels Ausziehversuchen untersucht, wobei sich zeigte, dass die Verbundschädigung hauptsächlich durch Seilzug oder Betonspaltung verursacht wurde. Die Zugabe von Basaltfasern kann das Sprödbruchverhalten von Beton verzögern und die Duktilität erhöhen.
Der typische Bereich der Haftfestigkeit liegt zwischen 6 und 12 MPa, wobei der spezifische Wert von der Faserdosierung, dem Verstärkungsdurchmesser (z. B. 16 mm) und dem Grenzflächenbehandlungsverfahren beeinflusst wird.
- Modell zur Verteilung von Bindungsspannungen
Die Verbundspannung verteilt sich nichtlinear entlang der Bewehrungslänge, wobei die maximale Spannung am Belastungsende konzentriert ist. Das theoretische Modell muss den Rissausbreitungswiderstand und die Grenzflächenreibung des faserverstärkten Betons berücksichtigen.
Anwendungsvorteile und technische Anwendungsfälle
- Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit
Die BFRP-Bewehrung behält in Umgebungen mit Chloridionenerosion (z. B. im Schiffbau) mehr als 90 % ihrer Haftfestigkeit, was deutlich besser ist als bei Stahl- und Glasfaserbewehrungsstäben.
Ein gutes Beispiel dafür ist die Qingdao-Meeresbrücke, bei der die Stahlbewehrung durch BFRP-Bewehrung ersetzt wurde, wodurch ihre Lebensdauer auf über 100 Jahre verlängert werden konnte.
- Leichtbauweise und seismische Leistung
Die Dichte der BFRP-Bewehrung beträgt nur 1/4 derjenigen von Stahl. Sie kann zur Verstärkung von Betonbalken verwendet werden, um das Strukturgewicht um 20-30 % zu reduzieren und gleichzeitig die seismische Energieaufnahmekapazität durch Umhüllung der Bewehrung zu erhöhen.
Bestehende Herausforderungen und Optimierungsrichtung
- Grenzflächenbindungsverstärkung
Bestehendes Problem: Die Grenzfläche zwischen Fasern und Zementmatrix neigt aufgrund von Spannungskonzentrationen zum Ablösen, und es müssen nanomodifizierte Grenzflächenmittel (z. B. mit Nano-SiO₂ dotiert) entwickelt werden, um die chemische Bindung zu verbessern.
- Langfristige Leistungsfähigkeit und Standardisierung
Da Langzeitdaten zum Kriechverhalten unter hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit (z. B. über einen Zeitraum von mehr als 10 Jahren) fehlen, sind beschleunigte Alterungstests zur Überprüfung erforderlich; die Konstruktionsvorgaben sind in den verschiedenen Ländern noch nicht einheitlich, und obwohl China den Standard GB/T 38143-2019 veröffentlicht hat, müssen die detaillierten Konstruktionsrichtlinien noch verbessert werden.
- Kollaboratives Design auf verschiedenen Skalen
Zukünftig können wir die Hybridtechnologie erforschen BFRP Verstärkung und Stahlfaser/Kohlenstofffaser zum Aufbau von Gradientenverbundwerkstoffen und zum Ausgleich von Festigkeit und Duktilität.
Zukünftige Forschungsrichtungen
- Intelligente Überwachung und digitale Modellierung
Eingebettete faseroptische Sensoren in BFRP-Sehnen, Echtzeitüberwachung der Dehnung an der Klebefläche und der Rissbildung, kombiniert mit einer Finite-Elemente-Simulation zur Optimierung des Designs.
- kohlenstoffarmes Aufbereitungsverfahren
Senkung der Schmelz- und Ziehtemperatur der Basaltfasern (derzeit 1400-1500 ℃), Entwicklung von Niedertemperatur-Härtungsharzen zur Reduzierung des Energieverbrauchs.
- Effiziente Nutzung von Recyclingmaterialien
Durch die Kombination von recycelten Zuschlagstoffen und Basaltfasern mit Bauabfällen soll ein System von ausschließlich erneuerbaren, umweltfreundlichen Baumaterialien gefördert und der Ressourcenverbrauch reduziert werden.
Zusammenfassung
Die Forschung über das Verbundverhalten von basaltfaserverstärkten zementären Werkstoffen und BFRP Die Verwendung von Spanngliedern hat schrittweise Erfolge erzielt, doch für eine großflächige Anwendung müssen noch die Herausforderungen der Grenzflächenoptimierung, der Langzeitbeständigkeitsprüfung und der standardisierten Konstruktion bewältigt werden. Zukünftig werden durch interdisziplinäre Innovationen (z. B. intelligente Materialien, kohlenstoffarme Verfahren) technologische Durchbrüche im Bereich des maritimen Ingenieurbaus und der erdbebensicheren Bewehrung erwartet, die zur Entwicklung nachhaltiger Gebäude beitragen.
