Μελέτη της απόδοσης πρόσφυσης τσιμεντοειδών υλικών ενισχυμένων με ίνες βασάλτη με τένοντες BFRP

Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση της συγκόλλησης

1. Προσθήκη όγκου και μήκους ινών

Η προσθήκη όγκου Βασάλτης Το νήμα βραχείας κοπής έχει σημαντική επίδραση στην αντοχή συγκόλλησης και η δοκιμή δείχνει ότι η προσθήκη όγκου 0,2% έχει την καλύτερη επίδραση στην ενίσχυση της αντοχής συγκόλλησης και η υπερβολική προσθήκη μπορεί αντ' αυτού να οδηγήσει σε μείωση της απόδοσης λόγω συσσωμάτωσης ινών.

Το μήκος των ινών (π.χ. 6mm και 18mm) έχει μικρότερη επίδραση στην αντοχή του δεσμού, αλλά οι μικρότερες ίνες διασκορπίζονται πιο εύκολα για να μειωθούν τα ελαττώματα της διεπιφάνειας.

2. Κατηγορία αντοχής ανακυκλωμένου σκυροδέματος

Η αύξηση του βαθμού αντοχής του ανακυκλωμένου σκυροδέματος (π.χ., από C30 σε C40) ενισχύει την αντοχή σύνδεσης μεταξύ του BΕνίσχυση Frp και το υπόστρωμα, αλλά η αύξηση είναι περιορισμένη και η διεπιφάνεια είναι ευάλωτη σε ψαθυρή αποφλοίωση όταν ο βαθμός αντοχής είναι πολύ υψηλός.

3. Επεξεργασία διεπαφής και παράγοντας σύζευξης

Αμμοβολή της επιφάνειας του BFRP Η ενίσχυση μπορεί να αυξήσει την τραχύτητα και να βελτιώσει τη μηχανική δύναμη δαγκώματος. Η προσθήκη παράγοντα σύζευξης σιλανίου μπορεί να βελτιστοποιήσει τη χημική σύνδεση μεταξύ της ίνας και της ρητίνης και να μειώσει την ολίσθηση της διεπιφάνειας.

Δοκιμές και μηχανισμοί συγκολλητικών ιδιοτήτων

1. Δοκιμή κεντρικής έλξης προς τα έξω

Η καμπύλη ολίσθησης-συνδέσμου μελετήθηκε μέσω της δοκιμής αποκόλλησης και διαπιστώθηκε ότι ο τρόπος βλάβης του δεσμού ήταν κυρίως η αποκόλληση του τένοντα ή η θραύση του σκυροδέματος. Η προσθήκη ίνες βασάλτη μπορεί να καθυστερήσει την ψαθυρή φθορά του σκυροδέματος και να ενισχύσει την ολκιμότητα.

Το τυπικό εύρος αντοχής δεσμού είναι 6-12 MPa και η συγκεκριμένη τιμή επηρεάζεται από τη δοσολογία των ινών, τη διάμετρο του οπλισμού (π.χ., 16 mm) και τη διαδικασία επεξεργασίας της διεπαφής.

2. Μοντέλο κατανομής τάσης δεσμού

Η τάση σύνδεσης κατανέμεται μη γραμμικά κατά μήκος του οπλισμού και η μέγιστη τάση συγκεντρώνεται στο άκρο φόρτισης. Το θεωρητικό μοντέλο πρέπει να λάβει υπόψη την αντίσταση επέκτασης ρωγμής και την επίδραση τριβής διεπιφάνειας του σκυροδέματος οπλισμένου με ίνες.

Πλεονεκτήματα εφαρμογής και περιπτώσεις μηχανικής

1. Αντοχή στη διάβρωση και ανθεκτικότητα

Η ενίσχυση BFRP διατηρεί περισσότερο από 90% της αντοχής της σύνδεσης σε περιβάλλοντα διάβρωσης από ιόντα χλωρίου (π.χ., ναυπηγική μηχανική), η οποία είναι σημαντικά καλύτερη από τις ράβδους οπλισμού από χάλυβα και υαλοβάμβακα.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα: Η γέφυρα Qingdao Cross-Sea υιοθετεί ενίσχυση BFRP για να αντικαταστήσει την ενίσχυση από χάλυβα και το προσδόκιμο ζωής της έχει παραταθεί σε περισσότερα από 100 χρόνια.

2. Ελαφρύ και αντισεισμικό

Η πυκνότητα του οπλισμού BFRP είναι μόνο το 1/4 αυτής του χάλυβα, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση δοκών από σκυρόδεμα για τη μείωση του βάρους της κατασκευής κατά 20%-30% και ταυτόχρονα την ενίσχυση της σεισμικής κατανάλωσης ενέργειας με την περιτύλιξη του οπλισμού.

Υπάρχουσες Προκλήσεις και Κατεύθυνση Βελτιστοποίησης

1. Ενίσχυση των διεπιφανειακών δεσμών

Υφιστάμενο πρόβλημα: Η διεπιφάνεια μεταξύ των ινών και της μήτρας τσιμέντου είναι επιρρεπής σε αποφλοίωση λόγω της συγκέντρωσης τάσεων και πρέπει να αναπτυχθούν νανοτροποποιημένοι παράγοντες διεπιφάνειας (π.χ., με νανο-SiO₂ πρόσμιξη) για την ενίσχυση της χημικής σύνδεσης.

2. Μακροπρόθεσμη απόδοση και τυποποίηση

Λόγω της έλλειψης μακροπρόθεσμων δεδομένων ερπυσμού υπό υψηλή θερμοκρασία και υψηλή υγρασία (π.χ., περισσότερο από 10 χρόνια), απαιτούνται δοκιμές επιταχυνόμενης γήρανσης για επαλήθευση. Οι προδιαγραφές σχεδιασμού δεν είναι ακόμη ομοιόμορφες σε όλες τις χώρες και, παρόλο που η Κίνα έχει δημοσιεύσει το πρότυπο GB/T 38143-2019, οι οδηγίες λεπτομερούς σχεδιασμού χρειάζονται βελτίωση.

3. Σχεδιασμός συνεργασίας πολλαπλών κλιμάκων

Στο μέλλον, μπορούμε να εξερευνήσουμε την υβριδική τεχνολογία BFRP οπλισμός και ίνες χάλυβα/ίνες άνθρακα για την κατασκευή σύνθετων υλικών με κλίση και την εξισορρόπηση της αντοχής και της ολκιμότητας.

Μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας  

1. Ευφυής παρακολούθηση και ψηφιακή μοντελοποίηση

Ενσωματωμένοι αισθητήρες οπτικών ινών σε τένοντες BFRP, παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της παραμόρφωσης της διεπαφής σύνδεσης και της ανάπτυξης ρωγμών, σε συνδυασμό με προσομοίωση πεπερασμένων στοιχείων για βελτιστοποίηση του σχεδιασμού.

2. Διαδικασία προετοιμασίας χαμηλών εκπομπών άνθρακα

Μειώστε τη θερμοκρασία τήξης και έλξης των ινών βασάλτη (σήμερα 1400-1500 ℃), αναπτύσσοντας ρητίνη σκλήρυνσης χαμηλής θερμοκρασίας για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.

3. Αποτελεσματική αξιοποίηση ανακυκλωμένων υλικών

Συνδυάστε τα ανακυκλωμένα αδρανή και τις ίνες βασάλτη με τα απόβλητα κατασκευών για να προωθήσετε το σύστημα «πλήρως ανανεώσιμων» πράσινων δομικών υλικών και να μειώσετε την κατανάλωση πόρων.

Περίληψη

Η έρευνα σχετικά με την απόδοση συγκόλλησης τσιμεντοειδών υλικών ενισχυμένων με ίνες βασάλτη και BFRP Το tendons έχει επιτύχει αποτελέσματα σε κάθε στάδιο, αλλά η εφαρμογή του σε μεγάλη κλίμακα πρέπει ακόμη να ξεπεράσει τα εμπόδια της βελτιστοποίησης της διεπιφάνειας, της επαλήθευσης μακροπρόθεσμης ανθεκτικότητας και του τυποποιημένου σχεδιασμού. Στο μέλλον, μέσω διεπιστημονικής διασταυρούμενης καινοτομίας (π.χ. έξυπνα υλικά, διαδικασίες χαμηλών εκπομπών άνθρακα), αναμένεται να πραγματοποιήσει τεχνολογικές ανακαλύψεις στους τομείς της ναυπηγικής μηχανικής και της αντισεισμικής ενίσχυσης, και να βοηθήσει στην ανάπτυξη βιώσιμων κτιρίων.