Investigación sobre la optimización del rendimiento y la aplicación en ingeniería del hormigón reforzado con fibras de basalto de corte corto.

En los últimos años,Ingeniería de carreteras en China Construcción se ha desarrollado rápidamente, y la tecnología de estructuras de hormigón ha logrado un progreso significativo, acumulando numerosos logros técnicos avanzados y consolidados. El diseño de estructuras de hormigón se ha aplicado ampliamente en el campo de la construcción de infraestructuras, demostrando su importancia. Sin embargo, junto con estos logros, el problema de agrietamiento del hormigón está adquiriendo cada vez mayor relevancia. La presencia de grietas compromete el rendimiento del hormigón, reduciendo notablemente su resistencia a la tracción, Esta es la razón principal de la fragilidad que presenta el hormigón. Fibra de basalto de corte corto, como un nuevo material de fibra, se ha convertido en un excelente material de refuerzo de hormigón debido a sus propiedades mecánicas únicas, buena estabilidad, y una alta rentabilidad.Este artículo se centrará en las características de los atajos. Fibra de basalto y explorar su aplicación práctica en el refuerzo y fortalecimiento del hormigón.

2. Propiedades de la fibra de basalto de corte corto

2.1 Definición

fibra de basalto es una fibra mineral inorgánica que se procesa cortando fibra de basalto continua en longitudes típicamente menores que $50\text{mm}$. Puede dispersarse uniformemente en el hormigón. Según su solicitud, Se puede clasificar principalmente en: fibra antifisuras para hormigón ($\text{BF}$), Fibra de refuerzo y endurecimiento para hormigón ($\text{BZ}$), y fibra antifisuras para mortero ($\text{BSF}$), entre otros.

2.2 Rendimiento de Fibra de basalto de corte corto

Atajo fibra de basalto posee excelentes propiedades de alta resistencia y módulo alto. Su resistencia a la tracción puede alcanzar $1050\text{-}1250\text{MPa}$, y su módulo elástico no es menor que $34\text{GPa}$. Es resistencia a altas temperaturas es excepcional, lo que le permite funcionar continuamente dentro de un amplio rango de temperatura de −269∘do a 650∘do. Presenta alta resistencia a la corrosión y estabilidad química en medios corrosivos como los ácidos, álcalis, y sales. Particularmente en medios alcalinos como soluciones alcalinas saturadas y cemento, Su tasa de retención de resistencia a la fractura de filamento único es mayor que $75\%$, Demuestra una excelente resistencia a la corrosión alcalina. Fibra de basalto de corte corto tiene buena compatibilidad con aglutinantes inorgánicos, una tasa de absorción de humedad inferior a $1\%$, y su higroscopicidad no cambia con el tiempo. Esto demuestra su buena estabilidad material, larga vida útil, y la compatibilidad medioambiental durante su uso. Además, Esta fibra también tiene excelentes características como el aislamiento, filtración a alta temperatura, resistencia a la radiación, y capacidad de transmisión de ondas. Sus índices de rendimiento se muestran en la Tabla 1.

3. Análisis de la aplicación de fibras de basalto de corte corto en el hormigón.

Hormigón reforzado con fibras de basalto de corte corto Consiste en incorporar una cierta cantidad de fibra de basalto corta, continua o discontinua, al hormigón de forma adecuada. Si bien conserva la ventaja original de la resistencia a la compresión del hormigón, Este método puede mejorar significativamente su tenacidad y resistencia a la tracción, De este modo, se refuerza y ​​fortalece eficazmente el hormigón y se prolonga la vida útil de la estructura de ingeniería.

Además de fibra de basalto, fibra de carbono, fibra de vidrio, fibra de aramida, y otros también se han utilizado como materiales de refuerzo en el hormigón. Sin embargo, La práctica a largo plazo demuestra que estos materiales presentan ciertos problemas cuando se aplican al hormigón, lo que dificulta satisfacer la demanda del mercado de hormigón de alto rendimiento. La aparición de la fibra de basalto de corte corto llena este vacío en materiales y métodos, promoviendo en gran medida el desarrollo de la tecnología de refuerzo y fortalecimiento del hormigón. Su función en el refuerzo y fortalecimiento del hormigón se refleja principalmente en los siguientes aspectos:

1. Inhibición eficaz de grietas: Debido a sus ventajas en cantidad y superficie, Las fibras de basalto de corte corto pueden contener eficazmente las microfisuras. impidiendo su conexión y expansión. Mientras tanto, supera las desventajas de otras fibras sintéticas, como por ejemplo baja densidad, baja resistencia a la tracción, y un módulo elástico bajo. No se separa fácilmente durante la propagación de grietas, lo cual puede inhibir significativamente el desarrollo de microfisuras y retrasar la generación de nuevas fisuras, influyendo positivamente en la mejora de la permeabilidad del hormigón y su resistencia a los ciclos de congelación y descongelación.

2. Combina un alto módulo con la comodidad de construcción: La fibra de basalto de corte corto no solo aprovecha ventajas similares a las de la fibra de acero, como el alto módulo y la alta resistencia a la tracción de filamento único, para inhibir la expansión de grietas, pero también supera eficazmente los inconvenientes de la fibra de acero, tales como la facilidad con la que se forman grumos durante la mezcla y la dificultad con el bombeo y la construcción.

3. Buena dispersibilidad y compatibilidad: Como fibra inorgánica a base de silicato, La fibra de basalto de corte corto tiene compatibilidad natural con los materiales cementicios. Su densidad (aprox. 2,63-2.80g/cm3) es similar al del hormigón y mortero de cemento, lo que resulta en una buena funcionalidad. Una vez añadido, Puede dispersarse uniformemente por toda la estructura de hormigón.

4. Excelente durabilidad: La fibra de basalto de corte corto modificada superficialmente exhibe características de "fibra inerte", demostrando una resistencia excepcional a altas temperaturas, corrosión, y su impacto. Mantiene su estabilidad incluso en entornos de alta temperatura y altamente corrosivos. y puede mejorar la resistencia a la deformación de la matriz de cemento. Por lo tanto, Puede adaptarse a los entornos rigurosos de la mezcla de hormigón, torrencial, configuración, y etapas de servicio, mejorando significativamente el durabilidad del hormigón.

En resumen, La fibra de basalto de corte corto puede mejorar eficazmente la resistencia al impacto del hormigón, reducir su fragilidad, y mejorar integralmente sus propiedades mecánicas. Específicamente, Su función en las estructuras de hormigón es inhibir el agrietamiento. evitar filtraciones, mejorar la durabilidad, mejorar la capacidad de impacto y tracción, y ayudan a mejorar la calidad de la superficie.

4. Métodos de construcción y precauciones para el hormigón con fibras de basalto de corte corto

4.1 Temperatura de construcción

El hormigón de fibra de basalto de corte corto debe construirse a temperaturas entre −5∘do y 25∘do. Las temperaturas demasiado altas o demasiado bajas pueden provocar que la mezcla no sea uniforme.

4.2 Control de calidad de la construcción

El control de calidad para la construcción con hormigón de fibra de basalto de corte corto debe centrarse en la inspección de la materia prima, precisión de medición, y la calidad del proceso de mezclado.

4.2.1 Diseño de proporciones de mezcla

En la construcción real, Se deben seleccionar diferentes dosis de fibra de basalto de corte corto dentro de un rango razonable en función de los requisitos del proyecto. Dado que la fibra de basalto de corte corto en sí misma no reacciona químicamente con otros componentes o aditivos del hormigón, Su dosificación normalmente no altera los principios de diseño de la proporción de la mezcla de hormigón original. Durante la construcción, La calidad de todos los materiales debe determinarse estrictamente de acuerdo con la proporción de la mezcla de construcción y la cantidad del lote para una sola mezcla. La tabla 2 proporciona un ejemplo de la proporción óptima de mezcla para hormigón reforzado con fibras de basalto.

Las pruebas han demostrado que una mayor dosificación de fibra no necesariamente se traduce en una mejor resistencia al agrietamiento. Cuando la dosis no supera 1.2kg/m3, La resistencia a la compresión del hormigón muestra una tendencia de aumento inicial seguida de una disminución (que presenta un valor máximo) a medida que aumenta la dosificación de fibras.

4.2.2 Secuencia y método de alimentación

Durante el proceso de mezcla, fibra de basalto de corte corto Debe añadirse simultáneamente con los áridos como la arena y la piedra. Se recomienda esparcir la fibra de manera uniforme sobre la arena y la piedra durante su colocación, y luego agregar agua para la mezcla húmeda.

Los métodos de adición de fibra se pueden dividir en alimentación manual y automática:

• Alimentación manual: La fibra de basalto pesada se añade manualmente después de introducir el árido caliente en la mezcladora. Este método implica una alta intensidad de trabajo, uniformidad de mezcla relativamente menor, y requiere una prolongación adecuada del tiempo de mezclado para garantizar una dispersión uniforme de las fibras.

• Alimentación automática: Un automático fibra de basalto La máquina dosificadora se utiliza para la dosificación automatizada y la adición simultánea con el agregado caliente de la mezcladora. La máquina dosificadora de fibra suele estar equipada con dosificación automática, pre-dispersión, y mecanismos de transporte neumático, ofreciendo las ventajas de conveniencia, rápido, y suma precisa. En función de las condiciones de construcción, deberá elegirse el método más adecuado.

4.2.3 Ajuste por caída

La adición de fibra aumenta ligeramente la viscosidad de la mezcla de hormigón, lo cual afecta a la recesión. Si el hundimiento no cumple con los requisitos de construcción, Para el ajuste, se debe utilizar preferentemente un plastificante o un agente reductor de agua. El problema no debería resolverse aumentando el contenido de agua.

4.2.4 Formación y curado

No existen requisitos especiales para la formación de hormigón mezclado con fibra de basalto de corte corto, pero debe garantizarse una vibración y compactación suficientes. Sus requisitos de curado son los mismos que los del hormigón ordinario.

Breve caso práctico de hormigón con fibras de basalto de corte corto

La autopista Jing-Zhu (tramo de Anyang a Xinxiang) es una carretera nacional principal y una parte vital de la red de autopistas de la provincia de Henan. Debido al alto relleno del terraplén y a la mala calidad del suelo de la subrasante en esta sección, Poco después de su inauguración, aparecieron asentamientos irregulares del subsuelo y otros defectos. En los últimos años, con el aumento del volumen de tráfico y el incremento de vehículos sobrecargados, El pavimento ha sufrido repetidamente diversos defectos, como grietas longitudinales y transversales, baches, asentamiento, agrietamiento de la rejilla, y el crujido de caimanes. Esto no solo supone una seria amenaza para la seguridad al conducir, sino que también plantea grandes dificultades para el mantenimiento diario. Además, El diseño original de cuatro carriles no ha logrado satisfacer las demandas de transporte desde hace mucho tiempo. lo que requiere expansión y reconstrucción.

Hormigón de fibra de basalto de corte corto Se aplicó en el relleno de la subrasante de este proyecto. La práctica ha demostrado que su resistencia a la tracción aumentó en más de $30\%$, Su resistencia a la fatiga mejoró en más de $30\%$, y su resistencia al ahuellamiento aumentó en más de $300\%$. Ha demostrado una eficacia significativa en la prevención de grietas longitudinales, inhibiendo la expansión de grietas, y prolongando la vida útil del pavimento.

Con sus propiedades mecánicas únicas, excelente estabilidad, y alta rentabilidad, La fibra de basalto de corte corto se ha convertido en un material de refuerzo de hormigón muy eficaz. Las perspectivas de aplicación del hormigón con fibras de basalto de corte corto son extremadamente amplias. Se espera que sus importantes ventajas en la mejora del rendimiento de la ingeniería y la prolongación de la vida útil generen buenos beneficios económicos y sociales. posicionándolo como un material de construcción importante en el campo de la ingeniería civil en el futuro.