Estudio sobre el comportamiento de adhesión de materiales cementosos reforzados con fibra de basalto con tendones de BFRP
Factores clave que influyen en el rendimiento de la unión
- dopaje volumétrico y longitud de la fibra
El dopaje volumétrico de Basalto El hilo de corte corto tiene un efecto significativo en la resistencia de unión, y la prueba muestra que el dopaje volumétrico del 0,2% tiene el mejor efecto en la mejora de la resistencia de unión, y un dopaje excesivo puede, en cambio, provocar una disminución del rendimiento debido a la aglomeración de fibras.
La longitud de la fibra (por ejemplo, 6 mm y 18 mm) tiene menos efecto sobre la resistencia de la unión, pero las fibras más cortas se dispersan más fácilmente para reducir los defectos interfaciales.
- Clase de resistencia del hormigón reciclado
El aumento de la resistencia del hormigón reciclado (por ejemplo, de C30 a C40) mejora la adherencia entre el hormigón y el cemento.Refuerzo de FRP y el sustrato, pero el aumento es limitado y la interfaz es susceptible a un desprendimiento frágil cuando el grado de resistencia es demasiado alto.
- Tratamiento de interfaz y agente de acoplamiento
Chorro de arena de la superficie de BFRP El refuerzo puede aumentar la rugosidad y mejorar la fuerza de agarre mecánica; la adición de un agente de acoplamiento de silano puede optimizar la unión química entre la fibra y la matriz de resina y reducir el deslizamiento interfacial.
Pruebas y mecanismos de las propiedades adhesivas
- prueba de extracción central
Se estudió la curva de adherencia-deslizamiento mediante el ensayo de extracción, y se observó que el modo de daño por adherencia se debía principalmente a la extracción del tendón o al agrietamiento del hormigón. La adición de fibras de basalto Puede retrasar el deterioro por fragilidad del hormigón y mejorar su ductilidad.
El rango típico de resistencia de unión es de 6 a 12 MPa, y el valor específico se ve afectado por la dosificación de fibra, el diámetro del refuerzo (por ejemplo, 16 mm) y el proceso de tratamiento de la interfaz.
- Modelo de distribución de tensiones de enlace
La tensión de adherencia se distribuye de forma no lineal a lo largo del refuerzo, concentrándose la tensión máxima en el extremo de carga. El modelo teórico debe considerar la resistencia a la propagación de grietas y el efecto de fricción interfacial del hormigón reforzado con fibras.
Ventajas de la aplicación y casos de ingeniería
- Resistencia a la corrosión y durabilidad
El refuerzo de BFRP conserva más del 90% de su resistencia de unión en ambientes de erosión por iones cloruro (por ejemplo, ingeniería marina), lo que es significativamente mejor que las barras de refuerzo de acero y fibra de vidrio.
Un buen ejemplo de ello es el puente transmarino de Qingdao, que utiliza refuerzo de BFRP en lugar de acero, lo que ha extendido su vida útil a más de 100 años.
- Rendimiento ligero y sísmico
La densidad del refuerzo BFRP es solo 1/4 de la del acero, lo que permite utilizarlo para reforzar vigas de hormigón y reducir el peso estructural entre un 20% y un 30%, mejorando al mismo tiempo la capacidad de absorción de energía sísmica mediante el recubrimiento del refuerzo.
Desafíos existentes y dirección de optimización
- Reforzamiento de la unión interfacial
Problema existente: La interfaz entre las fibras y la matriz de cemento es propensa al desprendimiento debido a la concentración de tensiones, y es necesario desarrollar agentes interfaciales nanomodificados (por ejemplo, dopados con nano-SiO₂) para mejorar la unión química.
- Rendimiento a largo plazo y estandarización
La falta de datos de fluencia a largo plazo en condiciones de alta temperatura y alta humedad (por ejemplo, más de 10 años) requiere pruebas de envejecimiento acelerado para su verificación; las especificaciones de diseño aún no son uniformes entre países, y aunque China ha publicado la norma GB/T 38143-2019, las directrices de diseño detalladas aún deben mejorarse.
- diseño colaborativo multiescalar
En el futuro, podremos explorar la tecnología híbrida de BFRP Refuerzo y fibra de acero/fibra de carbono para construir compuestos con gradiente y equilibrar la resistencia y la ductilidad.
Futuras direcciones de investigación
- Monitoreo inteligente y modelado digital
Sensores de fibra óptica integrados en tendones de BFRP, monitorización en tiempo real de la deformación de la interfaz de unión y del desarrollo de grietas, combinados con simulación de elementos finitos para optimizar el diseño.
- Proceso de preparación con bajas emisiones de carbono
Reducir la temperatura de fusión y estiramiento de la fibra de basalto (actualmente 1400-1500 ℃), desarrollar resinas de curado a baja temperatura para reducir el consumo de energía.
- Utilización eficiente de materiales reciclados
Combine los áridos reciclados y la fibra de basalto con los residuos de construcción para promover el sistema de materiales de construcción ecológicos “totalmente renovables” y reducir el consumo de recursos.
Resumen
La investigación sobre el rendimiento de adherencia de los materiales cementosos reforzados con fibras de basalto y BFRP Si bien los tendones han logrado avances graduales, su aplicación a gran escala aún debe superar los obstáculos relacionados con la optimización de la interfaz, la verificación de la durabilidad a largo plazo y el diseño estandarizado. En el futuro, mediante la innovación interdisciplinaria (por ejemplo, con materiales inteligentes y procesos de bajas emisiones de carbono), se espera lograr avances tecnológicos en los campos de la ingeniería naval y el refuerzo sismorresistente, contribuyendo así al desarrollo de edificios sostenibles.
