Basaltkiuga tugevdatud tsemendimaterjalide ja BFRP-sarruste adhesiooniomaduste uuring

Liimimise toimivuse peamised mõjutavad tegurid

1. Kiudude mahu doping ja pikkus

Mahu doping Basalt Lühikeseks lõigatud lõngal on oluline mõju liimimistugevusele ning test näitab, et 0,2% mahulise legeerimise mõju liimimistugevuse suurenemisele on parim ning liigne legeerimine võib hoopis kiudude aglomeratsiooni tõttu jõudlust langetada.

Kiudude pikkus (nt 6 mm ja 18 mm) mõjutab sideme tugevust vähem, kuid lühemaid kiude on kergem hajutada, et vähendada faasidevahelisi defekte.

2. Taaskasutatud betooni tugevusklass

Taaskasutatud betooni tugevusklassi tõstmine (nt C30-lt C40-le) suurendab B-betooni ja C-betooni vahelise nakketugevuse suurenemist.Frp-tugevdus ja aluspind, kuid suurenemine on piiratud ning liides on hapraks koorumise suhtes vastuvõtlik, kui tugevusaste on liiga kõrge.

3. Liidese töötlemine ja sidestusaine

Pinna liivapritsimine BFRP Tugevdamine võib suurendada karedust ja parandada mehaanilist haardumisjõudu; silaani sidestusagensi lisamine võib optimeerida kiudude ja vaigu maatriksi vahelist keemilist sidet ning vähendada faasidevahelist libisemist.

Liimiomaduste testid ja mehhanismid

1. Keskelt väljatõmbamise test

Nakke libisemiskõverat uuriti väljatõmbetesti abil ja leiti, et nakke kahjustuse viisiks oli peamiselt pingestatud sideme väljatõmbumine või betooni lõhenemine. Lisati basaltkiud võib aeglustada betooni hapruse teket ja suurendada selle elastsust.

Tüüpiline nakketugevuse vahemik on 6–12 MPa ja spetsiifilist väärtust mõjutavad kiudude annus, tugevdusmaterjali läbimõõt (nt 16 mm) ja liidese töötlusprotsess.

2. Võlakirjade pingejaotuse mudel

Seotuse pinge jaotub mittelineaarselt piki armatuuri pikkust ja tipppinge koondub koormusotsa. Teoreetiline mudel peab arvestama kiudbetooni prao laienemise takistuse ja liidese hõõrdeefektiga.

Rakenduse eelised ja insenerijuhtumid

1. Korrosioonikindlus ja vastupidavus

BFRP-tugevdus säilitab kloriidioonide erosioonikeskkonnas (nt meretehnikas) üle 90% oma nakketugevusest, mis on oluliselt parem kui terasest ja klaaskiust armatuurvardad.

Näide: Qingdao Cross-Sea sild võtab terasarmatuuri asemel kasutusele BFRP-armatuuri ja selle eluiga on pikendatud enam kui 100 aastani.

2. Kerge ja seismiline jõudlus

BFRP-armatuuri tihedus on vaid 1/4 terase tihedusest, mida saab kasutada betoontalade tugevdamiseks, et vähendada konstruktsioonikaalu 20–30% ja samal ajal suurendada seismilise energia tarbimise võimekust armatuuri mähkimise teel.

Olemasolevad väljakutsed ja optimeerimise suund

1. Pindadevahelise sideme tugevdamine

Olemasolev probleem: Kiudude ja tsemendimaatriksi vaheline liides on pingekontsentratsiooni tõttu altid kooruma ning keemilise sideme tugevdamiseks tuleb välja töötada nanomodifitseeritud faasidevahelised ained (nt nano-SiO₂-ga legeeritud).

2. Pikaajaline jõudlus ja standardiseerimine

Pikaajalise roomeandmete puudumine kõrge temperatuuri ja kõrge õhuniiskuse korral (nt üle 10 aasta) ning kiirendatud vananemiskatsete tegemine on vajalik kontrollimiseks; projekteerimisspetsifikatsioonid ei ole veel riikide lõikes ühtsed ja kuigi Hiina on avaldanud standardi GB/T 38143-2019, tuleb detailplaneeringu juhiseid veel täiustada.

3. Mitmemõõtmeline koostööl põhinev disain

Tulevikus saame uurida hübriidtehnoloogiat BFRP armatuur ja teraskiud/süsinikkiud gradientkomposiitide loomiseks ning tugevuse ja painduvuse tasakaalustamiseks.

Tulevased uurimissuunad  

1. Intelligentne jälgimine ja digitaalne modelleerimine

BFRP-kõõlustesse manustatud fiiberoptilised andurid, ühendusliidese deformatsiooni ja pragude tekke reaalajas jälgimine koos lõplike elementide simulatsiooniga disaini optimeerimiseks.

2. Madala süsinikusisaldusega ettevalmistusprotsess

Basaltkiudude sulamis- ja venitustemperatuuri vähendamine (praegu 1400–1500 ℃) ning madala temperatuuriga kõveneva vaigu väljatöötamine energiatarbimise vähendamiseks.

3. Taaskasutatud materjalide tõhus kasutamine

Kombineeri taaskasutatud täitematerjal ja basaltkiud ehitusjäätmetega, et edendada „täielikult taastuvate” roheliste ehitusmaterjalide süsteemi ja vähendada ressursside tarbimist.

Kokkuvõte

Basaltkiudtugevdatud tsemendimaterjalide nakkumisvõime uuring ja BFRP Kõõluste tehnoloogia on saavutanud samm-sammult tulemusi, kuid selle laiaulatuslik rakendamine vajab veel pindadevahelise optimeerimise, pikaajalise vastupidavuse kontrollimise ja standardiseeritud disaini kitsaskohtade ületamist. Tulevikus eeldatakse, et multidistsiplinaarse innovatsiooni (nt nutikad materjalid, vähese süsinikuheitega protsessid) kaudu saavutatakse tehnoloogilisi läbimurdeid meretehnika ja maavärinakindlate tugevduste valdkonnas ning aidatakse kaasa säästvate hoonete arendamisele.