بهینه‌سازی عملکرد و تحقیقات کاربردی مهندسی بتن مسلح به الیاف بازالت کوتاه‌مدت

در سال‌های اخیر،مهندسی بزرگراه چین ساخت و ساز به سرعت توسعه یافته است، و فناوری سازه‌های بتنی به پیشرفت قابل توجهی دست یافته است، دستاوردهای فنی پیشرفته و بالغ متعددی را جمع‌آوری می‌کند. طراحی سازه بتنی به طور گسترده در زمینه ساخت و ساز زیرساخت ها مورد استفاده قرار گرفته است، اهمیت آن را نشان می‌دهد. با این حال، در کنار این دستاوردها، مشکلِ ترک خوردگی بتن به طور فزاینده‌ای برجسته می‌شود. وجود ترک‌ها، عملکرد بتن را به خطر می‌اندازد، به ویژه کاهش آن استحکام کششی، که دلیل اصلی شکست ترد بتن است. الیاف بازالت کوتاه، به عنوان یک ماده الیافی جدید، به دلیل خواص مکانیکی منحصر به فردش، به یک ماده تقویت کننده بتن عالی تبدیل شده است، پایداری خوب، و مقرون به صرفه بودن بالا.این مقاله به ویژگی‌های میانبرها می‌پردازد. الیاف بازالت و کاربرد عملی آن را در تقویت و مقاوم‌سازی بتن بررسی کنیم.

۲. خواص الیاف بازالت کوتاه

۲.۱ تعریف

الیاف بازالت یک الیاف معدنی غیرآلی است که با برش الیاف بازالت پیوسته به طول‌هایی معمولاً کمتر از ... فرآوری می‌شود. $\mathrm{۵۰}\text{میلی‌متر}$. می‌تواند به طور یکنواخت در بتن پراکنده شود. با توجه به کاربرد آن، می‌توان آن را عمدتاً به موارد زیر طبقه‌بندی کرد: الیاف ضد ترک خوردگی برای بتن ($\text{بی اف}$) ، الیاف سخت کننده و تقویت کننده برای بتن ($\text{بی.زی.}$) ، و فیبر ضد ترک برای ملات ($\text{بی اس اف}$) ، در میان دیگران.

۲.۲ عملکرد الیاف بازالت کوتاه

میانبر الیاف بازالت دارای خواص عالی استحکام بالا و مدول بالا. استحکام کششی آن می‌تواند برسد $\mathrm{۱۰۵۰}\text{-}\mathrm{۱۲۵۰}\text{مگاپاسکال}$، و مدول الاستیک آن کمتر از $\mathrm{۳۴}\text{معدل}$. آن مقاومت در برابر دمای بالا برجسته است، که به آن اجازه می‌دهد به طور مداوم در طیف وسیعی از دما کار کند −۲۶۹∘سی به ۶۵0∘سی. بالایی از خود نشان می‌دهد مقاومت در برابر خوردگی و پایداری شیمیایی در محیط‌های خورنده مانند اسیدها، قلیاها، و نمک‌ها. به ویژه در محیط‌های قلیایی مانند محلول قلیایی اشباع و سیمان، میزان حفظ استحکام شکست تک رشته‌ای آن بیشتر از $۷۵٪$، مقاومت عالی در برابر خوردگی قلیایی نشان می‌دهد. الیاف بازالت کوتاه دارد سازگاری خوب با چسب‌های معدنی، میزان جذب رطوبت کمتر از $۱٪$، و خاصیت رطوبت پذیری آن با گذشت زمان تغییر نمی کند. این پایداری خوب مواد آن را اثبات می‌کند، طول عمر بالا، و سازگاری با محیط زیست در حین استفاده. علاوه بر این، این فیبر همچنین دارای ویژگی‌های عالی مانند عایق بودن، فیلتراسیون با دمای بالا، مقاومت در برابر تابش، و قابلیت انتقال موج. شاخص‌های عملکرد آن در جدول 1 نشان داده شده است.

۳. تحلیل کاربرد الیاف بازالت کوتاه در بتن

بتن مسلح به الیاف بازالت کوتاه برش خورده شامل گنجاندن مقدار مشخصی از الیاف بازالت کوتاه پیوسته یا ناپیوسته در بتن به روشی مناسب است. ضمن حفظ مزیت اصلی مقاومت فشاری بتن، این روش می‌تواند به طور قابل توجهی آن را بهبود بخشد سختی و استحکام کششی، در نتیجه بتن را به طور مؤثر تقویت و مقاوم کرده و عمر مفید سازه مهندسی را افزایش می‌دهد.

علاوه بر این الیاف بازالت، فیبر کربن، الیاف شیشه، الیاف آرامید، و برخی دیگر نیز به عنوان مصالح تقویت کننده در بتن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با این حال، تجربه طولانی مدت نشان می‌دهد که این مواد هنگام استفاده روی بتن، مشکلات خاصی را ایجاد می‌کنند، این امر، پاسخگویی به تقاضای بازار برای بتن با عملکرد بالا را دشوار می‌کند. ظهور الیاف بازالت کوتاه‌برد، این شکاف در مواد و روش‌ها را پر می‌کند، که به طور قابل توجهی توسعه فناوری تقویت و مسلح سازی بتن را ارتقا می‌دهد. نقش آن در تقویت و مقاوم‌سازی بتن عمدتاً در جنبه‌های زیر منعکس می‌شود:

1. مهار مؤثر ترک خوردگی: با توجه به مزایای کمیت و مساحت سطح آن، الیاف بازالت کوتاه برش خورده می‌تواند به طور موثری ترک‌های ریز را مهار کند، جلوگیری از اتصال و گسترش آنها. در همین حال، بر معایب سایر الیاف مصنوعی غلبه می‌کند، مانند چگالی کم، استحکام کششی کم، و مدول الاستیسیته پایین. در طول انتشار ترک به راحتی از هم جدا نمی‌شود، که می‌تواند به طور قابل توجهی مانع از ایجاد ترک‌های ریز شده و ایجاد ترک‌های جدید را به تأخیر بیندازد، تأثیر مثبتی بر بهبود نفوذپذیری بتن و مقاومت در برابر یخ زدگی و ذوب شدن دارد.

2. مدول بالا را با راحتی ساخت و ساز ترکیب می‌کند: الیاف بازالت کوتاه نه تنها از مزایای مشابه مدول بالا و استحکام کششی تک رشته‌ای بالای الیاف فولادی برای مهار گسترش ترک بهره می‌برد، بلکه به طور موثری بر معایب الیاف فولادی غلبه می‌کند، مانند کلوخه شدن آسان در حین مخلوط کردن و مشکل در پمپاژ و ساخت.

3. پراکندگی و سازگاری خوب: به عنوان یک فیبر معدنی مبتنی بر سیلیکات، الیاف بازالت کوتاه‌برد سازگاری طبیعی با مصالح سیمانی دارد. چگالی آن (تقریباً ۲.۶۳-۲.۸۰گرم بر سانتی‌متر مربع۳) نزدیک به بتن سیمانی و ملات است، در نتیجه قابلیت کارپذیری خوبی دارد. به محض اضافه شدن، می‌تواند به طور یکنواخت در سراسر سازه بتنی پراکنده شود.

4. دوام عالی: الیاف بازالت کوتاه اصلاح‌شده سطحی، ویژگی‌های "الیاف بی‌اثر" را نشان می‌دهد، مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر دماهای بالا نشان می‌دهد، خوردگی، و تأثیر. حتی در محیط‌های با دمای بالا و بسیار خورنده، پایداری خود را حفظ می‌کند. و می‌تواند مقاومت در برابر تغییر شکل ماتریس سیمان را افزایش دهد. بنابراین، می‌تواند با محیط‌های سخت اختلاط بتن سازگار شود، ریختن، تنظیم، و مراحل خدمت، به طور قابل توجهی بهبود می بخشد دوام از بتن.

به طور خلاصه، الیاف بازالت کوتاه برش می‌تواند به طور موثری مقاومت ضربه‌ای بتن را بهبود بخشد، شکنندگی آن را کاهش دهید، و به طور جامع خواص مکانیکی آن را افزایش می‌دهد. به طور خاص، در سازه‌های بتنی برای جلوگیری از ترک خوردگی عمل می‌کند، جلوگیری از نشت، افزایش دوام، بهبود ظرفیت ضربه و کشش، و به بهبود کیفیت سطح کمک می‌کند.

۴. روش‌های ساخت و اقدامات احتیاطی برای بتن الیافی بازالت کوتاه‌مدت

۴.۱ دمای ساخت و ساز

بتن الیاف بازالت کوتاه برش باید در دماهای بین ... ساخته شود. −۵∘سی و ۲۵∘سی. دمای خیلی بالا یا خیلی پایین ممکن است منجر به عدم یکنواختی مخلوط شود.

۴.۲ کنترل کیفیت ساخت

کنترل کیفیت برای ساخت بتن الیاف بازالت کوتاه باید بر بازرسی مواد اولیه متمرکز باشد، دقت اندازه‌گیری، و کیفیت روش اختلاط.

۴.۲.۱ طراحی نسبت اختلاط

در ساخت و ساز واقعی، دوزهای مختلف الیاف بازالت کوتاه باید در یک محدوده معقول و بر اساس الزامات پروژه انتخاب شوند. از آنجایی که الیاف بازالت کوتاه به خودی خود با سایر اجزای بتن یا مواد افزودنی واکنش شیمیایی نشان نمی‌دهند، مقدار مصرف آن معمولاً اصول اولیه طراحی نسبت اختلاط بتن را تغییر نمی‌دهد. در حین ساخت و ساز، کیفیت تمام مصالح باید دقیقاً بر اساس نسبت مخلوط ساختمانی و مقدار پیمانه برای یک مخلوط واحد تعیین شود. جدول 2 نمونه‌ای از نسبت اختلاط بهینه برای بتن مسلح به الیاف بازالت را ارائه می‌دهد.

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که دوز بالاتر فیبر لزوماً منجر به مقاومت بهتر در برابر ترک نمی‌شود. وقتی دوز مصرفی از این مقدار تجاوز نکند ۱.۲کیلوگرم بر متر مربع۳، مقاومت فشاری بتن با افزایش مقدار الیاف، روند افزایش اولیه و به دنبال آن کاهش (با رسیدن به یک مقدار پیک) را نشان می‌دهد.

۴.۲.۲ توالی و روش تغذیه

در طول فرآیند اختلاط، الیاف بازالت کوتاه باید همزمان با مصالح سنگی مانند شن و ماسه اضافه شود. توصیه می‌شود در حین قرار دادن آنها، فیبر را به طور یکنواخت روی ماسه و سنگ بپاشید. و سپس برای مخلوط کردن مرطوب، آب اضافه کنید.

روش‌های افزودن فیبر را می‌توان به تغذیه دستی و اتوماتیک تقسیم کرد:

• تغذیه دستی: الیاف بازالت وزن شده پس از قرار دادن سنگدانه داغ در میکسر، به صورت دستی اضافه می‌شود. این روش شامل شدت کار بالا است، یکنواختی اختلاط نسبتاً پایین‌تر، و برای اطمینان از پراکندگی یکنواخت الیاف، نیاز به افزایش مناسب زمان اختلاط دارد.

• تغذیه خودکار: یک خودکار الیاف بازالت دستگاه پیمانه برای اندازه‌گیری خودکار و افزودن همزمان با مصالح داغ میکسر استفاده می‌شود. دستگاه دوزینگ فیبر معمولاً مجهز به اندازه‌گیری خودکار است، پیش پراکندگی، و مکانیزم‌های انتقال پنوماتیکی، ارائه مزایای راحتی، سریع، و جمع دقیق. روش مناسب باید بر اساس شرایط ساخت و ساز انتخاب شود.

۴.۲.۳ تنظیم اسلامپ

افزودن الیاف، ویسکوزیته مخلوط بتن را کمی افزایش می‌دهد، که بر رکود تأثیر می‌گذارد. اگر میزان افت، الزامات ساخت و ساز را برآورده نکند، ترجیحاً باید از یک نرم‌کننده یا عامل کاهنده آب برای تنظیم استفاده شود. مشکل را نباید با افزایش میزان آب حل کرد.

۴.۲.۴ شکل‌دهی و عمل‌آوری

هیچ الزام خاصی برای قالب‌گیری بتن مخلوط با الیاف بازالت کوتاه‌برد وجود ندارد، اما باید از ویبره و تراکم کافی اطمینان حاصل شود. الزامات عمل آوری آن مشابه بتن معمولی است.

مورد کاربردی مختصر بتن الیافی بازالت کوتاه برش

بزرگراه جینگ-ژو (بخش آنیانگ به شین‌شیانگ) یک بزرگراه اصلی ملی و بخش حیاتی شبکه بزرگراه‌های استان هنان است. با توجه به خاکریزی زیاد و کیفیت پایین خاک بستر در این بخش، نشست ناهموار بستر و سایر نقص‌ها اندکی پس از باز شدن آن ظاهر شدند. در سال‌های اخیر، با توجه به افزایش حجم ترافیک و افزایش خودروهای دارای بار اضافی، این روسازی بارها دچار نقص‌های مختلفی مانند ترک‌های طولی و عرضی شده است، چاله‌ها، شهرک سازی، ترک خوردگی شبکه، و صدای شکستن تمساح. این نه تنها ایمنی رانندگی را به طور جدی تهدید می‌کند، بلکه دشواری‌های زیادی را برای نگهداری روزانه ایجاد می‌کند. علاوه بر این، طرح اولیه چهار بانده مدت‌هاست که نتوانسته نیازهای حمل و نقل را برآورده کند، نیاز به گسترش و بازسازی.

بتن الیافی بازالت کوتاه برش در پر کردن زیرسازی این پروژه استفاده شد. تمرین نشان داده است که مقاومت کششی آن بیش از حد افزایش یافته است $۳۰٪$، مقاومت خستگی آن بیش از حد بهبود یافته است $۳۰٪$، و مقاومت آن در برابر شیارشدگی بیش از ... افزایش یافته است. $۳۰۰٪$. اثربخشی قابل توجهی در جلوگیری از ترک‌های طولی نشان داده است، مهار گسترش ترک، و افزایش عمر مفید روسازی.

با خواص مکانیکی منحصر به فرد خود، پایداری عالی، و مقرون به صرفه بودن بالا، الیاف بازالت کوتاه به یک ماده تقویت کننده بتن کارآمد تبدیل شده است. چشم‌انداز کاربرد بتن الیاف بازالت کوتاه‌برد بسیار گسترده است. انتظار می‌رود مزایای قابل توجه آن در افزایش عملکرد مهندسی و افزایش طول عمر مفید، مزایای اقتصادی و اجتماعی خوبی را به همراه داشته باشد، و آن را به عنوان یک ماده ساختمانی مهم در زمینه مهندسی عمران در آینده قرار می‌دهد.