Étude sur les performances d'adhérence des matériaux cimentaires renforcés de fibres de basalte avec des câbles BFRP
Principaux facteurs influençant la performance de collage
- Dopage volumique et longueur des fibres
Le dopage volumique de Basalte Le fil court a un effet significatif sur la résistance de la liaison, et le test montre que le dopage volumique de 0,2 % a le meilleur effet sur l'amélioration de la résistance de la liaison, et qu'un dopage excessif peut en revanche entraîner une baisse des performances en raison de l'agglomération des fibres.
La longueur des fibres (par exemple 6 mm et 18 mm) a moins d'effet sur la résistance de la liaison, mais les fibres plus courtes sont plus facilement dispersées pour réduire les défauts interfacials.
- classe de résistance du béton recyclé
L'augmentation de la classe de résistance du béton recyclé (par exemple, de C30 à C40) améliore l'adhérence entre les matériaux.Renfort en PRV et le substrat, mais l'augmentation est limitée et l'interface est susceptible de se décoller de manière fragile lorsque le degré de résistance est trop élevé.
- Agent de traitement d'interface et de couplage
Sablage de la surface de BFRP Le renforcement peut augmenter la rugosité et améliorer la force de morsure mécanique ; l’ajout d’un agent de couplage silane peut optimiser la liaison chimique entre la fibre et la matrice de résine et réduire le glissement interfacial.
Tests et mécanismes des propriétés adhésives
- test d'arrachement central
La courbe d'adhérence-glissement a été étudiée par le biais de l'essai d'arrachement, et il a été constaté que le mode de rupture de l'adhérence était principalement l'arrachement du câble ou la fissuration du béton. L'ajout de fibres de basalte peut retarder la fragilisation du béton et améliorer sa ductilité.
La plage typique de résistance d'adhérence est de 6 à 12 MPa, et la valeur spécifique est affectée par le dosage de fibres, le diamètre de renforcement (par exemple, 16 mm) et le processus de traitement de l'interface.
- Modèle de distribution des contraintes de liaison
La contrainte d'adhérence se répartit de manière non linéaire le long de l'armature, et la contrainte maximale se concentre à l'extrémité chargée. Le modèle théorique doit prendre en compte la résistance à la propagation des fissures et l'effet de frottement interfacial du béton renforcé de fibres.
Avantages de l'application et cas d'ingénierie
- Résistance à la corrosion et durabilité
Le renforcement BFRP conserve plus de 90 % de sa résistance d'adhérence dans les environnements d'érosion par les ions chlorure (par exemple, en génie maritime), ce qui est nettement supérieur aux barres de renforcement en acier et en fibre de verre.
À titre d'exemple, le pont transmergé de Qingdao a adopté un renforcement en PRFV (polymère renforcé de fibres de verre) en remplacement du renforcement en acier, et sa durée de vie a été prolongée à plus de 100 ans.
- Légèreté et performances sismiques
La densité du renforcement BFRP n'est que le quart de celle de l'acier, ce qui permet de renforcer les poutres en béton afin de réduire le poids de la structure de 20 à 30 %, tout en améliorant la capacité d'absorption d'énergie sismique grâce à l'enveloppement du renforcement.
Défis actuels et orientations d'optimisation
- Renforcement de la liaison interfaciale
Problème existant : L'interface entre les fibres et la matrice de ciment est sujette au décollement en raison de la concentration des contraintes, et des agents interfacials nano-modifiés (par exemple, dopés au nano-SiO₂) doivent être développés pour améliorer la liaison chimique.
- Performance et standardisation à long terme
En l'absence de données à long terme sur le fluage dans des conditions de température et d'humidité élevées (par exemple, sur plus de 10 ans), des tests de vieillissement accéléré sont nécessaires pour vérifier ; les spécifications de conception ne sont pas encore uniformes d'un pays à l'autre, et bien que la Chine ait publié la norme GB/T 38143-2019, les directives de conception détaillées doivent encore être améliorées.
- Conception collaborative multi-échelle
À l'avenir, nous pourrons explorer la technologie hybride de BFRP renforcement et fibres d'acier/fibres de carbone pour construire des composites à gradient et équilibrer la résistance et la ductilité.
Orientations futures de la recherche
- surveillance intelligente et modélisation numérique
Des capteurs à fibres optiques intégrés dans les câbles BFRP, une surveillance en temps réel de la déformation de l'interface de liaison et du développement des fissures, combinés à une simulation par éléments finis pour optimiser la conception.
- procédé de préparation à faible émission de carbone
Réduire la température de fusion et d'étirage des fibres de basalte (actuellement 1400-1500 ℃), le développement d'une résine à durcissement à basse température pour réduire la consommation d'énergie.
- Utilisation efficace des matériaux recyclés
Combiner les granulats recyclés et les fibres de basalte avec les déchets de construction permet de promouvoir un système de matériaux de construction écologiques « entièrement renouvelables » et de réduire la consommation de ressources.
Résumé
La recherche sur les performances d'adhérence des matériaux cimentaires renforcés par des fibres de basalte et BFRP L'utilisation de câbles de précontrainte a permis d'obtenir des résultats progressifs, mais son application à grande échelle doit encore surmonter les obstacles liés à l'optimisation des interfaces, à la vérification de la durabilité à long terme et à la normalisation de la conception. À l'avenir, grâce à une innovation transversale et multidisciplinaire (par exemple, matériaux intelligents, procédés bas carbone), on s'attend à des avancées technologiques majeures dans les domaines du génie maritime et du renforcement parasismique, contribuant ainsi au développement de bâtiments durables.
