Estudo sobre o rendemento de adhesión de materiais cementosos reforzados con fibra de basalto con tendóns BFRP

Factores principais que inflúen no rendemento da unión

1. Dopaxe de volume e lonxitude da fibra

O dopaxe volumétrico de basalto O fío curto ten un efecto significativo na forza de unión, e a proba demostra que o dopado en volume do 0,2 % ten o mellor efecto na mellora da forza de unión, e o dopado excesivo pode, en cambio, levar a unha diminución do rendemento debido á aglomeración de fibras.

A lonxitude da fibra (por exemplo, 6 mm e 18 mm) ten menos efecto na forza da unión, pero as fibras máis curtas dispérsanse máis facilmente para reducir os defectos interfaciais.

2. Clase de resistencia do formigón reciclado

Aumentar o grao de resistencia do formigón reciclado (por exemplo, de C30 a C40) mellora a resistencia da unión entre o BReforzo de FRP e o substrato, pero o aumento é limitado e a interface é susceptible ao desprendimento fráxil cando o grao de resistencia é demasiado alto.

3. Tratamento de interfaces e axente de acoplamento

Areado da superficie de BFRP O reforzo pode aumentar a rugosidade e mellorar a forza de mordida mecánica; a adición de axente de acoplamento de silano pode optimizar a unión química entre a fibra e a matriz de resina e reducir o deslizamento interfacial.

Probas e mecanismos das propiedades adhesivas

1. Proba de extracción central

Estudouse a curva de deslizamento da unión mediante a proba de arranque e descubriuse que o modo de dano da unión era principalmente a arranque de tendóns ou a rachadura do formigón. A adición de fibras de basalto pode atrasar o dano fráxil do formigón e mellorar a ductilidade.

O rango típico de resistencia da unión é de 6 a 12 MPa, e o valor específico vese afectado pola dosificación da fibra, o diámetro do reforzo (por exemplo, 16 mm) e o proceso de tratamento da interface.

2. Modelo de distribución de tensión de enlace

A tensión de unión distribúese de forma non lineal ao longo da lonxitude do reforzo e a tensión máxima concéntrase no extremo de carga. O modelo teórico debe considerar a resistencia á extensión da fisura e o efecto de fricción da interface do formigón reforzado con fibras.

Vantaxes de aplicación e casos de enxeñaría

1. Resistencia á corrosión e durabilidade

O reforzo de BFRP conserva máis do 90 % da súa resistencia á unión en ambientes de erosión por ións de cloruro (por exemplo, enxeñaría mariña), o que é significativamente mellor que as barras de reforzo de aceiro e fibra de vidro.

Un exemplo: a ponte transmarítima de Qingdao adopta o reforzo de BFRP para substituír o reforzo de aceiro, e a súa vida útil ampliouse a máis de 100 anos.

2. Livián e rendemento sísmico

A densidade do reforzo de BFRP é só 1/4 da do aceiro, o que se pode empregar para reforzar vigas de formigón para reducir o peso estrutural entre un 20 % e un 30 % e, ao mesmo tempo, mellorar a capacidade de consumo de enerxía sísmica ao envolver o reforzo.

Desafíos existentes e dirección de optimización

1. Fortalecemento da unión interfacial

Problema existente: a interface entre as fibras e a matriz de cemento é propensa a descascarillarse debido á concentración de tensión, e é necesario desenvolver axentes interfaciais nanomodificados (por exemplo, dopados con nano-SiO₂) para mellorar a unión química.

2. Rendemento e estandarización a longo prazo

A falta de datos de fluencia a longo prazo a altas temperaturas e alta humidade (por exemplo, máis de 10 anos) fai necesarios probas de envellecemento acelerado para verificar; as especificacións de deseño aínda non son uniformes en todos os países e, aínda que China publicou a norma GB/T 38143-2019, as directrices de deseño detallado aínda precisan melloras.

3. Deseño colaborativo multiescala

No futuro, poderemos explorar a tecnoloxía híbrida de BFRP reforzo e fibra de aceiro/fibra de carbono para construír materiais compostos de gradiente e equilibrar a resistencia e a ductilidade.

Direccións de investigación futuras  

1. Monitorización intelixente e modelado dixital

Sensores de fibra óptica integrados en tendóns BFRP, monitorización en tempo real da deformación na interface de unión e do desenvolvemento de gretas, combinados con simulación de elementos finitos para optimizar o deseño.

2. Proceso de preparación baixo en carbono

Reducir a temperatura de fusión e estiramento da fibra de basalto (actualmente 1400-1500 ℃), o desenvolvemento de resina de curado a baixa temperatura para reducir o consumo de enerxía.

3. Uso eficiente de materiais reciclados

Combinar os áridos reciclados e a fibra de basalto con residuos da construción para promover o sistema de materiais de construción ecolóxicos "totalmente renovables" e reducir o consumo de recursos.

Resumo

Investigación sobre o rendemento de adhesión de materiais cementosos reforzados con fibra de basalto BFRP Os tendóns acadaron resultados paso a paso, pero a súa aplicación a grande escala aínda precisa superar os obstáculos da optimización interfacial, a verificación da durabilidade a longo prazo e o deseño estandarizado. No futuro, mediante a innovación cruzada multidisciplinar (por exemplo, materiais intelixentes, procesos baixos en carbono), espérase que se logren avances tecnolóxicos nos campos da enxeñaría mariña e o reforzo resistente aos terremotos, e que se axude ao desenvolvemento de edificios sostibles.