Optimizacija performansi i istraživanje inženjerske primjene kratko rezanog betona ojačanog bazaltnim vlaknima

Posljednjih godina,Kinesko inženjerstvo autocesta Građevinarstvo se brzo razvio, i tehnologija betonskih konstrukcija postigla je značajan napredak, akumulirajući brojna napredna i zrela tehnička dostignuća. Projektiranje betonskih konstrukcija široko se primjenjuje u području izgradnje infrastrukture, demonstrirajući njegovu važnost. Međutim, uz ova postignuća, problem pucanje betona postaje sve istaknutiji. Prisutnost pukotina narušava performanse betona, značajno smanjujući njegovo vlačna čvrstoća, što je glavni razlog krhkog loma betona. Kratko rezano bazaltno vlakno, kao novi vlaknasti materijal, postao je izvrstan materijal za armiranje betona zbog svojih jedinstvenih mehaničkih svojstava, dobra stabilnost, i visoka isplativost.Ovaj članak će se usredotočiti na karakteristike prečaca Bazaltna vlakna i istražiti njegovu praktičnu primjenu u armiranju i ojačavanju betona.

2. Svojstva kratko rezanih bazaltnih vlakana

2.1 Definicija

bazaltna vlakna je anorgansko mineralno vlakno koje se prerađuje rezanjem kontinuiranih bazaltnih vlakana na duljine obično manje od $50\text{mm}$. Može se ravnomjerno raspršiti unutar betona. Prema njegovoj primjeni, može se uglavnom podijeliti na: vlakna protiv pucanja za beton ($\text{BF}$), vlakna za ojačavanje i kaljenje betona ($\text{BZ}$), i vlakna protiv pucanja za mort ($\text{BSF}$), među ostalima.

2.2 Izvedba Kratko rezano bazaltno vlakno

Prečac bazaltna vlakna posjeduje izvrsna svojstva visoka čvrstoća i visoki modul. Njegova vlačna čvrstoća može doseći $1050\text{-}1250\text{MPa}$, a njegov modul elastičnosti nije manji od $34\text{Prosječni prosjek ocjena (GPA)}$. Njegovo otpornost na visoke temperature je izvanredan, što mu omogućuje kontinuirani rad u širokom temperaturnom rasponu −269∘C do 650∘C. Pokazuje visoku otpornost na koroziju i kemijska stabilnost u korozivnim medijima kao što su kiseline, lužine, i soli. Posebno u alkalnim medijima poput zasićene lužnate otopine i cementa, njegova stopa zadržavanja čvrstoće na lom jednog filamenta veća je od $75\%$, pokazujući izvrsnu otpornost na alkalnu koroziju. Kratko rezano bazaltno vlakno ima dobra kompatibilnost s anorganskim vezivima, brzina apsorpcije vlage niža od $1\%$, a njegova higroskopnost se ne mijenja s vremenom. To dokazuje njegovu dobru materijalnu stabilnost, dugi vijek trajanja, i ekološku kompatibilnost tijekom upotrebe. Nadalje, Ovo vlakno također ima izvrsne karakteristike kao što su izolacija, visokotemperaturna filtracija, otpornost na zračenje, i sposobnost prijenosa valova. Njegovi indeksi performansi prikazani su u Tablici 1.

3. Analiza primjene kratko rezanih bazaltnih vlakana u betonu

Kratkorezani beton ojačan bazaltnim vlaknima uključuje ugradnju određene količine kontinuiranih ili diskontinuiranih kratko rezanih bazaltnih vlakana u beton na odgovarajući način. Uz zadržavanje izvorne prednosti tlačne čvrstoće betona, ova metoda može značajno poboljšati njegovo žilavost i vlačna čvrstoća, čime se učinkovito ojačava i jača beton te produžuje vijek trajanja inženjerske konstrukcije.

Osim toga bazaltna vlakna, karbonska vlakna, staklena vlakna, aramidna vlakna, a drugi su također korišteni kao materijali za ojačanje betona. Međutim, Dugogodišnja praksa pokazuje da ovi materijali predstavljaju određene probleme kada se primjenjuju na beton, što otežava zadovoljavanje tržišne potražnje za visokoučinkovitim betonom. Pojava kratko rezanih bazaltnih vlakana popunjava ovu prazninu u materijalima i metodama, uvelike potičući razvoj tehnologije ojačanja i armiranja betona. Njegova uloga u armiranju i jačanju betona uglavnom se ogleda u sljedećim aspektima:

1. Učinkovita inhibicija pukotina: Zbog svoje količine i prednosti površine, Kratko rezano bazaltno vlakno može učinkovito zaustaviti mikropukotine, sprječavajući njihovo povezivanje i širenje. U međuvremenu, prevladava nedostatke drugih sintetičkih vlakana, kao što su niska gustoća, niska vlačna čvrstoća, i niskim modulom elastičnosti. Ne može se lako rastaviti tijekom širenja pukotine, što može značajno spriječiti razvoj mikropukotina i odgoditi nastanak novih pukotina, pozitivno utječe na poboljšanje propusnosti betona i otpornosti na smrzavanje i odmrzavanje.

2. Kombinira visoki modul s praktičnošću gradnje: Kratko rezano bazaltno vlakno ne samo da koristi prednosti slične visokom modulu čeličnih vlakana i visokoj vlačnoj čvrstoći pojedinačnih niti kako bi se spriječilo širenje pukotina, ali i učinkovito prevladava nedostatke čeličnih vlakana, kao što su lako stvaranje grudica tijekom miješanja i poteškoće s pumpanjem i gradnjom.

3. Dobra disperzibilnost i kompatibilnost: Kao anorgansko vlakno na bazi silikata, Kratko rezano bazaltno vlakno ima prirodnu kompatibilnost s cementnim materijalima. Njegova gustoća (cca. 2,63-2,80g/cm3) je blizak onome od cementnog betona i morta, što rezultira dobrom obradivošću. Nakon što je dodano, Može se ravnomjerno rasporediti po cijeloj betonskoj konstrukciji.

4. Izvrsna izdržljivost: Površinski modificirana kratko rezano bazaltno vlakno pokazuje karakteristike "inertnih vlakana", pokazuje izvanrednu otpornost na visoke temperature, korozija, i utjecaj. Održava stabilnost čak i u uvjetima visokih temperatura i vrlo korozivnih okruženja, i može poboljšati otpornost cementne matrice na deformacije. Stoga, može se prilagoditi zahtjevnim uvjetima miješanja betona, izlijevanje, postavka, i faze usluge, značajno poboljšavajući izdržljivost od betona.

Ukratko, Kratko rezano bazaltno vlakno može učinkovito poboljšati otpornost betona na udarce, smanjiti njegovu krhkost, i sveobuhvatno poboljšati njegova mehanička svojstva. Posebno, djeluje u betonskim konstrukcijama kako bi spriječio pucanje, spriječiti prodiranje, povećati izdržljivost, poboljšati udarnu i vlačnu snagu, i pomažu u poboljšanju kvalitete površine.

4. Metode gradnje i mjere opreza za kratkorezani beton od bazaltnih vlakana

4.1 Temperatura konstrukcije

Kratkorezani bazaltni vlaknasti beton treba graditi na temperaturama između −5∘C i 25∘C. Previsoke ili preniske temperature mogu dovesti do neujednačenosti smjese.

4.2 Kontrola kvalitete gradnje

Kontrola kvalitete za konstrukciju od kratko rezanog bazaltnog vlaknastog betona trebala bi se usredotočiti na inspekciju sirovina, točnost mjerenja, i kvaliteta postupka miješanja.

4.2.1 Dizajn miješanog omjera

U stvarnoj gradnji, Različite doze kratkorezanih bazaltnih vlakana trebale bi se odabrati unutar razumnog raspona na temelju zahtjeva projekta. Budući da kratko rezano bazaltno vlakno samo po sebi kemijski ne reagira s drugim komponentama ili dodacima betonu, njegovo doziranje obično ne mijenja izvorne principe projektiranja proporcija betonske mješavine. Tijekom gradnje, Kvaliteta svih materijala mora biti strogo određena prema omjeru građevinske mješavine i količini mješavine za jednu mješavinu. Tablica 2 prikazuje primjer optimalnog omjera mješavine za beton ojačan bazaltnim vlaknima.

Ispitivanja su pokazala da veća doza vlakana ne mora nužno rezultirati boljom otpornošću na pucanje. Kada doza ne prelazi 1.2kg/m²3, Tlačna čvrstoća betona pokazuje trend početnog povećanja, nakon čega slijedi smanjenje (s vršnom vrijednošću) kako se doza vlakana povećava.

4.2.2 Redoslijed i način hranjenja

Tijekom procesa miješanja, kratko rezano bazaltno vlakno treba dodavati istovremeno s agregatima poput pijeska i kamena. Preporučuje se ravnomjerno posipanje vlakana u pijesak i kamen tijekom njihovog postavljanja, a zatim dodajte vodu za mokro miješanje.

Metode dodavanja vlakana mogu se podijeliti na ručno i automatsko hranjenje:

• Ručno hranjenje: Izvagana bazaltna vlakna se ručno dodaju nakon što se vrući agregat stavi u miješalicu. Ova metoda zahtijeva visok intenzitet rada, relativno niža ujednačenost miješanja, i zahtijeva odgovarajuće produljenje vremena miješanja kako bi se osigurala jednolična disperzija vlakana.

• Automatsko hranjenje: Automatski bazaltna vlakna Dozirni stroj koristi se za automatsko doziranje i istovremeno dodavanje vrućem agregatu miješalice. Stroj za doziranje vlakana obično je opremljen automatskim doziranjem, prethodno dispergiranje, i pneumatski transportni mehanizmi, nudeći prednosti praktičnosti, brzo, i točno zbrajanje. Odgovarajuću metodu treba odabrati na temelju uvjeta gradnje.

4.2.3 Prilagodba slijeganja

Dodatak vlakana neznatno povećava viskoznost betonske smjese, što utječe na pad. Ako slijeganje ne ispunjava građevinske zahtjeve, Za podešavanje treba prvenstveno koristiti plastifikator ili sredstvo za smanjenje vode. Problem se ne bi trebao riješiti povećanjem sadržaja vode.

4.2.4 Oblikovanje i stvrdnjavanje

Ne postoje posebni zahtjevi za oblikovanje betona pomiješanog s kratko rezanim bazaltnim vlaknima. ali se mora osigurati dovoljna vibracija i zbijanje. Zahtjevi za sušenje su isti kao i za obični beton.

Kratak primjer primjene kratko rezanog bazaltnog vlaknastog betona

Autocesta Jing-Zhu (dionica od Anyanga do Xinxianga) je nacionalna magistralna autocesta i vitalni dio mreže autocesta provincije Henan. Zbog visokog nasipa nasipa i loše kvalitete tla podloge na ovom dijelu, Neravnomjerno slijeganje podloge i drugi nedostaci pojavili su se ubrzo nakon otvaranja. Posljednjih godina, s porastom prometa i povećanjem preopterećenih vozila, pločnik je više puta patio od raznih nedostataka poput uzdužnih i poprečnih pukotina, rupe na cestama, naselje, pucanje mreže, i pucketanje aligatora. To ne samo da ozbiljno ugrožava sigurnost vožnje, već i predstavlja velike poteškoće za svakodnevno održavanje. Nadalje, Izvorni dizajn s četiri trake već dugo nije uspio zadovoljiti prometne potrebe, što je zahtijevalo proširenje i rekonstrukciju.

Kratko rezani beton od bazaltnih vlakana primijenjen je u ispunjavanju podloge ovog projekta. Praksa je pokazala da se njegova vlačna čvrstoća povećala za više od $30\%$, njegova otpornost na umor poboljšana je za više od $30\%$, a njegova otpornost na kolotraženje povećala se za više od $300\%$. Pokazao je značajnu učinkovitost u sprječavanju uzdužnih pukotina, sprječavanje širenja pukotina, i produljenje vijeka trajanja kolnika.

Svojim jedinstvenim mehaničkim svojstvima, izvrsna stabilnost, i visoka isplativost, Kratko rezano bazaltno vlakno postalo je učinkovit materijal za armiranje betona. Mogućnosti primjene kratko rezanog bazaltnog vlaknastog betona su izuzetno široke. Očekuje se da će njegove značajne prednosti u poboljšanju inženjerskih performansi i produljenju vijeka trajanja donijeti dobre ekonomske i društvene koristi, pozicionirajući ga kao važan građevinski materijal u području građevinarstva u budućnosti.