Studija o svojstvima adhezije cementnih materijala ojačanih bazaltnim vlaknima s BFRP tetivama

Ključni faktori koji utječu na performanse lijepljenja

1. Volumen dopiranja i duljina vlakana

Volumenski doping Bazalt Kratko rezana pređa ima značajan utjecaj na čvrstoću vezivanja, a test pokazuje da volumno dopiranje od 0,2% ima najbolji učinak na poboljšanje čvrstoće vezivanja, dok prekomjerno dopiranje može dovesti do pada performansi zbog aglomeracije vlakana.

Duljina vlakana (npr. 6 mm i 18 mm) ima manji utjecaj na čvrstoću veze, ali kraća vlakna se lakše raspršuju kako bi se smanjili međufazni defekti.

2. Klasa čvrstoće recikliranog betona

Povećanje stupnja čvrstoće recikliranog betona (npr. s C30 na C40) povećava čvrstoću veze između BFRP ojačanje i podlogu, ali povećanje je ograničeno, a površina je osjetljiva na krhko ljuštenje kada je stupanj čvrstoće previsok.

3. Sredstvo za obradu međupovršine i spajanje

Pjeskarenje površine BFRP ojačanje može povećati hrapavost i poboljšati mehaničku silu grizenja; dodavanje silanskog vezivnog sredstva može optimizirati kemijsko vezanje između vlakana i matrice smole te smanjiti klizanje na granici površina.

Ispitivanja i mehanizmi adhezivnih svojstava

1. Ispitivanje izvlačenja u sredini

Krivulja veze i klizanja proučavana je testom izvlačenja i utvrđeno je da je način oštećenja veze uglavnom izvlačenje tetive ili cijepanje betona. Dodatak bazaltna vlakna može odgoditi krhko oštećenje betona i poboljšati duktilnost.

Tipični raspon čvrstoće veze je 6-12 MPa, a na specifičnu vrijednost utječu doza vlakana, promjer armature (npr. 16 mm) i postupak obrade međupovršine.

2. Model raspodjele naprezanja veze

Naprezanje veze je nelinearno raspoređeno duž duljine armature, a vršno naprezanje je koncentrirano na kraju opterećenja. Teorijski model mora uzeti u obzir otpornost na širenje pukotine i učinak trenja na površini vlaknima ojačanog betona.

Prednosti primjene i inženjerski slučajevi

1. Otpornost na koroziju i trajnost

BFRP armatura zadržava više od 90% svoje čvrstoće veze u okruženjima erozije kloridnim ionima (npr. brodogradnja), što je znatno bolje od čeličnih i stakloplastiknih armaturnih šipki.

Primjer: Qingdao Cross-Sea Bridge koristi BFRP armaturu umjesto čelične armature, a njegov vijek trajanja produžen je na više od 100 godina.

2. Lagana konstrukcija i seizmičke performanse

Gustoća BFRP armature je samo 1/4 gustoće čelika, koji se može koristiti za ojačanje betonskih greda kako bi se smanjila težina konstrukcije za 20%-30%, a istovremeno se povećao kapacitet potrošnje seizmičke energije omatanjem armature.

Postojeći izazovi i smjer optimizacije

1. Jačanje međufaznih veza

Postojeći problem: Međupovršina između vlakana i cementne matrice sklona je ljuštenju zbog koncentracije naprezanja, te je potrebno razviti nanomodificirane međupovršinske agense (npr. dopirane nano-SiO₂) kako bi se poboljšalo kemijsko vezanje.

2. Dugoročne performanse i standardizacija

Nedostatak podataka o dugoročnom puzanju pod visokim temperaturama i visokom vlažnosti (npr. više od 10 godina), potrebna su ubrzana ispitivanja starenja kako bi se provjerila; specifikacije dizajna još nisu ujednačene u svim zemljama, a iako je Kina objavila standard GB/T 38143-2019, smjernice za detaljni dizajn još uvijek je potrebno poboljšati.

3. Višerazinski kolaborativni dizajn

U budućnosti možemo istražiti hibridnu tehnologiju BFRP armatura i čelična vlakna/karbonska vlakna za izgradnju gradijentnih kompozita i uravnoteženje čvrstoće i duktilnosti.

Budući smjerovi istraživanja  

1. Inteligentno praćenje i digitalno modeliranje

Ugrađeni senzori s optičkim vlaknima u BFRP tetivama, praćenje naprezanja spojne površine i razvoja pukotina u stvarnom vremenu, u kombinaciji sa simulacijom konačnih elemenata za optimizaciju dizajna.

2. Postupak pripreme s niskim udjelom ugljika

Smanjite temperaturu taljenja i izvlačenja bazaltnih vlakana (trenutno 1400-1500 ℃), razvojem smole za stvrdnjavanje na niskim temperaturama kako biste smanjili potrošnju energije.

3. Učinkovito korištenje recikliranih materijala

Kombinirajte reciklirani agregat i bazaltna vlakna s građevinskim otpadom kako biste promovirali sustav „potpuno obnovljivih“ zelenih građevinskih materijala i smanjili potrošnju resursa.

Sažetak

Istraživanje svojstava vezivanja cementnih materijala ojačanih bazaltnim vlaknima i BFRP Tetive su postigle postupne rezultate, ali njihova primjena na veliko još uvijek treba probiti uska grla optimizacije međupovršine, provjere dugoročne trajnosti i standardiziranog dizajna. U budućnosti se, kroz multidisciplinarne međuinovativne inovacije (npr. pametni materijali, procesi s niskim udjelom ugljika), očekuje da će ostvariti tehnološke prodore u područjima pomorskog inženjerstva i armature otporne na potrese te pomoći u razvoju održivih zgrada.