Vélrænir eiginleikar og bilunarferli trefjastyrktrar steinsteypu: Áhrif trefjategundar og innihalds
Steypa er mest notuð Byggingarframkvæmdir efni. Það býður upp á fjölmarga kosti, þar á meðal útbreiddan aðgang, einfalt framleiðsluferli, lágan kostnað og auðvelda notkun. Það er mikið notað á ýmsum sviðum eins og í byggingum, vegum, brúm, göngum og vatnsverkfræði. Eftir því sem fjöldi verkfræðiverkefna hefur þróast hafa kröfur um afköst steypu einnig smám saman aukist. Þar af leiðandi hafa gallar hefðbundinnar steypu, svo sem ófullnægjandi togstyrkur, léleg sprunguþol og óstöðugleiki í rúmmáli, orðið augljósir. Þess vegna hefur bætt afköst steypu stöðugt verið ein af lykilrannsóknarstefnum í byggingarverkfræði.
Til að auka afköst steypu eru trefjar venjulega bættar við til að bæta vélræna eiginleika hennar og seiglu. Dæmi eru meðal annars Stálþráðurs (SF), tilbúnum trefjum (eins og pólýprópýlentrefjum), steinefnatrefjum (eins og basalttrefjum - BF) og kolefnistrefjum (CF). Þessi aðferð hefur enn frekar aukið afköst háafkastamikils steypu (HPC) og ofurháafkastamikils steypu (UHPC).
Trefjar geta að einhverju leyti bætt vélræna eiginleika steinsteypu. Hins vegar leiða mismunandi gerðir og innihald trefja óhjákvæmilega til verulegra breytinga á áhrifum þeirra á vélræna eiginleika steinsteypu. Eins og er þarf enn frekari skýringar á kjörinni trefjainnihaldi, magnbundnu sambandi milli viðeigandi breyta og vélrænna eiginleika og undirliggjandi verkunarháttum trefjastyrktrar steinsteypu. Þessi rannsókn rannsakaði kolefnistrefjar (CF), basaltþræðir (BF) og stálþræðir (SF) sem rannsóknarefni, þar sem steypusýni voru útbúin með mismunandi trefjainnihaldi. Þessar trefjar voru valdar vegna vel skjalfestra aukinna afkösta þeirra í steypu og útbreiddrar notkunar. Með tilraunum með stýrðum breytum voru áhrif trefjategundar og innihalds á þjöppunarstyrk, teygjanleika og bilunaraðferð steypu kerfisbundið greind. Með því að sameina stafræna myndgreiningu og rafeindasmásjárgreiningartækni (SEM) var sprunguþróun trefjastyrktrar steypu meðan á tilraununum stóð athuguð, sem leiddi til eftirfarandi niðurstaðna:
1. Í samanburði við venjulega steypu (PC), er innlimun stálþráða (SF), koltrefja (CF) og basaltþræðir (BF) jók verulega vélræna eiginleika trefjastyrktrar steypu (FRC) og breytti bilunarháttum hennar. Þessar trefjar breyttu þéttleika steypunnar og upphaflegum þjöppunareiginleikum á porum. Þegar trefjainnihaldið jókst færðist bilunarháttur úr brothættu í teygjanlegt. Mikilvægur umskiptapunktur var 0,5% fyrir stáltrefjasteypu (SFC) og 1,0% fyrir bæði koltrefjasteypu (CFC) og basalttrefjasteypu (BFC). Til að hámarka vélræna afköst var kjörinnihald stáltrefja 2,0%, fyrir koltrefja 1,0% og fyrir basalttrefja 0,5%.
2. Þótt trefjainnihald geti bætt þéttleika og burðarþol steypu, getur of hátt innihald leitt til „mettunar“-fyrirbæris, sem veldur „samloðun“ trefja. Þetta hefur neikvæð áhrif á eðliseiginleika steypunnar, styrk og aflögunareiginleika. Stálþráðasteypa náði bestu mögulegu afköstum við trefjarúmmálshlutfall upp á 2,0%, en koltrefjasteypa og basaltþráðasteypa náðu bestu mögulegu afköstum sínum við 1,0% og 0,5%, talið í sömu röð. Umfram þetta bestu innihald versnaði afköstin.
3. Skannandi rafeindasmásjárgreining (SEM) leiddi í ljós að tengifleti trefja og sementsgrunnefnisins hefur veruleg áhrif á makróskópíska vélræna eiginleika steypunnar. Viðeigandi magn trefja myndar þétta þrívíddarnetbyggingu innan steypunnar, sem eykur tengsl grunnefnisins og heildarafköst. Hins vegar leiðir of mikið trefjainnihald til þráðasamloðunar, sem skapar veik tengifleti og dregur úr eðlisþyngd og styrk steypunnar. Breytingarnar á örbyggingu voru mjög í samræmi við þróun makróskópískra vélrænna eiginleika.
4. Viðbót trefja breytti verulega brotaferli steypu. Í samanburði við venjulega steypu sýndi trefjastyrkt steypa meiri heilleika eftir brot, með færri og þrengri sprungum og aukinni seiglu. Stáltrefjar voru áhrifaríkastar við að hindra sprungumyndun, síðan koltrefjar og basalttrefjar. „Brúaráhrif“ trefja gegndu lykilhlutverki í að bæla sprungumyndun, en „veik áhrif á snertifleti“ höfðu neikvæð áhrif á vélræna eiginleika.
