Ricerca sull'ottimizzazione delle prestazioni e sulle applicazioni ingegneristiche del calcestruzzo rinforzato con fibre di basalto a taglio corto.

Negli ultimi anni,Ingegneria autostradale cinese Costruzione si è sviluppato rapidamente, e la tecnologia delle strutture in calcestruzzo ha compiuto progressi significativi, accumulando numerose conquiste tecniche avanzate e consolidate. La progettazione di strutture in calcestruzzo è stata ampiamente applicata nel campo della costruzione di infrastrutture, dimostrandone l'importanza. Tuttavia, insieme a questi risultati, il problema di crepe nel calcestruzzo sta diventando sempre più importante. La presenza di crepe compromette le prestazioni del calcestruzzo, riducendo in particolare il suo resistenza alla trazione, che è la ragione principale della rottura fragile che caratterizza il calcestruzzo. Fibra di basalto tagliata corta, come nuovo materiale fibroso, è diventato un eccellente materiale di rinforzo per il calcestruzzo grazie alle sue proprietà meccaniche uniche, buona stabilità, e un elevato rapporto costi-efficacia.Questo articolo si concentrerà sulle caratteristiche delle scorciatoie Fibra di basalto e approfondire la sua applicazione pratica nel rinforzo e nel consolidamento del calcestruzzo.

2. Proprietà delle fibre di basalto a taglio corto

2.1 Definizione

fibra di basalto è una fibra minerale inorganica che viene lavorata tagliando la fibra di basalto continua in lunghezze tipicamente inferiori a $50\text{mm}$. Può essere disperso uniformemente all'interno del calcestruzzo. Secondo la sua applicazione, Può essere classificato principalmente in: fibra anti-fessurazione per calcestruzzo ($\text{BF}$), fibra di rinforzo e di rinforzo per calcestruzzo$\text{BZ}$), e fibra anti-fessurazione per malta ($\text{BSF}$), tra gli altri.

2.2 Prestazioni di Fibra di basalto a taglio corto

Scorciatoia fibra di basalto possiede eccellenti proprietà di alta forza E modulo elevato. La sua resistenza alla trazione può raggiungere $1050\text{-}1250\text{MPa}$, e il suo modulo elastico non è inferiore a $34\text{GPa}$. Suo resistenza alle alte temperature è eccezionale, consentendogli di funzionare continuamente all'interno di un ampio intervallo di temperatura −269∘C A 650∘C. Presenta un'elevata resistenza alla corrosione E stabilità chimica in mezzi corrosivi come gli acidi, alcali, e sali. In particolare in ambienti alcalini come soluzioni alcaline sature e cemento, il suo tasso di mantenimento della resistenza alla frattura del singolo filamento è maggiore di $75\%$, dimostrando un'eccellente resistenza alla corrosione alcalina. Fibra di basalto tagliata corta ha buona compatibilità con leganti inorganici, un tasso di assorbimento dell'umidità inferiore a $1\%$, e la sua igroscopicità non cambia nel tempo. Ciò dimostra la sua buona stabilità del materiale, lunga durata di vita, e la compatibilità ambientale durante l'uso. Inoltre, questa fibra ha anche eccellenti caratteristiche come l'isolamento, filtrazione ad alta temperatura, resistenza alle radiazioni, e capacità di trasmissione delle onde. I suoi indici di prestazione sono riportati nella Tabella 1.

3. Analisi applicativa delle fibre di basalto a taglio corto nel calcestruzzo

Calcolo rapido in fibra di basalto rinforzata Consiste nell'incorporare una certa quantità di fibre di basalto a taglio corto, continue o discontinue, nel calcestruzzo in modo appropriato. Pur mantenendo il vantaggio originario della resistenza alla compressione del calcestruzzo, questo metodo può migliorare significativamente il suo tenacia E resistenza alla trazione, In tal modo si rinforza e si consolida efficacemente il calcestruzzo, prolungando la vita utile della struttura ingegneristica.

Inoltre fibra di basalto, fibra di carbonio, fibra di vetro, fibra aramidica, e altri sono stati utilizzati anche come materiali di rinforzo nel calcestruzzo. Tuttavia, La pratica a lungo termine dimostra che questi materiali presentano alcuni problemi quando applicati al calcestruzzo, rendendo difficile soddisfare la domanda del mercato di calcestruzzo ad alte prestazioni. L'emergere della fibra di basalto a taglio corto colma questa lacuna nei materiali e nei metodi, promuovendo notevolmente lo sviluppo della tecnologia di consolidamento e rinforzo del calcestruzzo. Il suo ruolo nel rinforzo e nel consolidamento del calcestruzzo si riflette principalmente nei seguenti aspetti:

1. Efficace inibizione della formazione di crepe: Grazie alla sua quantità e ai vantaggi in termini di superficie, le fibre di basalto tagliate corte possono contenere efficacemente le microfratture, impedendo la loro connessione ed espansione. Nel frattempo, supera gli svantaggi delle altre fibre sintetiche, come ad esempio la bassa densità, bassa resistenza alla trazione, e basso modulo elastico. Non si separa facilmente durante la propagazione della crepa, che possono inibire significativamente lo sviluppo di microfratture e ritardare la formazione di nuove fratture, Influisce positivamente sul miglioramento della permeabilità del calcestruzzo e sulla sua resistenza al gelo-disgelo.

2. Unisce un modulo elastico elevato alla praticità di costruzione: La fibra di basalto a taglio corto non solo sfrutta vantaggi simili all'elevato modulo e all'elevata resistenza alla trazione del singolo filamento della fibra d'acciaio per inibire l'espansione della fessura, ma supera efficacemente anche gli svantaggi della fibra d'acciaio, come la facile formazione di grumi durante la miscelazione e le difficoltà di pompaggio e costruzione.

3. Buona disperdibilità e compatibilità: Essendo una fibra inorganica a base di silicati, La fibra di basalto tagliata corta presenta una naturale compatibilità con i materiali cementizi. La sua densità (circa 2,63-2,80g/cm3) è simile a quello del calcestruzzo e della malta cementizia, che si traduce in una buona lavorabilità. Una volta aggiunto, può disperdersi uniformemente in tutta la struttura in calcestruzzo.

4. Eccellente durata: La fibra di basalto a taglio corto modificata in superficie presenta caratteristiche di "fibra inerte", dimostrando un'eccezionale resistenza alle alte temperature, corrosione, e impatto. Mantiene la stabilità anche in ambienti ad alta temperatura e altamente corrosivi, e può migliorare la resistenza alla deformazione della matrice cementizia. Perciò, può adattarsi agli ambienti rigorosi della miscelazione del calcestruzzo, versando, collocamento, e fasi di servizio, migliorando significativamente il durata del calcestruzzo.

In sintesi, le fibre di basalto a taglio corto possono migliorare efficacemente la resistenza agli urti del calcestruzzo, ridurre la sua fragilità, e migliorarne in modo completo le proprietà meccaniche. Nello specifico, nelle strutture in calcestruzzo funziona per inibire le fessurazioni, prevenire le infiltrazioni, migliorare la durabilità, migliorare la capacità di impatto e di trazione, e contribuiscono a migliorare la qualità della superficie.

4. Metodi costruttivi e precauzioni per il calcestruzzo con fibre di basalto a taglio corto

4.1 Temperatura di costruzione

Il calcestruzzo in fibra di basalto a taglio rapido dovrebbe essere costruito a temperature comprese −5∘C E 25∘C. Temperature troppo alte o troppo basse possono causare una miscela non uniforme.

4.2 Controllo della qualità della costruzione

Il controllo di qualità per le costruzioni in calcestruzzo con fibre di basalto a taglio rapido dovrebbe concentrarsi sull'ispezione delle materie prime, precisione di misurazione, e la qualità della procedura di miscelazione.

4.2.1 Progettazione a proporzioni miste

Nella costruzione vera e propria, In base ai requisiti del progetto, è necessario selezionare diversi dosaggi di fibre di basalto a taglio rapido entro un intervallo ragionevole. Poiché la fibra di basalto tagliata corta di per sé non reagisce chimicamente con altri componenti o additivi del calcestruzzo, Il suo dosaggio in genere non altera i principi di progettazione originali delle proporzioni della miscela di calcestruzzo. Durante la costruzione, La qualità di tutti i materiali deve essere rigorosamente determinata in base alle proporzioni della miscela di costruzione e alla quantità del lotto per una singola miscela. La Tabella 2 fornisce un esempio della proporzione ottimale della miscela per il calcestruzzo rinforzato con fibre di basalto.

I test hanno dimostrato che un dosaggio di fibre più elevato non si traduce necessariamente in una maggiore resistenza alle crepe. Quando il dosaggio non supera 1.2kg/m3, La resistenza alla compressione del calcestruzzo mostra un andamento di aumento iniziale seguito da una diminuzione (con un valore di picco) all'aumentare del dosaggio di fibre.

4.2.2 Sequenza e metodo di alimentazione

Durante il processo di miscelazione, fibra di basalto a taglio corto Va aggiunto contemporaneamente ad aggregati come sabbia e pietre. Si raccomanda di spargere la fibra uniformemente nella sabbia e nella pietra durante la loro posa, e poi aggiungere acqua per mescolare a umido.

I metodi di aggiunta di fibre possono essere suddivisi in alimentazione manuale e automatica:

• Alimentazione manuale: La fibra di basalto pesata viene aggiunta manualmente dopo che l'aggregato caldo è stato introdotto nel miscelatore. Questo metodo comporta un'elevata intensità di lavoro, uniformità di miscelazione relativamente inferiore, e richiede un'adeguata estensione del tempo di miscelazione per garantire una dispersione uniforme delle fibre.

• Alimentazione automatica: Un automatico fibra di basalto La macchina dosatrice viene utilizzata per il dosaggio automatico e l'aggiunta simultanea con l'aggregato caldo del miscelatore. La macchina dosatrice di fibre è solitamente dotata di dosaggio automatico, pre-dispersione, e meccanismi di trasporto pneumatico, offrendo i vantaggi di una convenienza, veloce, e addizione precisa. Il metodo più appropriato deve essere scelto in base alle condizioni di costruzione.

4.2.3 Regolazione dell'abbassamento

L'aggiunta di fibre aumenta leggermente la viscosità della miscela di calcestruzzo, che influisce sul crollo. Se l'abbassamento non soddisfa i requisiti di costruzione, Per la regolazione è preferibile utilizzare un plastificante o un agente riduttore d'acqua. Il problema non dovrebbe essere risolto aumentando il contenuto di acqua.

4.2.4 Formatura e polimerizzazione

Non esistono requisiti speciali per la formatura del calcestruzzo miscelato con fibre di basalto a taglio corto, ma è necessario garantire vibrazioni e compattazione sufficienti. Le sue esigenze di stagionatura sono le stesse del calcestruzzo ordinario.

Breve caso applicativo del calcestruzzo con fibre di basalto a taglio rapido

L'autostrada Jing-Zhu (tratto da Anyang a Xinxiang) è un'arteria stradale nazionale e una parte vitale della rete autostradale della provincia di Henan. A causa dell'elevato riempimento dell'argine e della scarsa qualità del terreno di fondazione in questa sezione, Poco dopo l'apertura, si sono verificati cedimenti irregolari del sottofondo e altri difetti. Negli ultimi anni, con l'aumento del volume del traffico e l'incremento dei veicoli sovraccarichi, la pavimentazione ha ripetutamente sofferto di vari difetti quali crepe longitudinali e trasversali, buche, insediamento, crepe nella griglia, e la rottura dell'alligatore. Ciò non solo compromette seriamente la sicurezza alla guida, ma crea anche notevoli difficoltà per la manutenzione ordinaria. Inoltre, il progetto originale a quattro corsie non è più in grado da tempo di soddisfare le esigenze di trasporto, rendendo necessari ampliamento e ricostruzione.

Calcestruzzo in fibra di basalto a taglio rapido è stato applicato nel riempimento del sottofondo di questo progetto. La pratica ha dimostrato che la sua resistenza alla trazione è aumentata di oltre $30\%$, la sua resistenza alla fatica è migliorata di oltre $30\%$, e la sua resistenza all'usura è aumentata di oltre $300\%$. Ha dimostrato una notevole efficacia nel prevenire le crepe longitudinali, inibendo l'espansione della fessura, e prolungando la durata utile della pavimentazione.

Grazie alle sue proprietà meccaniche uniche, eccellente stabilità, e un elevato rapporto costi-efficacia, Le fibre di basalto a taglio corto sono diventate un materiale di rinforzo per calcestruzzo efficiente. Le prospettive di applicazione del calcestruzzo con fibre di basalto a rapida lavorazione sono estremamente ampie. I suoi significativi vantaggi nel migliorare le prestazioni ingegneristiche e nell'estendere la durata di servizio dovrebbero produrre buoni benefici economici e sociali, posizionandolo come un importante materiale da costruzione nel settore dell'ingegneria civile in futuro.