Ottimizzazione delle prestazioni e ricerca applicativa ingegneristica del calcestruzzo rinforzato con fibre di basalto a taglio corto

Negli ultimi anni,Ingegneria stradale cinese Costruzione si è sviluppato rapidamente, e la tecnologia delle strutture in calcestruzzo ha compiuto progressi significativi, accumulando numerosi risultati tecnici avanzati e maturi. 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 notevolmente la sua resistenza alla trazione, che è la causa principale del cedimento fragile del calcestruzzo. Fibra di basalto tagliata corta, come un nuovo materiale in fibra, è diventato un eccellente materiale di rinforzo del calcestruzzo grazie alle sue proprietà meccaniche uniche, buona stabilità, e un elevato rapporto costo-efficacia.Questo articolo si concentrerà sulle caratteristiche della scorciatoia Fibra di basalto ed esplorare la sua applicazione pratica nel rinforzo e nel rafforzamento del calcestruzzo.

2. Proprietà della fibra 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 distribuito uniformemente nel calcestruzzo. Secondo la sua applicazione, può essere principalmente classificato 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 resistenza E alto modulo. 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 ininterrottamente entro 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 mezzi 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 compatibilità ambientale durante l'uso. Inoltre, questa fibra ha anche ottime 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

Calcestruzzo rinforzato con fibre di basalto a taglio corto consiste nell'incorporare nel calcestruzzo, in modo appropriato, una certa quantità di fibre di basalto corte, continue o discontinue. Pur mantenendo il vantaggio originale della resistenza alla compressione del calcestruzzo, questo metodo può migliorare significativamente la sua tenacia E resistenza alla trazione, rinforzando e irrobustendo così efficacemente il calcestruzzo e prolungando la durata 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 tagliata corta colma questa lacuna nei materiali e nei metodi, promuovendo notevolmente lo sviluppo della tecnologia di rinforzo e di rinforzo del calcestruzzo. Il suo ruolo nel rinforzo e nel consolidamento del calcestruzzo si riflette principalmente nei seguenti aspetti:

1. Inibizione efficace delle crepe: Grazie ai suoi vantaggi in termini di quantità e superficie, la fibra di basalto tagliata corta può contenere efficacemente le micro-fessure, impedendone la connessione e l'espansione. Nel frattempo, supera gli svantaggi delle altre fibre sintetiche, come bassa densità, bassa resistenza alla trazione, e basso modulo elastico. Non si separa facilmente durante la propagazione delle crepe, che può inibire significativamente lo sviluppo di micro-fessure e ritardare la generazione di nuove crepe, incidendo positivamente sul miglioramento della permeabilità del calcestruzzo e della resistenza al gelo-disgelo.

2. Combina un modulo elevato con la praticità della costruzione: La fibra di basalto tagliata corta non solo sfrutta vantaggi simili all'elevato modulo della fibra d'acciaio e all'elevata resistenza alla trazione del singolo filamento per inibire l'espansione delle crepe, ma supera efficacemente anche gli svantaggi della fibra d'acciaio, come la facile formazione di grumi durante la miscelazione e la difficoltà di pompaggio e costruzione.

3. Buona disperdibilità e compatibilità: Come fibra inorganica a base di silicato, la fibra di basalto tagliata corta ha una compatibilità naturale con i materiali cementizi. La sua densità (circa 2.63-2,80g/cm3) è vicino a quello del calcestruzzo e della malta cementizia, con conseguente buona lavorabilità. Una volta aggiunto, può disperdersi uniformemente in tutta la struttura in calcestruzzo.

4. Eccellente durata: La fibra di basalto tagliata corta modificata in superficie presenta caratteristiche di "fibra inerte", dimostrando una resistenza eccezionale alle alte temperature, corrosione, e impatto. Mantiene la stabilità anche in ambienti ad alta temperatura e altamente corrosivi, e può aumentare 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 la durevolezza del calcestruzzo.

In sintesi, la fibra di basalto tagliata corta può migliorare efficacemente la resistenza all'impatto del calcestruzzo, ridurne la fragilità, e migliorarne in modo completo le proprietà meccaniche. Nello specifico, funziona nelle strutture in calcestruzzo per inibire le crepe, prevenire le infiltrazioni, migliorare la durabilità, migliorare l'impatto e la capacità di trazione, e contribuire a migliorare la qualità della superficie.

4. Metodi di costruzione e precauzioni per calcestruzzo in fibre di basalto a taglio corto

4.1 Temperatura di costruzione

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

4.2 Controllo di qualità della costruzione

Il controllo di qualità per la costruzione di calcestruzzo in fibra di basalto a taglio corto dovrebbe concentrarsi sull'ispezione delle materie prime, precisione di misurazione, e la qualità della procedura di miscelazione.

4.2.1 Progettazione delle proporzioni di miscelazione

Nella costruzione effettiva, è necessario selezionare diversi dosaggi di fibre di basalto a taglio corto entro un intervallo ragionevole in base ai requisiti del progetto. Poiché la fibra di basalto tagliata corta non reagisce chimicamente con altri componenti o miscele del calcestruzzo, il suo dosaggio in genere non altera i principi di progettazione delle proporzioni della miscela di calcestruzzo originale. Durante la costruzione, la qualità di tutti i materiali deve essere determinata rigorosamente in base alla proporzione 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 maggiore di fibre non comporta necessariamente una migliore resistenza alle crepe. Quando il dosaggio non supera 1.2kg/m3, la resistenza alla compressione del calcestruzzo mostra una tendenza all'aumento iniziale seguito da una diminuzione (che mostra un valore di picco) all'aumentare del dosaggio delle fibre.

4.2.2 Sequenza e metodo di alimentazione

Durante il processo di miscelazione, fibra di basalto tagliata corta dovrebbe essere aggiunto contemporaneamente ad aggregati come sabbia e pietra. Si consiglia di cospargere uniformemente la fibra nella sabbia e nella pietra durante il loro posizionamento, e poi aggiungere acqua per la miscelazione a umido.

I metodi di aggiunta delle 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 inserito 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 dell'aggregato caldo del miscelatore. La macchina dosatrice delle fibre è solitamente dotata di dosaggio automatico, pre-dispersione, e meccanismi di trasporto pneumatico, offrendo i vantaggi di una soluzione conveniente, veloce, e addizione accurata. Il metodo appropriato deve essere scelto in base alle condizioni di costruzione.

4.2.3 Regolazione della depressione

L'aggiunta di fibre aumenta leggermente la viscosità della miscela di calcestruzzo, che influisce sulla crisi. Se il crollo non soddisfa i requisiti di costruzione, per la regolazione si dovrebbe utilizzare preferibilmente un plastificante o un agente riduttore d'acqua. Il problema non dovrebbe essere risolto aumentando il contenuto di acqua.

4.2.4 Formatura e stagionatura

Non esistono requisiti particolari per la formazione di calcestruzzo miscelato con fibre di basalto tagliate corte, ma è necessario garantire vibrazioni e compattazione sufficienti. I requisiti di stagionatura sono gli stessi del calcestruzzo ordinario.

Breve caso applicativo del calcestruzzo in fibre di basalto a taglio corto

L'autostrada Jing-Zhu (tratto da Anyang a Xinxiang) è un'autostrada nazionale e una parte essenziale della rete autostradale della provincia di Henan. A causa dell'elevato riempimento dell'argine e della scarsa qualità del terreno di sottofondo in questa sezione, Subito dopo l'apertura sono comparsi cedimenti irregolari del sottofondo e altri difetti. Negli ultimi anni, con l'aumento del volume del traffico e l'aumento dei veicoli sovraccarichi, la pavimentazione ha ripetutamente sofferto di vari difetti come crepe longitudinali e trasversali, buche, insediamento, crepe nella griglia, e screpolature a coccodrillo. Ciò non solo mette seriamente a repentaglio la sicurezza di guida, ma rende anche molto difficile la manutenzione quotidiana. Inoltre, il progetto originale a quattro corsie non è riuscito a soddisfare le esigenze di trasporto, che necessitano di ampliamento e ricostruzione.

Calcestruzzo in fibre di basalto a taglio corto 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 al solco è aumentata di oltre $300\%$. Ha dimostrato una notevole efficacia nel prevenire le crepe longitudinali, inibendo l'espansione delle crepe, e prolungando la durata di vita della pavimentazione.

Grazie alle sue proprietà meccaniche uniche, eccellente stabilità, e un elevato rapporto costo-efficacia, la fibra di basalto tagliata corta è diventata un materiale di rinforzo efficiente per il calcestruzzo. Le prospettive di applicazione del calcestruzzo in fibre di basalto a taglio corto sono estremamente ampie. Si prevede che i suoi significativi vantaggi nel migliorare le prestazioni ingegneristiche e nell'estendere la durata di vita produrranno buoni benefici economici e sociali, posizionandolo come un importante materiale da costruzione nel campo dell'ingegneria civile del futuro.