Studio sulle prestazioni di adesione di materiali cementizi rinforzati con fibre di basalto mediante tendini in BFRP
Fattori chiave che influenzano le prestazioni di adesione
- dopaggio del volume delle fibre e lunghezza
Il dosaggio volumetrico di Basalto Il filato tagliato corto ha un effetto significativo sulla forza di adesione e il test mostra che un dosaggio volumetrico dello 0,2% ha l'effetto migliore sul miglioramento della forza di adesione, mentre un dosaggio eccessivo può portare a un calo delle prestazioni a causa dell'agglomerazione delle fibre.
La lunghezza delle fibre (ad esempio 6 mm e 18 mm) ha un effetto minore sulla forza di adesione, ma le fibre più corte si disperdono più facilmente, riducendo i difetti interfacciali.
- Classe di resistenza del calcestruzzo riciclato
L'aumento del grado di resistenza del calcestruzzo riciclato (ad esempio, da C30 a C40) migliora la resistenza del legame tra il BRinforzo in FRP e il substrato, ma l'aumento è limitato e l'interfaccia è soggetta a distacco fragile quando il grado di resistenza è troppo elevato.
- Trattamento dell'interfaccia e agente di accoppiamento
Sabbiatura della superficie di BFRP Il rinforzo può aumentare la rugosità e migliorare la forza di morso meccanica; l'aggiunta di un agente di accoppiamento silanico può ottimizzare il legame chimico tra la fibra e la matrice resinosa e ridurre lo scivolamento interfacciale.
Test e meccanismi delle proprietà adesive
- Test di estrazione centrale
La curva di scorrimento dell'adesione è stata studiata attraverso la prova di estrazione, ed è stato riscontrato che la modalità di danneggiamento dell'adesione era principalmente l'estrazione del tendine o la spaccatura del calcestruzzo. L'aggiunta di fibre di basalto può ritardare il danneggiamento fragile del calcestruzzo e migliorarne la duttilità.
La resistenza di adesione tipica varia da 6 a 12 MPa, e il valore specifico è influenzato dal dosaggio delle fibre, dal diametro del rinforzo (ad esempio, 16 mm) e dal processo di trattamento dell'interfaccia.
- Modello di distribuzione dello stress di legame
La tensione di aderenza si distribuisce in modo non lineare lungo la lunghezza dell'armatura e il picco di tensione si concentra all'estremità di carico. Il modello teorico deve considerare la resistenza alla propagazione delle fessure e l'effetto dell'attrito interfacciale del calcestruzzo fibrorinforzato.
Vantaggi applicativi e casi di studio ingegneristici
- Resistenza alla corrosione e durata
Il rinforzo in BFRP mantiene oltre il 90% della sua resistenza di adesione in ambienti soggetti a erosione da ioni cloruro (ad esempio, nell'ingegneria marina), un risultato nettamente superiore a quello delle barre di rinforzo in acciaio e fibra di vetro.
Un esempio concreto: il ponte sul mare di Qingdao ha adottato rinforzi in BFRP in sostituzione dell'armatura in acciaio, e la sua durata prevista è stata estesa a oltre 100 anni.
- Leggerezza e prestazioni antisismiche
La densità del rinforzo in BFRP è solo 1/4 di quella dell'acciaio, il che consente di utilizzarlo per rinforzare le travi in calcestruzzo, riducendo il peso strutturale del 20%-30% e, allo stesso tempo, migliorando la capacità di assorbimento dell'energia sismica grazie all'avvolgimento del rinforzo.
Sfide esistenti e direzione di ottimizzazione
- rafforzamento del legame interfacciale
Problema esistente: l'interfaccia tra le fibre e la matrice cementizia è soggetta a distacco a causa della concentrazione di stress, e occorre sviluppare agenti interfacciali nano-modificati (ad esempio, drogati con nano-SiO₂) per migliorare il legame chimico.
- Prestazioni a lungo termine e standardizzazione
Mancanza di dati a lungo termine sullo scorrimento viscoso in condizioni di alta temperatura e umidità (ad esempio, per più di 10 anni), sono necessari test di invecchiamento accelerato per la verifica; le specifiche di progettazione non sono ancora uniformi tra i vari paesi e, sebbene la Cina abbia pubblicato lo standard GB/T 38143-2019, le linee guida di progettazione di dettaglio necessitano ancora di miglioramenti.
- Progettazione collaborativa multiscala
In futuro potremo esplorare la tecnologia ibrida di BFRP Rinforzi e fibre d'acciaio/fibre di carbonio per realizzare compositi a gradiente e bilanciare resistenza e duttilità.
Direzioni future della ricerca
- Monitoraggio intelligente e modellazione digitale
Sensori a fibra ottica integrati nei trefoli in BFRP, monitoraggio in tempo reale della deformazione dell'interfaccia di incollaggio e dello sviluppo delle cricche, combinati con la simulazione agli elementi finiti per ottimizzare il progetto.
- processo di preparazione a basse emissioni di carbonio
Ridurre la temperatura di fusione e di estrusione delle fibre di basalto (attualmente 1400-1500 ℃), sviluppando una resina a polimerizzazione a bassa temperatura per ridurre il consumo energetico.
- Utilizzo efficiente dei materiali riciclati
Combinando aggregati riciclati e fibre di basalto con i rifiuti edili, si promuove un sistema di materiali da costruzione ecocompatibili "interamente rinnovabili" e si riduce il consumo di risorse.
Riepilogo
La ricerca sulle prestazioni di adesione dei materiali cementizi rinforzati con fibre di basalto e BFRP I tendini hanno ottenuto risultati graduali, ma la loro applicazione su larga scala deve ancora superare gli ostacoli legati all'ottimizzazione dell'interfaccia, alla verifica della durabilità a lungo termine e alla progettazione standardizzata. In futuro, attraverso l'innovazione multidisciplinare (ad esempio, materiali intelligenti, processi a basse emissioni di carbonio), si prevede che si realizzeranno progressi tecnologici nei settori dell'ingegneria navale e del rinforzo antisismico, contribuendo allo sviluppo di edifici sostenibili.
