Studio sulle prestazioni di adesione di materiali cementizi rinforzati con fibre di basalto con tendini BFRP
Fattori fondamentali che influenzano le prestazioni di legame
- Drogaggio del volume e della lunghezza delle fibre
Il drogaggio del volume di Basalto Il filato corto ha un effetto significativo sulla resistenza del legame e il test dimostra che il drogaggio del volume dello 0,2% ha l'effetto migliore sul miglioramento della resistenza del legame, mentre un drogaggio eccessivo può invece portare a un calo delle prestazioni dovuto all'agglomerazione delle fibre.
La lunghezza delle fibre (ad esempio 6 mm e 18 mm) ha un effetto minore sulla resistenza del legame, ma le fibre più corte si disperdono più facilmente per ridurre 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 Frp e il substrato, ma l'aumento è limitato e l'interfaccia è soggetta a fragilità e desquamazione 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 mordenzatura meccanica; l'aggiunta di un agente accoppiante silanico può ottimizzare il legame chimico tra fibra e matrice di resina e ridurre lo slittamento interfacciale.
Test e meccanismi delle proprietà adesive
- Test di estrazione centrale
La curva di scorrimento del legame è stata studiata attraverso il test di estrazione, e si è scoperto che la modalità di danno del legame 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.
L'intervallo tipico di resistenza del legame è 6-12 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 obbligazionario
Lo sforzo di aderenza è distribuito in modo non lineare lungo la lunghezza del rinforzo e il picco di sforzo è concentrato all'estremità di carico. Il modello teorico deve considerare la resistenza all'estensione delle fessure e l'effetto di attrito interfacciale del calcestruzzo fibrorinforzato.
Vantaggi applicativi e casi ingegneristici
- Resistenza alla corrosione e durata
Il rinforzo BFRP mantiene oltre il 90% della sua forza di adesione in ambienti soggetti a erosione da ioni cloruro (ad esempio, ingegneria navale), un valore significativamente migliore rispetto alle barre di rinforzo in acciaio e fibra di vetro.
Un esempio calzante: il ponte Qingdao Cross-Sea adotta il rinforzo BFRP in sostituzione del rinforzo in acciaio, e la sua aspettativa di vita è stata estesa a oltre 100 anni.
- Leggerezza e prestazioni sismiche
La densità del rinforzo BFRP è pari solo a 1/4 di quella dell'acciaio, il che può essere utilizzato per rinforzare travi in calcestruzzo, riducendo il peso strutturale del 20%-30% e, allo stesso tempo, aumentando la capacità di consumo di energia sismica avvolgendo il 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 desquamazione a causa della concentrazione di stress e devono essere sviluppati agenti interfacciali nanomodificati (ad esempio, drogati con nano-SiO₂) per migliorare il legame chimico.
- Prestazioni e standardizzazione a lungo termine
In mancanza di dati di creep a lungo termine in condizioni di temperatura e umidità elevate (ad esempio, più di 10 anni), sono necessari test di invecchiamento accelerato per la verifica; le specifiche di progettazione non sono ancora uniformi nei vari paesi e, sebbene la Cina abbia pubblicato lo standard GB/T 38143-2019, le linee guida di progettazione dettagliate devono ancora essere migliorate.
- Progettazione collaborativa multiscala
In futuro potremo esplorare la tecnologia ibrida di BFRP rinforzo e fibra di acciaio/fibra di carbonio per realizzare compositi a gradiente e bilanciare resistenza e duttilità.
Direzioni di ricerca future
- Monitoraggio intelligente e modellazione digitale
Sensori in fibra ottica incorporati nei tendini BFRP, monitoraggio in tempo reale della deformazione dell'interfaccia di legame e dello sviluppo delle crepe, combinati con simulazione di elementi finiti per ottimizzare la progettazione.
- Processo di preparazione a basse emissioni di carbonio
Ridurre la temperatura di fusione e di stiratura delle fibre di basalto (attualmente 1400-1500 ℃), sviluppo di resine a bassa temperatura per ridurre il consumo energetico.
- Utilizzo efficiente dei materiali riciclati
Combinare l'aggregato riciclato e la fibra di basalto con gli scarti edili per promuovere il sistema di materiali edilizi ecologici "completamente rinnovabili" e ridurre il consumo di risorse.
Riepilogo
La ricerca sulle prestazioni di adesione dei materiali cementizi rinforzati con fibre di basalto e BFRP I tendini hanno raggiunto risultati graduali, ma la loro applicazione su larga scala deve ancora superare i colli di bottiglia dell'ottimizzazione interfacciale, della verifica della durabilità a lungo termine e della progettazione standardizzata. In futuro, attraverso l'innovazione trasversale multidisciplinare (ad esempio, materiali intelligenti, processi a basse emissioni di carbonio), si prevede che realizzerà innovazioni tecnologiche nei campi dell'ingegneria navale e del rinforzo antisismico, contribuendo allo sviluppo di edifici sostenibili.
