אופטימיזציה של ביצועים ומחקר יישומים הנדסי של בטון מזוין סיבי בזלת קצר חתך

בשנים האחרונות,הנדסת כבישים מהירים בסין בְּנִיָה התפתח במהירות, וטכנולוגיית מבני בטון השיגה התקדמות משמעותית, צבר הישגים טכניים מתקדמים ובוגרים רבים. תכנון מבני בטון יושם באופן נרחב בתחום בניית התשתיות, הוכחת חשיבותה. אוּלָם, יחד עם ההישגים הללו, הבעיה של סדקי בטון הופך בולט יותר ויותר. נוכחות סדקים פוגעת בביצועי הבטון, צמצום ניכר שלה חוזק מתיחה, שהיא הסיבה העיקרית לכשל השביר שמוצג על ידי בטון. סיבי בזלת קצרים, כחומר סיבים חדשני, הפך לחומר חיזוק בטון מצוין בזכות תכונותיו המכניות הייחודיות, יציבות טובה, וחסכון גבוה מבחינת עלויות.מאמר זה יתמקד במאפיינים של קיצורי דרך סיבי בזלת ולחקור את יישומו המעשי בחיזוק וחיזוק בטון.

2. תכונות של סיבי בזלת קצרי גזירה

2.1 הגדרה

סיבי בזלת הוא סיב מינרלי אנאורגני המעובד על ידי חיתוך סיבי בזלת רציפים לאורכים שבדרך כלל קצרים מ $50\text{מ"מ}$. ניתן לפזר אותו באופן אחיד בתוך בטון. לפי היישום שלו, ניתן לסווג אותו בעיקר ל: סיבים נגד סדקים לבטון ($\text{חברה}$), סיבים להקשיחות וחיזוק לבטון ($\text{BZ}$), וסיבים נגד סדקים לטיט ($\text{BSF}$), בין היתר.

2.2 ביצועי סיבי בזלת קצרים

קיצור דרך סיבי בזלת בעל תכונות מצוינות של חוזק גבוה ו מודולוס גבוה. חוזק המתיחה שלו יכול להגיע $1050\text{-}1250\text{MPa}$, ומודולוס האלסטיות שלו אינו פחות מ $34\text{ממוצע ממוצע}$. שֶׁלָה עמידות בטמפרטורה גבוהה הוא יוצא מן הכלל, המאפשר לו לעבוד ברציפות בטווח טמפרטורות רחב של −269∘ג אֶל 650∘ג. זה מציג תוצאות גבוהות עמידות בפני קורוזיה ו יציבות כימית במדיה קורוזיבית כגון חומצות, אלקליות, ומלחים. במיוחד במדיה אלקלית כמו תמיסת אלקלית רוויה ומלט, שיעור שימור חוזק השבר של פילמנט יחיד גדול מ- $75\%$, מפגין עמידות מצוינת בפני קורוזיה אלקלית. סיבי בזלת קצרים יש תאימות טובה עם חומרים קלסרים אנאורגניים, קצב ספיגת לחות נמוך מ- $1\%$, וההיגרוסקופיות שלו אינה משתנה עם הזמן. זה מוכיח את יציבותו הטובה של החומר, תוחלת חיים ארוכה, ותאימות סביבתית במהלך השימוש. יֶתֶר עַל כֵּן, לסיב זה יש גם תכונות מצוינות כגון בידוד, סינון בטמפרטורה גבוהה, עמידות לקרינה, ויכולת העברת גלים. מדדי הביצועים שלה מוצגים בטבלה 1.

3. ניתוח יישום של סיבי בזלת קצרים בבטון

בטון מזוין סיבי בזלת קצרים כרוך בשילוב כמות מסוימת של סיבי בזלת קצרים רציפים או לא רציפים בבטון באופן מתאים. תוך שמירה על היתרון המקורי של חוזק הדחיסה של הבטון, שיטה זו יכולה לשפר משמעותית את קְשִׁיחוּת ו חוזק מתיחה, ובכך מחזקים ומחזקים ביעילות את הבטון ומאריכים את חיי השירות של המבנה ההנדסי.

נוֹסָף עַל סיבי בזלת, סיבי פחמן, סיבי זכוכית, סיב ארמיד, ואחרים שימשו גם כחומרי חיזוק בבטון. אוּלָם, ניסיון ארוך טווח מראה שחומרים אלה מציגים בעיות מסוימות כאשר הם מיושמים על בטון, מקשה על עמידה בביקוש השוק לבטון בעל ביצועים גבוהים. הופעתם של סיבי בזלת קצרי ערך ממלאת את הפער הזה בחומרים ובשיטות, מקדם מאוד את פיתוח טכנולוגיית חיזוק וחיזוק בטון. תפקידו בחיזוק ובחיזוק בטון בא לידי ביטוי בעיקר בהיבטים הבאים:

1. עיכוב סדקים יעיל: בשל יתרונות הכמות ושטח הפנים שלו, סיבי בזלת קצרים יכולים לרסן ביעילות סדקים זעירים, מונעים את החיבור וההתרחבות שלהם. בינתיים, זה מתגבר על החסרונות של סיבים סינתטיים אחרים, כגון צפיפות נמוכה, חוזק מתיחה נמוך, ומודולוס אלסטיות נמוך. זה לא מתפרק בקלות במהלך התפשטות הסדק, אשר יכול לעכב באופן משמעותי את התפתחותם של סדקים קטנים ולעכב את יצירתם של סדקים חדשים, בעל השפעה חיובית על שיפור חדירות הבטון ועמידותו בפני הקפאה והפשרה.

2. משלב מודולוס גבוה עם נוחות בנייה: סיב בזלת חתוך קצר לא רק ממנף יתרונות דומים למודול הגבוה של סיב פלדה וחוזק מתיחה גבוה של פילמנט בודד כדי לעכב התפשטות סדקים, אלא גם מתגבר ביעילות על החסרונות של סיבי פלדה, כגון היווצרות גושים קלה במהלך הערבוב וקושי בשאיבה ובבנייה.

3. פיזור ותאימות טובים: כסיב אנאורגני מבוסס סיליקט, סיבי בזלת חתוכים קצרים בעלי תאימות טבעית עם חומרים צמנטיים. הצפיפות שלו (בערך 2.63-2.80גרם/סמ"ר3) קרוב לזה של בטון וטיט, וכתוצאה מכך יכולת עבודה טובה. לאחר הוספה, הוא יכול להתפזר באופן אחיד בכל מבנה הבטון.

4. עמידות מעולה: סיבי בזלת קצרים שעברו שינוי פני השטח מציגים מאפייני "סיבים אינרטיים", מפגינים עמידות יוצאת דופן לטמפרטורות גבוהות, קורוזיה, והשפעה. הוא שומר על יציבות גם בסביבות בעלות טמפרטורה גבוהה וקורוזיביות גבוהה, וזה יכול לשפר את עמידות העיוות של מטריצת הצמנט. לָכֵן, הוא יכול להסתגל לסביבות הקפדניות של ערבוב בטון, מְזִיגָה, סְבִיבָה, ושלבי שירות, שיפור משמעותי של עֲמִידוּת של הבטון.

לסיכום, סיבי בזלת קצרים יכולים לשפר ביעילות את עמידות הפגיעה של בטון, להפחית את שבירותו, ולשפר באופן מקיף את התכונות המכניות שלו. ספציפית, הוא מתפקד במבני בטון כדי לעכב סדקים, למנוע חלחול, לשפר את העמידות, לשפר את כושר ההשפעה והמתיחה, ולעזור לשפר את איכות פני השטח.

4. שיטות בנייה ואמצעי זהירות לבטון סיבי בזלת חתוך קצר

4.1 טמפרטורת בנייה

יש לבנות בטון סיבי בזלת קצר בטמפרטורות שבין −5∘ג ו 25∘ג. טמפרטורות גבוהות מדי או נמוכות מדי עלולות להוביל לחוסר אחידות של התערובת.

4.2 בקרת איכות הבנייה

בקרת איכות לבניית בטון בזלת קצרצר צריכה להתמקד בבדיקת חומרי גלם, דיוק מדידה, ואיכות תהליך הערבוב.

4.2.1 עיצוב פרופורציות ערבוב

בבנייה בפועל, יש לבחור מינונים שונים של סיבי בזלת לחתך קצר בטווח סביר בהתבסס על דרישות הפרויקט. מכיוון שסיבי בזלת חתוכים קצרים עצמם אינם מגיבים כימית עם רכיבי בטון או תערובות אחרות, המינון שלו בדרך כלל אינו משנה את עקרונות התכנון המקוריים של פרופורציות תערובת הבטון. במהלך הבנייה, יש לקבוע את איכות כל החומרים בקפדנות בהתאם ליחס תערובת הבנייה ולכמות האצווה עבור תערובת בודדת. טבלה 2 מספקת דוגמה ליחס התערובת האופטימלי עבור בטון מזוין בסיבי בזלת.

בדיקות הראו כי מינון גבוה יותר של סיבים אינו בהכרח מביא לעמידות טובה יותר בפני סדקים. כאשר המינון אינו עולה על 1.2ק"ג/מ"ר3, חוזק הדחיסה של הבטון מראה מגמה של עלייה התחלתית ולאחר מכן ירידה (עם ערך שיא) ככל שמינון הסיבים עולה.

4.2.2 רצף ושיטת האכלה

במהלך תהליך הערבוב, סיבי בזלת קצרים יש להוסיף במקביל לאגרגטים כגון חול ואבן. מומלץ לפזר את הסיבים באופן אחיד על החול והאבן במהלך הנחתם, ולאחר מכן להוסיף מים לערבוב רטוב.

ניתן לחלק את שיטות הוספת הסיבים להזנה ידנית ואוטומטית:

• הזנה ידנית: סיבי הבזלת השקולים מוסיפים ידנית לאחר הכנסת האגרגט החם למיקסר. שיטה זו כרוכה בעצימות עבודה גבוהה, אחידות ערבוב נמוכה יחסית, ודורש הארכה מתאימה של זמן הערבוב כדי להבטיח פיזור אחיד של הסיבים.

• הזנה אוטומטית: אוטומטי סיבי בזלת מכונת מינון משמשת למדידה אוטומטית ולהוספה בו זמנית עם הצריף החם של המיקסר. מכונת מינון הסיבים מצוידת בדרך כלל במדידה אוטומטית, פיזור מקדים, ומנגנוני שינוע פנאומטיים, מציע את היתרונות של נוחות, מָהִיר, וחיבור מדויק. יש לבחור את השיטה המתאימה בהתאם לתנאי הבנייה.

4.2.3 התאמת שיפוע

תוספת הסיבים מגבירה מעט את צמיגות תערובת הבטון, מה שמשפיע על השפל. אם השפל לא עומד בדרישות הבנייה, יש להשתמש עדיף בחומר פלסטי או חומר להפחתת מים לצורך כוונון. הבעיה לא צריכה להיפתר על ידי הגדלת כמות המים.

4.2.4 עיצוב וריפוי

אין דרישות מיוחדות לעיצוב בטון מעורבב עם סיבי בזלת חתוכים קצרים, אך יש להבטיח רטט ודחיסה מספקים. דרישות הייבוש שלו זהות לאלו של בטון רגיל.

מקרה יישום קצר של בטון סיבי בזלת בחיתוך קצר

כביש ג'ינג-ג'ו (קטע אניאנג לשינשיאנג) הוא כביש ראשי לאומי וחלק חיוני מרשת הכבישים המהירים של מחוז הנאן. עקב מילוי הסוללה הגבוה ואיכות אדמת התשתית הירודה בקטע זה, שקיעת תשתית לא אחידה ופגמים אחרים הופיעו זמן קצר לאחר פתיחתה. בשנים האחרונות, עם העלייה בנפח התנועה והעלייה במספר כלי הרכב העמוסים, הריצוף סבל שוב ושוב מפגמים שונים כגון סדקים אורכיים ורוחביים, בורות, הֶסדֵר, סדקי רשת, ופיצוח תנינים. זה לא רק מאיים קשות על בטיחות הנהיגה, אלא גם מהווה קושי רב בתחזוקה היומיומית. יֶתֶר עַל כֵּן, התכנון המקורי של ארבעת הנתיבים לא עמד זה מכבר בדרישות התחבורה, המחייבים הרחבה ובנייה מחדש.

בטון סיבי בזלת קצר יושם במילוי תשתית הפרויקט הזה. התרגול הראה כי חוזק המתיחה שלו גדל ביותר מ- $30\%$, עמידות העייפות שלו השתפרה ביותר מ- $30\%$, ועמידותה בפני חריצים גדלה ביותר מ- $300\%$. זה הראה יעילות משמעותית במניעת סדקים אורכיים, עיכוב התפשטות סדקים, והארכת חיי השירות של המדרכה.

עם תכונותיו המכניות הייחודיות, יציבות מעולה, וחסכון גבוה, סיבי בזלת חתוכים קצרים הפכו לחומר חיזוק בטון יעיל. אפשרויות היישום של בטון סיבי בזלת בחיתוך קצר הן רחבות ביותר. יתרונותיו המשמעותיים בשיפור ביצועי ההנדסה והארכת חיי השירות צפויים להניב יתרונות כלכליים וחברתיים טובים, מיצבו כחומר בנייה חשוב בתחום ההנדסה האזרחית בעתיד.