מחקר על ביצועי ההידבקות של חומרים צמנטיים מחוזקים בסיבי בזלת עם גידים של BFRP

גורמי השפעה מרכזיים על ביצועי הדבקה

1. סימום נפח ואורך סיבים

סימום הנפח של בַּזֶלֶת לחוט קצר יש השפעה משמעותית על חוזק ההדבקה, והבדיקה מראה כי סימום נפחי של 0.2% משפיע בצורה הטובה ביותר על שיפור חוזק ההדבקה, וסימום מוגזם עלול להוביל לירידה בביצועים עקב הצטברות סיבים.

לאורך הסיבים (למשל 6 מ"מ ו-18 מ"מ) יש פחות השפעה על חוזק הקשר, אך סיבים קצרים יותר מתפזרים ביתר קלות כדי להפחית פגמים בממשק.

2. דרגת חוזק של בטון ממוחזר

העלאת דרגת החוזק של בטון ממוחזר (למשל, מ-C30 ל-C40) משפרת את חוזק הקשר בין הבטון B.חיזוק FRP והמצע, אך העלייה מוגבלת, והממשק רגיש לקילוף שביר כאשר דרגת החוזק גבוהה מדי.

3. טיפול בממשק וחומר צימוד

התזת חול על פני השטח של BFRP חיזוק יכול להגביר את החספוס ולשפר את כוח הנשיכה המכני; הוספת חומר צימוד סילאן יכולה לייעל את הקשר הכימי בין הסיבים למטריצת השרף ולהפחית את ההחלקה הממשקית.

בדיקות ומנגנונים של תכונות הדבקה

1. מבחן משיכה מרכזית

עקומת ההחלקה-הקשר נחקרה באמצעות מבחן השליכה, ונמצא כי מצב הנזק לקשר היה בעיקר משיכת גידים או ביקוע בטון. הוספת סיבי בזלת יכול לעכב את הנזק השביר של בטון ולשפר את הגמישות שלו.

טווח חוזק הקשר הטיפוסי הוא 6-12 מגה פסקל, והערך הספציפי מושפע ממינון הסיבים, קוטר החיזוק (למשל, 16 מ"מ) ותהליך הטיפול בממשק.

2. מודל התפלגות מאמצים בקשר

מאמץ ההיקשרות מתפזר בצורה לא ליניארית לאורך החיזוק, ומאמץ השיא מרוכז בקצה העומס. המודל התאורטי צריך לקחת בחשבון את ההתנגדות להארכת הסדק ואת אפקט חיכוך הממשק של בטון מזוין בסיבים.

יתרונות יישום ומקרים הנדסיים

1. עמידות בפני קורוזיה ועמידות

חיזוק BFRP שומר על יותר מ-90% מחוזק הקשר שלו בסביבות של שחיקה של יוני כלוריד (למשל, הנדסה ימית), וזה טוב משמעותית ממוטות חיזוק מפלדה ופיברגלס.

דוגמה לכך: גשר צ'ינגדאו חוצה את הים מאמץ חיזוק BFRP כדי להחליף חיזוק פלדה, ותוחלת החיים שלו הוארכה ליותר מ-100 שנים.

2. קל משקל וביצועים סייסמיים

צפיפות חיזוק BFRP היא רק רבע מזו של פלדה, שניתן להשתמש בה לחיזוק קורות בטון כדי להפחית את משקל המבנה ב-20%-30%, ובמקביל לשפר את קיבולת צריכת האנרגיה הסייסמית על ידי עטיפת החיזוק.

אתגרים קיימים וכיוון אופטימיזציה

1. חיזוק קשר בין-פנים

בעיה קיימת: הממשק בין הסיבים למטריצת הצמנט נוטה להתקלף עקב ריכוז מאמצים, ויש לפתח חומרי ממשק שעברו שינוי ננומטריים (למשל, מסוממים בננו-SiO₂) כדי לשפר את הקשר הכימי.

2. ביצועים ארוכי טווח וסטנדרטיזציה

בהיעדר נתוני זחילה ארוכי טווח תחת טמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה (למשל, יותר מ-10 שנים), יש צורך בבדיקות הזדקנות מואצות כדי לאמת; מפרטי התכנון אינם אחידים עדיין בין מדינות, ולמרות שסין פרסמה את תקן GB/T 38143-2019, עדיין יש צורך בשיפור הנחיות התכנון המפורטות.

3. עיצוב שיתופי רב-ממדי

בעתיד נוכל לחקור את הטכנולוגיה ההיברידית של BFRP חיזוק וסיבים פלדה/סיבי פחמן לבניית חומרים מרוכבים בגרדיאנט ולאזן את החוזק והגמישות.

כיווני מחקר עתידיים  

1. ניטור חכם ומידול דיגיטלי

חיישני סיבים אופטיים מוטמעים בגידי BFRP, ניטור בזמן אמת של מאמץ והתפתחות סדקים בממשק הקשר, בשילוב עם סימולציית אלמנטים סופיים לאופטימיזציה של התכנון.

2. תהליך הכנה דל פחמן

הפחתת טמפרטורת ההיתוך והציור של סיבי בזלת (כיום 1400-1500 ℃), פיתוח שרף ריפוי בטמפרטורה נמוכה כדי להפחית את צריכת האנרגיה.

3. ניצול יעיל של חומרים ממוחזרים

שלבו את האגרגטים הממוחזרים וסיבי הבזלת עם פסולת בניין כדי לקדם את מערכת חומרי הבנייה הירוקים "המתחדשים לחלוטין" ולהפחית את צריכת המשאבים.

תַקצִיר

המחקר על ביצועי ההדבקה של חומרים צמנטיים מחוזקים בסיבי בזלת ו BFRP גידים השיגה תוצאות שלב אחר שלב, אך יישומם בקנה מידה גדול עדיין צריך לפרוץ את צווארי הבקבוק של אופטימיזציה של ממשק, אימות עמידות לטווח ארוך ותכנון סטנדרטי. בעתיד, באמצעות חדשנות רב-תחומית (למשל, חומרים חכמים, תהליכים דלי פחמן), צפוי כי הדבר יגשים פריצות דרך טכנולוגיות בתחומי ההנדסה הימית וחיזוק עמיד בפני רעידות אדמה, ויסייע בפיתוח מבנים בני קיימא.