Mechanesch Eegeschaften a Feelermechanismen vu faserverstäerktem Beton: Afloss vum Fasertyp a vum Fasergehalt
Beton ass am meeschte verbreet Bau Material. Et bitt vill Virdeeler, dorënner seng verbreet Disponibilitéit, säin einfache Produktiounsprozess, seng niddreg Käschten an seng einfach Uwendung. Et gëtt extensiv a verschiddene Beräicher wéi Gebaier, Stroossen, Brécken, Tunnellen an hydraulesch Ingenieurswiesen agesat. Wéi eng grouss Zuel vun Ingenieursprojeten entwéckelt goufen, sinn och d'Ufuerderungen un d'Leeschtung vu Beton lues a lues eropgaang. Dofir sinn d'Nodeeler vum traditionelle Beton, wéi ongenügend Zuchfestigkeit, schlecht Rëssbeständegkeet a Volumeninstabilitéit, offensichtlech ginn. Dofir ass d'Verbesserung vun der Leeschtung vu Beton ëmmer erëm eng vun de Schlësselfuerschungsrichtung am Bauingenieurwesen.
Fir d'Leeschtung vu Beton ze verbesseren, ginn typescherweis Faseren derbäigesat fir seng mechanesch Eegeschaften an Zähegkeet ze verbesseren. Beispiller enthalen Stolfasers (SF), synthetesch Faseren (wéi Polypropylenfaseren), Mineralfaseren (wéi Basaltfaseren - BF) a Kuelefaseren (CF). Dësen Usaz huet d'Leeschtung vun Héichleistungsbeton (HPC) an Ultrahéichleistungsbeton (UHPC) weider verbessert.
Fasere kënnen, bis zu engem gewësse Grad, d'mechanesch Eegeschafte vu Beton verbesseren. Wéi och ëmmer, verschidden Zorte vu Faseren an Inhalter féieren onvermeidbar zu bedeitende Variatiounen an hirem Impakt op d'mechanesch Eegeschafte vu Beton. Aktuell brauchen den optimale Fasergehalt, d'quantitativ Relatioun tëscht relevante Parameteren a mechanesche Eegeschaften, an déi zugronnleeënd Mechanismen vu faserverstäerktem Beton nach weider Erklärungen. Dës Studie huet Kuelefaseren (CF) ënnersicht, Basaltfaseren (BF) a Stolfaseren (SF) als Fuerschungssujeten, fir Betonprouwen mat variéierende Fasergehalter virzebereeden. Dës Fasere goufe wéinst hirer gutt dokumentéierter Leeschtungsverbesserung a Beton a verbreeter Uwendung ausgewielt. Duerch kontrolléiert variabel Experimenter goufen d'Auswierkunge vum Fasertyp an dem Fasergehalt op d'Drockfestigkeit, den Elastizitéitsmodul an de Brochmodus vu Beton systematesch analyséiert. Duerch d'Kombinatioun vun digitaler Bild- an Rasterelektronenmikroskopie- (SEM) Analysetechniken gouf d'Rëssentwécklungsverhalen vu faserverstäerktem Beton während den Experimenter observéiert, wat zu de folgende Conclusiounen gefouert huet:
1. Am Verglach mat gewéinleche Beton (PC) ass d'Integratioun vu Stolfaseren (SF), Kuelefaseren (CF) an Basaltfaseren (BF) huet déi mechanesch Eegeschafte vu faserverstäerktem Beton (FRC) däitlech verbessert a säi Brochmodus verännert. Dës Faseren hunn d'Kompaktheet vum Beton an d'Charakteristike vun der initialer Porekompressioun geännert. Wéi de Fasergehalt zougeholl huet, ass de Brochmodus vu brécheg op duktil verlagert. De kriteschen Iwwergangspunkt war 0,5% fir Stahlfaserbeton (SFC) an 1,0% fir souwuel Kuelefaserbeton (FCK) wéi och Basaltfaserbeton (BFC). Fir déi mechanesch Leeschtung ze maximéieren, war den optimalen Undeel fir Stahlfaseren 2,0%, fir Kuelefaseren 1,0% a fir Basaltfaseren 0,5%.
2. Obwuel de Fasergehalt d'Kompaktheet an d'Droekapazitéit vu Beton verbessere kann, kann en exzessiv héije Gehalt zu engem "Sättigungs"-Phänomen féieren, wat zu enger "Agglomeratioun" vun de Faseren féiert. Dëst beaflosst d'physikalesch Eegeschafte vum Beton, seng Stäerkt an seng Deformatiounscharakteristiken negativ. Stolfaserbeton huet eng optimal Leeschtung bei engem Faservolumenundeel vun 2,0% erreecht, während Kuelefaserbeton a Basaltfaserbeton hir optimal Leeschtung bei 1,0% respektiv 0,5% erreecht hunn. Iwwer dësen optimalen Gehalt eraus ass d'Leeschtung erofgaangen.
3. D'Rasterelektronemikroskopie (SEM)-Analyse huet gewisen, datt d'Grenzflächenbindung tëscht Faseren an der Zementmatrix d'makroskopesch mechanesch Eegeschafte vum Beton wesentlech beaflosst. Eng entspriechend Quantitéit u Faseren bilt eng dicht dräidimensional Netzwierkstruktur am Beton, wat d'Konnektivitéit an d'Gesamtperformance vun der Matrix verbessert. Wéi och ëmmer, en exzessiv héije Fasergehalt féiert zu enger Faseragglomeratioun, wouduerch schwaach Grenzflächenregiounen entstinn an d'Dicht an d'Festigkeet vum Beton reduzéiert ginn. D'Ännerungen an der Mikrostruktur waren héich am Aklang mat der Evolutioun vun de makroskopesche mechaneschen Eegeschafte.
4. D'Zousätzlech vu Faseren huet de Brochmodus vum Beton däitlech verännert. Am Verglach mat einfachem Beton huet faserverstäerkte Beton eng méi héich Integritéit nom Broch gewisen, mat manner a méi schmuele Rëss, an enger erhéichter Zähegkeet. Stolfasere ware am effektivsten bei der Rësshemmung, gefollegt vu Kuelefaseren a Basaltfaseren. Den "Bréckeffekt" vun de Faseren huet eng entscheedend Roll bei der Ënnerdréckung vun der Rëssausbreedung gespillt, während den "schwaachen Grenzflächeneffekt" en negativen Impakt op d'mechanesch Eegeschafte hat.
