Sifat Mekanikal dan Mekanisme Kegagalan Konkrit Bertetulang Gentian: Pengaruh Jenis dan Kandungan Gentian

Konkrit adalah yang paling banyak digunakan Pembinaan bahan. Ia menawarkan pelbagai kelebihan, termasuk ketersediaannya yang meluas, proses pengeluaran yang mudah, kos rendah dan kemudahan aplikasi. Ia digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang seperti bangunan, jalan raya, jambatan, terowong dan kejuruteraan hidraulik. Memandangkan sebilangan besar projek kejuruteraan telah dibangunkan, permintaan terhadap prestasi konkrit juga secara beransur-ansur meningkat. Akibatnya, kekurangan konkrit tradisional seperti kekuatan tegangan yang tidak mencukupi, rintangan retak yang lemah dan ketidakstabilan isipadu telah menjadi jelas. Oleh itu, peningkatan prestasi konkrit secara konsisten menjadi salah satu hala tuju penyelidikan utama dalam kejuruteraan awam.

Untuk meningkatkan prestasi konkrit, gentian biasanya ditambah untuk meningkatkan sifat mekanikal dan ketahanannya. Contohnya termasuk Serat Kelulis (SF), gentian sintetik (seperti gentian polipropilena), gentian mineral (seperti gentian basalt - BF), dan gentian karbon (CF). Pendekatan ini telah meningkatkan lagi prestasi konkrit berprestasi tinggi (HPC) dan konkrit berprestasi ultra tinggi (UHPC).

Gentian, sehingga tahap tertentu, boleh meningkatkan sifat mekanikal konkrit. Walau bagaimanapun, jenis dan kandungan gentian yang berbeza pasti membawa kepada variasi ketara dalam kesannya terhadap sifat mekanikal konkrit. Pada masa ini, kandungan gentian yang optimum, hubungan kuantitatif antara parameter yang berkaitan dan sifat mekanikal, dan mekanisme asas konkrit bertetulang gentian masih memerlukan penjelasan lanjut. Kajian ini mengkaji gentian karbon (CF), gentian basalt (BF), dan gentian keluli (SF) sebagai subjek penyelidikan, menyediakan spesimen konkrit dengan kandungan gentian yang berbeza-beza. Gentian ini dipilih kerana peningkatan prestasinya yang didokumentasikan dengan baik dalam konkrit dan aplikasi yang meluas. Melalui eksperimen pembolehubah terkawal, kesan jenis dan kandungan gentian terhadap kekuatan mampatan, modulus elastik, dan mod kegagalan konkrit telah dianalisis secara sistematik. Menggabungkan teknik analisis imej digital dan mikroskopi elektron imbasan (SEM), tingkah laku evolusi retakan konkrit bertetulang gentian semasa eksperimen telah diperhatikan, yang membawa kepada kesimpulan berikut:

1. Berbanding dengan konkrit biasa (PC), penggabungan gentian keluli (SF), gentian karbon (CF), dan gentian basalt (BF) meningkatkan sifat mekanikal konkrit bertetulang gentian (FRC) dengan ketara dan mengubah mod kegagalannya. Gentian ini mengubah kekompakan dan ciri mampatan liang awal konkrit. Apabila kandungan gentian meningkat, mod kegagalan beralih daripada rapuh kepada mulur. Titik peralihan kritikal ialah 0.5% untuk konkrit gentian keluli (SFC) dan 1.0% untuk konkrit gentian karbon (CFC) dan konkrit gentian basalt (BFC). Untuk memaksimumkan prestasi mekanikal, kandungan optimum untuk gentian keluli ialah 2.0%, untuk gentian karbon 1.0%, dan untuk gentian basalt 0.5%.

2. Walaupun kandungan gentian boleh meningkatkan kekompakan dan kapasiti galas konkrit, kandungan yang terlalu tinggi boleh menyebabkan fenomena "tepu", menyebabkan "aglomerasi" gentian. Ini memberi kesan negatif kepada sifat fizikal, kekuatan dan ciri-ciri ubah bentuk konkrit. Konkrit gentian keluli mencapai prestasi optimum pada pecahan isipadu gentian sebanyak 2.0%, manakala konkrit gentian karbon dan konkrit gentian basalt mencapai prestasi optimumnya masing-masing pada 1.0% dan 0.5%. Di luar kandungan optimum ini, prestasi merosot.

3. Analisis Mikroskopi Elektron Pengimbasan (SEM) mendedahkan bahawa ikatan antara muka antara gentian dan matriks simen mempengaruhi sifat mekanikal makroskopik konkrit dengan ketara. Jumlah gentian yang sesuai membentuk struktur rangkaian tiga dimensi yang padat dalam konkrit, meningkatkan ketersambungan matriks dan prestasi keseluruhan. Walau bagaimanapun, kandungan gentian yang terlalu tinggi menyebabkan aglomerasi gentian, mewujudkan kawasan antara muka yang lemah dan mengurangkan ketumpatan dan kekuatan konkrit. Perubahan dalam mikrostruktur adalah sangat konsisten dengan evolusi sifat mekanikal makroskopik.

4. Penambahan gentian telah mengubah mod kegagalan konkrit dengan ketara. Berbanding dengan konkrit biasa, konkrit bertetulang gentian mempamerkan integriti pasca kegagalan yang lebih tinggi, dengan retakan yang lebih sedikit dan sempit, serta ketahanan yang dipertingkatkan. Gentian keluli paling berkesan dalam perencatan retakan, diikuti oleh gentian karbon dan gentian basalt. "Kesan penyambungan" gentian memainkan peranan penting dalam menyekat perambatan retakan, manakala "kesan antara muka yang lemah" mempunyai kesan negatif terhadap sifat mekanikal.