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

Konkrit adalah yang paling banyak digunakan Pembinaan bahan. Ia menawarkan banyak 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 sejumlah besar projek kejuruteraan telah dibangunkan, permintaan terhadap prestasi konkrit juga telah meningkat secara beransur-ansur. Akibatnya, kelemahan konkrit tradisional, seperti kekuatan tegangan yang tidak mencukupi, rintangan retak yang lemah, dan ketidakstabilan isipadu, telah menjadi jelas. Oleh itu, meningkatkan 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 keliatannya. Contohnya termasuk Gentian Kelulis (SF), gentian sintetik (seperti gentian polipropilena), gentian mineral (seperti gentian basalt - BF), dan gentian karbon (CF). Pendekatan ini telah meningkatkan lagi prestasi konkrit prestasi tinggi (HPC) dan konkrit prestasi ultra tinggi (UHPC).

Gentian boleh, sedikit sebanyak, meningkatkan sifat mekanikal konkrit. Walau bagaimanapun, jenis dan kandungan gentian yang berbeza tidak dapat dielakkan membawa kepada variasi ketara dalam kesannya terhadap sifat mekanikal konkrit. Pada masa ini, kandungan gentian optimum, hubungan kuantitatif antara parameter yang berkaitan dan sifat mekanikal, dan mekanisme asas konkrit bertetulang gentian masih memerlukan penjelasan lanjut. Kajian ini menyiasat 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 prestasi yang didokumentasikan dengan baik dalam aplikasi konkrit dan meluas. Melalui eksperimen pembolehubah terkawal, kesan jenis gentian dan kandungan ke atas kekuatan mampatan, modulus keanjalan, dan mod kegagalan konkrit telah dianalisis secara sistematik. Menggabungkan imej digital dan teknik analisis mikroskop elektron pengimbasan (SEM), tingkah laku evolusi retak konkrit bertetulang gentian semasa eksperimen diperhatikan, membawa kepada kesimpulan berikut:

1. Berbanding dengan konkrit biasa (PC), penggabungan gentian keluli (SF), gentian karbon (CF), dan gentian basalt (BF) dengan ketara meningkatkan sifat mekanikal konkrit bertetulang gentian (FRC) dan mengubah mod kegagalannya. Gentian ini mengubah kekompakan konkrit dan ciri-ciri mampatan liang awal. 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 membawa kepada fenomena "ketepuan", menyebabkan gentian "aglomerasi." Ini memberi kesan negatif kepada sifat fizikal konkrit, kekuatan, dan ciri ubah bentuk. Konkrit gentian keluli mencapai prestasi optimum pada pecahan volum gentian sebanyak 2.0%, manakala konkrit gentian karbon dan konkrit gentian basalt mencapai prestasi optimum masing-masing pada 1.0% dan 0.5%. Di luar kandungan optimum ini, prestasi menurun.

3. Analisis Mikroskopi Elektron Pengimbasan (SEM) mendedahkan bahawa ikatan antara muka antara gentian dan matriks bersimen secara signifikan mempengaruhi sifat mekanikal makroskopik konkrit. 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 membawa kepada penggumpalan gentian, mewujudkan kawasan antara muka yang lemah dan mengurangkan ketumpatan dan kekuatan konkrit. Perubahan dalam struktur mikro 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 selepas kegagalan yang lebih tinggi, dengan retakan yang lebih sedikit dan lebih sempit, dan keliatan yang dipertingkatkan. Gentian keluli paling berkesan dalam perencatan retak, diikuti oleh gentian karbon dan gentian basalt. "Kesan merapatkan" gentian memainkan peranan penting dalam menyekat perambatan retak, manakala "kesan antara muka yang lemah" mempunyai kesan negatif ke atas sifat mekanikal.