फाइबर-प्रबलित कंक्रीटको यान्त्रिक गुण र विफलता संयन्त्र: फाइबरको प्रकार र सामग्रीको प्रभाव

कंक्रीट सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने निर्माण सामग्री। यसले यसको व्यापक उपलब्धता, सरल उत्पादन प्रक्रिया, कम लागत, र प्रयोगमा सहजता सहित धेरै फाइदाहरू प्रदान गर्दछ। यो भवनहरू, सडकहरू, पुलहरू, सुरुङहरू, र हाइड्रोलिक इन्जिनियरिङ जस्ता विभिन्न क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। ठूलो संख्यामा इन्जिनियरिङ परियोजनाहरू विकास हुँदै जाँदा, कंक्रीटको प्रदर्शनमा मागहरू पनि बिस्तारै बढ्दै गएका छन्। फलस्वरूप, अपर्याप्त तन्य शक्ति, कमजोर दरार प्रतिरोध, र भोल्युम अस्थिरता जस्ता परम्परागत कंक्रीटका कमजोरीहरू स्पष्ट भएका छन्। त्यसकारण, कंक्रीटको प्रदर्शन सुधार गर्नु सिभिल इन्जिनियरिङमा निरन्तर प्रमुख अनुसन्धान दिशाहरू मध्ये एक भएको छ।

कंक्रीटको कार्यसम्पादन बढाउन, यसको यान्त्रिक गुण र कठोरता सुधार गर्न फाइबरहरू सामान्यतया थपिन्छन्। उदाहरणहरू समावेश छन् स्टील फाइबरs (SF), सिंथेटिक फाइबर (जस्तै पोलिप्रोपाइलिन फाइबर), खनिज फाइबर (जस्तै बेसाल्ट फाइबर - BF), र कार्बन फाइबर (CF)। यो दृष्टिकोणले उच्च-प्रदर्शन कंक्रीट (HPC) र अल्ट्रा-उच्च प्रदर्शन कंक्रीट (UHPC) को प्रदर्शनलाई अझ बढाएको छ।

फाइबरहरूले केही हदसम्म कंक्रीटको यान्त्रिक गुणहरूलाई सुधार गर्न सक्छन्। यद्यपि, विभिन्न फाइबर प्रकारहरू र सामग्रीहरूले अनिवार्य रूपमा कंक्रीटको यान्त्रिक गुणहरूमा तिनीहरूको प्रभावमा महत्त्वपूर्ण भिन्नताहरू निम्त्याउँछन्। हाल, इष्टतम फाइबर सामग्री, सान्दर्भिक प्यारामिटरहरू र यान्त्रिक गुणहरू बीचको मात्रात्मक सम्बन्ध, र फाइबर-प्रबलित कंक्रीटको अन्तर्निहित संयन्त्रहरूलाई अझै थप स्पष्टीकरण आवश्यक छ। यस अध्ययनले कार्बन फाइबर (CF) को अनुसन्धान गर्‍यो, बेसाल्ट फाइबर (BF), र स्टील फाइबर (SF) लाई अनुसन्धान विषयको रूपमा, विभिन्न फाइबर सामग्रीहरू भएका कंक्रीट नमूनाहरू तयार गर्दै। यी फाइबरहरू कंक्रीटमा तिनीहरूको राम्रोसँग दस्तावेज गरिएको प्रदर्शन वृद्धि र व्यापक प्रयोगको कारणले छनौट गरिएको थियो। नियन्त्रित चर प्रयोगहरू मार्फत, कंक्रीटको कम्प्रेसिभ शक्ति, लोचदार मोड्युलस, र विफलता मोडमा फाइबर प्रकार र सामग्रीको प्रभावहरू व्यवस्थित रूपमा विश्लेषण गरिएको थियो। डिजिटल छवि र स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) विश्लेषण प्रविधिहरू संयोजन गर्दै, प्रयोगहरूको क्रममा फाइबर-प्रबलित कंक्रीटको क्र्याक विकास व्यवहार अवलोकन गरियो, जसले निम्न निष्कर्षहरू निम्त्यायो:

१. साधारण कंक्रीट (PC) को तुलनामा, स्टील फाइबर (SF), कार्बन फाइबर (CF), र बेसाल्ट फाइबर (BF) ले फाइबर-प्रबलित कंक्रीट (FRC) को मेकानिकल गुणहरूलाई उल्लेखनीय रूपमा बढायो र यसको विफलता मोड परिवर्तन गर्‍यो। यी फाइबरहरूले कंक्रीटको कम्प्याक्टनेस र प्रारम्भिक पोर कम्प्रेसन विशेषताहरू परिवर्तन गरे। फाइबर सामग्री बढ्दै जाँदा, विफलता मोड भंगुरबाट डक्टाइलमा सर्यो। महत्वपूर्ण संक्रमण बिन्दु स्टील फाइबर कंक्रीट (SFC) को लागि ०.५% र कार्बन फाइबर कंक्रीट (CFC) र बेसाल्ट फाइबर कंक्रीट (BFC) दुवैको लागि १.०% थियो। मेकानिकल कार्यसम्पादन अधिकतम बनाउन, स्टील फाइबरहरूको लागि इष्टतम सामग्री २.०%, कार्बन फाइबरहरूको लागि १.०%, र बेसाल्ट फाइबरहरूको लागि ०.५% थियो।

२.यद्यपि फाइबर सामग्रीले कंक्रीटको कम्प्याक्टनेस र वहन क्षमतामा सुधार गर्न सक्छ, अत्यधिक उच्च सामग्रीले "संतृप्ति" घटना निम्त्याउन सक्छ, जसले फाइबर "एकत्रीकरण" निम्त्याउँछ। यसले कंक्रीटको भौतिक गुण, बल र विकृति विशेषताहरूमा नकारात्मक असर पार्छ। स्टील फाइबर कंक्रीटले २.०% को फाइबर भोल्युम अंशमा इष्टतम प्रदर्शन हासिल गर्यो, जबकि कार्बन फाइबर कंक्रीट र बेसाल्ट फाइबर कंक्रीटले क्रमशः १.०% र ०.५% मा आफ्नो इष्टतम प्रदर्शनमा पुगे। यी इष्टतम सामग्रीहरू भन्दा बाहिर, प्रदर्शन घट्यो।

३. स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) विश्लेषणले फाइबर र सिमेन्टियस म्याट्रिक्स बीचको अन्तरमुखीय बन्धनले कंक्रीटको म्याक्रोस्कोपिक मेकानिकल गुणहरूलाई उल्लेखनीय रूपमा प्रभाव पार्छ भन्ने कुरा पत्ता लगायो। फाइबरको उपयुक्त मात्राले कंक्रीट भित्र घना त्रि-आयामी नेटवर्क संरचना बनाउँछ, जसले म्याट्रिक्सको कनेक्टिविटी र समग्र कार्यसम्पादन बढाउँछ। यद्यपि, अत्यधिक उच्च फाइबर सामग्रीले फाइबर समूहीकरण निम्त्याउँछ, कमजोर अन्तरमुखीय क्षेत्रहरू सिर्जना गर्दछ र कंक्रीटको घनत्व र बल घटाउँछ। माइक्रोस्ट्रक्चरमा भएका परिवर्तनहरू म्याक्रोस्कोपिक मेकानिकल गुणहरूको विकाससँग अत्यधिक सुसंगत थिए।

४. फाइबरको थपले कंक्रीटको विफलता मोडमा उल्लेखनीय परिवर्तन ल्यायो। सादा कंक्रीटको तुलनामा, फाइबर-प्रबलित कंक्रीटले कम र साँघुरो दरारहरू, र बढेको कठोरताका साथ उच्च विफलता पछिको अखण्डता प्रदर्शन गर्‍यो। स्टील फाइबरहरू दरार निषेधमा सबैभन्दा प्रभावकारी थिए, त्यसपछि कार्बन फाइबर र बेसाल्ट फाइबरहरू थिए। फाइबरहरूको "ब्रिजिंग प्रभाव" ले दरार प्रसारलाई दबाउन महत्त्वपूर्ण भूमिका खेलेको थियो, जबकि "कमजोर इन्टरफेस प्रभाव" ले मेकानिकल गुणहरूमा नकारात्मक प्रभाव पारेको थियो।