Optymalizacja wydajności i badania zastosowań inżynieryjnych w betonie bazaltowym zbrojonym włóknami

W ostatnich latachChińska inżynieria drogowa Budowa rozwijał się szybko, a technologia konstrukcji betonowych osiągnęła znaczący postęp, gromadząc liczne zaawansowane i dojrzałe osiągnięcia techniczne. Projektowanie konstrukcji betonowych jest szeroko stosowane w budownictwie infrastrukturalnym, pokazując jego znaczenie. Jednakże, wraz z tymi osiągnięciami, problem pękanie betonu staje się coraz bardziej widoczne. Obecność pęknięć wpływa negatywnie na właściwości betonu, w szczególności zmniejszając jego wytrzymałość na rozciąganie, co jest główną przyczyną kruchego pękania betonu. Włókno bazaltowe cięte na krótko, jako nowy materiał włóknisty, stał się doskonałym materiałem wzmacniającym beton ze względu na swoje unikalne właściwości mechaniczne, dobra stabilność, i wysoką opłacalność.W tym artykule skupimy się na charakterystyce skrótów Włókno bazaltowe i zbadać jego praktyczne zastosowanie w zbrojeniu i wzmacnianiu betonu.

2. Właściwości włókna bazaltowego ciętego na krótko

2.1 Definicja

włókno bazaltowe jest nieorganicznym włóknem mineralnym, które jest przetwarzane poprzez cięcie ciągłego włókna bazaltowego na długości zwykle mniejsze niż $50\text{mm}$. Można go równomiernie rozprowadzić w betonie. Zgodnie z jego zastosowaniem, Można je podzielić głównie na: włókno przeciwpęknięciowe do betonu ($\text{BF}$), włókno wzmacniające i utwardzające do betonu ($\text{BZ}$), i włókno przeciwpęknięciowe do zapraw ($\text{BSF}$), między innymi.

2.2 Wydajność Włókno bazaltowe cięte na krótko

Skrót włókno bazaltowe posiada doskonałe właściwości wysoka wytrzymałość I wysoki moduł. Jego wytrzymałość na rozciąganie może osiągnąć $1050\text{-}1250\text{MPa}$, a jego moduł sprężystości nie jest mniejszy niż $34\text{GPa}$. Jego odporność na wysoką temperaturę jest wybitny, umożliwiając mu ciągłą pracę w szerokim zakresie temperatur −269∘C Do 650∘C. Wykazuje wysoką odporność na korozję I stabilność chemiczna w środowiskach żrących, takich jak kwasy, zasady, i sole. Szczególnie w środowiskach alkalicznych, takich jak nasycone roztwory alkaliczne i cement, jego wytrzymałość na pękanie pojedynczego włókna jest większa niż $75\%$, wykazując doskonałą odporność na korozję alkaliczną. Włókno bazaltowe cięte na krótko ma dobra kompatybilność ze spoiwami nieorganicznymi, współczynnik absorpcji wilgoci niższy niż $1\%$, a jego higroskopijność nie zmienia się z upływem czasu. To dowodzi dobrej stabilności materiału, długa żywotność, i zgodność z normami ochrony środowiska podczas użytkowania. Ponadto, włókno to ma również doskonałe właściwości izolacyjne, filtracja wysokotemperaturowa, odporność na promieniowanie, i zdolność do przesyłania fal. Wskaźniki jego skuteczności przedstawiono w tabeli 1.

3. Analiza zastosowania włókien bazaltowych ciętych w betonie

Beton zbrojony włóknami bazaltowymi polega na odpowiednim wprowadzeniu do betonu określonej ilości ciągłego lub nieciągłego włókna bazaltowego. Zachowując pierwotną zaletę betonu w postaci wytrzymałości na ściskanie, ta metoda może znacząco poprawić jego wytrzymałość I wytrzymałość na rozciąganie, skutecznie wzmacniając i wzmacniając beton oraz wydłużając żywotność konstrukcji inżynierskiej.

Oprócz włókno bazaltowe, włókno węglowe, włókno szklane, włókno aramidowe, inne również stosowano jako materiały wzmacniające beton. Jednakże, długotrwała praktyka pokazuje, że materiały te stwarzają pewne problemy przy stosowaniu ich na betonie, co utrudnia zaspokojenie popytu rynkowego na beton o wysokiej wytrzymałości. Pojawienie się krótko ciętego włókna bazaltowego wypełnia tę lukę w materiałach i metodach, znacząco przyczyniając się do rozwoju technologii wzmacniania i zbrojenia betonu. Jego rola w zbrojeniu i wzmacnianiu betonu przejawia się głównie w następujących aspektach:

1. Skuteczne hamowanie pęknięć: Ze względu na zalety ilościowe i powierzchniowe, krótkie włókno bazaltowe może skutecznie zapobiegać mikropęknięciom, uniemożliwiając ich łączenie i rozszerzanie. Tymczasem, przezwycięża wady innych włókien syntetycznych, takich jak niska gęstość, niska wytrzymałość na rozciąganie, i niskim module sprężystości. Nie ulega łatwemu rozerwaniu podczas rozprzestrzeniania się pęknięć, co może znacząco zahamować rozwój mikropęknięć i opóźnić powstawanie nowych pęknięć, wpływając pozytywnie na poprawę przepuszczalności betonu i odporności na zamrażanie i rozmrażanie.

2. Łączy wysoki moduł z wygodą konstrukcji: Włókna bazaltowe cięte na krótko nie tylko wykorzystują zalety włókien stalowych, takie jak wysoki moduł sprężystości i wysoka wytrzymałość na rozciąganie pojedynczych włókien, co zapobiega rozszerzaniu się pęknięć, ale także skutecznie pokonuje wady włókna stalowego, takie jak łatwe zbrylanie się mieszanki podczas mieszania oraz trudności z pompowaniem i konsystencją.

3. Dobra dyspersyjność i kompatybilność: Jako włókno nieorganiczne na bazie krzemianu, Krótko cięte włókno bazaltowe jest naturalnie kompatybilne z materiałami cementowymi. Jej gęstość (ok. 2,63-2,80g/cm3) jest zbliżona do betonu cementowego i zaprawy, co skutkuje dobrą urabialnością. Po dodaniu, może rozprzestrzenić się równomiernie w całej konstrukcji betonowej.

4. Doskonała trwałość: Modyfikowane powierzchniowo włókno bazaltowe cięte na krótko wykazuje cechy „włókna obojętnego”, wykazując wyjątkową odporność na wysokie temperatury, korozja, i wpływ. Zachowuje stabilność nawet w środowiskach o wysokiej temperaturze i dużej korozyjności, i może zwiększyć odporność na odkształcenia matrycy cementowej. Dlatego, może dostosować się do rygorystycznych warunków mieszania betonu, zsyp, ustawienie, i etapów serwisowych, znacząco poprawiając trwałość betonu.

Podsumowując, krótkie włókno bazaltowe może skutecznie poprawić odporność betonu na uderzenia, zmniejszyć jego kruchość, i kompleksowo poprawiają jego właściwości mechaniczne. Swoiście, działa w konstrukcjach betonowych, zapobiegając pękaniu, zapobiegać przesiąkaniu, zwiększyć trwałość, poprawić wytrzymałość na uderzenia i rozciąganie, i pomóc poprawić jakość powierzchni.

4. Metody budowy i środki ostrożności w przypadku betonu skróconego z włókien bazaltowych

4.1 Temperatura konstrukcji

Beton bazaltowy z włókien krótkich powinien być budowany w temperaturach od −5∘C I 25∘C. Zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura może spowodować niejednorodność mieszanki.

4.2 Kontrola jakości budowy

Kontrola jakości w przypadku konstrukcji z betonu bazaltowego z włóknami powinna koncentrować się na kontroli surowców, dokładność pomiaru, i jakość procesu mieszania.

4.2.1 Projektowanie proporcji mieszanki

W rzeczywistym budownictwie, należy dobrać różne dawki włókien bazaltowych o różnej grubości, w rozsądnym zakresie, zależnie od wymagań projektu. Ponieważ samo cięcie włókien bazaltowych nie wchodzi w reakcje chemiczne z innymi składnikami betonu ani domieszkami, jego dawkowanie zazwyczaj nie zmienia pierwotnych zasad projektowania proporcji mieszanki betonowej. W trakcie budowy, jakość wszystkich materiałów musi być ściśle określona na podstawie proporcji mieszanki budowlanej i ilości partii dla pojedynczej mieszanki. Tabela 2 przedstawia przykład optymalnych proporcji mieszanki dla betonu zbrojonego włóknami bazaltowymi.

Testy wykazały, że większa dawka włókien nie przekłada się koniecznie na lepszą odporność na pęknięcia. Gdy dawka nie przekracza 1.2kg/m3, wytrzymałość betonu na ściskanie początkowo wzrasta, a następnie spada (osiągając wartość szczytową) w miarę zwiększania dawki włókien.

4.2.2 Kolejność i metoda karmienia

W trakcie procesu mieszania, włókno bazaltowe cięte na krótko należy dodawać jednocześnie z kruszywami, takimi jak piasek i kamień. Zaleca się równomierne rozsypanie włókna na piasku i kamieniu podczas ich układania, a następnie dodać wodę w celu wymieszania na mokro.

Metody dodawania włókien można podzielić na podawanie ręczne i automatyczne:

• Podawanie ręczne: Odważone włókno bazaltowe dodaje się ręcznie po umieszczeniu gorącego kruszywa w mikserze. Metoda ta wiąże się z dużą intensywnością pracy, stosunkowo niższa jednorodność mieszania, i wymaga odpowiedniego wydłużenia czasu mieszania w celu zapewnienia równomiernego rozproszenia włókien.

• Automatyczne podawanie: Automatyczny włókno bazaltowe Urządzenie dozujące służy do automatycznego dozowania i jednoczesnego dozowania z gorącym kruszywem mieszalnika. Maszyna dozująca włókna jest zazwyczaj wyposażona w automatyczny dozownik, wstępnego rozpraszania, i pneumatycznych mechanizmów transportowych, oferując korzyści wygody, szybko, i dokładne dodawanie. Wybór odpowiedniej metody powinien zostać dokonany na podstawie warunków budowlanych.

4.2.3 Regulacja opadu

Dodatek włókien nieznacznie zwiększa lepkość mieszanki betonowej, co ma wpływ na kryzys. Jeżeli ubytek nie spełnia wymogów konstrukcyjnych, w celu dostosowania należy w pierwszej kolejności użyć plastyfikatora lub środka redukującego ilość wody. Zwiększenie zawartości wody nie powinno rozwiązać tego problemu.

4.2.4 Formowanie i utwardzanie

Nie ma specjalnych wymagań dla formowania betonu z dodatkiem krótko ciętego włókna bazaltowego, ale należy zapewnić odpowiednie wibracje i zagęszczanie. Wymagania dotyczące pielęgnacji są takie same jak w przypadku zwykłego betonu.

Krótki przypadek zastosowania betonu z włókien bazaltowych ciętych na krótko

Droga ekspresowa Jing-Zhu (odcinek Anyang–Xinxiang) jest krajową autostradą i ważną częścią sieci dróg ekspresowych prowincji Henan. Ze względu na wysokie wypełnienie nasypu i słabą jakość podłoża gruntowego na tym odcinku, Nierównomierne osiadanie podłoża i inne wady ujawniły się wkrótce po otwarciu. W ostatnich latach ze wzrostem natężenia ruchu i wzrostem liczby przeciążonych pojazdów, nawierzchnia wielokrotnie ulegała uszkodzeniom w postaci pęknięć podłużnych i poprzecznych, dziury w drogach, osada, pękanie siatki, i trzaski aligatora. Nie tylko poważnie zagraża to bezpieczeństwu jazdy, ale również utrudnia codzienną konserwację. Ponadto, pierwotny projekt czteropasmowej drogi od dawna nie spełniał wymagań transportowych, co wymaga rozbudowy i przebudowy.

Beton włóknisty bazaltowy cięty na krótkie odcinki został zastosowany do wypełnienia podłoża w tym projekcie. Praktyka wykazała, że ​​jego wytrzymałość na rozciąganie wzrosła o ponad $30\%$, jego odporność na zmęczenie poprawiła się o ponad $30\%$, a jego odporność na koleinowanie wzrosła o ponad $300\%$. Wykazano znaczną skuteczność w zapobieganiu powstawaniu pęknięć podłużnych, hamowanie rozszerzania się pęknięć, i wydłużenie żywotności nawierzchni.

Dzięki swoim unikalnym właściwościom mechanicznym, doskonała stabilność, i wysoką opłacalność, Krótko cięte włókna bazaltowe stały się wydajnym materiałem wzmacniającym beton. Perspektywy zastosowania betonu z włókien bazaltowych są niezwykle szerokie. Oczekuje się, że jego znaczące zalety w zakresie poprawy wydajności inżynieryjnej i wydłużenia okresu eksploatacji przyniosą dobre korzyści ekonomiczne i społeczne, pozycjonując go jako ważny materiał budowlany w przyszłości w dziedzinie inżynierii lądowej.