Badanie właściwości adhezyjnych materiałów cementowych zbrojonych włóknami bazaltowymi z cięgnami BFRP

Główne czynniki wpływające na wydajność wiązania

1. Domieszkowanie objętościowe i długość włókien

Objętość domieszkowania Bazalt Przędza krótko cięta ma znaczący wpływ na wytrzymałość wiązania, a test pokazuje, że domieszkowanie objętościowe na poziomie 0,2% ma najlepszy wpływ na zwiększenie wytrzymałości wiązania, natomiast nadmierne domieszkowanie może prowadzić do spadku wydajności z powodu aglomeracji włókien.

Długość włókna (np. 6 mm i 18 mm) ma mniejszy wpływ na wytrzymałość wiązania, ale krótsze włókna łatwiej rozpraszają się, co zmniejsza wady międzyfazowe.

2. Klasa wytrzymałości betonu z recyklingu

Zwiększenie klasy wytrzymałości betonu pochodzącego z recyklingu (np. z C30 do C40) zwiększa wytrzymałość wiązania między BWzmocnienie FRP i podłoże, ale wzrost ten jest ograniczony, a interfejs jest podatny na kruche odrywanie, gdy stopień wytrzymałości jest zbyt wysoki.

3. Środek do obróbki interfejsu i środek sprzęgający

Piaskowanie powierzchni BFRP wzmocnienie może zwiększyć chropowatość i poprawić mechaniczną siłę wiązania; dodanie środka sprzęgającego silanowego może zoptymalizować wiązanie chemiczne między włóknem a matrycą żywiczną i zmniejszyć poślizg międzyfazowy.

Badania i mechanizmy właściwości adhezyjnych

1. Test wyciągania środka

Krzywą wiązania i poślizgu zbadano za pomocą testu wyrywania i stwierdzono, że przyczyną uszkodzenia wiązania było głównie wyrywanie ścięgna lub pękanie betonu. Dodanie włókna bazaltowe może opóźnić kruche uszkodzenie betonu i zwiększyć jego ciągliwość.

Typowy zakres wytrzymałości wiązania wynosi 6-12 MPa, a konkretna wartość zależy od dawki włókien, średnicy wzmocnienia (np. 16 mm) i procesu obróbki interfejsu.

2. Model rozkładu naprężeń wiązań

Naprężenie przyczepności rozkłada się nieliniowo wzdłuż zbrojenia, a szczytowe naprężenie koncentruje się na końcu obciążenia. Model teoretyczny musi uwzględniać odporność na rozciąganie pęknięć oraz efekt tarcia międzyfazowego betonu zbrojonego włóknami.

Zalety aplikacji i przypadki inżynieryjne

1. Odporność na korozję i trwałość

Wzmocnienie BFRP zachowuje ponad 90% wytrzymałości wiązania w środowiskach narażonych na erozję jonową chlorków (np. w inżynierii morskiej), co jest znacznie lepszą cechą niż zbrojenie stalowe i prętami zbrojeniowymi z włókna szklanego.

Przykładem jest most Qingdao Cross-Sea Bridge, w którym zamiast stalowego zbrojenia zastosowano wzmocnienie z włókna szklanego (BFRP), dzięki czemu jego żywotność wydłużyła się do ponad 100 lat.

2. Lekka i odporna na sejsmizm

Gęstość zbrojenia BFRP stanowi zaledwie 1/4 gęstości stali, dzięki czemu można go stosować do zbrojenia belek betonowych, co pozwala na redukcję masy konstrukcyjnej o 20–30%, a jednocześnie zwiększa odporność na energię sejsmiczną poprzez owinięcie zbrojenia.

Istniejące wyzwania i kierunek optymalizacji

1. Wzmocnienie wiązań międzyfazowych

Obecny problem: Interfejs między włóknami a matrycą cementową jest podatny na odpryskiwanie z powodu koncentracji naprężeń, dlatego konieczne jest opracowanie nano-modyfikowanych środków interfejsu (np. domieszkowanych nano-SiO₂) w celu wzmocnienia wiązania chemicznego.

2. Długoterminowa wydajność i standaryzacja

Brak długoterminowych danych dotyczących pełzania w warunkach wysokiej temperatury i wilgotności (np. trwających dłużej niż 10 lat) sprawia, że ​​w celu weryfikacji konieczne są przyspieszone testy starzenia. Specyfikacje projektowe nie są jeszcze ujednolicone we wszystkich krajach. Mimo że Chiny wydały normę GB/T 38143-2019, szczegółowe wytyczne projektowe nadal wymagają udoskonalenia.

3. Projektowanie wieloskalowe we współpracy

W przyszłości będziemy mogli zbadać technologię hybrydową BFRP wzmocnienia oraz włókna stalowe/węglowe do budowy kompozytów gradientowych i zapewnienia równowagi między wytrzymałością a ciągliwością.

Przyszłe kierunki badań  

1. Inteligentny monitoring i modelowanie cyfrowe

Wbudowane czujniki światłowodowe w ścięgnach BFRP, monitorowanie w czasie rzeczywistym odkształceń styku i powstawania pęknięć, połączone z symulacją elementów skończonych w celu optymalizacji projektu.

2. Proces przygotowania niskoemisyjnego

Obniżenie temperatury topienia i ciągnienia włókien bazaltowych (obecnie 1400–1500 ℃), opracowanie żywicy utwardzanej w niskiej temperaturze w celu zmniejszenia zużycia energii.

3. Efektywne wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu

Łącząc odzyskane kruszywo i włókna bazaltowe z odpadami budowlanymi, promujesz system ekologicznych materiałów budowlanych „w pełni odnawialnych” i zmniejszasz zużycie zasobów.

Streszczenie

Badania nad właściwościami wiązania materiałów cementowych wzmacnianych włóknami bazaltowymi i BFRP Technologia tendons osiągała sukcesy etap po etapie, ale jej zastosowanie na szeroką skalę wciąż wymaga pokonania wąskich gardeł optymalizacji interfejsów, długoterminowej weryfikacji trwałości i standaryzacji projektowania. W przyszłości, dzięki interdyscyplinarnym innowacjom (np. inteligentnym materiałom, procesom niskoemisyjnym), oczekuje się, że technologia ta pozwoli na osiągnięcie przełomów technologicznych w dziedzinie inżynierii morskiej i zbrojenia odpornego na trzęsienia ziemi, a także przyczyni się do rozwoju zrównoważonych budynków.