Estudo sobre o desempenho de adesão de materiais cimentícios reforçados com fibra de basalto com tendões BFRP
Principais fatores que influenciam o desempenho da adesão
- dopagem volumétrica e comprimento da fibra
O doping volumétrico de Basalto O fio de corte curto tem um efeito significativo na resistência da ligação, e o teste mostra que a dopagem volumétrica de 0,2% tem o melhor efeito no aumento da resistência da ligação, enquanto a dopagem excessiva pode, em vez disso, levar a uma queda no desempenho devido à aglomeração das fibras.
O comprimento da fibra (por exemplo, 6 mm e 18 mm) tem menos efeito na resistência da ligação, mas fibras mais curtas são mais facilmente dispersas, reduzindo defeitos na interface.
- Classe de resistência do concreto reciclado
Aumentar a classe de resistência do concreto reciclado (por exemplo, de C30 para C40) melhora a aderência entre o concreto e a argamassa.Reforço de FRP e o substrato, mas o aumento é limitado, e a interface fica suscetível a descascamento frágil quando o grau de resistência é muito alto.
- Agente de tratamento e acoplamento de interface
Jateamento de areia na superfície de BFRP O reforço pode aumentar a rugosidade e melhorar a força de aderência mecânica; a adição de um agente de acoplamento de silano pode otimizar a ligação química entre a fibra e a matriz de resina e reduzir o deslizamento interfacial.
Testes e mecanismos de propriedades adesivas
- Teste de tração central
A curva aderência-deslizamento foi estudada por meio do ensaio de arrancamento, e constatou-se que o modo de dano da aderência era principalmente o arrancamento do tendão ou a fissuração do concreto. A adição de fibras de basalto Pode retardar os danos por fragilidade do concreto e aumentar a ductilidade.
A faixa típica de resistência de aderência é de 6 a 12 MPa, e o valor específico é afetado pela dosagem de fibra, diâmetro do reforço (por exemplo, 16 mm) e processo de tratamento da interface.
- Modelo de distribuição de tensão de ligação
A tensão de aderência é distribuída de forma não linear ao longo do comprimento da armadura, e a tensão máxima se concentra na extremidade de carregamento. O modelo teórico precisa considerar a resistência à propagação de fissuras e o efeito do atrito na interface do concreto reforçado com fibras.
Vantagens da aplicação e casos de engenharia
- Resistência à corrosão e durabilidade
O reforço de BFRP retém mais de 90% da sua resistência de aderência em ambientes de erosão por íons cloreto (por exemplo, engenharia naval), o que é significativamente melhor do que as barras de reforço de aço e fibra de vidro.
Um exemplo disso é a Ponte Transoceânica de Qingdao, que adotou reforço com BFRP (polímero reforçado com fibra de vidro) em substituição ao reforço de aço, e sua vida útil foi estendida para mais de 100 anos.
- Desempenho leve e sísmico
A densidade do reforço BFRP é apenas 1/4 da do aço, o que permite que ele seja usado para reforçar vigas de concreto, reduzindo o peso estrutural em 20% a 30% e, ao mesmo tempo, aumentando a capacidade de absorção de energia sísmica por meio do envolvimento do reforço.
Desafios existentes e direção da otimização
- Fortalecimento da ligação interfacial
Problema existente: A interface entre as fibras e a matriz de cimento é propensa a descascamento devido à concentração de tensão, sendo necessário desenvolver agentes interfaciais nanomodificados (por exemplo, dopados com nano-SiO₂) para melhorar a ligação química.
- Desempenho e padronização a longo prazo
A falta de dados de fluência a longo prazo sob alta temperatura e alta umidade (por exemplo, mais de 10 anos) exige testes de envelhecimento acelerado para verificação; as especificações de projeto ainda não são uniformes entre os países e, embora a China tenha publicado a norma GB/T 38143-2019, as diretrizes de projeto detalhadas ainda precisam ser aprimoradas.
- projeto colaborativo multiescalar
No futuro, poderemos explorar a tecnologia híbrida de BFRP Reforço com fibra de aço/fibra de carbono para construir compósitos com gradiente de resistência e ductilidade.
Direções Futuras de Pesquisa
- Monitoramento inteligente e modelagem digital
Sensores de fibra óptica embutidos em tendões de BFRP, monitoramento em tempo real da deformação na interface de ligação e do desenvolvimento de fissuras, combinados com simulação de elementos finitos para otimizar o projeto.
- Processo de preparação com baixo teor de carbono
Reduzir a temperatura de fusão e trefilação da fibra de basalto (atualmente entre 1400 e 1500 ℃), desenvolvendo resina de cura a baixa temperatura para reduzir o consumo de energia.
- Utilização eficiente de materiais reciclados
A combinação de agregados reciclados e fibra de basalto com resíduos de construção promove um sistema de materiais de construção ecológicos "totalmente renováveis" e reduz o consumo de recursos.
Resumo
A pesquisa sobre o desempenho de ligação de materiais cimentícios reforçados com fibra de basalto e BFRP A tecnologia de tendões tem alcançado resultados faseados, mas sua aplicação em larga escala ainda precisa superar os obstáculos da otimização interfacial, da verificação da durabilidade a longo prazo e do projeto padronizado. No futuro, por meio da inovação multidisciplinar (por exemplo, materiais inteligentes, processos de baixo carbono), espera-se alcançar avanços tecnológicos nas áreas de engenharia marítima e reforço resistente a terremotos, contribuindo para o desenvolvimento de construções sustentáveis.
