Optimizarea performanței și cercetarea aplicațiilor inginerești ale betonului armat cu fibre de bazalt scurt

În ultimii ani,Ingineria autostrăzilor din China Construcții s-a dezvoltat rapid, iar tehnologia structurilor din beton a înregistrat progrese semnificative, acumulând numeroase realizări tehnice avansate și mature. Proiectarea structurilor din beton a fost aplicată pe scară largă în domeniul construcțiilor de infrastructură, demonstrându-i importanța. Totuși, odată cu aceste realizări, problema fisurarea betonului devine din ce în ce mai proeminentă. Prezența fisurilor compromite performanța betonului, reducându-și în mod semnificativ rezistență la tracțiune, care este principalul motiv al cedului fragil prezentat de beton. Fibră de bazalt scurtă, ca material fibros inovator, a devenit un material excelent pentru armarea betonului datorită proprietăților sale mecanice unice, stabilitate bună, și o eficiență ridicată din punct de vedere al costurilor.Acest articol se va concentra pe caracteristicile scurtăturilor Fibră de bazalt și să exploreze aplicarea sa practică în armarea și consolidarea betonului.

2. Proprietățile fibrei de bazalt scurte

2.1 Definiție

fibră de bazalt este o fibră minerală anorganică care este procesată prin tăierea fibrei continue de bazalt în lungimi de obicei mai mici de $50\text{mm}$. Poate fi dispersat uniform în beton. Conform aplicației sale, se poate clasifica în principal în: fibră anti-fisurare pentru beton ($\text{BF}$), fibră de întărire și întărire pentru beton ($\text{BZ}$), și fibră anti-fisură pentru mortar ($\text{BSF}$), printre altele.

2.2 Performanța Fibră de bazalt scurtă

Scurtătură fibră de bazalt posedă proprietăți excelente de rezistență ridicată şi modul ridicat. Rezistența sa la tracțiune poate ajunge $1050\text{-}1250\text{MPa}$, iar modulul său de elasticitate nu este mai mic decât $34\text{GPa}$. Sale rezistență la temperaturi ridicate este remarcabil, permițându-i să funcționeze continuu într-un interval larg de temperatură −269∘C. la 650∘C.. Prezintă un nivel ridicat de rezistență la coroziune şi stabilitate chimică în medii corozive, cum ar fi acizii, alcali, și săruri. În special în medii alcaline, cum ar fi soluții alcaline saturate și ciment, rata sa de retenție a rezistenței la fractură cu un singur filament este mai mare decât $75\%$, demonstrând o rezistență excelentă la coroziunea alcalină. Fibră de bazalt scurtă are bună compatibilitate cu lianți anorganici, o rată de absorbție a umidității mai mică decât $1\%$, iar higroscopicitatea sa nu se modifică în timp. Aceasta dovedește buna sa stabilitate a materialului, durată lungă de viață, și compatibilitatea cu mediul în timpul utilizării. În plus, Această fibră are, de asemenea, caracteristici excelente, cum ar fi izolarea, filtrare la temperatură înaltă, rezistența la radiații, și capacitatea de transmitere a undelor. Indicii săi de performanță sunt prezentați în Tabelul 1.

3. Analiza aplicațiilor fibrei de bazalt scurte în beton

Beton armat cu fibre de bazalt scurt implică încorporarea în beton a unei anumite cantități de fibre de bazalt scurte, continue sau discontinue, într-un mod adecvat. Păstrând avantajul inițial al rezistenței la compresiune a betonului, această metodă îi poate îmbunătăți semnificativ rezistență şi rezistență la tracțiune, astfel, ranforsând și consolidând eficient betonul și prelungind durata de viață a structurii inginerești.

În plus față de fibră de bazalt, fibră de carbon, fibră de sticlă, fibră de aramidă, iar altele au fost folosite și ca materiale de armare în beton. Totuși, practica pe termen lung arată că aceste materiale prezintă anumite probleme atunci când sunt aplicate pe beton, ceea ce face dificilă satisfacerea cererii pieței pentru beton de înaltă performanță. Apariția fibrei de bazalt tăiate scurt umple această lacună în materiale și metode, promovând în mare măsură dezvoltarea tehnologiei de consolidare și armare a betonului. Rolul său în armarea și consolidarea betonului se reflectă în principal în următoarele aspecte:

1. Inhibare eficientă a fisurilor: Datorită avantajelor sale cantitative și de suprafață, fibra de bazalt tăiată scurt poate limita eficient micro-fisurile, împiedicând conectarea și extinderea lor. Între timp, depășește dezavantajele altor fibre sintetice, cum ar fi densitatea scăzută, rezistență scăzută la tracțiune, și modul de elasticitate scăzut. Nu se desprinde ușor în timpul propagării fisurilor, care poate inhiba semnificativ dezvoltarea microfisurilor și poate întârzia generarea de noi fisuri, influențând pozitiv îmbunătățirea permeabilității betonului și a rezistenței la îngheț-dezgheț.

2. Combină modulul ridicat de elasticitate cu confortul constructiv: Fibra de bazalt tăiată scurt nu numai că valorifică avantaje similare cu modulul ridicat de elasticitate și rezistența ridicată la tracțiune a unui singur filament al fibrei de oțel pentru a inhiba expansiunea fisurilor, dar depășește eficient și dezavantajele fibrei de oțel, cum ar fi aglomerarea ușoară în timpul amestecării și dificultățile la pompare și construcție.

3. Dispersibilitate și compatibilitate bune: Ca fibră anorganică pe bază de silicat, Fibra de bazalt scurtă are compatibilitate naturală cu materialele cimentoase. Densitatea sa (aprox. 2,63-2,80g/cm3) este apropiată de cea a betonului și mortarului de ciment, rezultând o bună lucrabilitate. Odată adăugat, se poate dispersa uniform în întreaga structură de beton.

4. Durabilitate excelentă: Fibra de bazalt tăiată scurt, modificată la suprafață, prezintă caracteristici de „fibră inertă”, demonstrând o rezistență remarcabilă la temperaturi ridicate, coroziune, și impact. Își menține stabilitatea chiar și în medii cu temperaturi ridicate și corozive ridicate, și poate spori rezistența la deformare a matricei de ciment. Prin urmare, se poate adapta mediilor riguroase ale amestecării betonului, turnare, setare, și etapele de servire, îmbunătățirea semnificativă a durabilitate a betonului.

În concluzie, Fibra de bazalt tăiată scurt poate îmbunătăți eficient rezistența la impact a betonului, reduce fragilitatea acestuia, și să-i îmbunătățească complet proprietățile mecanice. Mai exact, funcționează în structurile de beton pentru a inhiba fisurarea, a preveni infiltrațiile, sporește durabilitatea, îmbunătățește capacitatea de impact și tracțiune, și contribuie la îmbunătățirea calității suprafeței.

4. Metode de construcție și precauții pentru betonul din fibre de bazalt cu tăiere scurtă

4.1 Temperatura de construcție

Betonul din fibre de bazalt tăiat scurt trebuie construit la temperaturi între −5∘C. şi 25∘C.. Temperaturile prea ridicate sau prea scăzute pot duce la neuniformitatea amestecului.

4.2 Controlul calității construcțiilor

Controlul calității pentru construcțiile din beton bazaltic cu tăiere scurtă ar trebui să se concentreze pe inspecția materiilor prime, precizia măsurării, și calitatea procedurii de amestecare.

4.2.1 Proiectarea proporției de amestec

În construcția propriu-zisă, Ar trebui selectate diferite doze de fibră de bazalt tăiată scurt, într-un interval rezonabil, în funcție de cerințele proiectului. Întrucât fibra de bazalt tăiată scurt nu reacționează chimic cu alte componente sau aditivi din beton, Dozajul său nu modifică, de obicei, principiile originale de proiectare a proporției amestecului de beton. În timpul construcției, Calitatea tuturor materialelor trebuie determinată strict în funcție de proporția amestecului de construcție și de cantitatea lotului pentru un singur amestec. Tabelul 2 oferă un exemplu de proporție optimă de amestec pentru betonul armat cu fibre de bazalt.

Testele au arătat că o doză mai mare de fibre nu duce neapărat la o rezistență mai bună la fisuri. Când doza nu depășește 1.2kg/m²3, Rezistența la compresiune a betonului prezintă o tendință de creștere inițială, urmată de o scădere (prezentând o valoare maximă) pe măsură ce doza de fibre crește.

4.2.2 Secvența și metoda de hrănire

În timpul procesului de amestecare, fibră de bazalt scurtă trebuie adăugat simultan cu agregate precum nisipul și piatra. Se recomandă presărarea uniformă a fibrei în nisip și piatră în timpul așezării acestora, și apoi adăugați apă pentru amestecarea umedă.

Metodele de adăugare a fibrelor pot fi împărțite în alimentare manuală și automată:

• Hrănire manuală: Fibra de bazalt cântărită este adăugată manual după ce agregatul fierbinte este introdus în mixer. Această metodă implică o intensitate ridicată a muncii, uniformitate relativ mai scăzută a amestecării, și necesită o prelungire corespunzătoare a timpului de amestecare pentru a asigura o dispersie uniformă a fibrelor.

• Alimentare automată: Un automat fibră de bazalt Mașina de dozare este utilizată pentru dozarea automată și adăugarea simultană cu agregatul fierbinte al mixerului. Mașina de dozare a fibrelor este de obicei echipată cu dozare automată, pre-dispersare, și mecanisme de transport pneumatic, oferind avantajele confortului, rapid, și adunarea precisă. Metoda potrivită trebuie aleasă în funcție de condițiile de construcție.

4.2.3 Ajustarea tasării

Adăugarea de fibre crește ușor vâscozitatea amestecului de beton, ceea ce afectează scăderea economică. Dacă prăbușirea nu îndeplinește cerințele de construcție, Pentru ajustare se va utiliza de preferință un plastifiant sau un agent reducător de apă. Problema nu ar trebui rezolvată prin creșterea conținutului de apă.

4.2.4 Formare și întărire

Nu există cerințe speciale pentru formarea betonului amestecat cu fibră de bazalt tăiată scurt, dar trebuie asigurată o vibrație și o compactare suficiente. Cerințele sale de întărire sunt aceleași ca și cele ale betonului obișnuit.

Scurtă aplicație a betonului din fibre de bazalt cu tăiere scurtă

Autostrada Jing-Zhu (secțiunea Anyang - Xinxiang) este o autostradă națională și o parte vitală a rețelei de autostrăzi din provincia Henan. Din cauza umplerii mari a digului și a calității slabe a solului substratului din această secțiune, Tasarea inegală a substratului și alte defecte au apărut la scurt timp după deschiderea sa. În ultimii ani, odată cu creșterea volumului de trafic și cu creșterea numărului de vehicule supraîncărcate, pavajul a suferit în mod repetat de diverse defecte, cum ar fi fisuri longitudinale și transversale, gropi, așezare, fisurarea grilei, și crăparea aligatorilor. Acest lucru nu numai că amenință serios siguranța la volan, dar prezintă și dificultăți mari pentru întreținerea zilnică. În plus, Designul original cu patru benzi nu a reușit de mult să satisfacă cerințele de transport, necesitând extindere și reconstrucție.

Beton cu fibre de bazalt tăiat scurt a fost aplicată la umplutura substratului acestui proiect. Practica a arătat că rezistența sa la tracțiune a crescut cu peste $30\%$, rezistența sa la oboseală s-a îmbunătățit cu peste $30\%$, iar rezistența sa la rupere a crescut cu peste $300\%$. A demonstrat o eficacitate semnificativă în prevenirea fisurilor longitudinale, inhibarea expansiunii fisurilor, și prelungirea duratei de viață a pavajului.

Cu proprietățile sale mecanice unice, stabilitate excelentă, și o eficiență ridicată a costurilor, Fibra de bazalt scurtă a devenit un material eficient de armare a betonului. Perspectivele de aplicare pentru betonul din fibre de bazalt tăiat scurt sunt extrem de largi. Se așteaptă ca avantajele sale semnificative în îmbunătățirea performanței inginerești și prelungirea duratei de viață să producă beneficii economice și sociale bune, poziționându-l ca un material de construcții important în domeniul ingineriei civile în viitor.