Исследование адгезионных свойств цементных материалов, армированных базальтовым волокном, с использованием арматурных стержней из базальтового волокна.
Основные факторы, влияющие на качество склеивания.
- Объемное легирование волокна и его длина
Объемное легирование Базальт Укороченная пряжа оказывает существенное влияние на прочность сцепления, и испытания показывают, что объемное легирование в 0,2% оказывает наилучший эффект на повышение прочности сцепления, тогда как чрезмерное легирование может, наоборот, привести к снижению характеристик из-за агломерации волокон.
Длина волокон (например, 6 мм и 18 мм) оказывает меньшее влияние на прочность сцепления, но более короткие волокна легче диспергируются, что уменьшает количество дефектов на границе раздела.
- Класс прочности переработанного бетона
Повышение класса прочности переработанного бетона (например, с C30 до C40) улучшает прочность сцепления между частицами B.Усиление из стекловолокна и подложки, но увеличение ограничено, а граница раздела подвержена хрупкому отслаиванию, если прочность слишком высока.
- Обработка межфазного слоя и связующее вещество
Пескоструйная обработка поверхности БФРП Армирование может увеличить шероховатость и улучшить механическую силу сцепления; добавление силанового связующего агента может оптимизировать химическую связь между волокном и смоляной матрицей и уменьшить межфазное скольжение.
Испытания и механизмы адгезионных свойств
- тест на вырыв из центра
Кривая зависимости сцепления от проскальзывания была изучена с помощью испытания на вырыв, и было установлено, что основным видом повреждения сцепления является вырыв арматурного стержня или раскалывание бетона. Добавление базальтовые волокна может замедлить хрупкое разрушение бетона и повысить его пластичность.
Типичный диапазон прочности сцепления составляет 6-12 МПа, а конкретное значение зависит от дозировки волокна, диаметра армирующего материала (например, 16 мм) и процесса обработки межфазной границы.
- модель распределения напряжений в связях
Напряжение сцепления распределяется нелинейно вдоль длины арматуры, а пиковое напряжение концентрируется на конце, подверженном нагрузке. Теоретическая модель должна учитывать сопротивление распространению трещин и эффект трения на границе раздела волоконно-армированного бетона.
Преимущества применения и инженерные примеры
- Коррозионная стойкость и долговечность
Армирование из BFRP сохраняет более 90% своей прочности сцепления в условиях эрозии хлорид-ионами (например, в морской технике), что значительно лучше, чем у стальных и стекловолоконных арматурных стержней.
В качестве примера можно привести Циндаоский морской мост, в котором вместо стальной арматуры использовано армирование из BFRP, что позволило продлить срок его службы более чем на 100 лет.
- Легкий вес и сейсмостойкость
Плотность арматуры из BFRP составляет всего 1/4 от плотности стали, что позволяет использовать ее для армирования железобетонных балок, снижая вес конструкции на 20-30%, и одновременно повышая сейсмостойкость за счет обмотки арматуры.
Существующие проблемы и направления оптимизации
- Усиление межфазной связи
Существующая проблема: граница раздела между волокнами и цементной матрицей склонна к отслаиванию из-за концентрации напряжений, и необходимо разработать наномодифицированные межфазные агенты (например, легированные наночастицами SiO₂) для усиления химической связи.
- Долгосрочная производительность и стандартизация
Отсутствие данных о ползучести в течение длительного времени при высоких температурах и высокой влажности (например, более 10 лет) требует проведения ускоренных испытаний на старение для проверки; проектные спецификации пока не унифицированы в разных странах, и хотя Китай выпустил стандарт GB/T 38143-2019, подробные рекомендации по проектированию все еще нуждаются в улучшении.
- Многомасштабное совместное проектирование
В будущем мы сможем изучить гибридные технологии БФРП Армирование и использование стальных и углеродных волокон для создания градиентных композитов и достижения баланса между прочностью и пластичностью.
Направления будущих исследований
- Интеллектуальный мониторинг и цифровое моделирование
Встроенные волоконно-оптические датчики в арматурные стержни из BFRP, мониторинг в реальном времени деформации на границе соединения и развития трещин, в сочетании с моделированием методом конечных элементов для оптимизации конструкции.
- Процесс приготовления с низким содержанием углерода
Снижение температуры плавления и вытягивания базальтового волокна (в настоящее время 1400-1500 ℃), разработка низкотемпературных отверждаемых смол для снижения энергопотребления.
- Эффективное использование переработанных материалов
Сочетание переработанного заполнителя и базальтового волокна со строительными отходами способствует развитию системы «полностью возобновляемых» экологически чистых строительных материалов и сокращению потребления ресурсов.
Краткое содержание
Исследование адгезионных свойств цементных материалов, армированных базальтовым волокном, и БФРП Разработка арматурных стержней поэтапно достигла результатов, однако для их широкомасштабного применения все еще необходимо преодолеть узкие места в оптимизации межфазных границ, проверке долгосрочной долговечности и стандартизации проектирования. В будущем ожидается, что благодаря междисциплинарным инновациям (например, интеллектуальным материалам, низкоуглеродным процессам) будут достигнуты технологические прорывы в области морской инженерии и сейсмостойкого усиления, а также будет способствовать развитию устойчивого строительства.
