Исследование адгезионных свойств цементных материалов, армированных базальтовым волокном, с арматурой из базальтопластика
Основные факторы, влияющие на эффективность склеивания
- Объемное легирование и длина волокна
Объемное легирование Базальт Короткая нить оказывает значительное влияние на прочность сцепления, и испытания показывают, что объемное легирование в размере 0,2% дает наилучший эффект в плане повышения прочности сцепления, а чрезмерное легирование может наоборот привести к снижению эксплуатационных характеристик из-за агломерации волокон.
Длина волокон (например, 6 мм и 18 мм) меньше влияет на прочность связи, но более короткие волокна легче диспергируются, что снижает дефекты на границе раздела.
- Класс прочности переработанного бетона
Повышение класса прочности переработанного бетона (например, с С30 до С40) увеличивает прочность связи между BАрмирование FRP и подложкой, но это увеличение ограничено, а интерфейс подвержен хрупкому отслоению, если класс прочности слишком высок.
- Обработка интерфейса и связующий агент
Пескоструйная обработка поверхности БФРП Армирование может повысить шероховатость и улучшить механическое усилие сцепления; добавление силанового связующего агента может оптимизировать химическую связь между волокном и матрицей смолы и уменьшить межфазное скольжение.
Испытания и механизмы адгезионных свойств
- Испытание на выдергивание по центру
Кривая сцепления-скольжения была изучена в ходе испытания на выдергивание, и было установлено, что разрушение сцепления происходило в основном за счёт выдергивания арматуры или раскалывания бетона. Добавление базальтовые волокна может замедлить хрупкое разрушение бетона и повысить пластичность.
Типичный диапазон прочности сцепления составляет 6–12 МПа, а конкретное значение зависит от дозировки волокна, диаметра армирования (например, 16 мм) и процесса обработки интерфейса.
- Модель распределения напряжений связи
Напряжение сцепления распределяется нелинейно по длине арматуры, а пиковое напряжение сосредоточено на концевой точке нагрузки. Теоретическая модель должна учитывать сопротивление распространению трещин и эффект трения в межфазном пространстве фибробетона.
Преимущества применения и инженерные решения
- Коррозионная стойкость и долговечность
Арматура из базальтопластика сохраняет более 90% прочности сцепления в средах, подверженных эрозии под воздействием хлорид-ионов (например, в морском строительстве), что значительно лучше, чем у арматуры из стали и стекловолокна.
Характерный пример: на мосту через море в Циндао вместо стальной арматуры используется арматура из базальтопластика, и срок ее службы увеличился до более чем 100 лет.
- Легкость и сейсмостойкость
Плотность базальтопластиковой арматуры составляет всего 1/4 от плотности стали, что позволяет использовать ее для армирования бетонных балок, снижая вес конструкции на 20–30 % и одновременно повышая способность поглощать сейсмическую энергию за счет обмотки арматуры.
Существующие проблемы и направления оптимизации
- Укрепление межфазных связей
Существующая проблема: граница раздела между волокнами и цементной матрицей склонна к отслоению из-за концентрации напряжений, и необходимо разработать наномодифицированные интерфейсные агенты (например, легированные нано-SiO₂) для улучшения химической связи.
- Долгосрочная эффективность и стандартизация
Ввиду отсутствия долгосрочных данных о ползучести в условиях высокой температуры и высокой влажности (например, более 10 лет) для подтверждения необходимы испытания на ускоренное старение; проектные спецификации пока не единообразны в разных странах, и, хотя Китай выпустил стандарт GB/T 38143-2019, рекомендации по детальному проектированию все еще нуждаются в совершенствовании.
- Многомасштабное совместное проектирование
В будущем мы можем исследовать гибридную технологию БФРП армирование и использование стального волокна/углеродного волокна для создания градиентных композитов и баланса прочности и пластичности.
Будущие направления исследований
- Интеллектуальный мониторинг и цифровое моделирование
Встроенные волоконно-оптические датчики в арматуре из базальтопластикового армирования, мониторинг в режиме реального времени деформации интерфейса сцепления и развития трещин в сочетании с моделированием методом конечных элементов для оптимизации конструкции.
- Процесс подготовки с низким уровнем выбросов углерода
Снизить температуру плавления и вытяжки базальтового волокна (в настоящее время 1400-1500 ℃), разработать смолу низкотемпературного отверждения для снижения энергопотребления.
- Эффективное использование переработанных материалов
Объедините переработанный заполнитель и базальтовое волокно со строительными отходами, чтобы продвигать систему «полностью возобновляемых» экологичных строительных материалов и сокращать потребление ресурсов.
Краткое содержание
Исследование адгезионных свойств цементных материалов, армированных базальтовым волокном, и БФРП Технология «Тройные соединения» достигла поэтапных результатов, но для её широкомасштабного применения ещё предстоит преодолеть узкие места, связанные с оптимизацией интерфейса, проверкой долгосрочной прочности и стандартизацией проектирования. В будущем, благодаря междисциплинарным кросс-инновациям (например, «умным» материалам и низкоуглеродным процессам), ожидается, что она позволит добиться технологических прорывов в области морского строительства и сейсмостойкого армирования, а также будет способствовать развитию устойчивых зданий.
