Štúdia adhéznych vlastností cementových materiálov vystužených čadičovými vláknami s BFRP výstužami
Hlavné faktory ovplyvňujúce výkonnosť spoja
- Dopovanie a dĺžka objemu vlákien
Objemový doping Čadič Krátko strihaná priadza má významný vplyv na pevnosť spoja a test ukazuje, že objemové dopovanie 0,2 % má najlepší vplyv na zvýšenie pevnosti spoja a nadmerné dopovanie môže namiesto toho viesť k poklesu výkonu v dôsledku aglomerácie vlákien.
Dĺžka vlákien (napr. 6 mm a 18 mm) má menší vplyv na pevnosť väzby, ale kratšie vlákna sa ľahšie dispergujú, aby sa znížili medzifázové defekty.
- Trieda pevnosti recyklovaného betónu
Zvýšenie stupňa pevnosti recyklovaného betónu (napr. z C30 na C40) zvyšuje pevnosť spoja medzi BFRP výstuž a substrát, ale zvýšenie je obmedzené a rozhranie je náchylné na krehké odlupovanie, keď je stupeň pevnosti príliš vysoký.
- Činidlo na úpravu rozhrania a spojovací prostriedok
Pieskovanie povrchu BFRP Výstuž môže zvýšiť drsnosť a zlepšiť mechanickú záberovú silu; pridanie silánu môže optimalizovať chemickú väzbu medzi vláknom a živicovou matricou a znížiť medzifázový sklz.
Testy a mechanizmy adhéznych vlastností
- Skúška vytiahnutím stredu
Krivka väzby a posuvu bola študovaná pomocou testu vytrhnutia a zistilo sa, že spôsob poškodenia väzby bol prevažne vytrhnutie výstuže alebo rozdelenie betónu. Pridanie bazaltové vlákna môže oddialiť krehké poškodenie betónu a zvýšiť ťažnosť.
Typický rozsah pevnosti spoja je 6 – 12 MPa a špecifická hodnota je ovplyvnená dávkovaním vlákien, priemerom výstuže (napr. 16 mm) a procesom úpravy rozhrania.
- Model rozloženia napätia väzby
Súdržbové napätie je nelineárne rozložené pozdĺž dĺžky výstuže a maximálne napätie je sústredené na konci zaťaženia. Teoretický model musí zohľadňovať odolnosť vláknobetónu voči predĺženiu trhliny a vplyv trenia na rozhraní.
Výhody aplikácie a inžinierske prípady
- Odolnosť voči korózii a trvanlivosť
Výstuž BFRP si zachováva viac ako 90 % svojej pevnosti v spojení v prostrediach erózie chloridovými iónmi (napr. v námornom inžinierstve), čo je výrazne lepšie ako u oceľových a sklolaminátových výstužných tyčí.
Príklad: Morský most v Qingdao nahrádza oceľovú výstuž výstužou BFRP a jeho životnosť sa predĺžila na viac ako 100 rokov.
- Ľahká a seizmicky odolná
Hustota výstuže BFRP je iba štvrtinou hustoty ocele, ktorá sa môže použiť na vystuženie betónových nosníkov, čím sa znižuje hmotnosť konštrukcie o 20 % – 30 % a zároveň sa zvyšuje kapacita seizmickej energie obalením výstuže.
Existujúce výzvy a smer optimalizácie
- Posilnenie medzifázových väzieb
Existujúci problém: Rozhranie medzi vláknami a cementovou matricou je náchylné na odlupovanie v dôsledku koncentrácie napätia a na zlepšenie chemickej väzby je potrebné vyvinúť nanomodifikované medzifázové činidlá (napr. dopované nano-SiO₂).
- Dlhodobý výkon a štandardizácia
Chýbajú údaje o dlhodobom tečení pri vysokých teplotách a vysokej vlhkosti (napr. viac ako 10 rokov), na overenie sú potrebné zrýchlené testy starnutia; konštrukčné špecifikácie ešte nie sú v jednotlivých krajinách jednotné a hoci Čína vydala normu GB/T 38143-2019, pokyny pre podrobný návrh je stále potrebné vylepšiť.
- Viacúrovňový kolaboratívny dizajn
V budúcnosti môžeme preskúmať hybridnú technológiu BFRP výstuž a oceľové/uhlíkové vlákna na vytvorenie gradientných kompozitov a vyváženie pevnosti a ťažnosti.
Smery budúceho výskumu
- Inteligentné monitorovanie a digitálne modelovanie
Vstavané senzory z optických vlákien v BFRP výstužiach, monitorovanie napätia na rozhraní spojov a vývoja trhlín v reálnom čase, kombinované so simuláciou metódou konečných prvkov pre optimalizáciu návrhu.
- Nízkouhlíkový proces prípravy
Zníženie teploty tavenia a ťahania čadičových vlákien (v súčasnosti 1400-1500 ℃) a vývoj nízkoteplotnej vytvrdzovacej živice na zníženie spotreby energie.
- Efektívne využitie recyklovaných materiálov
Kombinujte recyklovaný agregát a čadičové vlákno so stavebným odpadom, aby ste podporili systém „úplne obnoviteľných“ zelených stavebných materiálov a znížili spotrebu zdrojov.
Zhrnutie
Výskum spojovacích vlastností cementových materiálov vystužených čadičovými vláknami a BFRP Technológia šliach dosiahla postupné výsledky, ale jej rozsiahle využitie si stále vyžaduje prekonanie úzkych miest v oblasti optimalizácie rozhrania, overovania dlhodobej trvanlivosti a štandardizovaného návrhu. V budúcnosti sa očakáva, že prostredníctvom multidisciplinárnych inovácií (napr. inteligentné materiály, nízkouhlíkové procesy) dosiahne technologické prelomy v oblasti námorného inžinierstva a zemetrasnej výstuže a pomôže pri vývoji udržateľných budov.
