Študija o adhezijski učinkovitosti cementnih materialov, ojačanih z bazaltnimi vlakni, z BFRP kabli

Ključni dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost lepljenja

1. Dopiranje in dolžina vlaken

Volumenski doping Bazalt Kratko rezana preja ima pomemben vpliv na trdnost vezi, test pa kaže, da ima 0,2-odstotni volumenski dodatek najboljši učinek na povečanje trdnosti vezi, prekomerni dodatek pa lahko namesto tega povzroči zmanjšanje učinkovitosti zaradi aglomeracije vlaken.

Dolžina vlaken (npr. 6 mm in 18 mm) ima manjši vpliv na trdnost vezi, vendar se krajša vlakna lažje razpršijo, kar zmanjša medfazne napake.

2. Razred trdnosti recikliranega betona

Povečanje trdnostnega razreda recikliranega betona (npr. s C30 na C40) poveča trdnost vezi med BFRP ojačitev in podlago, vendar je povečanje omejeno, vmesnik pa je dovzeten za krhko luščenje, ko je stopnja trdnosti previsoka.

3. Sredstvo za obdelavo vmesnika in spajanje

Peskanje površine BFRP Ojačitev lahko poveča hrapavost in izboljša mehansko silo ugriza; dodajanje silanskega veziva lahko optimizira kemično vez med vlakni in smolno matrico ter zmanjša medfazni zdrs.

Preskusi in mehanizmi adhezivnih lastnosti

1. Preizkus izvleka središča

Krivulja vezi in zdrsa je bila proučena s preizkusom izvlečenja in ugotovljeno je bilo, da je bil način poškodb vezi predvsem izvlečenje tetive ali cepljenje betona. Dodatek bazaltna vlakna lahko upočasni krhkost betona in poveča duktilnost.

Tipično območje trdnosti vezi je 6-12 MPa, na specifično vrednost pa vplivajo odmerek vlaken, premer ojačitve (npr. 16 mm) in postopek obdelave vmesnika.

2. Model porazdelitve napetosti vezi

Vezna napetost se nelinearno porazdeli vzdolž dolžine armature, največja napetost pa je koncentrirana na koncu obremenitve. Teoretični model mora upoštevati odpornost proti širjenju razpok in učinek trenja na vmesniku vlaknoarmiranega betona.

Prednosti uporabe in inženirski primeri

1. Odpornost proti koroziji in vzdržljivost

BFRP armatura ohrani več kot 90 % svoje vezivne trdnosti v okoljih erozije s kloridnimi ioni (npr. pomorska tehnika), kar je bistveno bolje kot armaturne palice iz jekla in steklenih vlaken.

Primer: Morski most Qingdao je namesto jeklene armature uporabil ojačitev BFRP, njegova življenjska doba pa se je podaljšala na več kot 100 let.

2. Lahka in potresna zmogljivost

Gostota BFRP armature je le 1/4 gostote jekla, ki se lahko uporabi za ojačitev betonskih nosilcev, da se zmanjša konstrukcijska teža za 20–30 %, hkrati pa se z ovijanjem armature poveča zmogljivost porabe potresne energije.

Obstoječi izzivi in ​​smer optimizacije

1. Krepitev medfaznih vezi

Obstoječa težava: Stik med vlakni in cementno matrico je zaradi koncentracije napetosti nagnjen k luščenju, zato je treba razviti nanomodificirane medfazne snovi (npr. dopirane z nano-SiO₂), da se izboljša kemična vezava.

2. Dolgoročna uspešnost in standardizacija

Pomanjkanje podatkov o dolgoročnem lezenju pri visokih temperaturah in visoki vlažnosti (npr. več kot 10 let) pomeni, da so za preverjanje potrebni pospešeni testi staranja; specifikacije zasnove še niso enotne med državami in čeprav je Kitajska izdala standard GB/T 38143-2019, je treba smernice za podrobno načrtovanje še izboljšati.

3. Večstopenjsko sodelovalno načrtovanje

V prihodnosti lahko raziščemo hibridno tehnologijo BFRP ojačitev in jeklena vlakna/ogljikova vlakna za izdelavo gradientnih kompozitov in uravnoteženje trdnosti in duktilnosti.

Prihodnje raziskovalne smeri  

1. Inteligentno spremljanje in digitalno modeliranje

Vgrajeni optični senzorji v BFRP tetive, spremljanje deformacije vezi in razvoja razpok v realnem času, kombinirano s simulacijo končnih elementov za optimizacijo zasnove.

2. Postopek priprave z nizkimi emisijami ogljika

Zmanjšajte temperaturo taljenja in vlečenja bazaltnih vlaken (trenutno 1400-1500 ℃) in z razvojem nizkotemperaturne smole za strjevanje zmanjšajte porabo energije.

3. Učinkovita uporaba recikliranih materialov

Reciklirani agregat in bazaltna vlakna združite z gradbenimi odpadki, da bi spodbudili sistem "povsem obnovljivih" zelenih gradbenih materialov in zmanjšali porabo virov.

Povzetek

Raziskava o učinkovitosti vezanja cementnih materialov, ojačanih z bazaltnimi vlakni, in BFRP Tehnika tetiv je dosegla postopne rezultate, vendar mora njena obsežna uporaba še vedno prebiti ozka grla medfazne optimizacije, preverjanja dolgoročne trajnosti in standardiziranega načrtovanja. V prihodnosti naj bi z multidisciplinarnimi inovacijami (npr. pametnimi materiali, nizkoogljičnimi procesi) dosegla tehnološke preboje na področju ladijskega inženirstva in potresno odporne ojačitve ter pripomogla k razvoju trajnostnih stavb.