การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและการวิจัยการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมของคอนกรีตเสริมใยหินบะซอลต์แบบตัดสั้น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาวิศวกรรมทางหลวงของจีน การก่อสร้าง ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว และเทคโนโลยีโครงสร้างคอนกรีตได้มีความก้าวหน้าอย่างมาก สะสมผลงานทางเทคนิคขั้นสูงและสมบูรณ์แบบมากมาย การออกแบบโครงสร้างคอนกรีตได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐาน แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของมัน อย่างไรก็ตาม, พร้อมความสำเร็จเหล่านี้ ปัญหาของ การแตกร้าวของคอนกรีต กำลังมีความโดดเด่นเพิ่มมากขึ้น การมีรอยแตกร้าวทำให้ประสิทธิภาพของคอนกรีตลดลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งลด ความแข็งแรงแรงดึง- ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวแบบเปราะของคอนกรีต เส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้น- เป็นวัสดุเส้นใยชนิดใหม่ ได้กลายเป็นวัสดุเสริมคอนกรีตที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลที่เป็นเอกลักษณ์ เสถียรภาพที่ดี, และคุ้มค่าต้นทุนสูงบทความนี้จะเน้นที่ลักษณะของทางลัด เส้นใยบะซอลต์ และศึกษาการประยุกต์ใช้จริงในการเสริมแรงและเพิ่มความแข็งแรงคอนกรีต

2. คุณสมบัติของเส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้น

2.1 คำจำกัดความ

เส้นใยบะซอลต์ เป็นเส้นใยแร่อนินทรีย์ที่ผ่านกระบวนการตัดเส้นใยบะซอลต์ต่อเนื่องให้มีความยาวโดยทั่วไปน้อยกว่า $50\text{มม.}$- สามารถกระจายตัวได้สม่ำเสมอภายในคอนกรีต ตามการประยุกต์ใช้งาน สามารถจำแนกได้หลักๆ ดังนี้: เส้นใยป้องกันการแตกร้าวสำหรับคอนกรีต ($\text{บีเอฟ}$- ไฟเบอร์เสริมความแข็งแรงและเหนียวสำหรับคอนกรีต ($\text{บีแซด}$- และเส้นใยป้องกันการแตกร้าวสำหรับปูน ($\text{บีเอสเอฟ}$- รวมถึงอื่นๆ

2.2 การดำเนินการของ เส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้น

ทางลัด เส้นใยบะซอลต์ มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของ ความแข็งแรงสูง และ โมดูลัสสูง- ความแข็งแรงแรงดึงสามารถเข้าถึง $1050\text{-}1250\text{เมกะปาสคาล}$- และโมดูลัสยืดหยุ่นไม่น้อยกว่า $34\text{เกรดเฉลี่ย}$- ของมัน ทนต่ออุณหภูมิสูง โดดเด่นมาก ทำให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องภายในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง 269ซี ถึง 650ซี- มันแสดงให้เห็นสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และ ความเสถียรทางเคมี ในสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น กรด ด่าง และเกลือ โดยเฉพาะในสื่อที่มีฤทธิ์เป็นด่าง เช่น สารละลายด่างอิ่มตัวและซีเมนต์ อัตราการรักษาความแข็งแรงของการแตกหักของเส้นใยเดี่ยวนั้นมากกว่า $75\%$- แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการกัดกร่อนจากด่างได้ดีเยี่ยม เส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้น มี ความเข้ากันได้ดี ด้วยสารยึดเกาะอนินทรีย์ อัตราการดูดซับความชื้นต่ำกว่า $1\%$- และคุณสมบัติดูดความชื้นไม่เปลี่ยนแปลงตามกาลเวลา ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความเสถียรของวัสดุที่ดี อายุการใช้งานยาวนาน และความเข้ากันได้กับสิ่งแวดล้อมในระหว่างการใช้งาน นอกจากนี้, เส้นใยชนิดนี้ยังมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น การเป็นฉนวน การกรองอุณหภูมิสูง ความต้านทานรังสี และความสามารถในการส่งคลื่น ดัชนีประสิทธิภาพแสดงอยู่ในตารางที่ 1

3. การวิเคราะห์การประยุกต์ใช้เส้นใยบะซอลต์ตัดสั้นในคอนกรีต

คอนกรีตเสริมใยหินบะซอลต์แบบตัดสั้น เกี่ยวข้องกับการรวมเส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้นที่ต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องในปริมาณหนึ่งเข้าไปในคอนกรีตในลักษณะที่เหมาะสม ในขณะที่ยังคงรักษาข้อดีเดิมของความแข็งแรงอัดของคอนกรีตไว้ วิธีนี้สามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ ความเหนียว และ ความแข็งแรงแรงดึง- จึงช่วยเสริมความแข็งแรงคอนกรีตให้แข็งแรงได้อย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของโครงสร้างวิศวกรรม

นอกจาก เส้นใยบะซอลต์- คาร์บอนไฟเบอร์, ไฟเบอร์กลาส, เส้นใยอะรามิด และยังนำมาใช้เป็นวัสดุเสริมแรงในคอนกรีตอีกด้วย อย่างไรก็ตาม, การปฏิบัติในระยะยาวแสดงให้เห็นว่าวัสดุเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาบางประการเมื่อนำไปใช้กับคอนกรีต ทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการของตลาดสำหรับคอนกรีตประสิทธิภาพสูง การเกิดขึ้นของเส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้นช่วยเติมเต็มช่องว่างในด้านวัสดุและวิธีการ ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการเสริมกำลังและเสริมคอนกรีตอย่างมาก บทบาทของคอนกรีตเสริมเหล็กและเพิ่มความแข็งแรงสะท้อนให้เห็นในด้านต่างๆ ต่อไปนี้เป็นหลัก:

1. การยับยั้งการแตกร้าวที่มีประสิทธิภาพ: เนื่องจากข้อได้เปรียบด้านปริมาณและพื้นที่ผิว เส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้นสามารถยับยั้งรอยแตกร้าวขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันการเชื่อมต่อและการขยายตัว ในขณะเดียวกัน มันเอาชนะข้อเสียของเส้นใยสังเคราะห์อื่น ๆ เช่นความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงแรงดึงต่ำ และโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำ ไม่แตกง่ายเมื่อเกิดรอยแตกร้าว ซึ่งสามารถยับยั้งการเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กได้อย่างมีนัยสำคัญและชะลอการเกิดรอยแตกร้าวใหม่ ส่งผลดีต่อการปรับปรุงความสามารถในการซึมผ่านและความต้านทานการแข็งตัวและละลายของคอนกรีต

2. ผสมผสานโมดูลัสสูงเข้ากับความสะดวกในการก่อสร้าง: เส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้นไม่เพียงแต่ใช้ประโยชน์จากข้อดีที่คล้ายกับโมดูลัสสูงของเส้นใยเหล็กและความแข็งแรงแรงดึงเส้นใยเดี่ยวสูงเพื่อยับยั้งการขยายตัวของรอยแตกร้าว แต่ยังช่วยแก้ไขข้อเสียของเส้นใยเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย เช่น การจับตัวเป็นก้อนง่ายในระหว่างการผสม และความยากลำบากในการปั๊มและการก่อสร้าง

3. การกระจายตัวและความเข้ากันได้ดี: เป็นเส้นใยอนินทรีย์ที่มีส่วนประกอบเป็นซิลิเกต เส้นใยบะซอลต์ตัดสั้นมีความเข้ากันได้ตามธรรมชาติกับวัสดุประสาน ความหนาแน่น (ประมาณ 2.63-2.80กรัม/ซม.3) ใกล้เคียงกับปูนซีเมนต์ คอนกรีต และปูน ส่งผลให้สามารถใช้งานได้ดี เมื่อเพิ่มแล้ว สามารถกระจายตัวได้สม่ำเสมอทั่วทั้งโครงสร้างคอนกรีต

4. ความทนทานที่ยอดเยี่ยม: เส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้นที่ปรับเปลี่ยนพื้นผิวแสดงลักษณะ "เส้นใยเฉื่อย" แสดงให้เห็นถึงความทนทานต่ออุณหภูมิสูงอย่างโดดเด่น การกัดกร่อน และผลกระทบ ช่วยรักษาเสถียรภาพแม้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง และสามารถเพิ่มความต้านทานการเสียรูปของเมทริกซ์ซีเมนต์ได้ ดังนั้น, สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เข้มงวดของการผสมคอนกรีตได้ การเท การตั้งค่า, และขั้นตอนการให้บริการ การปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ความทนทาน ของคอนกรีต

สรุปก็คือ เส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้นสามารถปรับปรุงความต้านทานแรงกระแทกของคอนกรีตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดความเปราะบางของมัน และปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทำหน้าที่ในโครงสร้างคอนกรีตเพื่อยับยั้งการแตกร้าว ป้องกันการรั่วซึม เพิ่มความทนทาน, ปรับปรุงความสามารถในการรับแรงกระแทกและแรงดึง และช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวให้ดีขึ้น

4. วิธีการก่อสร้างและข้อควรระวังสำหรับคอนกรีตใยหินบะซอลต์แบบตัดสั้น

4.1 อุณหภูมิในการก่อสร้าง

คอนกรีตใยหินบะซอลต์แบบตัดสั้นควรก่อสร้างที่อุณหภูมิระหว่าง 5ซี และ 25ซี- อุณหภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไปอาจทำให้ส่วนผสมไม่สม่ำเสมอ

4.2 การควบคุมคุณภาพการก่อสร้าง

การควบคุมคุณภาพสำหรับการก่อสร้างคอนกรีตใยหินบะซอลต์แบบลัดควรเน้นที่การตรวจสอบวัตถุดิบ ความแม่นยำในการวัด และคุณภาพของขั้นตอนการผสม

4.2.1 การออกแบบสัดส่วนการผสม

ในการก่อสร้างจริง ควรเลือกปริมาณเส้นใยบะซอลต์แบบลัดที่แตกต่างกันภายในช่วงที่เหมาะสมตามความต้องการของโครงการ เนื่องจากเส้นใยบะซอลต์แบบตัดสั้นนั้นไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับส่วนประกอบคอนกรีตหรือส่วนผสมอื่นๆ โดยทั่วไปปริมาณการใช้จะไม่เปลี่ยนแปลงหลักการออกแบบสัดส่วนส่วนผสมคอนกรีตเดิม ในระหว่างการก่อสร้าง คุณภาพของวัสดุทั้งหมดจะต้องได้รับการกำหนดอย่างเคร่งครัดตามสัดส่วนการผสมในการก่อสร้างและปริมาณชุดสำหรับการผสมครั้งเดียว ตารางที่ 2 แสดงตัวอย่างสัดส่วนการผสมที่เหมาะสมสำหรับคอนกรีตเสริมใยหินบะซอลต์

การทดสอบแสดงให้เห็นว่าปริมาณไฟเบอร์ที่สูงขึ้นไม่ได้ส่งผลให้มีความต้านทานการแตกร้าวที่ดีขึ้นเสมอไป เมื่อปริมาณยาไม่เกิน 1.2กก./ม.3- ความแข็งแรงอัดของคอนกรีตแสดงให้เห็นแนวโน้มของการเพิ่มขึ้นในช่วงแรกตามด้วยการลดลง (แสดงค่าสูงสุด) เมื่อปริมาณเส้นใยเพิ่มขึ้น

4.2.2 ลำดับและวิธีการให้อาหาร

ในระหว่างกระบวนการผสม เส้นใยบะซอลต์แบบสั้น ควรเติมพร้อมกันกับมวลรวม เช่น ทราย และหิน ขอแนะนำให้โรยเส้นใยให้ทั่วถึงในทรายและหินระหว่างการวาง จากนั้นเติมน้ำเพื่อผสมให้เข้ากัน

วิธีการเติมไฟเบอร์สามารถแบ่งได้เป็นการป้อนด้วยมือและอัตโนมัติ:

• การป้อนอาหารด้วยมือ: เส้นใยบะซอลต์ที่มีน้ำหนักจะถูกเพิ่มด้วยมือหลังจากที่วางมวลรวมร้อนลงในเครื่องผสมแล้ว วิธีการนี้ต้องใช้แรงงานที่มีความเข้มข้นสูง ความสม่ำเสมอของการผสมที่ค่อนข้างต่ำกว่า และต้องขยายเวลาผสมให้เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นใยกระจายตัวสม่ำเสมอ

• การให้อาหารอัตโนมัติ: อัตโนมัติ เส้นใยบะซอลต์ เครื่องตวงใช้สำหรับการวัดอัตโนมัติและการเติมพร้อมกันกับมวลรวมร้อนของเครื่องผสม เครื่องตวงเส้นใยโดยทั่วไปจะติดตั้งระบบวัดอัตโนมัติ การแพร่กระจายล่วงหน้า และกลไกการลำเลียงแบบลม นำเสนอข้อดีของความสะดวกสบาย เร็ว, และการบวกที่แม่นยำ ควรเลือกวิธีการที่เหมาะสมตามเงื่อนไขการก่อสร้าง

4.2.3 การปรับความทรุดตัว

การเติมไฟเบอร์จะช่วยเพิ่มความหนืดของส่วนผสมคอนกรีตเล็กน้อย ซึ่งส่งผลกระทบต่อภาวะเศรษฐกิจตกต่ำ หากการทรุดตัวไม่เป็นไปตามข้อกำหนดการก่อสร้าง ควรใช้สารพลาสติไซเซอร์หรือสารลดน้ำในการปรับแต่งเป็นพิเศษ ปัญหาไม่ควรได้รับการแก้ไขโดยการเพิ่มปริมาณน้ำ

4.2.4 การขึ้นรูปและการบ่ม

ไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับการขึ้นรูปคอนกรีตที่ผสมกับเส้นใยบะซอลต์ตัดสั้น แต่จะต้องมีการทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและการอัดแน่นเพียงพอ ข้อกำหนดในการบ่มนั้นเหมือนกับคอนกรีตธรรมดา

กรณีศึกษาการใช้งานคอนกรีตใยหินบะซอลต์แบบตัดสั้น

ทางด่วนจิงจู (ช่วงอันหยางถึงซินเซียง) เป็นทางหลวงสายหลักระดับประเทศและเป็นส่วนสำคัญของเครือข่ายทางด่วนในมณฑลเหอหนาน เนื่องจากมีการถมคันดินสูงและมีคุณภาพของดินใต้ผิวดินไม่ดีในส่วนนี้ การทรุดตัวของชั้นใต้ดินที่ไม่เรียบและข้อบกพร่องอื่นๆ ปรากฏขึ้นไม่นานหลังจากเปิดออก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยปริมาณการจราจรที่เพิ่มสูงขึ้นและจำนวนรถที่บรรทุกเกินพิกัดเพิ่มมากขึ้น ทางเท้าได้รับความเสียหายซ้ำแล้วซ้ำเล่าจากข้อบกพร่องต่างๆ เช่น รอยแตกตามยาวและตามขวาง หลุมบ่อ การตั้งถิ่นฐาน กริดแตกร้าว และเสียงแตกแบบจระเข้ สิ่งนี้ไม่เพียงแต่คุกคามความปลอดภัยในการขับขี่อย่างร้ายแรงเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความยากลำบากในการบำรุงรักษาประจำวันอีกด้วย นอกจากนี้, การออกแบบสี่เลนเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการขนส่งได้เป็นเวลานาน จำเป็นต้องมีการขยายและบูรณะใหม่

คอนกรีตใยหินบะซอลต์แบบตัดสั้น ได้นำมาประยุกต์ใช้ในงานถมดินใต้ถุนของโครงการนี้ การปฏิบัติได้แสดงให้เห็นว่าความแข็งแรงแรงดึงเพิ่มขึ้นมากกว่า $30\%$- ความต้านทานต่อความเมื่อยล้าได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นกว่า $30\%$- และความต้านทานการสึกกร่อนเพิ่มขึ้นมากกว่า $300\%$- แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สำคัญในการป้องกันรอยแตกตามยาว ยับยั้งการขยายตัวของรอยแตกร้าว และยืดอายุการใช้งานของผิวถนน

ด้วยคุณสมบัติเชิงกลที่เป็นเอกลักษณ์ เสถียรภาพที่ยอดเยี่ยม และคุ้มค่าต้นทุนสูง เส้นใยบะซอลต์ตัดสั้นได้กลายมาเป็นวัสดุเสริมแรงคอนกรีตที่มีประสิทธิภาพ แนวโน้มการประยุกต์ใช้คอนกรีตไฟเบอร์บะซอลต์แบบตัดสั้นนั้นกว้างมาก ข้อได้เปรียบที่สำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพทางวิศวกรรมและยืดอายุการใช้งานคาดว่าจะก่อให้เกิดผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคมที่ดี เพื่อวางตำแหน่งให้เป็นวัสดุก่อสร้างที่สำคัญในสาขาวิศวกรรมโยธาในอนาคต