การศึกษาประสิทธิภาพการยึดเกาะของวัสดุซีเมนต์เสริมใยหินบะซอลต์กับเอ็น BFRP
ปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพการยึดติด
- ปริมาณสารเจือปนและความยาวของเส้นใย
ปริมาณโดปของ หินบะซอลต์ เส้นด้ายที่สั้นลงมีผลอย่างมากต่อความแข็งแรงในการยึดติด และการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการเติมสารในปริมาณ 0.2% มีผลดีที่สุดในการเพิ่มความแข็งแรงในการยึดติด ในขณะที่การเติมสารมากเกินไปอาจนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ลดลงเนื่องจากการรวมตัวกันของเส้นใย
ความยาวของเส้นใย (เช่น 6 มม. และ 18 มม.) มีผลต่อความแข็งแรงของการยึดติดน้อยกว่า แต่เส้นใยที่สั้นกว่าจะกระจายตัวได้ง่ายกว่า ช่วยลดข้อบกพร่องที่บริเวณรอยต่อได้
- ระดับความแข็งแรงของคอนกรีตรีไซเคิล
การเพิ่มระดับความแข็งแรงของคอนกรีตรีไซเคิล (เช่น จาก C30 เป็น C40) จะช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่าง Bการเสริมแรง FRP และพื้นผิว แต่การเพิ่มขึ้นนั้นมีจำกัด และส่วนต่อประสานนั้นมีแนวโน้มที่จะหลุดลอกง่ายเมื่อระดับความแข็งแรงสูงเกินไป
- การบำบัดพื้นผิวและสารเชื่อมประสาน
การพ่นทรายบนพื้นผิวของ บีเอฟอาร์พี การเสริมแรงสามารถเพิ่มความหยาบและปรับปรุงแรงยึดเกาะเชิงกลได้ การเติมสารเชื่อมประสานซิเลนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะทางเคมีระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์เรซิน และลดการลื่นไถลที่ส่วนต่อประสานได้
การทดสอบและกลไกของคุณสมบัติการยึดติด
- การทดสอบการดึงตรงกลาง
ได้ทำการศึกษาเส้นโค้งการยึดเกาะ-การเลื่อนตัวผ่านการทดสอบการดึงออก และพบว่ารูปแบบความเสียหายของการยึดเกาะส่วนใหญ่คือการดึงเอ็นออกหรือการแตกร้าวของคอนกรีต การเพิ่มเติม เส้นใยบะซอลต์ สามารถชะลอความเสียหายจากการเปราะแตกของคอนกรีตและเพิ่มความยืดหยุ่นได้
โดยทั่วไปแล้ว ค่าความแข็งแรงของพันธะจะอยู่ในช่วง 6-12 MPa และค่าที่เฉพาะเจาะจงจะได้รับผลกระทบจากปริมาณเส้นใย เส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุเสริมแรง (เช่น 16 มม.) และกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวสัมผัส
- แบบจำลองการกระจายความเค้นของพันธะ
แรงยึดเหนี่ยวจะกระจายตัวอย่างไม่เป็นเชิงเส้นตามความยาวของเหล็กเสริม และแรงยึดเหนี่ยวสูงสุดจะกระจุกตัวอยู่ที่ปลายด้านที่รับแรง แบบจำลองทางทฤษฎีจำเป็นต้องพิจารณาถึงความต้านทานต่อการขยายตัวของรอยแตกและผลกระทบของแรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสของคอนกรีตเสริมใยด้วย
ข้อดีของการประยุกต์ใช้และกรณีศึกษาทางวิศวกรรม
- ความต้านทานการกัดกร่อนและความทนทาน
การเสริมแรงด้วย BFRP สามารถรักษาความแข็งแรงในการยึดเกาะได้มากกว่า 90% ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนจากไอออนคลอไรด์ (เช่น งานวิศวกรรมทางทะเล) ซึ่งดีกว่าเหล็กและไฟเบอร์กลาสอย่างมาก
ตัวอย่างเช่น สะพานข้ามทะเลชิงเต่าใช้เหล็กเสริมแรง BFRP แทนเหล็กเสริมแรง และอายุการใช้งานของสะพานก็ยาวนานกว่า 100 ปี
- ประสิทธิภาพด้านน้ำหนักเบาและทนต่อแผ่นดินไหว
ความหนาแน่นของวัสดุเสริมแรง BFRP มีเพียง 1/4 ของเหล็ก ซึ่งสามารถใช้เสริมแรงคานคอนกรีตเพื่อลดน้ำหนักโครงสร้างได้ 20%-30% และในขณะเดียวกันก็เพิ่มความสามารถในการดูดซับพลังงานจากแผ่นดินไหวโดยการห่อหุ้มวัสดุเสริมแรงไว้
ความท้าทายที่มีอยู่และทิศทางการปรับปรุงให้เหมาะสม
- การเสริมความแข็งแรงของพันธะระหว่างพื้นผิว
ปัญหาที่มีอยู่: บริเวณรอยต่อระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์ซีเมนต์มีแนวโน้มที่จะหลุดลอกเนื่องจากการกระจุกตัวของความเค้น และจำเป็นต้องมีการพัฒนาสารเชื่อมต่อระหว่างพื้นผิวที่ปรับปรุงด้วยนาโน (เช่น นาโนซิลิกา) เพื่อเสริมสร้างการยึดเกาะทางเคมี
- ประสิทธิภาพและการกำหนดมาตรฐานในระยะยาว
เนื่องจากขาดข้อมูลการคืบตัวในระยะยาวภายใต้อุณหภูมิและความชื้นสูง (เช่น มากกว่า 10 ปี) จึงจำเป็นต้องทำการทดสอบการเร่งอายุเพื่อตรวจสอบความถูกต้อง นอกจากนี้ ข้อกำหนดด้านการออกแบบยังไม่เป็นมาตรฐานเดียวกันในแต่ละประเทศ และถึงแม้ว่าจีนจะออกมาตรฐาน GB/T 38143-2019 แล้ว แต่รายละเอียดแนวทางการออกแบบยังคงต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม
- การออกแบบร่วมกันในหลายระดับ
ในอนาคต เราสามารถสำรวจเทคโนโลยีลูกผสมได้ บีเอฟอาร์พี การเสริมแรงด้วยเส้นใยเหล็ก/เส้นใยคาร์บอนเพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิตแบบไล่ระดับและสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความยืดหยุ่น
ทิศทางการวิจัยในอนาคต
- การตรวจสอบอัจฉริยะและการสร้างแบบจำลองดิจิทัล
การฝังเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงในเอ็น BFRP ช่วยให้สามารถตรวจสอบความเครียดของส่วนเชื่อมต่อและพัฒนาการของรอยแตกได้แบบเรียลไทม์ ควบคู่กับการจำลองด้วยวิธีไฟไนต์เอเลเมนต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ
- กระบวนการเตรียมการคาร์บอนต่ำ
ลดอุณหภูมิการหลอมและการดึงเส้นใยบะซอลต์ (ปัจจุบันอยู่ที่ 1400-1500 ℃) และการพัฒนาเรซินที่บ่มตัวที่อุณหภูมิต่ำเพื่อลดการใช้พลังงาน
- การใช้ประโยชน์จากวัสดุรีไซเคิลอย่างมีประสิทธิภาพ
นำวัสดุรีไซเคิลและเส้นใยบะซอลต์มาผสมผสานกับเศษวัสดุก่อสร้าง เพื่อส่งเสริมระบบวัสดุก่อสร้างสีเขียวที่ "สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ทั้งหมด" และลดการใช้ทรัพยากร
สรุป
งานวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพการยึดเกาะของวัสดุซีเมนต์เสริมใยหินบะซอลต์ และ บีเอฟอาร์พี เทคโนโลยีเอ็นยึดวัสดุได้ประสบความสำเร็จทีละขั้นตอน แต่การนำไปใช้งานในวงกว้างยังคงต้องเอาชนะอุปสรรคสำคัญ เช่น การปรับปรุงพื้นผิวสัมผัส การตรวจสอบความทนทานในระยะยาว และการออกแบบที่เป็นมาตรฐาน ในอนาคต คาดว่าจะมีการพัฒนาทางเทคโนโลยีครั้งสำคัญในสาขาวิศวกรรมทางทะเลและการเสริมแรงต้านทานแผ่นดินไหว ผ่านนวัตกรรมข้ามสาขา (เช่น วัสดุอัจฉริยะ กระบวนการคาร์บอนต่ำ) และช่วยส่งเสริมการพัฒนาอาคารที่ยั่งยืน
