การศึกษาประสิทธิภาพการยึดเกาะของวัสดุประสานเสริมใยหินบะซอลต์ด้วยเอ็น BFRP
ปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพการยึดเกาะ
- การเจือปนปริมาณเส้นใยและความยาว
การเติมปริมาณสารเจือปน หินบะซอลต์ เส้นด้ายตัดสั้นมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อความแข็งแรงของการยึดติด และการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการเจือปนปริมาตร 0.2% มีผลดีที่สุดต่อการเพิ่มความแข็งแรงของการยึดติด และการเจือปนมากเกินไปอาจส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากการเกาะตัวของเส้นใย
ความยาวของเส้นใย (เช่น 6 มม. และ 18 มม.) ส่งผลต่อความแข็งแรงของพันธะน้อยกว่า แต่เส้นใยที่สั้นกว่าจะกระจายตัวได้ง่ายกว่าเพื่อลดข้อบกพร่องของส่วนต่อประสาน
- ระดับความแข็งแรงของคอนกรีตรีไซเคิล
การเพิ่มระดับความแข็งแรงของคอนกรีตรีไซเคิล (เช่น จาก C30 เป็น C40) จะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของพันธะระหว่าง Bการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาส และพื้นผิว แต่การเพิ่มขึ้นนั้นมีจำกัด และอินเทอร์เฟซก็อาจเกิดการลอกแบบเปราะได้เมื่อเกรดความแข็งแรงสูงเกินไป
- การบำบัดอินเทอร์เฟซและตัวแทนการจับคู่
การพ่นทรายบนพื้นผิว บีเอฟอาร์พี การเสริมแรงสามารถเพิ่มความหยาบและปรับปรุงแรงกัดทางกล การเติมตัวแทนจับคู่ไซเลนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมพันธะเคมีระหว่างเมทริกซ์ของไฟเบอร์และเรซิน และลดการลื่นของอินเทอร์เฟซ
การทดสอบและกลไกของคุณสมบัติการยึดเกาะ
- การทดสอบดึงศูนย์กลางออก
เส้นโค้งพันธะ-ลื่นไถลได้รับการศึกษาผ่านการทดสอบการดึงออก และพบว่ารูปแบบความเสียหายของพันธะส่วนใหญ่เป็นการดึงเอ็นออกหรือการแตกของคอนกรีต การเพิ่ม เส้นใยบะซอลต์ สามารถชะลอความเสียหายเปราะของคอนกรีตและเพิ่มความเหนียวได้
ช่วงความแข็งแรงของพันธะโดยทั่วไปอยู่ที่ 6-12 MPa และค่าเฉพาะจะได้รับผลกระทบจากปริมาณเส้นใย เส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กเสริม (เช่น 16 มม.) และกระบวนการบำบัดอินเทอร์เฟซ
- แบบจำลองการกระจายความเค้นพันธะ
ความเค้นยึดติดกระจายแบบไม่เชิงเส้นตลอดความยาวของเหล็กเสริม และความเค้นสูงสุดจะกระจุกตัวอยู่ที่ปลายรับน้ำหนัก แบบจำลองเชิงทฤษฎีจำเป็นต้องพิจารณาถึงความต้านทานการยืดตัวของรอยแตกร้าวและผลกระทบจากแรงเสียดทานที่ส่วนต่อประสานของคอนกรีตเสริมใย
ข้อดีของการใช้งานและกรณีศึกษาทางวิศวกรรม
- ความต้านทานการกัดกร่อนและความทนทาน
เหล็กเสริม BFRP ยังคงรักษาความแข็งแรงของพันธะไว้ได้มากกว่า 90% ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนของไอออนคลอไรด์ (เช่น วิศวกรรมทางทะเล) ซึ่งดีกว่าเหล็กเสริมและไฟเบอร์กลาสอย่างเห็นได้ชัด
กรณีตัวอย่าง: สะพานข้ามทะเลชิงเต่าใช้การเสริมแรงด้วย BFRP แทนการเสริมเหล็ก และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 100 ปี
- ประสิทธิภาพน้ำหนักเบาและทนต่อแผ่นดินไหว
ความหนาแน่นของการเสริมแรง BFRP มีเพียง 1/4 ของเหล็ก ซึ่งสามารถใช้เสริมคานคอนกรีตเพื่อลดน้ำหนักโครงสร้างได้ 20%-30% และในขณะเดียวกันก็เพิ่มความสามารถในการใช้พลังงานจากแผ่นดินไหวได้ด้วยการหุ้มเหล็กเสริม
ความท้าทายที่มีอยู่และทิศทางการเพิ่มประสิทธิภาพ
- การเสริมความแข็งแรงของพันธะส่วนต่อประสาน
ปัญหาที่มีอยู่: อินเทอร์เฟซระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์ซีเมนต์มีแนวโน้มที่จะลอกเนื่องจากความเข้มข้นของความเครียด และจำเป็นต้องพัฒนาตัวแทนอินเทอร์เฟซที่ปรับเปลี่ยนด้วยนาโน (เช่น เจือด้วยนาโน-SiO₂) เพื่อปรับปรุงพันธะเคมี
- การดำเนินงานและมาตรฐานในระยะยาว
ขาดข้อมูลการไหลในระยะยาวภายใต้อุณหภูมิสูงและความชื้นสูง (เช่น มากกว่า 10 ปี) จำเป็นต้องมีการทดสอบการเร่งอายุเพื่อยืนยัน ข้อกำหนดการออกแบบยังไม่เป็นมาตรฐานเดียวกันในทุกประเทศ และแม้ว่าจีนจะเผยแพร่มาตรฐาน GB/T 38143-2019 แล้ว แต่แนวทางการออกแบบรายละเอียดยังคงต้องได้รับการปรับปรุง
- การออกแบบเชิงร่วมมือหลายระดับ
ในอนาคตเราจะสามารถสำรวจเทคโนโลยีไฮบริดของ บีเอฟอาร์พี การเสริมแรงและเส้นใยเหล็ก/เส้นใยคาร์บอนเพื่อสร้างคอมโพสิตแบบไล่ระดับและสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแกร่งและความเหนียว
ทิศทางการวิจัยในอนาคต
- การตรวจสอบอัจฉริยะและการสร้างแบบจำลองดิจิทัล
เซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกฝังในเอ็น BFRP การตรวจสอบความเครียดและการพัฒนาของรอยแตกร้าวของอินเทอร์เฟซพันธะแบบเรียลไทม์ รวมกับการจำลององค์ประกอบไฟไนต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ
- กระบวนการเตรียมคาร์บอนต่ำ
ลดอุณหภูมิการหลอมละลายและการดึงของเส้นใยบะซอลต์ (ปัจจุบัน 1,400-1,500 ℃) การพัฒนาเรซินบ่มที่อุณหภูมิต่ำเพื่อลดการใช้พลังงาน
- การใช้ประโยชน์จากวัสดุรีไซเคิลอย่างมีประสิทธิภาพ
ผสมผสานวัสดุรีไซเคิลและเส้นใยบะซอลต์เข้ากับขยะจากการก่อสร้างเพื่อส่งเสริมระบบวัสดุก่อสร้างสีเขียวแบบ "หมุนเวียนทั้งหมด" และลดการใช้ทรัพยากร
สรุป
การวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพการยึดเกาะของวัสดุซีเมนต์เสริมใยหินบะซอลต์และ บีเอฟอาร์พี เอ็นได้บรรลุผลสำเร็จทีละขั้นตอน แต่การประยุกต์ใช้ในวงกว้างยังคงต้องฝ่าฟันอุปสรรคสำคัญๆ เช่น การปรับปรุงประสิทธิภาพส่วนต่อประสาน การตรวจสอบความทนทานในระยะยาว และการออกแบบที่ได้มาตรฐาน ในอนาคต คาดว่าจะสามารถบรรลุความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในด้านวิศวกรรมทางทะเลและการเสริมแรงต้านทานแผ่นดินไหว ผ่านนวัตกรรมข้ามสาขาแบบสหวิทยาการ (เช่น วัสดุอัจฉริยะ กระบวนการคาร์บอนต่ำ) และช่วยพัฒนาอาคารที่ยั่งยืน
