Mga Mechanical Properties at Failure Mechanism ng Fiber-Reinforced Concrete: Impluwensya ng Fiber Type at Content
Ang kongkreto ang pinakamalawak na ginagamit Konstruksyon materyal. Nag-aalok ito ng maraming pakinabang, kabilang ang malawakang kakayahang magamit, simpleng proseso ng produksyon, mababang gastos, at kadalian ng aplikasyon. Ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan gaya ng mga gusali, kalsada, tulay, tunnel, at hydraulic engineering. Habang ang isang malaking bilang ng mga proyekto sa engineering ay nabuo, ang mga pangangailangan sa pagganap ng kongkreto ay unti-unting tumaas. Dahil dito, ang mga pagkukulang ng tradisyonal na kongkreto, tulad ng hindi sapat na lakas ng makunat, mahinang crack resistance, at kawalang-tatag ng volume, ay naging maliwanag. Samakatuwid, ang pagpapabuti ng pagganap ng kongkreto ay patuloy na naging isa sa mga pangunahing direksyon ng pananaliksik sa civil engineering.
Upang mapahusay ang pagganap ng kongkreto, ang mga hibla ay karaniwang idinagdag upang mapabuti ang mga mekanikal na katangian at tigas nito. Kasama sa mga halimbawa Steel Fibers (SF), synthetic fibers (tulad ng polypropylene fibers), mineral fibers (tulad ng basalt fibers - BF), at carbon fibers (CF). Ang diskarte na ito ay higit na nagpalakas sa pagganap ng high-performance concrete (HPC) at ultra-high performance concrete (UHPC).
Ang mga hibla ay maaaring, sa ilang mga lawak, mapabuti ang mga mekanikal na katangian ng kongkreto. Gayunpaman, ang iba't ibang uri at nilalaman ng hibla ay hindi maaaring hindi humahantong sa mga makabuluhang pagkakaiba-iba sa kanilang epekto sa mga mekanikal na katangian ng kongkreto. Sa kasalukuyan, ang pinakamainam na nilalaman ng hibla, ang dami ng ugnayan sa pagitan ng mga nauugnay na parameter at mekanikal na katangian, at ang pinagbabatayan na mga mekanismo ng fiber-reinforced concrete ay nangangailangan pa rin ng karagdagang paglilinaw. Sinisiyasat ng pag-aaral na ito ang mga carbon fiber (CF), basalt fibers (BF), at steel fibers (SF) bilang mga paksa ng pananaliksik, naghahanda ng mga kongkretong ispesimen na may iba't ibang nilalaman ng hibla. Ang mga hibla na ito ay pinili dahil sa kanilang mahusay na dokumentado na pagpapahusay ng pagganap sa kongkreto at malawakang aplikasyon. Sa pamamagitan ng kinokontrol na variable na mga eksperimento, ang mga epekto ng uri ng hibla at nilalaman sa compressive strength, elastic modulus, at failure mode ng kongkreto ay sistematikong nasuri. Pinagsasama ang mga digital na imahe at pag-scan ng electron microscopy (SEM) na mga diskarte sa pagsusuri, ang pag-uugali ng crack evolution ng fiber-reinforced concrete sa panahon ng mga eksperimento ay naobserbahan, na humahantong sa mga sumusunod na konklusyon:
1. Kumpara sa ordinaryong kongkreto (PC), ang pagsasama ng steel fibers (SF), carbon fibers (CF), at basalt fibers (BF) ay makabuluhang pinahusay ang mga mekanikal na katangian ng fiber-reinforced concrete (FRC) at binago ang failure mode nito. Binago ng mga fibers na ito ang compactness ng kongkreto at ang mga katangian ng paunang pore compression. Habang tumataas ang nilalaman ng hibla, ang mode ng pagkabigo ay lumipat mula sa malutong hanggang sa ductile. Ang kritikal na punto ng paglipat ay 0.5% para sa steel fiber concrete (SFC) at 1.0% para sa parehong carbon fiber concrete (CFC) at basalt fiber concrete (BFC). Upang mapakinabangan ang mekanikal na pagganap, ang pinakamainam na nilalaman para sa mga hibla ng bakal ay 2.0%, para sa mga hibla ng carbon 1.0%, at para sa mga hibla ng basalt 0.5%.
2. Bagama't maaaring mapabuti ng fiber content ang compactness at bearing capacity ng kongkreto, ang sobrang mataas na content ay maaaring humantong sa isang "saturation" phenomenon, na nagiging sanhi ng fiber "agglomeration." Ito ay negatibong nakakaapekto sa mga pisikal na katangian ng kongkreto, lakas, at mga katangian ng pagpapapangit. Nakamit ng steel fiber concrete ang pinakamainam na performance sa isang fiber volume fraction na 2.0%, habang ang carbon fiber concrete at basalt fiber concrete ay umabot sa kanilang pinakamainam na performance sa 1.0% at 0.5%, ayon sa pagkakabanggit. Higit pa sa mga pinakamainam na nilalamang ito, tinanggihan ang pagganap.
3. Ang pag-scan ng Electron Microscopy (SEM) analysis ay nagsiwalat na ang interfacial bond sa pagitan ng mga fibers at ng cementitious matrix ay makabuluhang nakakaimpluwensya sa macroscopic mechanical properties ng kongkreto. Ang isang naaangkop na dami ng mga hibla ay bumubuo ng isang siksik na three-dimensional na istraktura ng network sa loob ng kongkreto, na nagpapahusay sa pagkakakonekta ng matrix at pangkalahatang pagganap. Gayunpaman, ang sobrang mataas na nilalaman ng hibla ay humahantong sa pagsasama-sama ng hibla, na lumilikha ng mahinang mga rehiyon ng interfacial at binabawasan ang density at lakas ng kongkreto. Ang mga pagbabago sa microstructure ay lubos na naaayon sa ebolusyon ng macroscopic mechanical properties.
4. Ang pagdaragdag ng mga hibla ay makabuluhang binago ang mode ng pagkabigo ng kongkreto. Kung ikukumpara sa plain concrete, ang fiber-reinforced concrete ay nagpakita ng mas mataas na post-failure integrity, na may mas kaunti at mas makitid na bitak, at pinahusay na tigas. Ang mga bakal na hibla ay pinaka-epektibo sa pagsugpo sa crack, na sinusundan ng mga carbon fiber at basalt fibers. Ang "bridging effect" ng mga fibers ay may mahalagang papel sa pagsugpo sa pagpapalaganap ng crack, habang ang "mahina na epekto ng interface" ay may negatibong epekto sa mga mekanikal na katangian.
