Дослідження адгезійних характеристик цементних матеріалів, армованих базальтовим волокном, з BFRP-напругами
Основні фактори, що впливають на ефективність склеювання
- Об'ємне легування та довжина волокон
Об'ємне легування Базальт Коротко обрізана пряжа має значний вплив на міцність зчеплення, і випробування показує, що об'ємне легування 0,2% має найкращий вплив на підвищення міцності зчеплення, а надмірне легування може натомість призвести до зниження характеристик через агломерацію волокон.
Довжина волокна (наприклад, 6 мм та 18 мм) менш впливає на міцність з'єднання, але коротші волокна легше диспергуються для зменшення міжфазних дефектів.
- Клас міцності переробленого бетону
Збільшення класу міцності переробленого бетону (наприклад, з C30 до C40) підвищує міцність зчеплення між BАрмування FRP і підкладку, але збільшення обмежене, а поверхня розділу схильна до крихкого відшаровування, коли клас міцності занадто високий.
- Обробка інтерфейсу та сполучний агент
Піскоструминна обробка поверхні БФРП Армування може збільшити шорсткість та покращити механічну силу зчеплення; додавання силанового сполучного агента може оптимізувати хімічний зв'язок між волокном та матрицею смоли та зменшити міжфазне ковзання.
Випробування та механізми адгезійних властивостей
- Тест на висмикування центру
Криву залежності зчеплення від ковзання досліджували за допомогою випробування на витягування, і було виявлено, що пошкодження зчеплення відбувалося переважно внаслідок витягування сухожилля або розколу бетону. Додавання... базальтові волокна може уповільнити крихке руйнування бетону та підвищити пластичність.
Типовий діапазон міцності зчеплення становить 6-12 МПа, а на конкретне значення впливає дозування волокна, діаметр армування (наприклад, 16 мм) та процес обробки інтерфейсу.
- Модель розподілу напружень зв'язку
Напруження зчеплення розподіляється нелінійно вздовж довжини арматури, а пікове напруження зосереджено на кінці навантаження. Теоретична модель повинна враховувати опір поширенню тріщин та вплив тертя на межі розділу фібробетону.
Переваги застосування та інженерні кейси
- Стійкість до корозії та довговічність
Арматура з BFRP зберігає понад 90% своєї міцності зчеплення в середовищах ерозії іонів хлориду (наприклад, морське машинобудування), що значно краще, ніж арматурні стрижні зі сталі та скловолокна.
Показовий приклад: на мосту Циндао через море замість сталевої арматури використовується арматура з BFRP, і термін його служби збільшено до понад 100 років.
- Легка та сейсмостійка
Щільність арматури BFRP становить лише 1/4 від щільності сталі, що дозволяє використовувати її для армування бетонних балок, зменшуючи вагу конструкції на 20-30%, а також підвищуючи сейсмостійкість шляхом обгортання арматури.
Існуючі проблеми та напрямок оптимізації
- Зміцнення міжфазних зв'язків
Існуюча проблема: Інтерфейс між волокнами та цементною матрицею схильний до відшаровування через концентрацію напружень, тому для посилення хімічного зв'язку необхідно розробити наномодифіковані міжфазні агенти (наприклад, леговані нано-SiO₂).
- Довгострокова продуктивність та стандартизація
Відсутність даних про довгострокову повзучість за високих температур і високих вологостей (наприклад, більше 10 років), необхідні випробування на прискорене старіння для перевірки; проектні специфікації ще не є однаковими в різних країнах, і хоча Китай опублікував стандарт GB/T 38143-2019, рекомендації щодо детального проектування все ще потребують удосконалення.
- Багатомасштабне спільне проектування
У майбутньому ми можемо дослідити гібридну технологію БФРП армування та сталеве волокно/вуглецеве волокно для створення градієнтних композитів та балансування міцності та пластичності.
Напрямки майбутніх досліджень
- Інтелектуальний моніторинг та цифрове моделювання
Вбудовані волоконно-оптичні датчики в сухожиллях BFRP, моніторинг деформації межі з'єднання та розвитку тріщин у режимі реального часу, у поєднанні з моделюванням методом скінченних елементів для оптимізації конструкції.
- Низьковуглецевий процес приготування
Зниження температури плавлення та витяжки базальтового волокна (наразі 1400-1500 ℃), розробка низькотемпературної смоли для затвердіння зменшує споживання енергії.
- Ефективне використання перероблених матеріалів
Поєднуйте перероблений заповнювач та базальтове волокно з будівельними відходами, щоб сприяти розвитку «повністю відновлюваної» системи зелених будівельних матеріалів та зменшити споживання ресурсів.
Короткий зміст
Дослідження адгезійних властивостей цементних матеріалів, армованих базальтовим волокном, та БФРП Технологія сухожиль досягла поетапних результатів, але її широкомасштабне застосування все ще потребує подолання вузьких місць оптимізації міжфазних зв'язків, перевірки довгострокової міцності та стандартизованого проектування. У майбутньому, завдяки міждисциплінарним перехресним інноваціям (наприклад, інтелектуальним матеріалам, низьковуглецевим процесам), очікується, що вона призведе до технологічних проривів у галузях морської інженерії та сейсмостійкого армування, а також сприятиме розвитку екологічно чистих будівель.
