Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật và tối ưu hóa hiệu suất của bê tông cốt sợi bazan cắt ngắn

Trong những năm gần đây,Kỹ thuật đường bộ của Trung Quốc Sự thi công đã phát triển nhanh chóng, và công nghệ kết cấu bê tông đã đạt được những tiến bộ đáng kể, tích lũy nhiều thành tựu kỹ thuật tiên tiến và trưởng thành. Thiết kế kết cấu bê tông đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng cơ sở hạ tầng, chứng minh tầm quan trọng của nó. Tuy nhiên, cùng với những thành tựu này, vấn đề của nứt bê tông đang ngày càng trở nên nổi bật. Sự hiện diện của các vết nứt làm giảm hiệu suất của bê tông, đáng chú ý là giảm độ bền kéo, đây là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng giòn của bê tông. Sợi bazan cắt ngắn, như một vật liệu sợi mới, đã trở thành vật liệu gia cố bê tông tuyệt vời do các đặc tính cơ học độc đáo của nó, độ ổn định tốt, và hiệu quả chi phí cao.Bài viết này sẽ tập trung vào các đặc điểm của đường tắt Sợi bazan và khám phá ứng dụng thực tế của nó trong việc gia cố và tăng cường bê tông.

2. Tính chất của sợi bazan cắt ngắn

2.1 Định nghĩa

sợi bazan là một loại sợi khoáng vô cơ được xử lý bằng cách cắt sợi bazan liên tục thành các đoạn dài thường ngắn hơn $50\text{mm}$. Nó có thể được phân tán đều trong bê tông. Theo ứng dụng của nó, nó có thể được phân loại chủ yếu thành: sợi chống nứt cho bê tông ($\text{BF}$), sợi gia cường và làm cứng cho bê tông ($\text{BZ}$), và sợi chống nứt cho vữa ($\text{BSF}$), trong số những thứ khác.

2.2 Hiệu suất của Sợi bazan cắt ngắn

Đường tắt sợi bazan sở hữu những đặc tính tuyệt vời của cường độ cao Và mô đun cao. Độ bền kéo của nó có thể đạt tới $1050\text{-}1250\text{MPa}$, và mô đun đàn hồi của nó không nhỏ hơn $34\text{GPa}$. Của nó khả năng chịu nhiệt độ cao là nổi bật, cho phép nó hoạt động liên tục trong phạm vi nhiệt độ rộng −269∘C ĐẾN 650∘C. Nó thể hiện cao khả năng chống ăn mòn Và tính ổn định hóa học trong môi trường ăn mòn như axit, kiềm, và muối. Đặc biệt trong môi trường kiềm như dung dịch kiềm bão hòa và xi măng, tỷ lệ duy trì độ bền gãy sợi đơn của nó lớn hơn $75\%$, thể hiện khả năng chống ăn mòn kiềm tuyệt vời. Sợi bazan cắt ngắn có khả năng tương thích tốt với chất kết dính vô cơ, tỷ lệ hấp thụ độ ẩm thấp hơn $1\%$, và tính hút ẩm của nó không thay đổi theo thời gian. Điều này chứng tỏ tính ổn định vật liệu tốt của nó, tuổi thọ dài, và khả năng tương thích với môi trường trong quá trình sử dụng. Hơn nữa, sợi này cũng có những đặc tính tuyệt vời như cách điện, lọc nhiệt độ cao, khả năng chống bức xạ, và khả năng truyền sóng. Chỉ số hiệu suất của nó được thể hiện ở Bảng 1.

3. Phân tích ứng dụng sợi bazan cắt ngắn trong bê tông

Bê tông cốt sợi bazan cắt ngắn bao gồm việc kết hợp một lượng sợi bazan cắt ngắn liên tục hoặc không liên tục nhất định vào bê tông theo cách thích hợp. Trong khi vẫn giữ nguyên lợi thế ban đầu của cường độ nén của bê tông, phương pháp này có thể cải thiện đáng kể độ dẻo dai Và độ bền kéo, do đó gia cố và tăng cường bê tông một cách hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của kết cấu công trình.

Ngoài ra sợi bazan, sợi carbon, sợi thủy tinh, sợi aramid, và một số loại khác cũng được sử dụng làm vật liệu gia cố trong bê tông. Tuy nhiên, thực hành lâu dài cho thấy những vật liệu này có một số vấn đề nhất định khi áp dụng vào bê tông, khiến việc đáp ứng nhu cầu thị trường về bê tông hiệu suất cao trở nên khó khăn. Sự xuất hiện của sợi bazan cắt ngắn lấp đầy khoảng trống này về vật liệu và phương pháp, thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của công nghệ gia cố và gia cường bê tông. Vai trò của nó trong việc gia cố và tăng cường bê tông chủ yếu được thể hiện ở các khía cạnh sau:

1. Chống nứt hiệu quả: Do lợi thế về số lượng và diện tích bề mặt, sợi bazan cắt ngắn có thể hạn chế hiệu quả các vết nứt nhỏ, ngăn cản sự kết nối và mở rộng của chúng. Trong khi đó, nó khắc phục được những nhược điểm của các loại sợi tổng hợp khác, chẳng hạn như mật độ thấp, độ bền kéo thấp, và mô đun đàn hồi thấp. Nó không dễ bị kéo ra ngoài trong quá trình lan truyền vết nứt, có thể ức chế đáng kể sự phát triển của các vết nứt nhỏ và làm chậm quá trình hình thành các vết nứt mới, có tác động tích cực đến việc cải thiện khả năng thấm và chống đóng băng-tan băng của bê tông.

2. Kết hợp Mô đun cao với sự tiện lợi trong xây dựng: Sợi bazan cắt ngắn không chỉ tận dụng những ưu điểm tương tự như mô đun đàn hồi cao và độ bền kéo sợi đơn cao của sợi thép để ngăn chặn sự giãn nở vết nứt, nhưng cũng khắc phục hiệu quả những nhược điểm của sợi thép, chẳng hạn như dễ vón cục trong quá trình trộn và khó khăn khi bơm và thi công.

3. Khả năng phân tán và tương thích tốt: Là một loại sợi vô cơ gốc silicat, sợi bazan cắt ngắn có khả năng tương thích tự nhiên với vật liệu xi măng. Mật độ của nó (xấp xỉ. 2,63-2,80g/cm3) gần giống với bê tông xi măng và vữa, mang lại khả năng làm việc tốt. Một khi đã thêm vào, Nó có thể phân tán đều khắp kết cấu bê tông.

4. Độ bền tuyệt vời: Sợi bazan cắt ngắn được biến tính bề mặt thể hiện đặc tính "sợi trơ", thể hiện khả năng chống chịu nhiệt độ cao vượt trội, sự ăn mòn, và tác động. Nó duy trì sự ổn định ngay cả trong môi trường nhiệt độ cao và có tính ăn mòn cao, và nó có thể tăng cường khả năng chống biến dạng của nền xi măng. Vì thế, nó có thể thích ứng với môi trường khắc nghiệt của quá trình trộn bê tông, đổ, cài đặt, và các giai đoạn dịch vụ, cải thiện đáng kể độ bền của bê tông.

Tóm lại, sợi bazan cắt ngắn có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống va đập của bê tông, giảm độ giòn của nó, và tăng cường toàn diện các tính chất cơ học của nó. Cụ thể, nó có chức năng trong các kết cấu bê tông để ngăn ngừa nứt, ngăn chặn rò rỉ, tăng cường độ bền, cải thiện khả năng chịu va đập và chịu kéo, và giúp cải thiện chất lượng bề mặt.

4. Phương pháp thi công và biện pháp phòng ngừa cho bê tông sợi bazan cắt ngắn

4.1 Nhiệt độ xây dựng

Bê tông sợi bazan cắt ngắn nên được xây dựng ở nhiệt độ từ −5∘C Và 25∘C. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp có thể dẫn đến hỗn hợp không đồng đều.

4.2 Kiểm soát chất lượng xây dựng

Kiểm soát chất lượng cho việc xây dựng bê tông sợi bazan cắt ngắn nên tập trung vào việc kiểm tra nguyên liệu thô, độ chính xác đo lường, và chất lượng của quá trình trộn.

4.2.1 Thiết kế tỷ lệ pha trộn

Trong xây dựng thực tế, nên lựa chọn liều lượng sợi bazan cắt ngắn khác nhau trong phạm vi hợp lý dựa trên yêu cầu của dự án. Vì bản thân sợi bazan cắt ngắn không phản ứng hóa học với các thành phần bê tông hoặc phụ gia khác, liều lượng của nó thường không làm thay đổi nguyên tắc thiết kế tỷ lệ hỗn hợp bê tông ban đầu. Trong quá trình xây dựng, chất lượng của tất cả các vật liệu phải được xác định nghiêm ngặt theo tỷ lệ hỗn hợp xây dựng và số lượng mẻ trộn cho một lần trộn. Bảng 2 cung cấp ví dụ về tỷ lệ trộn tối ưu cho bê tông cốt sợi bazan.

Các cuộc thử nghiệm đã chỉ ra rằng liều lượng chất xơ cao hơn không nhất thiết mang lại khả năng chống nứt tốt hơn. Khi liều lượng không vượt quá 1.2kg/m3, cường độ nén của bê tông có xu hướng tăng ban đầu sau đó giảm (đạt giá trị đỉnh) khi liều lượng sợi tăng.

4.2.2 Trình tự và phương pháp cho ăn

Trong quá trình trộn, sợi bazan cắt ngắn nên được thêm đồng thời với các cốt liệu như cát và đá. Nên rắc đều sợi vào cát và đá trong quá trình đặt chúng, và sau đó thêm nước để trộn ướt.

Phương pháp bổ sung chất xơ có thể được chia thành phương pháp cho ăn thủ công và phương pháp cho ăn tự động:

• Cho ăn bằng tay: Sợi bazan đã cân được thêm thủ công sau khi cốt liệu nóng được đưa vào máy trộn. Phương pháp này đòi hỏi cường độ lao động cao, độ đồng đều trộn tương đối thấp hơn, và cần kéo dài thời gian trộn một cách thích hợp để đảm bảo sợi được phân tán đồng đều.

• Tự động nạp liệu: Một tự động sợi bazan Máy định lượng được sử dụng để định lượng tự động và bổ sung đồng thời với cốt liệu nóng của máy trộn. Máy định lượng sợi thường được trang bị chức năng đo tự động, phân tán trước, và cơ chế vận chuyển khí nén, mang lại những lợi thế tiện lợi, nhanh, và phép cộng chính xác. Nên lựa chọn phương pháp phù hợp dựa trên điều kiện xây dựng.

4.2.3 Điều chỉnh độ sụt

Việc bổ sung chất xơ làm tăng nhẹ độ nhớt của hỗn hợp bê tông, ảnh hưởng đến sự sụt giảm. Nếu độ sụt không đáp ứng được yêu cầu xây dựng, nên ưu tiên sử dụng chất làm dẻo hoặc chất giảm nước để điều chỉnh. Vấn đề này không thể giải quyết bằng cách tăng hàm lượng nước.

4.2.4 Tạo hình và đóng rắn

Không có yêu cầu đặc biệt nào đối với việc hình thành bê tông trộn với sợi bazan cắt ngắn, nhưng phải đảm bảo đủ độ rung và độ nén. Yêu cầu bảo dưỡng của nó cũng giống như yêu cầu đối với bê tông thông thường.

Trường hợp ứng dụng tóm tắt của bê tông sợi bazan cắt ngắn

Đường cao tốc Tĩnh Châu (đoạn từ An Dương đến Tân Hương) là tuyến đường cao tốc quốc gia và là một phần quan trọng trong mạng lưới đường cao tốc của tỉnh Hà Nam. Do nền đắp cao và chất lượng đất nền kém ở phần này, Nền đất lún không đều và các khuyết tật khác xuất hiện ngay sau khi mở. Trong những năm gần đây, với sự gia tăng đột biến về lưu lượng giao thông và sự gia tăng của các phương tiện quá tải, mặt đường đã nhiều lần bị nhiều khuyết tật khác nhau như vết nứt dọc và vết nứt ngang, ổ gà, giải quyết, nứt lưới, và tiếng nứt của cá sấu. Điều này không chỉ gây nguy hiểm nghiêm trọng đến an toàn lái xe mà còn gây khó khăn lớn cho việc bảo dưỡng hàng ngày. Hơn nữa, thiết kế bốn làn xe ban đầu từ lâu đã không đáp ứng được nhu cầu vận chuyển, đòi hỏi phải mở rộng và tái thiết.

Bê tông sợi bazan cắt ngắn đã được áp dụng trong việc lấp nền của dự án này. Thực tế đã chứng minh rằng độ bền kéo của nó tăng lên hơn $30\%$, khả năng chống mỏi của nó được cải thiện hơn $30\%$, và khả năng chống lún của nó tăng lên hơn $300\%$. Nó đã cho thấy hiệu quả đáng kể trong việc ngăn ngừa các vết nứt dọc, ức chế sự mở rộng vết nứt, và kéo dài tuổi thọ của mặt đường.

Với các tính chất cơ học độc đáo của nó, độ ổn định tuyệt vời, và hiệu quả chi phí cao, sợi bazan cắt ngắn đã trở thành vật liệu gia cố bê tông hiệu quả. Triển vọng ứng dụng của bê tông sợi bazan cắt ngắn cực kỳ rộng rãi. Những lợi thế đáng kể của nó trong việc nâng cao hiệu suất kỹ thuật và kéo dài tuổi thọ dự kiến ​​sẽ mang lại lợi ích kinh tế và xã hội tốt, đưa nó trở thành vật liệu xây dựng quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật dân dụng trong tương lai.