Nghiên cứu hiệu suất bám dính của vật liệu xi măng gia cường sợi bazan với gân BFRP
Các yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến hiệu suất liên kết
- Pha tạp thể tích sợi và chiều dài
Sự pha tạp thể tích của Đá bazan Sợi cắt ngắn có tác động đáng kể đến độ bền liên kết và thử nghiệm cho thấy mức pha tạp thể tích 0,2% có tác dụng tốt nhất trong việc tăng cường độ liên kết và việc pha tạp quá mức có thể dẫn đến giảm hiệu suất do sợi bị kết tụ.
Chiều dài sợi (ví dụ 6mm và 18mm) ít ảnh hưởng đến độ bền liên kết, nhưng sợi ngắn hơn dễ phân tán hơn để giảm khuyết tật giao diện.
- Cấp độ bền của bê tông tái chế
Việc tăng cường độ của bê tông tái chế (ví dụ, từ C30 lên C40) sẽ tăng cường độ liên kết giữa BGia cố FRP và chất nền, nhưng mức tăng bị hạn chế và giao diện dễ bị bong tróc giòn khi cấp độ bền quá cao.
- Xử lý giao diện và tác nhân kết nối
Phun cát bề mặt của BFRP gia cố có thể làm tăng độ nhám và cải thiện lực cắn cơ học; thêm chất kết dính silan có thể tối ưu hóa liên kết hóa học giữa sợi và ma trận nhựa và giảm độ trượt giao diện.
Các thử nghiệm và cơ chế của tính chất kết dính
- Kiểm tra độ kéo ra ở giữa
Đường cong liên kết trượt đã được nghiên cứu thông qua thử nghiệm kéo ra và thấy rằng chế độ hư hỏng liên kết chủ yếu là kéo gân hoặc bê tông tách ra. Việc bổ sung sợi bazan có thể làm chậm quá trình phá hủy giòn của bê tông và tăng cường độ dẻo.
Phạm vi cường độ liên kết điển hình là 6-12 MPa và giá trị cụ thể bị ảnh hưởng bởi liều lượng sợi, đường kính cốt thép (ví dụ: 16 mm) và quy trình xử lý giao diện.
- Mô hình phân phối ứng suất liên kết
Ứng suất liên kết phân bố phi tuyến tính dọc theo chiều dài cốt thép, và ứng suất cực đại tập trung ở đầu chịu tải. Mô hình lý thuyết cần xem xét khả năng chống nứt và hiệu ứng ma sát giao diện của bê tông cốt sợi.
Ưu điểm ứng dụng và trường hợp kỹ thuật
- Khả năng chống ăn mòn và độ bền
Vật liệu gia cố BFRP vẫn giữ được hơn 90% cường độ liên kết trong môi trường xói mòn ion clorua (ví dụ, kỹ thuật hàng hải), tốt hơn đáng kể so với thanh gia cố bằng thép và sợi thủy tinh.
Ví dụ điển hình: Cầu vượt biển Thanh Đảo sử dụng cốt thép BFRP thay cho cốt thép, tuổi thọ của cầu đã được kéo dài hơn 100 năm.
- Hiệu suất nhẹ và chịu được địa chấn
Mật độ cốt thép BFRP chỉ bằng 1/4 mật độ cốt thép, có thể dùng để gia cố dầm bê tông nhằm giảm trọng lượng kết cấu 20%-30%, đồng thời tăng khả năng tiêu thụ năng lượng địa chấn bằng cách bọc cốt thép.
Những thách thức hiện tại và hướng tối ưu hóa
- Tăng cường liên kết giao diện
Vấn đề hiện tại: Giao diện giữa sợi và nền xi măng dễ bị bong tróc do ứng suất tập trung và cần phát triển các tác nhân giao diện được biến đổi ở dạng nano (ví dụ: nano-SiO₂ pha tạp) để tăng cường liên kết hóa học.
- Hiệu suất và tiêu chuẩn hóa dài hạn
Do thiếu dữ liệu về độ biến dạng dài hạn trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao (ví dụ: hơn 10 năm), cần phải tiến hành các thử nghiệm lão hóa gia tốc để xác minh; thông số kỹ thuật thiết kế vẫn chưa thống nhất giữa các quốc gia và mặc dù Trung Quốc đã ban hành tiêu chuẩn GB/T 38143-2019, nhưng các hướng dẫn thiết kế chi tiết vẫn cần được cải thiện.
- Thiết kế cộng tác đa quy mô
Trong tương lai, chúng ta có thể khám phá công nghệ lai của BFRP cốt thép và sợi thép/sợi carbon để tạo ra vật liệu composite có độ dốc và cân bằng độ bền và độ dẻo.
Hướng nghiên cứu trong tương lai
- Giám sát thông minh và mô hình hóa kỹ thuật số
Cảm biến sợi quang nhúng trong gân BFRP, theo dõi thời gian thực về biến dạng giao diện liên kết và sự phát triển vết nứt, kết hợp với mô phỏng phần tử hữu hạn để tối ưu hóa thiết kế.
- Quy trình chế biến ít carbon
Giảm nhiệt độ nóng chảy và kéo sợi bazan (hiện tại là 1400-1500 ℃), phát triển nhựa lưu hóa ở nhiệt độ thấp để giảm mức tiêu thụ năng lượng.
- Sử dụng hiệu quả vật liệu tái chế
Kết hợp cốt liệu tái chế và sợi bazan với chất thải xây dựng để thúc đẩy hệ thống vật liệu xây dựng xanh “hoàn toàn có thể tái tạo” và giảm mức tiêu thụ tài nguyên.
Bản tóm tắt
Nghiên cứu về hiệu suất liên kết của vật liệu xi măng gia cường sợi bazan và BFRP Công nghệ gân đã đạt được kết quả từng bước, nhưng việc ứng dụng rộng rãi vẫn cần vượt qua những rào cản của việc tối ưu hóa giao diện, kiểm tra độ bền lâu dài và thiết kế tiêu chuẩn hóa. Trong tương lai, thông qua đổi mới liên ngành (ví dụ: vật liệu thông minh, quy trình carbon thấp), công nghệ này được kỳ vọng sẽ tạo ra những đột phá công nghệ trong lĩnh vực kỹ thuật hàng hải và gia cố chống động đất, đồng thời hỗ trợ phát triển các công trình bền vững.
