La fibra - formigó reforçat (FRC) és un material compost compost per ciment o ciment hidràulic, aigua, agregats gruixuts i fins i fibres discontinuoses curtes i uniformement distribuïdes. Les fibres poden ser fibres d’acer, fibres de vidre, fibres de carboni, fibres de polímer, fibres vegetals, etc. La longitud sol varia de 3mm a 64mm, i el diàmetre pot variar d’uns quants micres a 1 mm. La forma de secció de la fibra de la creu - pot ser circular, el·líptica, poligonal, triangular, creixent o quadrat, que depèn principalment de les matèries primeres utilitzades i del procés de processament i fabricació. Les fibres es divideixen principalment en dues categories: fibres gruixudes i fibres fines. El diàmetre o el diàmetre equivalent de les fibres fines sol ser inferior a 0,3 mm, mentre que el diàmetre o el diàmetre equivalent de les fibres gruixudes és superior o igual a 0,3 mm. El SO - anomenat diàmetre equivalent és el diàmetre circular convertit de la mateixa creu - àrea de secció que la fibra circular, és a dir, (4a/π) 0,5.
El percentatge de volum de fibra en formigó sol ser del 0,1% al 5%. La mida d’aquest percentatge de volum depèn principalment de la facilitat de barreja de la barreja i de l’escenari d’aplicació del projecte. Per exemple, les tensions secundàries causades per la contracció i els canvis de temperatura del formigó solen ser controlats i resolts per dosis baixes de fibra (0,1% al 0,3% en volum). Quan el contingut de fibra supera el 0,3%, la resposta mecànica del formigó de fibra serà significativament diferent de la del formigó ordinari sense fibra, principalment en la seva càrrega - capacitat de suport després de l’esquerda. La capacitat del formigó de fibra per absorbir l’energia després de l’esquerda s’anomena “duresa”. Quan s’afegeixen dosis més elevades de fibra al formigó, a més de la duresa després de l’esquerda, el formigó de fibra també mostra la soca - reforçant les característiques. És a dir, aquest material compost pot suportar tensions de tracció que superen les del formigó ordinari mateix. En aquests pseudo - compostos dúctils, sovint es veuen múltiples esquerdes i considerables característiques d’absorció d’energia i dissipació d’energia.
Tipus de formigó reforçat per fibra
L’estàndard americà ASTM C116/C116M proporciona quatre tipus de formigó de fibra: el primer és formigó d’acer (SFRC), que inclou principalment fibra d’acer inoxidable, fibra d’acer d’aliatge i fibra d’acer de carboni; El segon és el formigó de fibra de vidre (GFRC), que està compost per alcali - fibra de vidre resistent; El tercer és el formigó de fibra sintètica (SYNFRC), i el quart és el formigó natural de fibra (NFRC).
Com es pot veure a la taula anterior, la força i el mòdul elàstic de la fibra d’acer són relativament alts, i no és fàcil d’oxidar -se perquè es troba en un entorn altament alcalí. L’efecte d’enllaç entre ella i la barreja pot aconseguir un ancoratge mecànic més eficaç millorant la rugositat i la deformació de la superfície.
Les fibres sintètiques són principalment no - fibres metàl·liques produïdes pel desenvolupament de les indústries petroquímiques i tèxtils, incloses diverses formes de polímers. A continuació es mostren algunes fibres sintètiques que s’utilitzen habitualment en formigó prefabricat:
Fibra de carboni
En comparació amb la fibra d’acer, la fibra de vidre, la fibra de polipropilè, etc., l’avantatge de la fibra de carboni rau en les seves característiques, alt mòdul, resistència a la calor, estabilitat química en entorn alcalí i altres ambients químics corrosius; A més, té la característica de millorar significativament les propietats mecàniques.
Fibra de niló/fibra de poliamida
Aquest tipus de fibra té una bona resistència a la tracció, alta resistència, recuperació elàstica i bona hidrofilicitat, i és relativament estable en els ambients alcalins basats en ciment -.
Polipropilè
Aquesta fibra té un mòdul elàstic baix i un punt de fusió baix, per la qual cosa no és adequat per a productes de formigó prefabricat amb un autoclavament de temperatura alta -. No obstant això, a causa del seu baix punt de fusió, es pot utilitzar per produir materials o productes refractaris amb alta resistència al foc. Hi ha dos tipus de fibres de polipropilè utilitzades per a reforç de formigó: monofilaments i fibres fibril·lades (fibres estirades). Aquestes fibres són hidrofòbiques i tenen un gran angle de contacte amb aigua. Per tant, tenen un enllaç més pobre amb formigó que les fibres hidròfils.
Fibra d’alcohol polivinil
Aquesta fibra està feta de resina PVA a través de múltiples processos d’estiraments alts i té alta rigidesa i resistència a l’aigua. L’estat de distribució de fibres a la base de formigó es pot canviar mitjançant un tractament especial de superfície. Malauradament, la fibra PVA té un gran coeficient de contracció tèrmica i la seva taxa de contracció és fins al 4% als 200 graus. Té una bona resistència als entorns alcalins i als dissolvents orgànics i té poca pèrdua de força en la llarga - terme radiació ultraviolada.
Fibra de vidre
La fibra de vidre que s’utilitza en formigó ha de contenir un mínim de 16% diòxid de zirconi per a la resistència alcalí; No es recomana que altres tipus de fibra de vidre, com ara alcali - fibra lliure, no es recomana utilitzar en formigó. La fibra de vidre té un mòdul elevat i una gran resistència i té un bon enllaç amb formigó. La diferència entre el formigó armat de fibra de vidre i altres formigons armats de fibra és el contingut de fibra; El primer té un percentatge de volum de fibra del 4% al 6%, mentre que el segon, o un altre percentatge de volum de fibra és del 0,1% a l’1%. Per aconseguir un alt contingut de fibra de vidre, la composició de formigó necessita un alt contingut de ciment, agregat fi i gairebé cap agregat gruixut.
El paper de la fibra en el formigó
Quasi - resposta estàtica i resposta d'impacte
Les fibres poden millorar eficaçment les propietats mecàniques. Les proves de martell de caiguda d’impacte mostren que la força d’impacte del formigó de fibra de polipropilè amb un contingut de volum del 0,1% al 0,2% és superior a la del formigó ordinari tant en l’etapa inicial d’esquerdament com en l’etapa final de la fractura. Actualment, no hi ha cap mètode de prova estàndard unificat per determinar la força de compressió del formigó de fibra, però els estudis rellevants han demostrat que la força de compressió axial del formigó de fibra és del 85% al 100% superior a la del formigó ordinari; Estudis posteriors han demostrat que, sota les càrregues d’impacte, el formigó de fibra no té una ductilitat màxima evident en el període de compressió tardana, que és principalment perquè els fragments de formigó no s’uneixen a les fibres. Tot i que els resultats de la prova mostren que el coeficient d’impacte del formigó de fibra d’acer és el formigó de fibra de polímer no és diferent del formigó ordinari, amb un coeficient d’impacte d’uns 1,5. A més, els resultats mostren que tres fibres d’acer deformades dimensionals {{8- tenen un coeficient d’impacte dinàmic més evident que dues fibres d’acer deformades dimensionals dimensionals; No obstant això, la resistència a la tracció sota càrregues dinàmiques i la força de flexió residual després de l’esquerdament s’ha millorat significativament.
El rendiment de fibres en formigó amb càrregues d’impacte depèn en gran mesura de l’enllaç entre les fibres i el formigó sota desplaçaments amb altes taxes de desenvolupament de fissures. Els estudis han demostrat que, amb l’augment de les taxes de càrrega, el formigó de fibra d’acer té una alta resistència al desenvolupament de les fissures, en comparació amb alguns exemplars de formigó amb fibres de polipropilè, però aquest pot posar -se ràpidament al dia amb els primers; S’especula que això és principalment perquè les fibres de polipropilè són més sensibles a les taxes de tensió que les fibres d’acer.
Control de les esquerdes de contracció
És ben sabut que les fibres poden afectar significativament la contracció lliure i altres propietats relacionades amb l'edat de ciment -. Els estudis han demostrat que l’ús de fibres de polietilè amb un percentatge de volum d’aproximadament l’1% pot reduir la contracció plàstica lliure de formigó fins a un 30%. A més de la contracció lliure, també s’utilitzen diverses tècniques per estudiar els efectes de les fibres sobre la contracció restringida del formigó. L’addició de fibres s’utilitza principalment per canviar l’amplada i la longitud de les esquerdes de contracció en formigó en un entorn restringit. Les conclusions de recerca rellevants són aproximadament de les següents.
1. El material i el tipus de fibra tenen una gran influència en les esquerdes de contracció. Per al mateix volum de contingut de fibra, la fibra de vidre és la més eficaç per inhibir el creixement de les fissures, seguit de fibra sintètica.
2. Per a una fracció de volum de fibra determinada i tipus de fibra, les fibres de diàmetre més llargues, més petites - són més efectives que les fibres més curtes i gruixudes; Les fibres amb un major grau de deformació geomètrica a la superfície són més efectives que les fibres no deformades.
3. Pel que fa a les fibres vegetals, les fibres recobertes o no recobertes només són efectives quan el percentatge de volum és superior al 0,3%.
Impermeable i durador
Els components de formigó prefabricats són propensos a la degradació a causa de l’atac d’àcid sulfúric, el desglaç - Cicles de congelació, alkali - reaccions de sílice i corrosió de les barres d’acer. En tots aquests casos, la penetració de l’aigua té un paper crucial. La durabilitat dels productes de formigó prefabricat depèn principalment de la taxa d’intrusió/penetració d’aigua. Els resultats mostren que la permeabilitat de l’aigua, al seu torn, depèn de les esquerdes del formigó i un augment de l’amplada de les esquerdes de formigó donarà lloc a una major permeabilitat de l’aigua. El reforç de la fibra millora la resistència a la fissura del formigó, augmenta la rugositat de la superfície de les fissures i afavoreix el desenvolupament de múltiples esquerdes, cosa que redueix significativament la permeabilitat del formigó. Pel que fa a l’estrès i l’estrès - esquerdat de formigó induït, els resultats han demostrat que les esquerdes del formigó ordinari augmenten significativament la seva permeabilitat, mentre que la permeabilitat de la fibra - formigó reforçat és significativament inferior a la del formigó ordinari. Pel que fa a com les fibres milloren la resistència a l’aigua, els estudis han demostrat que els micropores del formigó ordinari es canvien a nanopores a causa de l’addició de fibres.
La corrosió de rebar en formigó prefabricat és un problema important. La contaminació per clorur en formigó és un factor important i els mecanismes i processos pels quals corroeix l’acer s’entenen. Malauradament, les esquerdes del formigó permeten entrar amb més facilitat els ions de clorur i altres productes químics corrosius, promovent així una corrosió més gran. Els ions de clorur es difonen principalment a través de la penetració de l’aigua capil·lar, mentre que la difusió del clorur depèn principalment de la permeabilitat de l’aigua.
