Фибробетон
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( сентябрь 2009 г. ) |
Фибробетон или фибробетон ( FRC ) — это бетон , содержащий волокнистый материал, который повышает его структурную целостность. Он содержит короткие дискретные волокна , которые равномерно распределены и хаотично ориентированы. К волокнам относятся стальные волокна, стеклянные волокна , синтетические волокна и натуральные волокна. [ 1 ] – каждый из которых придает бетону различные свойства. [ 2 ] Кроме того, характер фибробетона меняется в зависимости от бетона, волокнистых материалов, геометрии, распределения, ориентации и плотности. [ 3 ]
Историческая перспектива
[ редактировать ]Идея использования волокон в качестве армирования не нова. Волокна использовались в качестве армирования с древних времен. Исторически конский волос использовался в строительном растворе , а солома – в сырцовых кирпичах . В 1900-х годах асбестовые волокна использовались в бетоне. В 1950-х годах возникла концепция композитных материалов , и одной из тем, представляющих интерес, стал фибробетон. После того, как были обнаружены риски для здоровья, связанные с асбестом, возникла необходимость найти замену этому веществу в бетоне и других строительных материалах. К 1960-м годам стальные , стеклянные ( GFRC ) и синтетические (например, полипропиленовые в бетоне использовались ) волокна. Исследования новых фибробетонов продолжаются и сегодня. [ 4 ]
Волокна обычно используются в бетоне для предотвращения растрескивания из-за пластической усадки и усадки при высыхании. Они также уменьшают проницаемость бетона и тем самым уменьшают водоотделение . Некоторые типы волокон обеспечивают большую ударопрочность, устойчивость к истиранию и разрушению бетона. Более крупные стальные или синтетические волокна в определенных ситуациях могут полностью заменить арматуру или сталь. Фибробетон почти полностью заменил стержни в подземном строительстве, например, в сегментах туннелей, где почти все обделки туннелей армированы волокном вместо использования арматуры. Частично это может быть связано с проблемами, связанными с окислением или коррозией стальной арматуры. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Это может произойти в климатических условиях, подверженных воздействию воды или интенсивной и повторяющейся влажности, см. « Обрушение здания на берегу серфинга» . Действительно, некоторые волокна фактически снижают прочность бетона на сжатие. [ 8 ] Лигноцеллюлозные волокна в цементной матрице могут разлагаться из-за гидролиза лигнина и гемицеллюлозы. [ 9 ] [ 10 ]
Количество волокон, добавляемых в бетонную смесь, выражается в процентах от общего объема композита (бетона и волокон), называемого «объемной долей» (V f ). V f обычно находится в диапазоне от 0,1 до 3%. Соотношение сторон (l/d) рассчитывается путем деления длины волокна (l) на его диаметр (d). Волокна с некруглым поперечным сечением используют эквивалентный диаметр для расчета соотношения сторон. волокна Если модуль упругости выше, чем у матрицы (вяжущего бетона или строительного раствора ), они помогают выдерживать нагрузку за счет увеличения прочности материала на разрыв. Увеличение соотношения сторон волокна обычно снижает прочность на изгиб и ударную вязкость матрицы. Более длинная длина приводит к лучшей матрице внутри бетона, а более тонкий диаметр увеличивает количество волокон. Чтобы гарантировать эффективность каждой пряди волокна, рекомендуется использовать волокна длиннее максимального размера заполнителя. Обычный бетон содержит заполнитель эквивалентного диаметра 19 мм (0,75 дюйма), который составляет 35-45% бетона, волокна длиннее 20 мм (0,79 дюйма) более эффективны. Однако волокна, которые слишком длинные и не обработаны должным образом во время обработки, имеют тенденцию скатываться в смеси и создавать проблемы с удобоукладываемостью.
Волокна добавляются для обеспечения долговечности бетона. Стекло [ 11 ] и полиэстер [ 12 ] разлагаются в щелочной среде бетона и различных добавках и при поверхностной обработке бетона.
В облицовке туннеля High Speed 1 использован бетон с плотностью 1 кг/м. 3 или более полипропиленовых волокон диаметром 18 и 32 мкм, что дает преимущества, указанные ниже. [ 13 ] Добавление полипропиленовых волокон малого диаметра не только обеспечивает усиление обделки туннеля, но и предотвращает «расслоение» и повреждение обделки в случае пожара в результате аварии. [ 14 ]
Преимущества
[ редактировать ]Стекловолокно может:
- Повышение прочности бетона при низких затратах.
- Добавляет растягиваемую арматуру во всех направлениях, в отличие от арматуры.
- Добавьте декоративный вид, поскольку они видны на готовой бетонной поверхности.
Полипропиленовые и нейлоновые волокна могут:
- Улучшите когезионность смеси, улучшив прокачиваемость на большие расстояния.
- Улучшение устойчивости к замораживанию-оттаиванию
- Повышение устойчивости к взрывному растрескиванию в случае сильного пожара.
- Повышение устойчивости к ударам и истиранию
- Повышение устойчивости к пластической усадке во время отверждения.
- Улучшить прочность конструкции
- Снижение требований к стальной арматуре
- Улучшение пластичности
- Уменьшите ширину трещин и жестко контролируйте ширину трещин, тем самым повышая долговечность
Стальные волокна могут:
- Улучшить прочность конструкции
- Снижение требований к стальной арматуре
- Уменьшите ширину трещин и жестко контролируйте ширину трещин, тем самым повышая долговечность
- Повышение устойчивости к ударам и истиранию
- Улучшение устойчивости к замораживанию-оттаиванию
Натуральные (лигноцеллюлозные, LC) волокна и/или частицы могут: [ 15 ] [ 16 ]
- Улучшение пластичности
- Способствовать контролю над трещинами посредством перемычек
- Снизить негативное воздействие материалов на окружающую среду (ПГП – потенциал глобального потепления)
- Уменьшить вес
- Волокна и частицы LC (растительного происхождения) могут разлагаться в цементной матрице. [ 17 ] [ 18 ]
В строительных проектах часто используются смеси стальных и полимерных волокон, чтобы объединить преимущества обоих продуктов; структурные улучшения, обеспечиваемые стальными волокнами, а также улучшение устойчивости к взрывному растрескиванию и пластической усадке, обеспечиваемые полимерными волокнами.
В определенных обстоятельствах стальная фибра или макросинтетические волокна могут полностью заменить традиционную стальную арматуру (« арматурный стержень ») в железобетоне. Это чаще всего встречается в промышленных полах, но также и в некоторых других случаях применения сборных железобетонных изделий. Обычно они подтверждаются лабораторными испытаниями, подтверждающими соответствие эксплуатационным требованиям. Следует позаботиться о том, чтобы также были соблюдены требования местных норм проектирования, которые могут предусматривать минимальное количество стальной арматуры внутри бетона. Растет число проектов строительства туннелей с использованием сборных сегментов облицовки, армированных только стальными волокнами.
Микроарматура также была недавно испытана и одобрена для замены традиционной арматуры в вертикальных стенах, спроектированной в соответствии со стандартом ACI 318, глава 14. [ 19 ]
Некоторые события
[ редактировать ]По крайней мере половина бетона в типичном строительном элементе используется для защиты стальной арматуры от коррозии. Бетон с использованием только волокна в качестве армирования может привести к экономии бетона и, следовательно, связанному с ним парниковому эффекту. [ 20 ] FRC можно придавать различные формы, что дает дизайнерам и инженерам большую гибкость.
Высокопроизводительный FRC (HPFRC) утверждает, что он может выдерживать деформационное упрочнение до нескольких процентов, в результате чего пластичность материала как минимум на два порядка выше по сравнению с обычным бетоном или стандартным фибробетоном. [ 21 ] HPFRC также заявляет об уникальном поведении при растрескивании. При нагрузке, превышающей диапазон упругости, HPFRC сохраняет ширину трещины ниже 100 мкм, даже при деформации при растяжении в несколько процентов. Полевые результаты с HPFRC и Министерством транспорта штата Мичиган привели к растрескиванию на ранней стадии. [ 22 ]
Недавние исследования, проведенные на высокоэффективном фибробетоне в настиле моста, показали, что добавление волокон обеспечивает остаточную прочность и контролируемое растрескивание. [ 23 ] В FRC было меньше и уже трещин, хотя FRC имел большую усадку, чем контрольный образец. Остаточная прочность прямо пропорциональна содержанию волокна.
Использование натуральных волокон стало темой исследований главным образом из-за ожидаемого положительного воздействия на окружающую среду, возможности вторичной переработки и экономичности. [ 24 ] [ 25 ] Разрушение натуральных волокон и частиц цементной матрицы вызывает обеспокоенность. [ 26 ]
Некоторые исследования были проведены с использованием отходов коврового волокна в бетоне как экологически безопасного использования переработанных ковровых отходов. [ 27 ] Ковер обычно состоит из двух слоев основы (обычно ткани из полипропиленовых ленточных нитей), соединенных CaCO 3 бутадиен-стирольным каучуком (SBR), наполненным , и лицевых волокон (большинство из них представляют собой текстурированные нити из нейлона 6 и нейлона 66). Такие нейлоновые и полипропиленовые волокна можно использовать для армирования бетона. Появляются и другие идеи использования переработанных материалов в качестве волокон: из полиэтилентерефталата (ПЭТ). например, переработанного волокна [ 28 ]
Стандарты
[ редактировать ]- EN 14889-1:2006 – Волокна для бетона. Стальные волокна. Определения, спецификации и соответствие
- EN 14845-1:2007 – Методы испытаний волокон в бетоне.
- ASTM A820-16 – Стандартные спецификации для фибробетона (заменен)
- ASTM C1116/C1116M – Стандартные спецификации для фибробетона
- ASTM C1018-97 - Стандартный метод испытаний на вязкость при изгибе и прочность фибробетона при первом разрушении (с использованием балки с нагружением в третьей точке) (отозвано в 2006 г.)
- CSA A23.1-19 Приложение U — Бетон сверхвысоких характеристик (с армированием волокном и без него)
- CSA S6-19, 8.1 – Руководство по проектированию сверхвысокопрочного бетона
См. также
[ редактировать ]- Армированный волокном пластик
- Стеклопластик
- Железобетон
- Торкрет-бетон, армированный стальной фиброй
- Текстильно-армированный бетон
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ян, Либо; Касал, Богумил; Хуан, Лян (май 2016 г.). «Обзор последних исследований по использованию целлюлозных волокон, их армированных волокнистыми цементирующими тканями, геополимеров и полимерных композитов в гражданском строительстве» . Композиты. Часть B: Инженерия . 92 : 94–132. doi : 10.1016/j.compositesb.2016.02.002 . ISSN 1359-8368 .
- ^ М, Гуаданьуоло; Г, Фаэлла; Г, Фрунцио; Л, Массаро; Д, Бриганте (1 января 2023 г.). «Пропускная способность анкеров из стеклопластика в бетонных и каменных конструкциях» . Структурная целостность Procedia . XIX конференция ANIDIS, Сейсмическая инженерия в Италии. 44 : 942–949. дои : 10.1016/ж.простр.2023.01.122 . ISSN 2452-3216 .
- ^ https://www.mdpi.com/1996-1944/15/23/8339 | https://doi.org/10.3390/ma15238339
- ^ Фибробетон в строительстве, Витек Б., Springer 2021, стр. 268; ISBN 978-3-658-34480-1
- ^ Баэна, Марта; Торрес, Луис; Турон, Альберт; Баррис, Кристина (1 декабря 2009 г.). «Экспериментальное исследование сцепления между бетоном и стержнями из стеклопластика с использованием испытания на выдергивание» . Композиты. Часть B: Инженерия . 40 (8): 784–797. doi : 10.1016/j.compositesb.2009.07.003 . ISSN 1359-8368 .
- ^ Тигиуарт, Б.; Бенмокрейн, Б.; Гао, Д. (1 декабря 1998 г.). «Исследование сцепления бетонного элемента с стержнями из армированного волокном полимера (FRP)» . Строительство и строительные материалы . 12 (8): 453–462. дои : 10.1016/S0950-0618(98)00027-0 . ISSN 0950-0618 .
- ^ Пепе, М.; Мазахерипур, Х.; Баррос, Дж.; Сена-Круз, Дж.; Мартинелли, Э. (1 июля 2013 г.). «Численная калибровка закона связи для стержней из стеклопластика, заделанных в самоуплотняющийся бетон, армированный стальной фиброй» . Композиты. Часть B: Инженерия . 50 : 403–412. doi : 10.1016/j.compositesb.2013.03.006 . hdl : 1822/26253 . ISSN 1359-8368 .
- ^ «ПП-волокна | Индия | XETEX INDUSTRIES PRIVATE LIMITED» . Архивировано из оригинала 27 февраля 2021 года.
- ^ Ли, Хуан; Касал, Богумил (июль 2023 г.). «Механизм деградации поверхности стенок древесных клеток в среде цемента, измеренный с помощью атомно-силовой микроскопии» . Журнал материалов в гражданском строительстве . 35 (7). doi : 10.1061/JMCEE7.MTENG-14910 . ISSN 0899-1561 .
- ^ Ли, Хуан; Касал, Богумил (11 апреля 2022 г.). «Влияние термического старения на силы адгезии биополимеров клеточных стенок древесины» . Биомакромолекулы . 23 (4): 1601–1609. doi : 10.1021/acs.biomac.1c01397 . ISSN 1525-7797 . ПМК 9006222 . ПМИД 35303409 .
- ^ ASTM C1116/C1116M-06
- ^ Механические свойства переработанных ПЭТ-волокон в бетоне, Исследование материалов. 2012 г.; 15(4): 679-686
- ^ «Новости – Волокна обеспечивают столь необходимую защиту престижным туннельным проектам» . 27 сентября 2007 года. Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 года . Проверено 5 февраля 2017 г.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ ПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА БЕТОННЫХ ОТКРЫТИЙ ТУННЕЛЕЙ Питера Шаттлворта, Rail Link Engineering. Великобритания
- ^ Касал, Богумил; Лещинский, Мориц; Эр, Кристиан; Ункельбах, Герд; Вольпердингер, Маркус (2020), Нойгебауэр, Реймунд (ред.), «Принцип ресурса» , Биологическая трансформация , Берлин, Гейдельберг: Springer, стр. 261–310, doi : 10.1007/978-3-662-59659-3_14 , ISBN 978-3-662-59659-3 , получено 10 апреля 2024 г.
- ^ Ван, Бо; Ян, Либо; Касал, Богумил (1 марта 2022 г.). «Обзор кокосового волокна и композитных материалов на цементной основе, армированных кокосовым волокном (2000–2021 гг.)» . Журнал чистого производства . 338 : 130676. doi : 10.1016/j.jclepro.2022.130676 . ISSN 0959-6526 .
- ^ Ли, Хуан; Касал, Богумил (11 апреля 2022 г.). «Влияние термического старения на силы адгезии биополимеров клеточных стенок древесины» . Биомакромолекулы . 23 (4): 1601–1609. doi : 10.1021/acs.biomac.1c01397 . ISSN 1525-7797 . ПМК 9006222 . ПМИД 35303409 .
- ^ Ли, Хуан; Касал, Богумил (июль 2023 г.). «Механизм деградации поверхности стенок древесных клеток в среде цемента, измеренный с помощью атомно-силовой микроскопии» . Журнал материалов в гражданском строительстве . 35 (7). doi : 10.1061/JMCEE7.MTENG-14910 . ISSN 0899-1561 .
- ^ Отчет об оценке core-construction-products.com
- ^ «Дом | Проектирование + Строительство» .
- ^ Багер Шемирани, Алиреза (2022), «Влияние комбинации волокон на сопротивление разрушению гибридного железобетона» , Иранский журнал науки и технологий, Труды гражданского строительства , 46 (3), Springer: 2161–2172, doi : 10.1007/ s40996-021-00703-х , S2CID 237755564
- ^ Ли, В.; Ян, Э.; Ли, М. (28 января 2008 г.), Полевая демонстрация прочных звеньевых плит для бесшовных мостовых настилов на основе деформационно-твердеющих цементных композитов – Этап 3: Контроль усадки (PDF) , Министерство транспорта штата Мичиган
- ^ ACI 544.3R-93: Руководство по определению, дозированию, смешиванию, укладке и отделке железобетона, армированного стальной фиброй , Американский институт бетона, 1998 г.
- ^ Ван, Бо; Ян, Либо; Касал, Богумил (1 марта 2022 г.). «Обзор кокосового волокна и композитных материалов на цементной основе, армированных кокосовым волокном (2000–2021 гг.)» . Журнал чистого производства . 338 : 130676. doi : 10.1016/j.jclepro.2022.130676 . ISSN 0959-6526 .
- ^ Хамада, Хусейн М.; Ши, Цзиньян; Аль Джавахери, Мохаммед С.; Мажди, Али; Юсиф, Салим Т.; Каплан, Гёкхан (1 июня 2023 г.). «Применение натуральных волокон в цементном бетоне: критический обзор» . Материалы сегодня Коммуникации . 35 : 105833. doi : 10.1016/j.mtcomm.2023.105833 . ISSN 2352-4928 .
- ^ Ли, Хуан; Касал, Богумил (июль 2023 г.). «Механизм деградации поверхности стенок древесных клеток в среде цемента, измеренный с помощью атомно-силовой микроскопии» . Журнал материалов в гражданском строительстве . 35 (7). doi : 10.1061/JMCEE7.MTENG-14910 . ISSN 0899-1561 .
- ^ Ван, Ю.; Ву, ХК.; Ли, В. (ноябрь 2000 г.). «Армирование бетона переработанными волокнами». Журнал материалов в гражданском строительстве . 12 (4): 314–319. дои : 10.1061/(ASCE)0899-1561(2000)12:4(314) .
- ^ Очия, Т.; Окубоб, С.; Фукуиб, К. (июль 2007 г.). «Разработка вторичного ПЭТ-волокна и его применение в качестве волокна, армирующего бетон». Цемент и бетонные композиты . 29 (6): 448–455. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2007.02.002 .
| История | |
|---|---|
| Состав | |
| Производство | |
| Строительство | |
| Наука | |
| Типы | |
| Приложения | |
| Организации | |
| Стандарты | |
| См. также | |
