الألياف - الخرسانة المسلحة (FRC) هي مادة مركبة تتكون من الأسمنت أو الأسمنت الهيدروليكي ، والماء ، والركام الخشن والرائع ، والألياف القصيرة والموزعة الموزعة بشكل موحد. يمكن أن تكون الألياف ألياف فولاذية وألياف زجاجية وألياف الكربون وألياف البوليمر والألياف النباتية ، وما إلى ذلك. الطول عادة ما يتراوح من 3 مم إلى 64 مم ، ويمكن أن يختلف القطر من بضعة ميكرون إلى 1 مم. يمكن أن يكون الشكل المقطعي - الألياف دائرية أو بيضاوية أو مضلعة أو ثلاثية أو هلال أو مربع ، والذي يعتمد بشكل أساسي على المواد الخام المستخدمة وعملية المعالجة والتصنيع. تنقسم الألياف بشكل رئيسي إلى فئتين: الألياف الخشنة والألياف الدقيقة. عادة ما يكون القطر أو القطر المكافئ للألياف الدقيقة أقل من 0.3 ملم ، في حين أن قطر الألياف الخشنة أو المعادلة أكبر من أو تساوي 0.3 ملم. إن قطر SO - يسمى القطر المكافئ هو القطر الدائري الذي تم تحويله من نفس المساحة المقطعية- كألياف دائرية ، أي (4A/π) 0.5.
نسبة حجم الألياف في الخرسانة عادة ما تكون 0.1 ٪ إلى 5 ٪. يعتمد حجم هذه النسبة المئوية للحجم بشكل أساسي على سهولة خلط الخليط وسيناريو التطبيق للمشروع. على سبيل المثال ، عادةً ما يتم التحكم في الضغوط الثانوية الناجمة عن التغيرات في الانكماش ودرجة الحرارة في الخرسانة وحلها بواسطة جرعات منخفضة من الألياف (0.1 ٪ إلى 0.3 ٪ من الحجم). عندما يتجاوز محتوى الألياف 0.3 ٪ ، فإن الاستجابة الميكانيكية للخرسانة الألياف ستكون مختلفة بشكل كبير عن تلك الموجودة في الخرسانة العادية بدون ألياف ، وخاصة في حملها - بعد التكسير. تسمى قدرة الخرسانة الألياف على امتصاص الطاقة بعد التكسير "المتانة". عندما تتم إضافة جرعات أعلى من الألياف إلى الخرسانة ، بالإضافة إلى الصلابة بعد التكسير ، تُظهر الخرسانة الألياف أيضًا خصائص تعزيز السلالة-. بمعنى آخر ، يمكن لهذه المادة المركبة أن تحمل ضغوط الشد التي تتجاوز تلك الخاصة بالخرسانة العادية نفسها. في هذه المركبات الدكتوية الزائفة - ، غالباً ما تُرى شقوق متعددة وخصائص امتصاص الطاقة الكبيرة وتبديد الطاقة.
أنواع الخرسانة المسلحة الألياف
يمنح المعيار الأمريكي ASTM C116/C116M أربعة أنواع من الخرسانة الألياف: الأول هو خرسانة الألياف الصلب (SFRC) ، والتي تشمل بشكل أساسي ألياف الفولاذ المقاوم للصدأ ، والألياف الفولاذية من سبائك ، وألياف الصلب الكربوني ؛ والثاني هو الخرسانة الألياف الزجاجية (GFRC) ، والتي تتكون من الألياف الزجاجية المقاومة القلوية - ؛ والثالث هو الخرسانة الألياف الاصطناعية (synfrc) ، والرابع هو الخرسانة الألياف الطبيعية (NFRC).
كما يتضح من الجدول أعلاه ، فإن القوة والمعامل المرنة للألياف الفولاذية عالية نسبيًا ، وليس من السهل الصدأ لأنها في بيئة قلوية للغاية. يمكن أن يحقق تأثير الترابط بينها وبين الخليط ترسيخ ميكانيكي أكثر فعالية من خلال تعزيز خشونة السطح والتشوه.
الألياف الاصطناعية هي في الأساس ألياف معدنية غير- التي تنتجها تطوير الصناعات البتروكيماوية والمنسوجات ، بما في ذلك أشكال مختلفة من البوليمرات. فيما يلي بعض الألياف الاصطناعية شائعة الاستخدام في الخرسانة سابقة الصب:
ألياف الكربون
بالمقارنة مع الألياف الفولاذية والألياف الزجاجية وألياف البولي بروبيلين ، وما إلى ذلك ، فإن ميزة ألياف الكربون تكمن في خصائصها ، والمعامل العالية ، ومقاومة الحرارة ، والاستقرار الكيميائي في البيئة القلوية ، وغيرها من البيئات الكيميائية المسببة للتآكل ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فإنه لديه خاصية تحسين الخصائص الميكانيكية بشكل كبير.
الألياف النايلون/الألياف البولي أميد
هذا النوع من الألياف لديه قوة شد جيدة ، ومتانة عالية ، والشفاء المرن ، والمعلومات المائية الجيدة ، ومستقر نسبيا في البيئات القلوية القائمة على الأسمنت-.
البولي بروبيلين
تحتوي هذه الألياف على معامل مرنة منخفضة ونقطة انصهار منخفضة ، لذلك فهي غير مناسبة للمنتجات الخرسانية سابقة الصب تحت تعقيم درجة الحرارة العالية-. ومع ذلك ، نظرًا لنقطة الانصهار المنخفضة ، يمكن استخدامها لإنتاج مواد أو منتجات حرارية ذات مقاومة عالية للحرائق. هناك نوعان من ألياف البولي بروبيلين المستخدمة في تعزيز الخرسانة: أحادي الأطراف والألياف المرتدة (الألياف الممتدة). هذه الألياف مسعور ولها زاوية تلامس كبيرة بالماء. لذلك ، لديهم رابطة أفقر مع الخرسانة من الألياف المحبة للماء.
ألياف الكحول بولي فينيل
هذه الألياف مصنوعة من راتنجات PVA من خلال عمليات متعددة من التمدد العالي ولها صلابة عالية ومقاومة للماء. يمكن تغيير حالة توزيع الألياف في قاعدة الخرسانة من خلال معالجة سطحية خاصة. لسوء الحظ ، لدى PVA Fiber معامل الانكماش الحراري الكبير ، ومعدل الانكماش الخاص به يصل إلى 4 ٪ عند 200 درجة. لديها مقاومة جيدة للبيئات القلوية والمذيبات العضوية ، ولها فقدان ضئيل في القوة تحت - الإشعاع فوق البنفسجي.
الألياف الزجاجية
يجب أن تحتوي الألياف الزجاجية المستخدمة في الخرسانة على ما لا يقل عن 16 ٪ ثاني أكسيد الزركونيوم لمقاومة القلويات ؛ لا ينصح باستخدام أنواع أخرى من الألياف الزجاجية ، مثل القلوية -. الألياف الزجاجية لديها معامل عالية وقوة عالية ، ولديها رابطة جيدة مع الخرسانة. الفرق بين الخرسانة المسلحة الألياف الزجاجية وغيرها من الخرسانة المسلحة الألياف هو محتوى الألياف ؛ السابق لديه نسبة حجم الألياف من 4 ٪ إلى 6 ٪ ، في حين أن الأخير ، أو غيرها من نسبة حجم الألياف حوالي 0.1 ٪ إلى 1 ٪. لتحقيق محتوى عالي من الألياف الزجاجية ، يحتاج التركيبة الخرسانية إلى محتوى عالي من الأسمنت ، والتجميع الدقيق ، ولا يوجد أي إجمالي خشن تقريبًا.
دور الألياف في الخرسانة
quasi - التحميل الثابت والاستجابة للتأثير
يمكن للألياف تحسين الخصائص الميكانيكية بشكل فعال. تُظهر اختبارات المطرقة المنسق في التأثير أن قوة تأثير ألياف البولي بروبيلين مع محتوى حجم من 0.1 ٪ إلى 0.2 ٪ أعلى من تلك الموجودة في الخرسانة العادية في كل من مرحلة التكسير الأولية ومرحلة الكسر النهائي. لا توجد حاليًا أي طريقة اختبار قياسية موحدة لتحديد قوة ضغط الخرسانة الأليفية ، ولكن الدراسات ذات الصلة أظهرت أن قوة الضغط المحورية للخرسانة الألياف أعلى من 85 ٪ إلى 100 ٪ من تلك الموجودة في الخرسانة العادية ؛ أظهرت الدراسات الإضافية أنه في ظل أحمال التأثير ، فإن الخرسانة الألياف ليس لها ليونة واضحة في فترة الضغط المتأخرة ، والتي تسبب بشكل رئيسي أن شظايا الخرسانة ليست مرتبطة بالألياف. على الرغم من أن نتائج الاختبار تظهر أن معامل تأثير الخرسانة الألياف الصلب هو خرسانة من الألياف البوليمر لا يختلف عن الخرسانة العادية ، مع معامل تأثير حوالي 1.5. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر النتائج أن ثلاثة- ألياف الصلب المشوهة الأبعاد لها معامل تأثير ديناميكي أكثر وضوحًا من اثنين - ألياف الصلب المشوهة الأبعاد ؛ ومع ذلك ، فقد تم تحسين قوة الشد تحت الأحمال الديناميكية وقوة الانحناء المتبقية بعد التكسير بشكل كبير.
يعتمد أداء الألياف في الخرسانة تحت أحمال التأثير إلى حد كبير على الترابط بين الألياف والخرسانة تحت إزاحة مع معدلات تطوير عالية. أظهرت الدراسات أنه مع زيادة معدلات التحميل ، فإن الخرسانة الألياف الفولاذية لها مقاومة عالية لتطور الكراك ، مقارنة ببعض العينات الخرسانية مع ألياف البولي بروبيلين ، لكن الأخير يمكن أن اللحاق بالسباق السابق ؛ ويفضل أن هذا يرجع أساسًا إلى أن ألياف البولي بروبيلين نفسها أكثر حساسية لمعدلات الإجهاد من الألياف الفولاذية.
السيطرة على تشققات الانكماش
من المعروف جيدًا أن الألياف يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الانكماش الحر وغيرها من خصائص العمر - من الخواص العمرية للمركبات القائمة على الأسمنت -. أظهرت الدراسات أن استخدام ألياف البولي إيثيلين مع نسبة حجم من حوالي 1 ٪ يمكن أن يقلل من الانكماش البلاستيكي الحر للخرسانة بنسبة تصل إلى 30 ٪. بالإضافة إلى الانكماش الحر ، يتم استخدام تقنيات مختلفة أيضًا لدراسة آثار الألياف على الانكماش المقيد للخرسانة. يستخدم إضافة الألياف بشكل أساسي لتغيير عرض وطول تشققات الانكماش في الخرسانة تحت بيئة مقيدة. استنتاجات البحث ذات الصلة هي على النحو التالي.
1. المواد الألياف والنوع لها تأثير كبير على شقوق الانكماش. لنفس حجم محتوى الألياف ، تعد الألياف الزجاجية هي الأكثر فعالية في تثبيط نمو الكراك ، تليها الألياف الاصطناعية.
2. بالنسبة لكسر حجم الألياف المعطى ونوع الألياف ، تكون ألياف القطر أطول ، أصغر- أكثر فاعلية من الألياف الأقصر والأثخن ؛ الألياف ذات درجة أكبر من التشوه الهندسي على السطح هي أكثر فعالية من الألياف غير المشوهة.
3. أما بالنسبة للألياف النباتية ، فإن الألياف المطلية أو غير المغلفة تكون فعالة فقط عندما تكون نسبة الحجم أعلى من 0.3 ٪.
مقاومة للماء ودائم
مكونات الخرسانة المسبقة معرضة للتدهور بسبب هجوم حمض الكبريتيك ، ذوبان الجليد - دورات التجميد ، وتفاعلات السيليكا القلوية - ، وتآكل قضبان الصلب. في كل هذه الحالات ، يلعب اختراق الماء دورًا مهمًا. تعتمد متانة المنتجات الخرسانية المسبقة في المقام الأول على معدل اقتحام/اختراق المياه. أظهرت النتائج أن نفاذية المياه ، بدورها ، تعتمد على الشقوق في الخرسانة ، وأن زيادة عرض الشقوق الخرسانية ستؤدي إلى ارتفاع نفاذية المياه. يعمل تعزيز الألياف على تحسين مقاومة تكسير الخرسانة ، ويزيد من خشونة سطح الكراك ، ويعزز تطور تشققات متعددة ، مما يقلل بشكل كبير من نفاذية الخرسانة. أما بالنسبة للإجهاد والإجهاد - ، فقد أظهرت النتائج أن الشقوق في الخرسانة العادية تزيد بشكل كبير من نفاذية الخرسانة العادية. أما بالنسبة لكيفية تحسين الألياف مقاومة الماء ، فقد أظهرت الدراسات أن micropores في الخرسانة العادية يتم تغييرها إلى النانوبورات بسبب إضافة الألياف.
تآكل حديد التسليح في الخرسانة مسبقة الصب هو مشكلة كبيرة. يعد تلوث الكلوريد بالخرسانة عاملاً رئيسيًا ، والآليات والعمليات التي تآكل من خلالها مفهومة جيدًا. لسوء الحظ ، تتيح الشقوق في الخرسانة أيونات الكلوريد وغيرها من المواد الكيميائية المسببة للتآكل للدخول بسهولة أكبر ، وبالتالي تعزيز المزيد من التآكل. أيونات الكلوريد تنتشر في المقام الأول من خلال تغلغل المياه الشعرية ، في حين أن انتشار كلوريد يعتمد في المقام الأول على نفاذية الماء.
