Fiber-armert betong (FRC) refererer til et sement-basert komposittmateriale som består av sementpasta, mørtel eller betong som en matrise og fibre som armering. Fiber-armert betong, også kjent som fiberbetong, refererer vanligvis til et sement-basert komposittmateriale som består av sementpasta, mørtel eller betong som en matrise og diskontinuerlige korte fibre eller kontinuerlige lange fibre som armering. Fibre kan kontrollere den videre utviklingen av sprekker i matrisebetongen, og dermed forbedre motstanden mot sprekker. Den høye strekkfastheten og forlengelsen til fibre forbedrer betongens strekk-, bøynings- og slagstyrke, forlengelse og seighet. Hovedtyper av fiberbetong inkluderer asbestsement, stålfiberbetong, glassfiberbetong, polypropylenfiberbetong, karbonfiberbetong, plantefiberbetong og syntetisk fiberbetong med høy elastisitetsmodul. Det er en generell betegnelse for komposittmaterialer som består av fibre og sement-baserte materialer (sementpasta, mørtel eller betong). De største ulempene med sementpasta, mørtel og betong er lav strekkfasthet, lav endelig forlengelse og sprøhet. Disse ulempene kan overvinnes ved å tilsette fibre med høy strekkfasthet, høy endelig forlengelse og god alkalimotstand.
Fiberens rolle i betong:
Vanlig betong er et sprøtt materiale som allerede rommer mange mikrosprekker før lasting. Under økende ytre krefter utvider disse mikrosprekkene seg gradvis og danner til slutt makrosprekker, noe som fører til materialsvikt. Tilsetningen av en passende mengde fiber forhindrer og hemmer veksten av mikrosprekker, og forbedrer strekk- og bøyestyrken, så vel som bruddenergien, til komposittmaterialet betydelig sammenlignet med den uforsterkede sementmatrisen. Ulike typer fiber forbedrer betongens ugjennomtrengelighet, fryse-tinemotstand, kloridionpenetrasjonsmotstand og karboneringsmotstand i varierende grad. Fiber-armert betong bruker primært korte fibre med et spesifikt sideforhold (forholdet mellom fiberlengde og diameter). Imidlertid brukes lange fibre (som glassfiberroving og polypropylenfiberfilm) eller fiberprodukter (som glassfibernett og glassfibermatte) noen ganger. Den ultimate strekkfastheten kan økes med 30-50 %. Den primære funksjonen til fiber i fiber{12}}armert betong er å begrense veksten av sprekker i sementmatrisen under ytre krefter. I det innledende stadiet av belastning (strekk og bøying), når ingrediensene er passende og et passende høyeffektivt-vannreduksjonsmiddel-tilsettes, bærer sementbasen og fibrene den ytre kraften sammen, mens førstnevnte er hovedbæreren av den ytre kraften; når basen sprekker, blir fibrene på tvers av sprekkene hovedbærerne av den ytre kraften. Anta at voluminnholdet i fiberen overstiger en viss kritisk verdi. I så fall kan hele komposittmaterialet fortsette å tåle høyere belastninger og produsere større deformasjoner inntil fibrene brytes eller trekkes ut av grunnmaterialet, og ødelegger komposittmaterialet. Sammenlignet med vanlig betong har fiberarmert betong høyere maksimal strekk- og bøyestyrke, spesielt forbedringen i seighet.
Vanlige klassifiseringer av fibre
Fibre kan klassifiseres basert på deres materialegenskaper:
① Metallfibre, for eksempel stålfibre (stålfiberarmert betong) og rustfrie stålfibre (egnet for varmebestandig-betong).
② Uorganiske fibre, primært naturlige mineralfibre (krysotil, krokidolitt, amositt, etc.) og kunstige-mineralfibre (alkali-resistente glassfibre, karbonfibre som alkali-bestandig mineralull).
③ Organiske fibre, primært syntetiske fibre (polyetylen, polyvinylalkohol, nylon, aromatisk polyimid, etc.) og plantefibre (sisal, agave, etc.). Syntetisk fiberarmert betong bør ikke brukes i miljøer med temperaturer over 60 grader.
Basert på deres elastisitetsmodul, kan fibre deles inn i to hovedkategorier:
Fibre med en elastisitetsmodul som er mindre enn sementmatrisen refereres til som fleksible fibre, inkludert polypropylenfibre, nylonfibre og cellulosefibre.
Fibre med en elastisitetsmodul som er større enn matrisen kalles stive fibre, som stålfibre, glassfibre og karbonfibre.
Vanlige betongfibre og deres egenskaper
Stålfiber
Betong formulert ved å inkorporere en passende mengde stålfiber i vanlig betong kalles stålfiberbetong eller stålfiberarmert betong. Sammenlignet med vanlig betong er dens strekkstyrke, bøyestyrke, slitestyrke, slagfasthet, utmattelsesmotstand, seighet, sprekkmotstand og eksplosjonsmotstand betydelig forbedret. Fiber av høy-skåren ståltråd-endekrok-type, ingot-frest-endekrok-fibre, klippede spesial-formede fibre og lav-legert stålsmelte-fibre får utbredt binding på grunn av deres betydelige binding i konstruksjonsprosjektet, for å forhindre betydelig binding i betongprosjektet. sprekker, styrking og herding av betong.
Fordeler og ulemper
Stålfibers tekniske fordel er evnen til å øke betongens seighet og strekkfasthet. Imidlertid har stålfibrene en tendens til å klumpe seg under blanding, noe som resulterer i dårlig bearbeidbarhet, vanskelig pumping, vanskelig konstruksjon og mottakelighet for rust. Videre er stålfiberbetong tung og krever betydelig stålproduksjon, noe som øker stålforbruket og kostnadene. Hovedformen for stålfibersvikt under bruk er å trekkes ut i stedet for å bli ødelagt, noe som indikerer at vedheften av stålfibre til betong er utilstrekkelig, noe som vil påvirke forbedringen av betongens strekkfasthet. Prinsippet for herding og forsterkning er at når det oppstår sprekker, hindrer den høye stålmodulen og den høye strekkfastheten til en enkelt fiber at sprekkene utvikles videre; På grunn av det begrensede antallet er effekten av å begrense mikrosprekker imidlertid ikke signifikant, og forbedringen av anti-sig, fryse-tine og andre egenskaper er ikke åpenbar. I tillegg er tettheten av stålfibre for høy under konstruksjon, og de synker ofte til bunnen av betongen under vibrasjon og støping, noe som gjør det umulig å fordele dem jevnt. Dette er hovedgrunnen til at de teoretiske forskningskonklusjonene er gode, men de faktiske anvendelseseffektene varierer veldig.
Karbonfiber
Karbonfiberer et komposittmateriale hvor karbonfibre er jevnt fordelt i en sementmatrise for å forbedre betongens fysiske og mekaniske egenskaper. Nøkkeltrekkene til karbonfiberbetong inkluderer utmerkede mekaniske egenskaper, vanntetting og motstand mot naturlige temperatursvingninger, som ikke finnes i konvensjonell armert betong. Den viser også stabile kjemiske egenskaper,-langvarig mekanisk styrke og dimensjonsstabilitet i svært alkaliske miljøer.
Å erstatte stål med karbonfiber eliminerer nedbrytning og forringelse av armert betong forårsaket av saltvann, reduserer vekten av bygningskomponenter, letter installasjon og konstruksjon, og forkorter byggeplaner. Karbonfiber har også vibrasjons-dempende egenskaper, absorberer sjokkbølger og øker seismisk motstand og bøyestyrke med mer enn ti ganger. Karbonfiberbetong viser høy strekkfasthet, bøyestyrke, bruddmotstand og korrosjonsmotstand. På grunn av sin lave ekspansjonskoeffisient, viser karbonfiberbetong utmerket varmebestandighet og minimal termisk deformasjon.
Den primære funksjonen til karbonfiber i karbonfiberbetong er å forhindre forplantning av mikrosprekker i betongen og å forhindre forekomst og utvikling av makrosprekker. Derfor er dens strekkstyrke og skjær-, bøye- og torsjonsstyrker, som hovedsakelig kontrolleres av hovedstrekkspenningen, betydelig forbedret; samtidig har den en høy matrisedeformasjonsmotstand, og forbedrer dermed strekk-, bøynings- og slagfastheten. Når karbonfibervolumfraksjonen er 1,18 %, øker prøvens splittende strekkfasthet med 1,2 %. I henhold til komposittregelen skal den forsterkende effekten av karbonfiber øke med økningen i fiberinnhold i sement. Når vektprosenten av karbonfiber er mindre enn 5 %, er dette forholdet nesten lineært. Når innholdet øker ytterligere, er karbonfiberen vanskelig å spre jevnt i matrisen, og den forsterkende effekten kan ikke oppnås, og til og med strekkfastheten til karbonfiberbetong reduseres. I tillegg har karbonfiberbetong god korrosjonsbestandighet, permeabilitetsmotstand, slitestyrke, krympebestandighet og holdbarhet.
Glassfiber
Glassfiberarmert betong (GFRC) er et komposittmateriale laget ved å jevnt fordele alkali-bestandige glassfibre med høy elastisitetsmodul gjennom sementmørtel eller konvensjonell betong. Fordi diameteren til glassfiber bare er 5 til 20 μm, nesten identisk med sementpartikler, er bindemidlet som brukes i GFRC sementpasta eller fin sand, med praktisk talt ingen grovt tilslag. Derfor er komposittmaterialer laget med dette materialet også kjent som forsterket sement. GFRC er en fremtidig utviklingstrend innen konstruksjonsteknikk. Det overvinner ikke bare manglene til konvensjonelle betongprodukter, slik som tung vekt, lav strekkfasthet og dårlig slagfasthet, men har også egenskaper som ikke finnes i konvensjonell betong. GFRC-produkter er tynnere og lettere. Fordi de bruker ekstremt høy strekkfasthet glassfibre som forsterkning, har de høy strekkfasthet. Den jevne fordelingen av glassfiber i betongen hindrer overflatesprekker. Fordi de absorberer betydelig energi under skade, viser de utmerket slagfasthet og høy bøyestyrke. GFRC-produkter tilbyr også utmerkede avformingsegenskaper og er enkle å behandle, noe som gjør dem lett å tilpasse til ulike former.
Polypropylenfiberbetong
Polypropylenfiberbetong er et komposittmateriale laget ved jevn fordeling av polypropylenfibre kuttet til en bestemt lengde i en sementmørtel eller konvensjonell betongmatrise for å forbedre matrisens fysiske og mekaniske egenskaper. Denne fiberarmerte -betongen gir fordeler som lett, høy strekkfasthet og motstand mot slag og sprekker. Polypropylenfibre kan også delvis erstatte stålarmering for å redusere betongens vekt, og dermed øke strukturens seismiske motstand.
Polypropylenfiberbetong er den mest undersøkte og anvendte betongen. Avhengig av fiberform og struktur, kan polypropylenfibre kategoriseres som monofilamenter, parallelle fibrillerte fiberbunter og filmfibre. Monofilamenter har et høyt sideforhold, mens parallelle fibrillerte fiberbunter lett kan spres i sementmatrisen. Mens kjemisk binding er begrenset, er mekanisk binding sterk, og forhindrer at fibrene trekkes ut under stress.
Mens polypropylenfibre har en høyere strekkfasthet enn konvensjonell betong, er deres elastisitetsmodul relativt lav, noe som gjør dem utsatt for ekstrem deformasjon under høye spenningsforhold. Men når en passende mengde polypropylenfiber tilsettes, er slagfastheten til dette komposittmaterialet mye større enn for vanlig betong. Dette har funnet en meget lovende måte å produsere komponenter med lav belastning men høy slagfasthet og seighet. I tillegg er polypropylenfiber rustbestandig-og har god syre- og alkalibestandighet.
Basaltfiber
Kontinuerlig basaltfiber (CBF) er et uorganisk fibermateriale laget av ren naturlig vulkansk ekstrusiv bergart. Det trekkes raskt etter å ha blitt smeltet ved en høy temperatur på 1450-1500 grader. Den har et gyldenbrunt utseende, utmerket omfattende ytelse og en lav pris.
Egenskaper til basaltfiber:
(1) Naturlighet av råvarer. Siden råvarene for produksjon av CBF er avhengige av naturlig vulkansk ekstrusiv bergart, i tillegg til dens iboende høye kjemiske og termiske stabilitet, inneholder den ingen komponenter som er skadelige for menneskers helse.
(2) Omfattende ytelse. Basaltfiber er en virkelig "multi-funksjonell" fiber. Det er for eksempel syrebestandig-, alkali-bestandig, lav-temperatur-bestandig, høy-temperatur-bestandig, varme-isolerende, elektrisk isolerende og lydisolerende-. Dens strekkstyrke overstiger den for store-tow-karbonfibre, og forlengelsen ved brudd er bedre enn for små-tow-karbonfibre. CBF har en polar overflate og utmerket grenseflatefuktbarhet når den er blandet med harpiks. CBF har også tre-dimensjonale molekylære dimensjoner, som sammenlignet med lineære polymerfibre med endimensjonale molekylære dimensjoner, har høyere trykkstyrke, skjærstyrke og tilpasningsevne til tøffe miljøer og aldringsmotstand, blant andre utmerkede omfattende egenskaper.
(3) Lave kostnader. Prisen på basaltfiber som brukes i sementbetong er ikke høy, vesentlig lavere enn prisen på stålfiber, karbonfiber osv., og kan sammenlignes med syntetiske fibre.
(4) Naturlig kompatibilitet. Basaltfiber er en typisk silikatfiber. Det er lett å spre når det blandes med sement, betong og mørtel. Ferskblandet basaltfiberbetong har stabilt volum, god bearbeidbarhet, og god holdbarhet. Den har utmerket høy-temperaturbestandighet, anti-sig- og sprekkmotstand og slagfasthet. I tillegg er basaltfiber mer alkali-bestandig enn alkali-bestandig glass.
Bruk av fiber-armert betong
Fiber-armert betong brukes i en rekke bruksområder, avhengig av konstruktørens og byggherrens evne til å utnytte materialets statiske og dynamiske egenskaper. Noen bruksområder inkluderer rullebaner, parkeringshus, fortau, tunnelforinger, skråningsstabilitet, skjell, vegger, rør, kumlokk, demninger, hydrauliske strukturer, viadukter, veier, broer og lagergulv.
Fiber spiller en viktig rolle for å forbedre ytelsen og holdbarheten til betong. Enten det er stålfiber, glassfiber, polypropylenfiber eller naturfiber, har hver type unike fordeler og passer for ulike konstruksjonsbehov. Ved å velge riktig fibertype og -dosering kan ingeniører ikke bare effektivt forbedre betongens sprekkmotstand, seighet og langsiktig-fasthet, men også redusere påfølgende vedlikeholdskostnader betydelig. Ettersom konstruksjonsteknologien fortsetter å utvikle seg, er fiber-armert betong i ferd med å bli en nøkkelløsning for å skape sterkere, tryggere og mer bærekraftige strukturer.
