U béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu (SFRC) hè un novu tipu di materiale cumpostu chì pò esse versatu è spruzzatu aghjunghjendu una quantità adatta di fibre d'acciaiu corte in u béton ordinariu. S'hè sviluppatu rapidamente in casa è à l'esteru in l'ultimi anni. Supera i difetti di bassa resistenza à a trazione, picculu allungamentu ultimu è proprietà fragili di u béton. Hà eccellenti proprietà cum'è resistenza à a trazione, resistenza à a flessione, resistenza à u taglio, resistenza à e crepe, resistenza à a fatica è alta tenacità. Hè statu applicatu in ingegneria idraulica, strade è ponti, custruzzione è altri campi ingegneristici.
1. Sviluppu di u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu
U béton rinforzatu cù fibre (FRC) hè l'abbreviazione di béton rinforzatu cù fibre. Hè di solitu un cumpostu à basa di cimentu cumpostu di pasta di cimentu, mortaiu o béton è fibre metalliche, fibre inorganiche o materiali rinforzati cù fibre organiche. Hè un novu materiale di custruzzione furmatu disperdendu uniformemente fibre corte è fini cù alta resistenza à a trazione, altu allungamentu finale è alta resistenza à l'alcali in a matrice di béton. A fibra in u béton pò limità a generazione di crepe precoci in u béton è l'ulteriore espansione di crepe sottu l'azione di a forza esterna, superà efficacemente i difetti inerenti cum'è a bassa resistenza à a trazione, a facile crepatura è a scarsa resistenza à a fatica di u béton, è migliurà assai e prestazioni di impermeabilità, impermeabilità, resistenza à u fretu è prutezzione di rinforzu di u béton. U béton rinforzatu cù fibre, in particulare u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu, hà attrattu sempre più attenzione in i circoli accademici è ingegneristici in l'ingegneria pratica per via di e so prestazioni superiori. 1907 L'espertu sovieticu B П. Hekpocab hà cuminciatu à aduprà u béton rinforzatu cù fibre metalliche; In u 1910, HF Porter hà publicatu un rapportu di ricerca nantu à u béton rinforzatu cù fibre corte, suggerendu chì e fibre corte d'acciaiu devenu esse disperse uniformemente in u béton per rinfurzà i materiali di matrice; In u 1911, Graham di i Stati Uniti hà aghjustatu fibra d'acciaiu à u béton ordinariu per migliurà a resistenza è a stabilità di u béton; À l'anni 1940, i Stati Uniti, a Gran Bretagna, a Francia, a Germania, u Giappone è altri paesi avianu fattu assai ricerche nantu à l'usu di a fibra d'acciaiu per migliurà a resistenza à l'usura è a resistenza à e crepe di u béton, a tecnulugia di fabricazione di u béton cù fibre d'acciaiu, è u miglioramentu di a forma di a fibra d'acciaiu per migliurà a forza di legame trà a fibra è a matrice di u béton; In u 1963, JP romualdi è GB Batson anu publicatu un articulu nantu à u mecanismu di sviluppu di crepe di u béton cunfinatu cù fibre d'acciaiu, è anu presentatu a cunclusione chì a resistenza à e crepe di u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu hè determinata da a spaziatura media di e fibre d'acciaiu chì ghjoca un rolu efficace in a tensione di trazione (teoria di a spaziatura di e fibre), cuminciendu cusì a fase di sviluppu praticu di stu novu materiale cumpostu. Finu à avà, cù a pupularizazione è l'applicazione di u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu, per via di a diversa distribuzione di e fibre in u béton, ci sò principalmente quattru tippi: béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu, béton rinforzatu cù fibre ibride, béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu stratificate è béton rinforzatu cù fibre ibride stratificate.
2. Meccanismu di rinfurzamentu di u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu
(1) Teoria di a meccanica cumposta. A teoria di a meccanica cumposta hè basata annantu à a teoria di i cumposti à fibre continue è cumminata cù e caratteristiche di distribuzione di e fibre d'acciaiu in u béton. In questa teoria, i cumposti sò cunsiderati cum'è cumposti à duie fasi cù a fibra cum'è una fase è a matrice cum'è l'altra fase.
(2) Teoria di a spaziatura di e fibre. A teoria di a spaziatura di e fibre, cunnisciuta ancu cum'è teoria di a resistenza à e crepe, hè pruposta basata annantu à a meccanica di frattura elastica lineare. Sta teoria sustene chì l'effettu di rinforzu di e fibre hè solu ligatu à a spaziatura uniforme di e fibre (spaziatura minima).
3. Analisi di u statu di sviluppu di u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu
1. Calcestruzzo rinforzatu cù fibre d'acciaio. U calcestruzzo rinforzatu cù fibre d'acciaio hè un tipu di calcestruzzo rinforzatu relativamente uniforme è multidirezionale furmatu aghjunghjendu una piccula quantità d'acciaio à bassu carbone, acciaio inox è fibre FRP à u calcestruzzo ordinariu. A quantità mischiata di fibra d'acciaio hè generalmente 1% ~ 2% per vulume, mentre chì 70 ~ 100 kg di fibra d'acciaio hè mischiata in ogni metru cubu di calcestruzzo per pesu. A lunghezza di a fibra d'acciaio deve esse 25 ~ 60 mm, u diametru deve esse 0,25 ~ 1,25 mm, è u megliu rapportu lunghezza-diametru deve esse 50 ~ 700. In paragone cù u calcestruzzo ordinariu, ùn pò micca solu migliurà a resistenza à a trazione, à u taglio, à a flessione, à l'usura è à e crepe, ma ancu migliurà assai a tenacità à a frattura è a resistenza à l'impattu di u calcestruzzo, è migliurà significativamente a resistenza à a fatica è a durabilità di a struttura, in particulare a tenacità pò esse aumentata di 10 ~ 20 volte. E proprietà meccaniche di u calcestruzzo rinforzatu cù fibre d'acciaio è di u calcestruzzo ordinariu sò paragunate in Cina. Quandu u cuntenutu di fibra d'acciaiu hè 15% ~ 20% è u rapportu acqua-cimentu hè 0,45, a resistenza à a trazione aumenta di 50% ~ 70%, a resistenza à a flessione aumenta di 120% ~ 180%, a resistenza à l'impattu aumenta di 10 ~ 20 volte, a resistenza à a fatica à l'impattu aumenta di 15 ~ 20 volte, a tenacità à a flessione aumenta di 14 ~ 20 volte, è a resistenza à l'usura hè ancu significativamente migliurata. Dunque, u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu hà proprietà fisiche è meccaniche megliu cà u béton pianu.
4. Calcestruzzu à fibre ibride
I dati di ricerca pertinenti mostranu chì a fibra d'acciaiu ùn prumove micca significativamente a resistenza à a compressione di u béton, nè ancu a riduce; In paragone cù u béton pianu, ci sò punti di vista pusitivi è negativi (aumentu è diminuzione) o ancu intermedi nantu à l'impermeabilità, a resistenza à l'usura, l'impattu è a resistenza à l'usura di u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu è a prevenzione di u ritiru plasticu precoce di u béton. Inoltre, u béton rinforzatu cù fibre d'acciaiu hà alcuni prublemi, cum'è una grande dosa, un prezzu altu, a ruggine è quasi nisuna resistenza à u scoppiu causatu da u focu, chì hà influenzatu a so applicazione in diversi gradi. In l'ultimi anni, alcuni studiosi naziunali è stranieri anu cuminciatu à prestà attenzione à u béton ibridu cù fibre (HFRC), pruvendu à mischjà fibre cù diverse proprietà è vantaghji, amparà l'uni da l'altri è dà ghjocu à "l'effettu ibridu pusitivu" à diversi livelli è fasi di carica per migliurà varie proprietà di u béton, in modu da risponde à i bisogni di diversi prughjetti. Tuttavia, in quantu à e so diverse proprietà meccaniche, in particulare a so deformazione da fatica è u dannu da fatica, a lege di sviluppu di a deformazione è e caratteristiche di danni sottu carichi statichi è dinamici è carichi ciclici di ampiezza costante o variabile, a quantità ottima di mischju è a proporzione di mischju di fibra, a relazione trà i cumpunenti di i materiali cumposti, l'effettu di rinfurzamentu è u mecanismu di rinfurzamentu, e prestazioni anti-fatica, u mecanismu di fallimentu è a tecnulugia di custruzzione, i prublemi di cuncepimentu di a proporzione di mischju devenu esse studiati più in prufundità.
5. Calcestruzzo rinforzatu cù fibre d'acciaio stratificate
U béton rinforzatu cù fibre monolitiche ùn hè micca faciule da mischjà uniformemente, a fibra hè faciule da agglomerà, a quantità di fibra hè grande è u costu hè relativamente altu, ciò chì affetta a so larga applicazione. Attraversu un gran numeru di pratiche ingegneristiche è di ricerca teorica, hè statu prupostu un novu tipu di struttura in fibra d'acciaio, u béton rinforzatu cù fibre d'acciaio à strati (LSFRC). Una piccula quantità di fibra d'acciaio hè distribuita uniformemente nantu à e superfici superiore è inferiore di a lastra stradale, è u mezu hè sempre un stratu di béton pianu. A fibra d'acciaio in LSFRC hè generalmente distribuita manualmente o meccanicamente. A fibra d'acciaio hè longa è u rapportu lunghezza-diametru hè generalmente trà 70 ~ 120, mustrendu una distribuzione bidimensionale. Senza influenzà e proprietà meccaniche, questu materiale ùn solu riduce assai a quantità di fibra d'acciaio, ma evita ancu u fenomenu di agglomerazione di fibre in a miscelazione di béton rinforzatu cù fibre integrali. Inoltre, a pusizione di u stratu di fibra d'acciaio in u béton hà un grande impattu nantu à a resistenza à a flessione di u béton. L'effettu di rinforzu di u stratu di fibra d'acciaio in fondu à u béton hè u megliu. Cù a pusizione di u stratu di fibra d'acciaio chì si move in su, l'effettu di rinforzu diminuisce significativamente. A resistenza à a flessione di LSFRC hè più di 35% più alta di quella di u béton pianu cù a listessa proporzione di mischju, chì hè ligeramente più bassa di quella di u béton integrale rinforzatu cù fibre d'acciaiu. Tuttavia, LSFRC pò risparmià assai costi di materiale, è ùn ci hè micun prublema di mischju difficiule. Dunque, LSFRC hè un novu materiale cù boni benefici suciali è ecunomichi è ampie prospettive d'applicazione, chì hè degne di pupularizazione è applicazione in a custruzzione di pavimentazioni.
6. Calcestruzzo ibridu à fibre stratificate
U béton rinforzatu cù fibre ibride à strati (LHFRC) hè un materiale cumpostu furmatu aghjunghjendu 0,1% di fibra di polipropilene nantu à a basa di LSFRC è distribuendu uniformemente un gran numeru di fibre di polipropilene fini è corte cù alta resistenza à a trazione è altu allungamentu ultimu in u béton di fibre d'acciaio superiore è inferiore è u béton pianu in u stratu mediu. Pò superà a debulezza di u stratu intermediu di béton pianu LSFRC è prevene i potenziali periculi per a sicurezza dopu chì a fibra d'acciaio superficiale hè usurata. LHFRC pò migliurà significativamente a resistenza à a flessione di u béton. Paragunatu à u béton pianu, a so resistenza à a flessione di u béton pianu hè aumentata di circa u 20%, è paragunatu à LSFRC, a so resistenza à a flessione hè aumentata di u 2,6%, ma hà pocu effettu nantu à u modulu elasticu à a flessione di u béton. U modulu elasticu à a flessione di LHFRC hè 1,3% più altu di quellu di u béton pianu è 0,3% più bassu di quellu di LSFRC. U LHFRC pò ancu migliurà significativamente a tenacità à a flessione di u béton, è u so indice di tenacità à a flessione hè circa 8 volte quellu di u béton pianu è 1,3 volte quellu di u LSFRC. Inoltre, per via di e diverse prestazioni di duie o più fibre in LHFRC in u béton, secondu i bisogni ingegneristici, l'effettu ibridu pusitivu di a fibra sintetica è di a fibra d'acciaiu in u béton pò esse adupratu per migliurà assai a duttilità, a durabilità, a tenacità, a resistenza à e crepe, a resistenza à a flessione è a resistenza à a trazione di u materiale, migliurà a qualità di u materiale è prulungà a vita di serviziu di u materiale.
——Astrattu (architettura Shanxi, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)
Data di publicazione: 24 d'aostu 2022