Stáltrefjastyrkt steypa (SFRC) er ný tegund af samsettu efni sem hægt er að hella og úða með því að bæta viðeigandi magni af stuttum stáltrefjum út í venjulega steypu. Það hefur þróast hratt heima og erlendis á undanförnum árum. Það vinnur bug á göllum steypu eins og lágs togstyrks, lítillar endanlegrar teygju og brothættni. Það hefur framúrskarandi eiginleika eins og togstyrk, beygjuþol, klippiþol, sprunguþol, þreytuþol og mikla seiglu. Það hefur verið notað í vatnsaflsverkfræði, vegagerð og brúargerð, byggingariðnaði og öðrum verkfræðisviðum.

 

一．Þróun stáltrefjastyrktrar steinsteypu

 

Trefjastyrkt steypa (e. fiber reinforced concrete, FRC) er skammstöfun fyrir trefjastyrkt steypu. Það er venjulega sementsbundið samsett efni sem samanstendur af sementsmauki, múrsteini eða steypu og málmtrefjum, ólífrænum trefjum eða lífrænum trefjastyrktum efnum. Það er nýtt byggingarefni sem myndast með því að dreifa stuttum og fínum trefjum jafnt með miklum togstyrk, mikilli endanlegri teygju og mikilli basaþol í steypugrunninum. Trefjar í steypu geta takmarkað myndun snemmbúinna sprungna í steypu og frekari útbreiðslu sprungna undir áhrifum utanaðkomandi krafta, á áhrifaríkan hátt sigrast á innbyggðum göllum eins og lágum togstyrk, auðveldum sprungum og lélegri þreytuþoli steypu og bætt verulega afköst ógegndræpi, vatnsheldni, frostþol og styrkingarvörn steypu. Trefjastyrkt steypa, sérstaklega stáltrefjastyrkt steypa, hefur vakið sífellt meiri athygli í fræði- og verkfræðihringjum í verklegri verkfræði vegna framúrskarandi afkösta sinna. Árið 1907 byrjaði sovéski sérfræðingurinn B. P. Hekpocab að nota málmtrefjastyrkt steypu; Árið 1910 birti H. F. Porter rannsóknarskýrslu um stutttrefjastyrkt steypu þar sem hann lagði til að stuttar stáltrefjar ættu að vera jafnt dreifðar í steypu til að styrkja grunnefnin; Árið 1911 bætti Graham frá Bandaríkjunum stálþráðum við venjulega steypu til að bæta styrk og stöðugleika steypunnar; Á fimmta áratug síðustu aldar höfðu Bandaríkin, Bretland, Frakkland, Þýskaland, Japan og önnur lönd gert miklar rannsóknir á notkun stálþráða til að bæta slitþol og sprunguþol steypu, framleiðslutækni stálþráðasteypu og að bæta lögun stálþráða til að bæta tengistyrk milli trefja og steypugrunns; Árið 1963 birtu JP Romualdi og GB Batson grein um sprungumyndunarferli í stálþráðaþéttri steypu og komust að þeirri niðurstöðu að sprungustyrkur stálþráðastyrktrar steypu sé ákvarðaður af meðalfjarlægð stálþráða sem gegnir mikilvægu hlutverki í togspennu (kenning um trefjabil), og þannig hófst hagnýt þróunarstig þessa nýja samsetta efnis. Hingað til, með vinsældum og notkun stálþráðastyrktrar steypu, vegna mismunandi dreifingar trefja í steypu, eru aðallega fjórar gerðir: stálþráðastyrkt steypa, blendingstrefjastyrkt steypa, lagskipt stálþráðastyrkt steypa og lagskipt blendingstrefjastyrkt steypa.

 

二.Styrkingarkerfi stáltrefjastyrkts steypu

 

1. Kenning um aflfræði samsettra efna. Kenningin um aflfræði samsettra efna byggir á kenningunni um samfellda trefjasamsetningar og er sameinuð dreifingareiginleikum stáltrefja í steinsteypu. Í þessari kenningu eru samsetningar taldar tveggja fasa samsetningar þar sem trefjar eru annar fasinn og grunnefni eru hinn fasinn.

 

Kenning um bil á milli trefja. Kenning um bil á milli trefja, einnig þekkt sem sprunguþolskenning, er sett fram byggð á línulegri teygjanlegri brotmekaník. Þessi kenning heldur því fram að styrkingaráhrif trefja tengist aðeins jafnt dreifðu bili milli trefja (lágmarksbili).

 

三．Greining á þróunarstöðu stáltrefjastyrktrar steinsteypu

 

1.Stáltrefjastyrkt steypa.Stáltrefjastyrkt steypa er tiltölulega einsleit og fjölátta styrkt steypa sem mynduð er með því að bæta litlu magni af lágkolefnisstáli, ryðfríu stáli og FRP trefjum við venjulega steypu. Blöndunarmagn stáltrefja er almennt 1% ~ 2% af rúmmáli, en 70 ~ 100 kg af stáltrefjum eru blandaðar í hvern rúmmetra af steypu eftir þyngd. Lengd stáltrefjanna ætti að vera 25 ~ 60 mm, þvermálið ætti að vera 0,25 ~ 1,25 mm og besta hlutfallið milli lengdar og þvermáls ætti að vera 50 ~ 700. Í samanburði við venjulega steypu getur hún ekki aðeins bætt togþol, klippiþol, beygjuþol, slitþol og sprunguþol, heldur einnig aukið brotþol og höggþol steypunnar til muna og bætt þreytuþol og endingu mannvirkisins verulega, sérstaklega getur seiglan aukist um 10 ~ 20 sinnum. Vélrænir eiginleikar stáltrefjastyrktrar steypu og venjulegrar steypu eru bornir saman í Kína. Þegar stáltrefjainnihaldið er 15% ~ 20% og vatnssementhlutfallið er 0,45, eykst togstyrkurinn um 50% ~ 70%, beygjustyrkurinn eykst um 120% ~ 180%, höggstyrkurinn eykst um 10 ~ 20 sinnum, höggþreytustyrkurinn eykst um 15 ~ 20 sinnum, beygjuseigjan eykst um 14 ~ 20 sinnum og slitþolið batnar einnig verulega. Þess vegna hefur stáltrefjastyrkt steypa betri eðlisfræðilega og vélræna eiginleika en venjuleg steypa.

2. Blendingstrefjasteypa. Viðeigandi rannsóknargögn sýna að stálþráður eykur ekki verulega þrýstiþol steypu, eða dregur jafnvel úr honum; Í samanburði við hefðbundna steypu eru jákvæðar og neikvæðar (aukning og minnkun) eða jafnvel miðlungs skoðanir á ógegndræpi, slitþoli, högg- og slitþoli stálþráðastyrktrar steypu og forvörnum gegn ótímabærri plastrýrnun steypu. Að auki hefur stálþráðastyrkt steypa nokkur vandamál, svo sem stóran skammt, hátt verð, ryð og nánast enga sprunguþol af völdum elds, sem hefur haft áhrif á notkun þess í mismunandi mæli. Á undanförnum árum hafa sumir innlendir og erlendir fræðimenn byrjað að veita athygli blönduðum trefjasteypu (HFRC), reyna að blanda saman trefjum með mismunandi eiginleikum og kostum, læra hver af öðrum og nýta „jákvæð blönduð áhrif“ á mismunandi stigum og álagsstigum til að auka ýmsa eiginleika steypu, til að mæta þörfum mismunandi verkefna. Hins vegar, með tilliti til hinna ýmsu vélrænu eiginleika þess, sérstaklega þreytuaflögunar og þreytuskemmda, lögmál um þróun aflögunar og skemmdaeinkenna við kyrrstætt og breytilegt álag og álag með stöðugri eða breytilegri sveifluvídd, bestu blöndunarmagn og blöndunarhlutfall trefja, tengslin milli íhluta samsettra efna, styrkingaráhrif og styrkingarferli, þreytuþol, bilunarferli og byggingartækni, þarf að rannsaka vandamálin við hönnun blöndunarhlutfalla frekar.

3. Lagskipt stáltrefjastyrkt steypa.Einlit trefjastyrkt steypa er ekki auðvelt að blanda jafnt, trefjarnar eru auðveldar að safna saman, magn trefjanna er mikið og kostnaðurinn er tiltölulega hár, sem hefur áhrif á víðtæka notkun hennar. Með mikilli verkfræðistarfsemi og fræðilegum rannsóknum hefur verið lagt til nýja gerð stáltrefjabyggingar, lagstáltrefjastyrkt steypa (LSFRC). Lítið magn af stáltrefjum er jafnt dreift á efri og neðri yfirborð vegarhellunnar, en miðjan er enn slétt steypulag. Stáltrefjunum í LSFRC er almennt dreift handvirkt eða vélrænt. Stáltrefjunum er langur og hlutfallið á lengd og þvermál er almennt á bilinu 70 ~ 120, sem sýnir tvívíddardreifingu. Án þess að hafa áhrif á vélræna eiginleika dregur þetta efni ekki aðeins verulega úr magni stáltrefja, heldur kemur það einnig í veg fyrir fyrirbærið af safni trefja við blöndun á heildstæðri trefjastyrktri steypu. Að auki hefur staðsetning stáltrefjalagsins í steypunni mikil áhrif á beygjustyrk steypunnar. Styrkingaráhrif stáltrefjalagsins neðst í steypunni eru best. Þegar staðsetning stáltrefjalagsins færist upp minnkar styrkingaráhrifin verulega. Beygjustyrkur LSFRC er meira en 35% hærri en í venjulegri steypu með sama blöndunarhlutfalli, sem er örlítið lægri en í stáltrefjastyrktri steypu. Hins vegar getur LSFRC sparað mikinn efniskostnað og það er engin vandamál með erfiðleika með blöndun. Þess vegna er LSFRC nýtt efni með góða félagslega og efnahagslega kosti og víðtæka notkunarmöguleika, sem er verðugt vinsælda og notkunar í gangstéttargerð.

 

4.Lagskipt blendingur úr trefjum.Lagbundið trefjastyrkt steypa (LHFRC) er samsett efni sem myndast með því að bæta við 0,1% pólýprópýlentrefjum á grundvelli LSFRC og dreifa jafnt fjölda fínna og stuttra pólýprópýlentrefja með miklum togstyrk og mikilli endanlega teygju í efri og neðri stáltrefjasteypu og slétta steypu í miðlaginu. Það getur sigrast á veikleikum millilags slétts steypu úr LSFRC og komið í veg fyrir hugsanlega öryggishættu eftir að stáltrefjarnar á yfirborðinu eru slitnar. LHFRC getur aukið sveigjanleika steypu verulega. Í samanburði við slétta steypu eykst sveigjanleiki hennar um 20% og í samanburði við LSFRC eykst sveigjanleiki hennar um 2,6%, en það hefur lítil áhrif á sveigjanleikateygjustuðul steypu. Sveigjanleikateygjustuðull LHFRC er 1,3% hærri en sléttrar steypu og 0,3% lægri en LSFRC. LHFRC getur einnig aukið sveigjanleika steypu verulega og sveigjanleikastuðullinn er um 8 sinnum meiri en í venjulegri steypu og 1,3 sinnum meiri en í LSFRC. Þar að auki, vegna mismunandi eiginleika tveggja eða fleiri trefja í LHFRC í steypu, er hægt að nota jákvæð blendingsáhrif tilbúinna trefja og stáltrefja í steypu, í samræmi við verkfræðilegar þarfir, til að bæta verulega teygjanleika, endingu, seiglu, sprungustyrk, sveigjanleika og togstyrk efnisins, bæta gæði efnisins og lengja líftíma efnisins.

——Ágrip (Shanxi arkitektúr, bindi 38, nr. 11, Chen Huiqing)