Steinsteypa, eitt algengasta byggingarefnið, státar af verulegum kostum hvað varðar þrýstistyrk og aðra þætti vegna einstakra samsettra eiginleika. Hins vegar takmarkar lágur togstyrkur steypu og ófullnægjandi seigja víðtækari notkun hennar í byggingarverkfræði. Hefðbundin steinsteypa er viðkvæm fyrir því að sprunga við spennu eða beygingu, sem breiðist hratt út til að bila. Í nútíma uppbyggingu innviða gera flóknar vinnuaðstæður og erfiðar aðstæður (svo sem mikið álag, saltlausnárás og frost-þíðingarlotur) meiri kröfur um afköst efnisins.
Tilkoma trefja-járnbentri steinsteypu veitir áhrifaríka aðferð til að bæta stökkleika steinsteypu. Með því að bæta einni trefjategund (eins og stáltrefjum, pólýprópýlen trefjum eða glertrefjum) við steypu getur það bætt sprunguþol hennar, höggþol og endingu verulega. Hins vegar hafa styrkingaráhrif eins trefja oft takmarkanir. Til dæmis, þó að stáltrefjar séu áhrifaríkar til að bæta togstyrk og sprunguþol, skortir þær dreifingu og efnaþol. Tilbúnar trefjar (eins og pólýprópýlen trefjar), þótt þær séu vel dreifðar, þjást af lítilli stífni og styrk. Þess vegna hefur hybrid trefjatækni, sem sameinar tvær eða fleiri trefjar, komið fram til að fullnýta eiginleika mismunandi trefja.
Hlutverk hybrid trefja
Kjarnahugtak blendingstrefjatækni er að nýta sér sambótaeiginleika mismunandi trefja til að sigrast á takmörkunum eins-trefjastyrkingar og ná þannig meiri heildarafköstum. Til dæmis getur samsetning stáltrefja og pólýprópýlen trefja bætt togstyrk og sprunguþol steypu á sama tíma og dregið úr sprungubreidd. Samlegðaráhrif koltrefja og basalttrefja geta dregið úr þyngd uppbyggingarinnar á sama tíma og það bætir viðnám efnisins gegn háum hita og efnatæringu. Ennfremur hafa nýlegar rannsóknir komist að því að innleiðing örtrefja eins og nanófrefja eða whiskers getur bætt örbyggingu steinsteypu verulega, aukið heildarframmistöðu hennar enn frekar. Með ítarlegri-rannsókn á blendingum trefja-járnbentri steinsteypu verður notkun þess í verklegri verkfræði sífellt umfangsmeiri. Allt frá þungum-álagsmannvirkjum eins og brýr og jarðgöngum til sjávarverkfræði og há-hitaaðstöðu, blanda trefjasteypu býður upp á nýstárlegar lausnir fyrir flóknar vinnuaðstæður sem hefðbundin efni eiga erfitt með að takast á við.
Algengar tegundir steinsteyptra trefja:
Trefjasamsett efni eru samsett efni sem eru samsett úr tveimur eða fleiri trefjum sem eru styrkt með sama fylki. Þeir draga ekki aðeins úr kostnaði heldur nýta einnig styrkleika og veikleika og skapa blendingsáhrif. Það eru margar mismunandi gerðir af trefjum, hver með sína einstöku eðlis- og efnafræðilega eiginleika. Byggt á trefjaefninu er hægt að flokka þau sem hér segir:
Stáltrefjar:Einn af algengustu trefjunum sem notuð eru til að styrkja steinsteypu, hún sýnir verulega styrkingareiginleika vegna mikils togstyrks og stífleika. Stáltrefjar brúa sprungur á áhrifaríkan hátt, draga úr sprunguútbreiðslu og auka togþol, sveigjanleika og höggþol steypu. Aðalverkunarmáti þess er sprungubrú og aukin brotseigni, sem bætir í raun heildarseigleika steypu. Hins vegar hafa stáltrefjar ákveðnar takmarkanir á dreifingu, sérstaklega í miklu steypumagni, þar sem ójöfn trefjadreifing getur haft áhrif á frammistöðu steypu. Ennfremur sýna stáltrefjar lélega viðnám gegn efnatæringu og raka, sem takmarkar notkun þess í ákveðnu sérhæfðu umhverfi.
Pólýprópýlen trefjar:tilbúið trefjar, sýnir framúrskarandi dreifileika og efnaþol og er mikið notað í steinsteypu. Pólýprópýlen trefjar geta í raun bætt sprunguþol steypu og dregið úr útbreiðslu örsprungna innan steypu í gegnum fínt trefjanet hennar. Pólýprópýlen trefjar hafa lítinn togstyrk og stífleika, þannig að þegar þeir eru notaðir einir og sér getur það haft áhrif á heildarstyrk steypu. Hins vegar getur það á áhrifaríkan hátt stjórnað sprunguútbreiðslu og verulega bætt frostþol og gegndræpi steypu, sem gerir það sérstaklega áhrifaríkt í lágum-hitaumhverfi og vökvaverkfræði.
Gler trefjar:Aðallega notað til að auka togþol steypu, sveigjuþol og höggþol. Hár styrkur þess og framúrskarandi dreifileiki gerir það að verkum að það er mikið notað í mörgum verkefnum. Í samanburði við stáltrefjar bjóða glertrefjar yfirburða efna- og rakaþol, sem gerir það hentugt til notkunar í mjög ætandi umhverfi eins og vökva- og sjávarverkfræði. Hins vegar eru glertrefjar brothættar og hætta á að brotna, sem takmarkar notkun þess í verkefnum sem krefjast mikillar sveigjanleika eða þreytuþols.
Koltrefjar:Vegna einstaklega mikils styrks, lágs þéttleika og framúrskarandi tæringarþols hefur það nýlega orðið sífellt vinsælli steypustyrktarefni. Koltrefjar geta aukið togstyrk steypu verulega. Lítill þéttleiki hennar dregur úr þyngd steypu, sem gerir hana hæfa til notkunar í léttum mannvirkjum. Koltrefjar sýna framúrskarandi viðnám gegn háum hita og efnatæringu, sem gerir það hentugt fyrir verkefni sem starfa í háum-hitaumhverfi og sterkum efnafræðilegum miðlum. Hins vegar takmarkar tiltölulega hár kostnaður þess við-stærð notkun þess.
Basalt trefjar:Náttúruleg trefjar með framúrskarandi viðnám gegn háum hita og efnaárás. Basalttrefjar sýna yfirburða stöðugleika samanborið við stál- og glertrefjar í háum-hita og ætandi umhverfi og hafa því víðtæka notkunarmöguleika í sjávarverkfræði, háum-hitaskilyrðum og efnaverkfræði. Að bæta við basalttrefjum getur bætt eldþol og tæringarþol steypu, sem gerir hana sérstaklega hentuga til notkunar í ætandi miðlum eins og saltvatni og súrt umhverfi. Hins vegar, vegna mikils vinnslukostnaðar basalttrefja, er útbreidd notkun þeirra í sumum forritum enn krefjandi.
Nanófrefjar eða whiskers:Nýlega komið fram styrkingarefni með einstaklega mikið yfirborð og styrk. Með því að fella þessar örtrefja inn í steinsteypu getur það bætt örbyggingu hennar, aukið enn frekar þrýstistyrk hennar, sprunguþol og ógegndræpi. Til dæmis geta kalsíumkarbónatþurrkur, sem styrkingarefni á nanó-kvarða, bætt þjöppunareiginleika steypu verulega á sama tíma og hún bætir smásæja holabyggingu steinsteypu, aukið endingu hennar og frost-þíðuþol.
Samverkandi vélbúnaður steinsteyptra trefja
2.1 Verkunarháttur stáltrefja
Stáltrefjar eru mikilvægur þáttur í að auka sprunguþol steinsteypu, státa af miklum styrk, miklum stuðli og framúrskarandi togeiginleikum. Stáltrefjar brúa venjulega sprungur, takmarka útbreiðslu þeirra og bæta þannig á áhrifaríkan hátt hörku og höggþol steypu. Þegar steypa verður fyrir utanaðkomandi kröftum, standast stáltrefjar, sem virka sem styrking, sprunguútbreiðslu með miklum styrk og koma í veg fyrir hraðbrot undir spennu. Þegar sprungur myndast brúa stáltrefjarnar sprungurnar, virka eins og brýr, gleypa togálag og koma í veg fyrir frekari sprunguvöxt.
Innleiðing stáltrefja bætir venjulega verulega togstyrk steypu, sveigjueiginleika og þreytuþol. Þau eru sérstaklega mikið notuð í verkefnum sem eru háð miklum álagsbreytingum, svo sem innviðaverkefnum eins og vegi, brýr og jarðgöng. Hins vegar, þegar þeir eru notaðir einir og sér, sýna stáltrefjar lélega dreifingu í steypu og lágt efnaþol. Stáltrefjar tærast auðveldlega af sterkum sýrum, basum eða miklum raka, sem leiðir til skerðingar á frammistöðu. Þess vegna, í hagnýtri notkun, eru þau oft sameinuð öðrum trefjategundum til að bæta upp fyrir þessa annmarka.
2.2 Hlutverk gervitrefja
Pólýprópýlen trefjar, sem er almennt notaður gervi trefjar, einkennist af góðum dreifileika, framúrskarandi efnaþol og rakaþol. Pólýprópýlen trefjar myndar örtrefjanet innan steypugrunnsins. Þetta net bætir verulega sprunguþol steinsteypu með því að minnka sprungubreidd og dreifa álagi á fyrstu stigum sprungunnar.
Aðalverkunarháttur pólýprópýlen trefja er sprungustjórnun. Þegar steypa verður fyrir utanaðkomandi kröftum dregur pólýprópýlen trefjar úr útbreiðsluhraða örsprungna með því að auka trefjanetið í steypunni. Þegar sprungur myndast fylla trefjarnar sprungurnar og dreifa álagi og koma í veg fyrir frekari sprunguþenslu og bæta þar með hörku og höggþol steypunnar. Ennfremur hjálpar innleiðing pólýprópýlen trefja til að bæta frostþol og ógegndræpi steypu.
Áhrif blendingur trefja á afköst steypu
Notkun blendingstrefja í steinsteypu hefur verið mikið rannsökuð og rannsóknir hafa sýnt að þær geta verulega bætt vélræna eiginleika steinsteypu, sérstaklega grundvallareiginleika hennar eins og þjöppun, spennu og sveigjustyrk. Þessar endurbætur auka ekki aðeins burðarvirki steypu heldur einnig burðargetu- og endingu við erfiðar vinnuaðstæður. Með því að sameina á skynsamlegan hátt mismunandi trefjategundir, svo sem stáltrefjar, pólývínýlalkóhóltrefjar og glertrefjar, geta blendingar trefjar náð samlegðaráhrifum, sigrast á takmörkunum stakra trefja og verulega bætt afköst steypu.
Þrýstistyrkur er einn mikilvægasti vélrænni eiginleiki steinsteypu, sem hefur bein áhrif á öryggi og burðargetu steypumannvirkja-. Venjulega, þegar steypa verður fyrir þrýstiálagi, breiðast sprungur upphaflega út frá veikum stöðum eða ójöfnum svæðum í steypunni. Þessi sprunguútbreiðsla dregur ekki aðeins úr burðargetu steypu- heldur flýtir hún einnig fyrir þreytubilun. Hins vegar getur það að bæta við blendingstrefjum á áhrifaríkan hátt breytt burðarhegðun steypu- og þar með aukið þrýstistyrk hennar.
Rannsóknir hafa sýnt að kynning á blendingstrefjum getur bætt þrýstistyrk steinsteypu verulega. Með því að bæta 0,5% og 1,0% stáltrefjum við há-sterkt sjálf-samþjöppunarsement (HSSCC) jókst 28-daga þrýstistyrkinn um 1% og 11%, í sömu röð. Þrýstistyrkur tilraunahópanna sem innihéldu pólýprópýlen trefjar var minni en samanburðarhópsins. Með því að skipta út stáltrefjunum fyrir 0,3% og 0,4% pólýprópýlen trefjar í blendingstrefjastyrktum sýnum sem innihalda 0,5% trefjar dró verulega úr þrýstistyrk blendingssýnanna.
Þrýstistyrkur blendingstrefja-styrkta olíu-brunnsementsins eftir að hafa verið þurrkaður í 3, 7 og 28 daga var 18,4 MPa, 28,2 MPa og 38,7 MPa, í sömu röð. Í samanburði við venjulegt olíu-sement jókst þessi þrýstistyrkur um 48,94%, 24,05% og 25,68% í sömu röð. Blendingstrefjarinn bætti þrýstistyrkinn verulega. Viðbót á trefjum virkar sem tengi innan olíu-sementgrunnsins, hindrar sprunguþróun og bætir styrk fylkisins. Hins vegar, þegar trefjainnihaldið eykst, dreifast trefjarnar ójafnt innan sementsgrunnsins og hafa tilhneigingu til að þéttast, sem vegur að hluta til upp á móti styrkjandi áhrifum trefjanna á sementgrunnið. Nánar tiltekið, dreifing blandaðra trefja-stáls, pólýprópýleni og bambuss-í steinsteypu skapar þrívíddar trefjanet. Þessar trefjar standast í raun upphaf og útbreiðslu sprungna þegar steypa verður fyrir þrýstiálagi. Stáltrefjar, með miklum styrk og stífni, standast á áhrifaríkan hátt og dreifa þrýstiálagi, draga úr innri streitustyrk í steypunni og koma í veg fyrir hraða útbreiðslu sprungna.
Samantekt:
Steinsteypa járnbentri steinsteypu (CFRC) hefur smám saman verið beitt á ýmsum sviðum vegna einstakra vélrænna og endingareiginleika. Blönduð trefjastyrkt steypa (HFRC) sýnir víðtæka notkunarmöguleika í brýr, vegi, sjávarmannvirki og há-hitaaðstöðu. Í brúarsmíði getur HFRC verulega bætt endingu og sprunguþol mannvirkja og lengt endingartíma þeirra í raun. Á svæðum með mikilli-umferð eins og vegum og flugbrautum á flugvöllum, gera höggþol og sprunguþol HFRC það að kjörnu efnisvali.
Ennfremur er HFRC sérstaklega áberandi í ofur-há-afkastasteypu (UHPC) og sjálf-þjöppunarsteypu (SCC). UHPC sýnir framúrskarandi endingu og styrk við erfiðar aðstæður, á meðan SCC hefur framúrskarandi flæðihæfni og sjálf-þjöppunareiginleika, sem gerir það hentugt fyrir flóknar mannvirki. Innleiðing HFRC hefur fínstillt enn frekar vélræna eiginleika, endingu og vinnsluhæfni þessara tveggja tegunda af-afkastamikilli steypu.
Þrátt fyrir að HFRC geti bætt vélræna eiginleika og endingu steypu verulega, þá stendur hagnýting þess enn frammi fyrir nokkrum áskorunum. Í fyrsta lagi er samræmd dreifing HFRC í steinsteypu áfram lykilatriði. Vegna mismunandi gerða og lengdar blendingstrefja getur dreifing trefja í steinsteypu verið ójöfn sem getur leitt til frávika í frammistöðu á ákveðnum svæðum. Því hvernig á að tryggja samræmda dreifingu blendinga trefja í steinsteypu hefur orðið tæknileg áskorun í verkfræði.
