Сталёва-валакністы бетон (СВБ) — гэта новы тып кампазітнага матэрыялу, які можна заліваць і распыляць шляхам дадання адпаведнай колькасці кароткага сталёвага валакна ў звычайны бетон. У апошнія гады ён хутка развіваецца ў краіне і за мяжой. Ён пераадольвае недахопы нізкай трываласці на расцяжэнне, малога канчатковага падаўжэння і далікатнасці бетону. Ён валодае выдатнымі ўласцівасцямі, такімі як трываласць на расцяжэнне, супраціў выгібу, супраціў зруху, супраціў расколінам, супраціў стомленасці і высокая трываласць. Ён ужываецца ў гідратэхнічным будаўніцтве, дарожным і маставым будаўніцтве і іншых галінах машынабудавання.

 

一．Распрацоўка сталёвавалакністага бетону

 

Фібрабетон (ФББ) — гэта скарачэнне ад fiberarmed concrete (валакнастайны бетон). Звычайна гэта цэментны кампазіт, які складаецца з цэментнай пасты, раствора або бетону і металічнага валакна, неарганічнага валакна або арганічных валакнастайных матэрыялаў. Гэта новы будаўнічы матэрыял, які ўтвараецца шляхам раўнамернага размеркавання кароткіх і тонкіх валокнаў з высокай трываласцю на расцяжэнне, высокім канчатковым падаўжэннем і высокай шчолачаўстойлівасцю ў бетоннай матрыцы. Валакно ў бетоне можа абмяжоўваць адукацыю ранніх расколін у бетоне і далейшае пашырэнне расколін пад дзеяннем знешніх сіл, эфектыўна пераадольваць такія ўласцівыя дэфекты, як нізкая трываласць на расцяжэнне, лёгкае расколванне і нізкая ўстойлівасць да стомленасці бетону, а таксама значна паляпшаць характарыстыкі герметычнасці, воданепранікальнасці, марозаўстойлівасці і абароны арматуры бетону. Фібрабетон, асабліва сталёвасталёвы валакнастай бетон, прыцягвае ўсё большую ўвагу ў акадэмічных і інжынерных колах у практычнай інжынерыі дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам. У 1907 годзе савецкі эксперт Б. П. Хекпокаб пачаў выкарыстоўваць металасталёвы валакнастай бетон; у 1910 годзе Х. Ф. Портэр апублікаваў даследчы даклад па кароткім валакнастай бетоне, выказаўшы здагадку, што кароткія сталёвыя валокны павінны быць раўнамерна размеркаваны ў бетоне для ўмацавання матрычных матэрыялаў; У 1911 годзе Грэм з ЗША дадаў сталёвую фібру ў звычайны бетон для паляпшэння трываласці і ўстойлівасці бетону. Да 1940-х гадоў ЗША, Вялікабрытанія, Францыя, Германія, Японія і іншыя краіны правялі шмат даследаванняў па выкарыстанні сталёвай фібры для паляпшэння зносаўстойлівасці і расколіназаўстойлівасці бетону, тэхналогіі вырабу сталёвай фібрыбетону і паляпшэнні формы сталёвай фібры для паляпшэння трываласці сувязі паміж фібрай і бетоннай матрыцай. У 1963 годзе Дж. П. Рамуальдзі і Г. Б. Бэтсан апублікавалі артыкул аб механізме развіцця расколін у сталёвай фібрыбетоне і выказалі выснову, што трываласць на расколіны ў сталёвай фібрыбетоне вызначаецца сярэдняй адлегласцю паміж сталёвымі валокнамі, якая адыгрывае эфектыўную ролю ў расцяжэнні (тэорыя адлегласці паміж валокнамі), тым самым пачаўшы практычны этап распрацоўкі гэтага новага кампазітнага матэрыялу. Да гэтага часу, з папулярызацыяй і прымяненнем сталёвай фібрыбетону, з-за рознага размеркавання валокнаў у бетоне, існуюць чатыры асноўныя тыпы: сталёвая фібрабетон, гібрыдная фібрабетон, слаістая сталёвая фібрабетон і слаістая гібрыдная фібрабетон.

 

二.Механізм умацавання сталёва-фібрабетоннага армавання

 

1. Тэорыя механікі кампазітаў. Тэорыя механікі кампазітаў заснавана на тэорыі кампазітаў з бесперапыннымі валакнамі і спалучаецца з характарыстыкамі размеркавання сталёвых валокнаў у бетоне. У гэтай тэорыі кампазіты разглядаюцца як двухфазныя, дзе валакно з'яўляецца адной фазай, а матрыца — другой.

 

Тэорыя адлегласці паміж валокнамі. Тэорыя адлегласці паміж валокнамі, таксама вядомая як тэорыя расколінастойкасці, прапанавана на аснове лінейна-пругкай механікі разбурэння. Гэтая тэорыя сцвярджае, што эфект армавання валокнаў звязаны толькі з раўнамерна размеркаванай адлегласцю паміж валокнамі (мінімальная адлегласць).

 

三．Аналіз стану распрацоўкі сталёвавалакністага бетону

 

1.Сталёва-валакністы бетон.Сталёва-валакністы бетон — гэта адносна аднастайны і шматнакіраваны жалезабетоны, які атрымліваецца шляхам дадання невялікай колькасці нізкавугляродзістай сталі, нержавеючай сталі і FRP-валакна ў звычайны бетон. Колькасць сталёвага валакна ў змешанай сумесі звычайна складае 1% ~ 2% па аб'ёме, прычым на кожны кубічны метр бетону па вазе прыпадае 70 ~ 100 кг сталёвага валакна. Даўжыня сталёвага валакна павінна быць 25 ~ 60 мм, дыяметр — 0,25 ~ 1,25 мм, а найлепшае суадносіны даўжыні да дыяметра — 50 ~ 700. У параўнанні са звычайным бетонам, ён можа не толькі палепшыць устойлівасць да расцяжэння, зруху, выгібу, зносу і расколін, але і значна павялічыць глейкасць разлому і ўдаратрываласць бетону, а таксама значна палепшыць стомленасць і даўгавечнасць канструкцыі, асабліва глейкасць можа быць павялічана ў 10 ~ 20 разоў. Механічныя ўласцівасці сталёва-валакністага бетону і звычайнага бетону параўноўваюцца ў Кітаі. Калі ўтрыманне сталёвага валакна складае 15% ~ 20%, а водацэментнае суадносіны — 0,45, трываласць на расцяжэнне павялічваецца на 50% ~ 70%, трываласць на выгіб — на 120% ~ 180%, ударная вязкасць — у 10 ~ 20 разоў, трываласць на ўдарную стомленасць — у 15 ~ 20 разоў, глейкасць на выгіб — у 14 ~ 20 разоў, а зносаўстойлівасць таксама значна паляпшаецца. Такім чынам, сталефібрабетон мае лепшыя фізічныя і механічныя ўласцівасці, чым звычайны бетон.

2.Гібрыдны фібрабетон. Адпаведныя даследчыя дадзеныя паказваюць, што сталёвая фібра не павялічвае істотна трываласць бетону на сціск і нават не зніжае яе. У параўнанні з звычайным бетонам, існуюць станоўчыя і адмоўныя (павелічэнне і паніжэнне) або нават прамежкавыя меркаванні адносна герметычнасці, зносаўстойлівасці, ударатрываласці і зносаўстойлівасці сталёвафібрабетону і прадухілення ранняй пластычнай ўсаджвання бетону. Акрамя таго, сталёвафібрабетон мае некаторыя праблемы, такія як вялікая доза, высокая цана, іржа і практычна адсутнасць устойлівасці да разрыву, выкліканага агнём, што ў рознай ступені паўплывала на яго прымяненне. У апошнія гады некаторыя айчынныя і замежныя навукоўцы пачалі звяртаць увагу на гібрыдны фібрабетон (HFRC), спрабуючы змешваць валокны з рознымі ўласцівасцямі і перавагамі, вучыцца адзін у аднаго і выкарыстоўваць "станоўчы гібрыдны эфект" на розных узроўнях і этапах нагрузкі для паляпшэння розных уласцівасцей бетону, каб задаволіць патрэбы розных праектаў. Аднак, улічваючы яго розныя механічныя ўласцівасці, асабліва яго дэфармацыю ад стомленасці і пашкоджанне ад стомленасці, закон развіцця дэфармацыі і характарыстыкі пашкоджання пры статычных і дынамічных нагрузках, а таксама цыклічныя нагрузкі з пастаяннай або зменнай амплітудай, аптымальную колькасць змешанага валакна і яго прапорцыю ў змешванні, суадносіны паміж кампанентамі кампазітных матэрыялаў, эфект умацавання і механізм умацавання, супрацьусталостныя ўласцівасці, механізм разбурэння і тэхналогію будаўніцтва, праблемы распрацоўкі прапорцый змешвання патрабуюць далейшага вывучэння.

3. Шматслаёвы сталёва-валакністы бетон.Маналітны фібрабетон цяжка змяшаць раўнамерна, фібра лёгка агламеруецца, колькасць фібра вялікая, а кошт адносна высокі, што ўплывае на яго шырокае прымяненне. Дзякуючы вялікай колькасці інжынерных практык і тэарэтычных даследаванняў быў прапанаваны новы тып структуры са сталёвым фібрам - шматслаёвы сталёвы фібрабетон (LSFRC). Невялікая колькасць сталёвага фібра раўнамерна размеркавана па верхняй і ніжняй паверхнях дарожнай пліты, а сярэдняя частка застаецца гладкім бетонным пластом. Сталёвае фібра ў LSFRC звычайна размяркоўваецца ўручную або механічна. Сталёвае фібра мае доўгую даўжыню, а суадносіны даўжыні і дыяметра звычайна складае ад 70 да 120, што паказвае двухмернае размеркаванне. Не ўплываючы на ​​механічныя ўласцівасці, гэты матэрыял не толькі значна памяншае колькасць сталёвага фібра, але і пазбягае з'явы агламерацыі валокнаў пры змешванні інтэгральнага фібрабетону. Акрамя таго, размяшчэнне пласта сталёвага фібра ў бетоне аказвае вялікі ўплыў на трываласць бетону на выгіб. Эфект армавання пласта сталёвага фібра ў ніжняй частцы бетону з'яўляецца найлепшым. Па меры перамяшчэння пласта сталёвага фібра ўверх эфект армавання значна памяншаецца. Трываласць на выгіб ламінатнага валакна з ламінатным валакном (LSFRC) больш чым на 35% вышэйшая, чым у звычайнага бетону з такой жа прапорцыяй сумесі, што крыху ніжэй, чым у інтэгральнага сталёвага валакнабетону. Аднак LSFRC дазваляе значна зэканоміць матэрыялы, і няма праблем са складаным змешваннем. Такім чынам, LSFRC — гэта новы матэрыял з добрымі сацыяльнымі і эканамічнымі перавагамі і шырокімі перспектывамі прымянення, які заслугоўвае папулярызацыі і прымянення ў дарожным будаўніцтве.

 

4.Шматслаёвы гібрыдны фібрабетон.Гібрыдны валакністабетон (ГВАБ) — гэта кампазітны матэрыял, які атрымліваецца шляхам дадання 0,1% поліпрапіленавага валакна на аснове ГВАБ і раўнамернага размеркавання вялікай колькасці тонкіх і кароткіх поліпрапіленавых валокнаў з высокай трываласцю на расцяжэнне і высокім канчатковым падаўжэннем у верхнім і ніжнім сталёва-фібрабетоне, а таксама ў простым бетоне ў сярэднім пласце. Ён можа пераадолець слабасць прамежкавага простага бетоннага пласта ГВАБ і прадухіліць патэнцыйныя пагрозы бяспецы пасля зносу павярхоўнага сталёвага валакна. ГВАБ можа значна павялічыць трываласць бетону на выгіб. У параўнанні з простым бетонам, яго трываласць на выгіб простага бетону павялічваецца прыкладна на 20%, а ў параўнанні з ГВАБ — на 2,6%, але гэта мала ўплывае на модуль пругкасці бетону пры выгібе. Модуль пругкасці пры выгібе ГВАБ на 1,3% вышэйшы, чым у простага бетону, і на 0,3% ніжэйшы, чым у ГВАБ. СВЧВ таксама можа значна палепшыць трываласць бетону на выгіб, а яго індэкс трываласці на выгіб прыкладна ў 8 разоў вышэйшы, чым у звычайнага бетону, і ў 1,3 раза вышэйшы, чым у ЛСВЧ. Больш за тое, з-за розных характарыстык двух або больш валокнаў у СВЧВ у бетоне, у залежнасці ад інжынерных патрэб, станоўчы гібрыдны эфект сінтэтычнага валакна і сталёвага валакна ў бетоне можа быць выкарыстаны для значнага паляпшэння пластычнасці, даўгавечнасці, трываласці, трываласці на расколіны, трываласці на выгіб і трываласці на расцяжэнне матэрыялу, паляпшэння якасці матэрыялу і падаўжэння тэрміну службы матэрыялу.

——Анатацыя (архітэктура Шаньсі, том 38, № 11, Чэнь Хуэйцын)