Высокоэффективные цементные композиты, армированные волокном - High-performance fiber-reinforced cementitious composites

Высокоэффективные цементные композиты, армированные волокном (HPFRCC) - это группа композитов на основе цемента, армированных волокном, которые обладают уникальной способностью изгибаться и самоупрочняться перед разрушением. Этот конкретный класс конкретный был разработан с целью решения структурных проблем, присущих обычному сегодня бетону, таких как его склонность к хрупкому разрушению при чрезмерных нагрузках и отсутствие долговечности. Благодаря своей конструкции и составу, HPFRCC обладают замечательной способностью пластически уступать и затвердеть под чрезмерной нагрузкой, так что они изгибаются или деформируются перед разрушением, поведение, подобное тому, которое демонстрируют большинство металлов при растягивающих или изгибающих напряжениях. Благодаря этой способности, HPFRCC более устойчивы к растрескиванию и служат значительно дольше обычного бетона. Еще одним чрезвычайно желательным свойством HPFRCC является их низкая плотность. Менее плотный и, следовательно, более легкий материал означает, что HPFRCC в конечном итоге может потребовать гораздо меньше энергии для производства и обращения, считая их более экономичным строительным материалом. Из-за легкого состава HPFRCC и их способности затвердевать при деформации было предложено, что они в конечном итоге могут стать более прочной и эффективной альтернативой обычному бетону.

HPFRCC - это просто подкатегория пластичных армированных волокном цементных композитов (DFRCC), которые обладают способностью к деформационному упрочнению как при изгибающих, так и при растягивающих нагрузках, не путать с другими DFRCC, которые деформируются только при деформационных нагрузках.

Сочинение

Поскольку несколько конкретных формул включены в класс HPFRCC, их физический состав значительно различается. Однако большинство HPFRCC включают, по крайней мере, следующие ингредиенты: агрегаты, суперпластификатор полимерные или металлические волокна, цемент и вода. Таким образом, принципиальное различие между HPFRCC и типичным составом бетона заключается в отсутствии крупных заполнителей в HPFRCC. Обычно в HPFRCC используется мелкий заполнитель, такой как кварцевый песок.

Свойства материала

Деформационное упрочнение, наиболее желанная способность HPFRCC, происходит, когда материал загружается за пределы своего предел упругости и начинает пластически деформироваться. Это растягивающее или «натягивающее» действие фактически укрепляет материал. Это явление стало возможным благодаря развитию множественных микроскопических трещин, в отличие от единичных трещин / деформационного размягчения, характерных для типичных бетонов, армированных волокном. Это происходит в HPFRCC, когда несколько волокон скользят друг мимо друга.

Один аспект конструкции HPFRCC включает предотвращение распространения трещины или тенденции трещины к увеличению длины, что в конечном итоге приводит к разрушению материала. Этому случаю препятствует наличие перемычек волокон, свойство, которым большинство HPFRCC специально разработано для обладания. Перемычка между волокнами - это действие нескольких волокон, оказывающих силу по ширине трещины в попытке предотвратить дальнейшее развитие трещины. Именно эта способность придает гибкому бетону пластичные свойства.

Ниже перечислены некоторые основные механические свойства ECC, или Спроектированный цементный композит, специальная формула HPFRCC, разработанная в университет Мичигана. Эта информация доступна в Виктор К. Ли статья о (ECC) - композитах, адаптированных с помощью микромеханического моделирования. [1] Первое из перечисленных свойств, предел прочности при растяжении 4,6 МПа, немного превышает допустимую прочность на разрыв стандарта. фибробетоны, (4,3 МПа). Однако более примечательным является чрезвычайно высокое значение предельной деформации 5,6% по сравнению с большинством значений предельной деформации FRC, составляющими несколько сотых процента. Значения напряжения первой трещины и деформации первой трещины значительно ниже по сравнению с обычным бетоном, что является результатом явления множественных трещин, связанных с HPFRCC.

Свойства материала ECC
Предел прочности на разрыв (σCU)4,6 МПа
Предельная деформация (εCU)5.6 %
Напряжение первой трещины (σfc)2,5 МПа
Первая деформация трещины (εfc).021 %
Модуль упругости (E)22 ГПа

Методология проектирования

Основа для инженерной конструкции различных HPFRCC значительно различается, несмотря на их схожий состав. Например, конструкция одного типа HPFRCC, называемого ECC, основана на принципах микромеханика. Эту область исследований лучше всего описать как связь макроскопических механических свойств с микроструктурой композита, и это лишь один из конкретных методов, используемых для разработки HPFRCC. Другая методология проектирования, используемая в других формулах HPFRCCs, основана на способности материала выдерживать сейсмические нагрузки.

Приложения

Предлагаемые варианты использования HPFRCC включают настилы мостов, бетонные трубы, дороги, конструкции, подверженные сейсмическим и несейсмическим нагрузкам, а также другие применения, где требуется легкий, прочный и долговечный строительный материал.

ECC уже использовался Департамент транспорта Мичигана для ремонта части настила моста на Гроув-стрит над межштатной автомагистралью 94. Заплатка ECC использовалась в качестве замены ранее существовавшего компенсатора, который соединял две плиты настила. Деформационные швы, обычно используемые в мостах, чтобы учесть сезонное расширение и сжатие бетонных настилов, являются примером повсеместной практики строительства, от которой в конечном итоге можно было бы отказаться за счет использования гибкого бетона.

Другие существующие структуры, состоящие из HPFRCC, в частности ECC, включают мост Curtis Road в Анн-Арборе, штат Мичиган, и мост Mihara в Хоккайдо, Япония. Настил моста Михара, состоящий из гибкого бетона, имеет толщину всего пять сантиметров и ожидаемый срок службы в сто лет. [2]

Хотя HPFRCC были тщательно протестированы в лаборатории и использовались в нескольких коммерческих строительных проектах, необходимы дальнейшие долгосрочные исследования и практическое применение, чтобы доказать истинные преимущества этого материала. Экспериментальное исследование бетона, армированного стекловолокном, с частичной заменой. Медь V5I3-IJERTV5IS030205.pdf Шлак Fine Aggregate

Рекомендации

внешняя ссылка