Konkrit bertetulang gentian keluli (SFRC) ialah sejenis bahan komposit baharu yang boleh dituang dan disembur dengan menambah jumlah gentian keluli pendek yang sesuai ke dalam konkrit biasa. Ia telah berkembang pesat di dalam dan luar negara dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Ia mengatasi kekurangan kekuatan tegangan yang rendah, pemanjangan muktamad yang kecil dan sifat rapuh konkrit. Ia mempunyai sifat yang sangat baik seperti kekuatan tegangan, rintangan lenturan, rintangan ricih, rintangan retak, rintangan lesu dan keliatan yang tinggi. Ia telah digunakan dalam kejuruteraan hidraulik, jalan raya dan jambatan, pembinaan dan bidang kejuruteraan lain.

 

一．Pembangunan konkrit bertetulang gentian keluli

 

Konkrit bertetulang gentian (FRC) ialah singkatan bagi konkrit bertetulang gentian. Ia biasanya merupakan komposit berasaskan simen yang terdiri daripada pes simen, mortar atau konkrit dan gentian logam, gentian bukan organik atau bahan bertetulang gentian organik. Ia merupakan bahan binaan baharu yang dibentuk dengan menyebarkan gentian pendek dan halus secara seragam dengan kekuatan tegangan tinggi, pemanjangan muktamad yang tinggi dan rintangan alkali yang tinggi dalam matriks konkrit. Gentian dalam konkrit boleh mengehadkan penghasilan retakan awal dalam konkrit dan pengembangan retakan selanjutnya di bawah tindakan daya luaran, mengatasi kecacatan yang wujud seperti kekuatan tegangan rendah, keretakan mudah dan rintangan lesu konkrit yang lemah dengan berkesan, dan meningkatkan prestasi kebolehtelapan, kalis air, rintangan fros dan perlindungan tetulang konkrit dengan ketara. Konkrit bertetulang gentian, terutamanya konkrit bertetulang gentian keluli, telah menarik lebih banyak perhatian dalam kalangan akademik dan kejuruteraan dalam kejuruteraan praktikal kerana prestasinya yang unggul. 1907 Pakar Soviet B П. Hekpocab mula menggunakan konkrit bertetulang gentian logam; Pada tahun 1910, HF Porter menerbitkan laporan penyelidikan mengenai konkrit bertetulang gentian pendek, yang mencadangkan bahawa gentian keluli pendek harus disebarkan secara sekata dalam konkrit untuk mengukuhkan bahan matriks; Pada tahun 1911, Graham dari Amerika Syarikat telah menambah gentian keluli ke dalam konkrit biasa untuk meningkatkan kekuatan dan kestabilan konkrit; Menjelang tahun 1940-an, Amerika Syarikat, Britain, Perancis, Jerman, Jepun dan negara-negara lain telah melakukan banyak kajian tentang penggunaan gentian keluli untuk meningkatkan rintangan haus dan rintangan retak konkrit, teknologi pembuatan konkrit gentian keluli, dan meningkatkan bentuk gentian keluli untuk meningkatkan kekuatan ikatan antara gentian dan matriks konkrit; Pada tahun 1963, JP romualdi dan GB Batson menerbitkan sebuah kertas kerja tentang mekanisme perkembangan retak konkrit terkurung gentian keluli, dan mengemukakan kesimpulan bahawa kekuatan retak konkrit bertetulang gentian keluli ditentukan oleh jarak purata gentian keluli yang memainkan peranan yang berkesan dalam tegasan tegangan (teori jarak gentian), justeru memulakan peringkat pembangunan praktikal bahan komposit baharu ini. Sehingga kini, dengan popularisasi dan aplikasi konkrit bertetulang gentian keluli, disebabkan oleh taburan gentian yang berbeza dalam konkrit, terdapat empat jenis utama: konkrit bertetulang gentian keluli, konkrit bertetulang gentian hibrid, konkrit bertetulang gentian keluli berlapis dan konkrit bertetulang gentian hibrid berlapis.

 

二.Mekanisme pengukuhan konkrit bertetulang gentian keluli

 

1. Teori mekanik komposit. Teori mekanik komposit adalah berdasarkan teori komposit gentian berterusan dan digabungkan dengan ciri-ciri taburan gentian keluli dalam konkrit. Dalam teori ini, komposit dianggap sebagai komposit dua fasa dengan gentian sebagai satu fasa dan matriks sebagai fasa yang lain.

 

Teori jarak gentian. Teori jarak gentian, juga dikenali sebagai teori rintangan retak, dicadangkan berdasarkan mekanik patah anjal linear. Teori ini berpendapat bahawa kesan tetulang gentian hanya berkaitan dengan jarak gentian yang teragih secara seragam (jarak minimum).

 

三.Analisis status pembangunan konkrit bertetulang gentian keluli

 

1.Konkrit bertetulang gentian keluli.Konkrit bertetulang gentian keluli adalah sejenis konkrit bertetulang yang agak seragam dan berbilang arah yang dibentuk dengan menambah sedikit gentian keluli karbon rendah, keluli tahan karat dan FRP ke dalam konkrit biasa. Jumlah campuran gentian keluli secara amnya 1% ~ 2% mengikut isipadu, manakala 70 ~ 100kg gentian keluli dicampurkan dalam setiap meter padu konkrit mengikut berat. Panjang gentian keluli hendaklah 25 ~ 60mm, diameter hendaklah 0.25 ~ 1.25mm, dan nisbah panjang kepada diameter yang terbaik hendaklah 50 ~ 700. Berbanding dengan konkrit biasa, ia bukan sahaja boleh meningkatkan rintangan tegangan, ricih, lenturan, haus dan retak, tetapi juga meningkatkan ketahanan patah dan rintangan hentaman konkrit dengan ketara, dan meningkatkan rintangan lesu dan ketahanan struktur dengan ketara, terutamanya ketahanan boleh ditingkatkan sebanyak 10 ~ 20 kali ganda. Sifat mekanikal konkrit bertetulang gentian keluli dan konkrit biasa dibandingkan di China. Apabila kandungan gentian keluli adalah 15% ~ 20% dan nisbah simen air adalah 0.45, kekuatan tegangan meningkat sebanyak 50% ~ 70%, kekuatan lenturan meningkat sebanyak 120% ~ 180%, kekuatan impak meningkat sebanyak 10 ~ 20 kali ganda, kekuatan lesu impak meningkat sebanyak 15 ~ 20 kali ganda, keliatan lenturan meningkat sebanyak 14 ~ 20 kali ganda, dan rintangan haus juga bertambah baik dengan ketara. Oleh itu, konkrit bertetulang gentian keluli mempunyai sifat fizikal dan mekanikal yang lebih baik daripada konkrit biasa.

2. Konkrit gentian hibrid. Data penyelidikan yang berkaitan menunjukkan bahawa gentian keluli tidak meningkatkan kekuatan mampatan konkrit dengan ketara, atau mengurangkannya; Berbanding dengan konkrit biasa, terdapat pandangan positif dan negatif (peningkatan dan penurunan) atau pun pertengahan mengenai kebolehtelapan, rintangan haus, hentaman dan rintangan haus konkrit bertetulang gentian keluli dan pencegahan pengecutan plastik awal konkrit. Di samping itu, konkrit bertetulang gentian keluli mempunyai beberapa masalah, seperti dos yang besar, harga yang tinggi, karat dan hampir tiada rintangan terhadap letupan yang disebabkan oleh kebakaran, yang telah menjejaskan aplikasinya pada pelbagai peringkat. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, beberapa sarjana domestik dan asing mula memberi perhatian kepada konkrit gentian hibrid (HFRC), cuba mencampurkan gentian dengan sifat dan kelebihan yang berbeza, belajar antara satu sama lain, dan memainkan peranan dalam "kesan hibrid positif" pada tahap dan peringkat pemuatan yang berbeza untuk meningkatkan pelbagai sifat konkrit, bagi memenuhi keperluan projek yang berbeza. Walau bagaimanapun, berkenaan dengan pelbagai sifat mekanikalnya, terutamanya ubah bentuk lesu dan kerosakan lesu, hukum perkembangan ubah bentuk dan ciri kerosakan di bawah beban statik dan dinamik dan beban kitaran amplitud malar atau amplitud berubah-ubah, jumlah pencampuran optimum dan perkadaran pencampuran gentian, hubungan antara komponen bahan komposit, kesan pengukuhan dan mekanisme pengukuhan, prestasi anti-kelesuan, mekanisme kegagalan dan teknologi pembinaan, masalah reka bentuk perkadaran campuran perlu dikaji lebih lanjut.

3. Konkrit bertetulang gentian keluli berlapis.Konkrit bertetulang gentian monolitik tidak mudah dicampur secara sekata, gentiannya mudah diaglomerasi, jumlah gentiannya besar, dan kosnya agak tinggi, yang mempengaruhi aplikasinya yang luas. Melalui sebilangan besar amalan kejuruteraan dan penyelidikan teori, sejenis struktur gentian keluli baharu, iaitu konkrit bertetulang gentian keluli berlapis (LSFRC), dicadangkan. Sebilangan kecil gentian keluli diagihkan secara sekata pada permukaan atas dan bawah papak jalan, dan bahagian tengahnya masih merupakan lapisan konkrit biasa. Gentian keluli dalam LSFRC secara amnya diagihkan secara manual atau mekanikal. Gentian keluli panjang, dan nisbah diameter panjang biasanya antara 70 ~ 120, menunjukkan taburan dua dimensi. Tanpa menjejaskan sifat mekanikal, bahan ini bukan sahaja dapat mengurangkan jumlah gentian keluli dengan ketara, tetapi juga mengelakkan fenomena aglomerasi gentian dalam pencampuran konkrit bertetulang gentian bersepadu. Di samping itu, kedudukan lapisan gentian keluli dalam konkrit mempunyai kesan yang besar terhadap kekuatan lenturan konkrit. Kesan tetulang lapisan gentian keluli di bahagian bawah konkrit adalah yang terbaik. Dengan kedudukan lapisan gentian keluli bergerak ke atas, kesan tetulang berkurangan dengan ketara. Kekuatan lenturan LSFRC adalah lebih daripada 35% lebih tinggi daripada konkrit biasa dengan kadar campuran yang sama, yang sedikit lebih rendah daripada konkrit bertetulang gentian keluli bersepadu. Walau bagaimanapun, LSFRC dapat menjimatkan banyak kos bahan, dan tiada masalah pencampuran yang sukar. Oleh itu, LSFRC adalah bahan baharu dengan faedah sosial dan ekonomi yang baik serta prospek aplikasi yang luas, yang layak untuk dipopularkan dan diaplikasikan dalam pembinaan turapan.

 

4.Konkrit gentian hibrid berlapis.Konkrit bertetulang gentian hibrid lapisan (LHFRC) ialah bahan komposit yang dibentuk dengan menambah gentian polipropilena 0.1% berdasarkan LSFRC dan mengagihkan sebilangan besar gentian polipropilena halus dan pendek secara sekata dengan kekuatan tegangan tinggi dan pemanjangan muktamad yang tinggi pada konkrit gentian keluli atas dan bawah serta konkrit polos di lapisan tengah. Ia boleh mengatasi kelemahan lapisan konkrit polos pertengahan LSFRC dan mencegah potensi bahaya keselamatan selepas gentian keluli permukaan haus. LHFRC boleh meningkatkan kekuatan lenturan konkrit dengan ketara. Berbanding dengan konkrit polos, kekuatan lenturannya pada konkrit polos meningkat kira-kira 20%, dan berbanding dengan LSFRC, kekuatan lenturannya meningkat sebanyak 2.6%, tetapi ia mempunyai sedikit kesan pada modulus elastik lenturan konkrit. Modulus elastik lenturan LHFRC adalah 1.3% lebih tinggi daripada konkrit polos dan 0.3% lebih rendah daripada LSFRC. LHFRC juga boleh meningkatkan ketahanan lenturan konkrit dengan ketara, dan indeks ketahanan lenturannya adalah kira-kira 8 kali ganda daripada konkrit biasa dan 1.3 kali ganda daripada LSFRC. Selain itu, disebabkan oleh prestasi dua atau lebih gentian yang berbeza dalam LHFRC dalam konkrit, mengikut keperluan kejuruteraan, kesan hibrid positif gentian sintetik dan gentian keluli dalam konkrit boleh digunakan untuk meningkatkan kemuluran, ketahanan, ketahanan, kekuatan retak, kekuatan lenturan dan kekuatan tegangan bahan dengan ketara, meningkatkan kualiti bahan dan memanjangkan hayat perkhidmatan bahan.

——Abstrak (seni bina Shanxi, Jld. 38, No. 11, Chen Huiqing)