O concreto reforçado com fibra de aço (CRFA) é um novo tipo de material compósito que pode ser derramado e pulverizado adicionando uma quantidade adequada de fibra curta de aço ao concreto comum.Desenvolveu-se rapidamente no país e no exterior nos últimos anos.Supera as deficiências de baixa resistência à tração, pequeno alongamento final e propriedade frágil do concreto.Possui excelentes propriedades como resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao cisalhamento, resistência à trinca, resistência à fadiga e alta tenacidade.Tem sido aplicado em engenharia hidráulica, estradas e pontes, construção e outras áreas de engenharia.
1. Desenvolvimento de concreto armado com fibra de aço
Concreto reforçado com fibra (FRC) é a abreviatura de concreto reforçado com fibra.Geralmente é um compósito à base de cimento composto por pasta de cimento, argamassa ou concreto e fibras metálicas, fibras inorgânicas ou materiais reforçados com fibras orgânicas.É um novo material de construção formado pela dispersão uniforme de fibras curtas e finas com alta resistência à tração, alto alongamento final e alta resistência a álcalis na matriz de concreto.A fibra no concreto pode limitar a geração de fissuras precoces no concreto e a expansão adicional de fissuras sob a ação de forças externas, superar efetivamente os defeitos inerentes, como baixa resistência à tração, fissuras fáceis e baixa resistência à fadiga do concreto, e melhorar significativamente o desempenho de impermeabilidade, impermeabilidade, resistência ao gelo e proteção de reforço do concreto.O concreto reforçado com fibras, especialmente o concreto reforçado com fibras de aço, tem atraído cada vez mais atenção nos círculos acadêmicos e de engenharia na engenharia prática devido ao seu desempenho superior.1907 Especialista soviético B П.Hekpocab começou a usar concreto reforçado com fibras metálicas;Em 1910, HF Porter publicou um relatório de pesquisa sobre concreto reforçado com fibras curtas, sugerindo que as fibras curtas de aço deveriam ser dispersas uniformemente no concreto para fortalecer os materiais da matriz;Em 1911, Graham, dos Estados Unidos, adicionou fibra de aço ao concreto comum para melhorar a resistência e a estabilidade do concreto;Na década de 1940, os Estados Unidos, Grã-Bretanha, França, Alemanha, Japão e outros países fizeram muitas pesquisas sobre o uso de fibra de aço para melhorar a resistência ao desgaste e à fissuração do concreto, a tecnologia de fabricação de concreto de fibra de aço e melhorar o formato da fibra de aço para melhorar a resistência de ligação entre a fibra e a matriz de concreto;Em 1963, JP Romualdi e GB Batson publicaram um artigo sobre o mecanismo de desenvolvimento de fissuras no concreto confinado com fibra de aço e apresentaram a conclusão de que a resistência à fissuração do concreto reforçado com fibra de aço é determinada pelo espaçamento médio das fibras de aço, que desempenha um papel efetivo. na tensão de tração (teoria do espaçamento entre fibras), iniciando assim a etapa prática de desenvolvimento deste novo material compósito.Até o momento, com a popularização e aplicação do concreto reforçado com fibra de aço, devido à diferente distribuição das fibras no concreto, existem principalmente quatro tipos: concreto reforçado com fibra de aço, concreto reforçado com fibra híbrida, concreto reforçado com fibra de aço em camadas e fibra híbrida em camadas. concreto reforçado.
2. Mecanismo de fortalecimento do concreto reforçado com fibra de aço
(1)Teoria da mecânica composta.A teoria da mecânica compósita é baseada na teoria dos compósitos de fibras contínuas e combinada com as características de distribuição das fibras de aço no concreto.Nesta teoria, os compósitos são considerados como compósitos bifásicos com a fibra como uma fase e a matriz como a outra fase.
(2)Teoria do espaçamento de fibras.A teoria do espaçamento das fibras, também conhecida como teoria da resistência à trinca, é proposta com base na mecânica da fratura elástica linear.Esta teoria sustenta que o efeito de reforço das fibras está relacionado apenas com o espaçamento uniformemente distribuído das fibras (espaçamento mínimo).
3. Análise do estado de desenvolvimento do concreto reforçado com fibra de aço
1. Concreto reforçado com fibra de aço.O concreto reforçado com fibra de aço é um tipo de concreto armado relativamente uniforme e multidirecional formado pela adição de uma pequena quantidade de aço de baixo carbono, aço inoxidável e fibras FRP ao concreto comum.A quantidade de mistura de fibra de aço é geralmente de 1% a 2% em volume, enquanto 70 a 100 kg de fibra de aço são misturadas em cada metro cúbico de concreto por peso.O comprimento da fibra de aço deve ser de 25 ~ 60 mm, o diâmetro deve ser de 0,25 ~ 1,25 mm e a melhor relação entre comprimento e diâmetro deve ser de 50 ~ 700. Comparado com o concreto comum, ele pode não apenas melhorar a tração, cisalhamento, flexão , resistência ao desgaste e à fissuração, mas também aumenta muito a tenacidade à fratura e a resistência ao impacto do concreto, e melhora significativamente a resistência à fadiga e a durabilidade da estrutura, especialmente a tenacidade pode ser aumentada em 10 ~ 20 vezes.As propriedades mecânicas do concreto reforçado com fibra de aço e do concreto comum são comparadas na China.Quando o teor de fibra de aço é de 15% ~ 20% e a proporção de água-cimento é de 0,45, a resistência à tração aumenta em 50% ~ 70%, a resistência à flexão aumenta em 120% ~ 180%, a resistência ao impacto aumenta em 10 ~ 20 vezes, a resistência à fadiga por impacto aumenta em 15 a 20 vezes, a tenacidade à flexão aumenta em 14 a 20 vezes e a resistência ao desgaste também é significativamente melhorada.Portanto, o concreto reforçado com fibra de aço apresenta melhores propriedades físicas e mecânicas que o concreto simples.
4. Concreto de fibra híbrida
Dados relevantes de pesquisas mostram que a fibra de aço não promove significativamente a resistência à compressão do concreto, nem mesmo a reduz;Em comparação com o concreto simples, existem visões positivas e negativas (aumento e diminuição) ou mesmo intermediárias sobre a impermeabilidade, resistência ao desgaste, impacto e resistência ao desgaste do concreto reforçado com fibra de aço e a prevenção da retração plástica precoce do concreto.Além disso, o concreto reforçado com fibra de aço apresenta alguns problemas, como grande dosagem, alto preço, ferrugem e quase nenhuma resistência ao estouro causado pelo fogo, o que tem afetado sua aplicação em diversos graus.Nos últimos anos, alguns estudiosos nacionais e estrangeiros começaram a prestar atenção ao concreto de fibra híbrida (HFRC), tentando misturar fibras com diferentes propriedades e vantagens, aprender uns com os outros e dar jogo ao "efeito híbrido positivo" em diferentes níveis e estágios de carregamento para melhorar diversas propriedades do concreto, de modo a atender às necessidades de diferentes projetos.No entanto, no que diz respeito às suas diversas propriedades mecânicas, especialmente à sua deformação por fadiga e danos por fadiga, lei de desenvolvimento de deformação e características de dano sob cargas estáticas e dinâmicas e cargas cíclicas de amplitude constante ou amplitude variável, a quantidade ideal de mistura e proporção de mistura de fibra, a relação entre componentes de materiais compósitos, efeito de reforço e mecanismo de reforço, desempenho anti-fadiga, mecanismo de falha e tecnologia de construção. Os problemas de projeto de proporção de mistura precisam ser mais estudados.
5. Concreto reforçado com fibra de aço em camadas
O concreto reforçado com fibra monolítica não é fácil de misturar uniformemente, a fibra é fácil de aglomerar, a quantidade de fibra é grande e o custo é relativamente alto, o que afeta sua ampla aplicação.Através de um grande número de práticas de engenharia e pesquisas teóricas, um novo tipo de estrutura de fibra de aço, camada de concreto reforçado com fibra de aço (LSFRC), é proposto.Uma pequena quantidade de fibra de aço é distribuída uniformemente nas superfícies superior e inferior da laje da estrada, e o meio ainda é uma camada de concreto simples.A fibra de aço no LSFRC é geralmente distribuída manualmente ou mecanicamente.A fibra de aço é longa e a relação comprimento-diâmetro geralmente está entre 70 ~ 120, mostrando uma distribuição bidimensional.Sem afetar as propriedades mecânicas, este material não só reduz bastante a quantidade de fibra de aço, mas também evita o fenômeno de aglomeração de fibras na mistura de concreto reforçado com fibra integral.Além disso, a posição da camada de fibra de aço no concreto tem um grande impacto na resistência à flexão do concreto.O efeito de reforço da camada de fibra de aço na parte inferior do concreto é o melhor.Com a posição da camada de fibra de aço subindo, o efeito de reforço diminui significativamente.A resistência à flexão do LSFRC é mais de 35% superior à do concreto simples com a mesma proporção de mistura, que é ligeiramente inferior à do concreto integral reforçado com fibra de aço.No entanto, o LSFRC pode economizar muitos custos de material e não há problema de mistura difícil.Portanto, o LSFRC é um novo material com bons benefícios sociais e econômicos e amplas perspectivas de aplicação, digno de popularização e aplicação na construção de pavimentos.
6. Concreto de fibra híbrida em camadas
O concreto reforçado com fibra híbrida de camada (LHFRC) é um material compósito formado pela adição de 0,1% de fibra de polipropileno com base em LSFRC e distribuindo uniformemente um grande número de fibras de polipropileno finas e curtas com alta resistência à tração e alto alongamento final no aço superior e inferior concreto de fibra e o concreto simples na camada intermediária.Ele pode superar a fraqueza da camada intermediária de concreto simples LSFRC e prevenir os riscos potenciais à segurança após o desgaste da fibra de aço da superfície.O LHFRC pode aumentar significativamente a resistência à flexão do concreto.Em comparação com o concreto simples, sua resistência à flexão do concreto simples é aumentada em cerca de 20%, e em comparação com o LSFRC, sua resistência à flexão é aumentada em 2,6%, mas tem pouco efeito no módulo de elasticidade à flexão do concreto.O módulo de elasticidade à flexão do LHFRC é 1,3% superior ao do concreto simples e 0,3% inferior ao do LSFRC.O LHFRC também pode aumentar significativamente a resistência à flexão do concreto, e seu índice de resistência à flexão é cerca de 8 vezes maior que o do concreto simples e 1,3 vezes maior que o do LSFRC.Além disso, devido ao desempenho diferente de duas ou mais fibras no LHFRC no concreto, de acordo com as necessidades de engenharia, o efeito híbrido positivo da fibra sintética e da fibra de aço no concreto pode ser usado para melhorar significativamente a ductilidade, durabilidade, tenacidade, resistência à fissuração , resistência à flexão e resistência à tração do material, melhoram a qualidade do material e prolongam a vida útil do material.
——Resumo (arquitetura Shanxi, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)
Horário da postagem: 24 de agosto de 2022