Beton bertulang serat baja (SFRC) adalah jenis material komposit baru yang dapat dituangkan dan disemprotkan dengan menambahkan serat baja pendek dalam jumlah yang sesuai ke dalam beton biasa. Ini telah berkembang pesat di dalam dan luar negeri dalam beberapa tahun terakhir. Ini mengatasi kekurangan kekuatan tarik rendah, perpanjangan batas kecil dan sifat getas beton. Ia memiliki sifat yang sangat baik seperti kekuatan tarik, ketahanan lentur, ketahanan geser, ketahanan retak, ketahanan lelah dan ketangguhan tinggi. Telah diterapkan dalam bidang teknik hidrolik, jalan dan jembatan, konstruksi dan bidang teknik lainnya.
1. Pengembangan beton bertulang serat baja
Beton bertulang serat (FRC) adalah singkatan dari beton bertulang serat. Biasanya merupakan komposit berbahan dasar semen yang terdiri dari pasta semen, mortar atau beton dan serat logam, serat anorganik atau bahan yang diperkuat serat organik. Ini adalah bahan bangunan baru yang dibentuk dengan menyebarkan serat pendek dan halus secara merata dengan kekuatan tarik tinggi, perpanjangan ultimat tinggi, dan ketahanan alkali tinggi dalam matriks beton. Serat dalam beton dapat membatasi timbulnya retakan awal pada beton dan perluasan retakan lebih lanjut akibat aksi gaya eksternal, secara efektif mengatasi cacat bawaan seperti kekuatan tarik rendah, mudah retak dan ketahanan lelah beton yang buruk, serta sangat meningkatkan kinerja. impermeabilitas, tahan air, tahan beku dan perlindungan tulangan beton. Beton bertulang serat, khususnya beton bertulang serat baja, semakin menarik perhatian akademisi dan kalangan teknik di bidang teknik praktis karena kinerjanya yang unggul. 1907 Pakar Soviet B П. Hekpocab mulai menggunakan beton bertulang serat logam; Pada tahun 1910, HF Porter menerbitkan laporan penelitian tentang beton bertulang serat pendek, yang menyatakan bahwa serat baja pendek harus tersebar secara merata dalam beton untuk memperkuat bahan matriks; Pada tahun 1911, Graham dari Amerika Serikat menambahkan serat baja ke dalam beton biasa untuk meningkatkan kekuatan dan stabilitas beton; Pada tahun 1940-an, Amerika Serikat, Inggris, Perancis, Jerman, Jepang dan negara-negara lain telah melakukan banyak penelitian tentang penggunaan serat baja untuk meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan retak beton, teknologi pembuatan beton serat baja, dan meningkatkan kualitas. bentuk serat baja untuk meningkatkan kekuatan ikatan antara serat dan matriks beton; Pada tahun 1963, JP romualdi dan GB Batson menerbitkan makalah tentang mekanisme perkembangan retak pada beton terkekang serat baja, dan mengemukakan kesimpulan bahwa kekuatan retak beton bertulang serat baja ditentukan oleh jarak rata-rata serat baja yang berperan efektif. dalam tegangan tarik (teori jarak serat), sehingga memulai tahap pengembangan praktis material komposit baru ini. Hingga saat ini, dengan mempopulerkan dan penerapan beton bertulang serat baja, karena perbedaan distribusi serat dalam beton, terdapat empat jenis utama: beton bertulang serat baja, beton bertulang serat hibrida, beton bertulang serat baja berlapis, dan beton bertulang serat baja berlapis. beton bertulang.
2. Mekanisme penguatan beton bertulang serat baja
(1) Teori mekanika komposit. Teori mekanika komposit didasarkan pada teori komposit serat kontinu dan dipadukan dengan karakteristik sebaran serat baja pada beton. Dalam teori ini, komposit dianggap sebagai komposit dua fasa dengan serat sebagai satu fasa dan matriks sebagai fasa lainnya.
(2) Teori jarak serat. Teori jarak serat, juga dikenal sebagai teori ketahanan retak, diusulkan berdasarkan mekanika patah elastis linier. Teori ini berpendapat bahwa efek penguatan serat hanya berhubungan dengan jarak serat yang terdistribusi secara merata (jarak minimum).
3. Analisis status pengembangan beton bertulang serat baja
1. Beton bertulang serat baja. Beton bertulang serat baja adalah jenis beton bertulang yang relatif seragam dan multi arah yang dibentuk dengan menambahkan sedikit serat baja karbon rendah, baja tahan karat dan FRP ke dalam beton biasa. Jumlah pencampuran serat baja umumnya 1% ~ 2% volume, sedangkan 70 ~ 100kg serat baja dicampur dalam setiap meter kubik berat beton. Panjang serat baja harus 25 ~ 60mm, diameternya harus 0,25 ~ 1,25mm, dan rasio panjang dan diameter terbaik harus 50 ~ 700. Dibandingkan dengan beton biasa, tidak hanya dapat meningkatkan tarik, geser, tekukan. , ketahanan aus dan retak, tetapi juga sangat meningkatkan ketangguhan patah dan ketahanan benturan beton, dan secara signifikan meningkatkan ketahanan lelah dan daya tahan struktur, terutama ketangguhannya dapat ditingkatkan 10 ~ 20 kali lipat. Sifat mekanik beton bertulang serat baja dan beton biasa dibandingkan di Cina. Ketika kandungan serat baja 15% ~ 20% dan rasio air-semen 0,45, kekuatan tarik meningkat 50% ~ 70%, kekuatan lentur meningkat 120% ~ 180%, kekuatan benturan meningkat 10 ~ 20 kali, kekuatan kelelahan dampak meningkat 15 ~ 20 kali lipat, ketangguhan lentur meningkat 14 ~ 20 kali lipat, dan ketahanan aus juga meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, beton bertulang serat baja memiliki sifat fisik dan mekanik yang lebih baik dibandingkan beton polos.
4. Beton serat hibrida
Data penelitian yang relevan menunjukkan bahwa serat baja tidak meningkatkan kuat tekan beton secara signifikan, atau bahkan menurunkannya; Dibandingkan dengan beton polos, terdapat pandangan positif dan negatif (naik dan turun) atau bahkan menengah mengenai impermeabilitas, ketahanan aus, ketahanan benturan dan aus beton bertulang serat baja serta pencegahan penyusutan plastis dini pada beton. Selain itu, beton bertulang serat baja memiliki beberapa kendala, seperti dosis yang besar, harga yang mahal, karat dan hampir tidak tahan terhadap pecah akibat kebakaran, sehingga mempengaruhi penerapannya dalam berbagai tingkat. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa sarjana dalam dan luar negeri mulai memperhatikan beton serat hibrida (HFRC), mencoba mencampur serat dengan sifat dan keunggulan berbeda, belajar satu sama lain, dan memainkan "efek hibrida positif" di berbagai tingkat dan tahap pemuatan untuk meningkatkan berbagai sifat beton, sehingga dapat memenuhi kebutuhan berbagai proyek. Namun, sehubungan dengan berbagai sifat mekaniknya, terutama deformasi kelelahan dan kerusakan kelelahan, hukum perkembangan deformasi dan karakteristik kerusakan di bawah beban statis dan dinamis dan beban siklik amplitudo konstan atau amplitudo variabel, jumlah pencampuran optimal dan proporsi pencampuran serat, hubungannya antara komponen material komposit, efek penguatan dan mekanisme penguatan, kinerja anti lelah, mekanisme kegagalan dan teknologi konstruksi, Permasalahan desain proporsi campuran perlu dikaji lebih lanjut.
5. Beton bertulang serat baja berlapis
Beton bertulang serat monolitik tidak mudah tercampur rata, serat mudah menggumpal, jumlah serat banyak, dan biaya relatif tinggi, sehingga mempengaruhi penerapannya secara luas. Melalui sejumlah besar praktik teknik dan penelitian teoretis, jenis struktur serat baja baru, beton bertulang serat baja lapis (LSFRC), diusulkan. Serat baja dalam jumlah kecil tersebar merata pada permukaan atas dan bawah pelat jalan, dan bagian tengahnya masih berupa lapisan beton polos. Serat baja pada LSFRC umumnya didistribusikan secara manual atau mekanis. Serat bajanya panjang, dan rasio diameter panjangnya umumnya antara 70 ~ 120, menunjukkan distribusi dua dimensi. Tanpa mempengaruhi sifat mekanik, material ini tidak hanya sangat mengurangi jumlah serat baja, tetapi juga menghindari fenomena aglomerasi serat pada pencampuran beton bertulang serat integral. Selain itu, kedudukan lapisan serat baja pada beton mempunyai pengaruh yang besar terhadap kuat lentur beton. Efek penguatan lapisan serat baja di bagian bawah beton adalah yang terbaik. Dengan posisi lapisan serat baja yang bergerak ke atas, efek penguatannya berkurang secara signifikan. Kekuatan lentur LSFRC lebih dari 35% lebih tinggi dibandingkan beton polos dengan proporsi campuran yang sama, yang sedikit lebih rendah dibandingkan beton bertulang serat baja integral. Namun, LSFRC dapat menghemat banyak biaya material, dan tidak ada masalah kesulitan pencampuran. Oleh karena itu, LSFRC merupakan material baru dengan manfaat sosial dan ekonomi yang baik serta prospek penerapan yang luas, yang layak untuk dipopulerkan dan diterapkan dalam konstruksi perkerasan jalan.
6. Beton serat hibrida berlapis
Beton bertulang serat hibrida lapis (LHFRC) adalah material komposit yang dibentuk dengan menambahkan 0,1% serat polipropilen berdasarkan LSFRC dan mendistribusikan secara merata sejumlah besar serat polipropilena halus dan pendek dengan kekuatan tarik tinggi dan perpanjangan ultimat tinggi pada baja atas dan bawah. beton serat dan beton polos di lapisan tengah. Hal ini dapat mengatasi kelemahan lapisan beton polos tengah LSFRC dan mencegah potensi bahaya keselamatan setelah permukaan serat baja aus. LHFRC secara signifikan dapat meningkatkan kekuatan lentur beton. Dibandingkan dengan beton polos, kuat lentur beton polos meningkat sekitar 20%, dan dibandingkan dengan LSFRC, kuat lenturnya meningkat sebesar 2,6%, namun berpengaruh kecil terhadap modulus elastis lentur beton. Modulus elastisitas lentur LHFRC 1,3% lebih tinggi dibandingkan beton polos dan 0,3% lebih rendah dibandingkan LSFRC. LHFRC juga dapat meningkatkan ketangguhan lentur beton secara signifikan, dan indeks ketangguhan lenturnya sekitar 8 kali lipat dari beton polos dan 1,3 kali lipat dari LSFRC. Selain itu, karena perbedaan kinerja dua atau lebih serat dalam LHFRC dalam beton, sesuai dengan kebutuhan teknik, efek hibrida positif dari serat sintetis dan serat baja dalam beton dapat digunakan untuk meningkatkan keuletan, daya tahan, ketangguhan, dan kekuatan retak. , kekuatan lentur dan kekuatan tarik material, meningkatkan kualitas material dan memperpanjang masa pakai material.
——Abstrak (arsitektur Shanxi, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)
Waktu posting: 24 Agustus-2022