Beton bertulang serat baja (SFRC) minangka jinis bahan komposit anyar sing bisa dituang lan disemprot kanthi nambahake serat baja cendhak sing cocog menyang beton biasa. Beton iki wis berkembang kanthi cepet ing njero lan ing luar negeri ing taun-taun pungkasan. Beton iki ngatasi kekurangan kekuatan tarik sing kurang, elongasi ultimate sing cilik, lan sifat rapuh beton. Beton iki nduweni sifat sing apik banget kayata kekuatan tarik, tahan lentur, tahan geser, tahan retak, tahan lelah, lan ketangguhan sing dhuwur. Beton iki wis diterapake ing teknik hidrolik, dalan lan jembatan, konstruksi, lan bidang teknik liyane.
1. Pangembangan beton bertulang serat baja
Beton bertulang serat (FRC) iku cekakan saka beton bertulang serat. Biasane komposit adhedhasar semen sing kasusun saka pasta semen, mortar utawa beton lan serat logam, serat anorganik utawa bahan sing bertulang serat organik. Iki minangka bahan bangunan anyar sing dibentuk kanthi nyebarake serat cendhak lan alus kanthi seragam kanthi kekuatan tarik dhuwur, elongasi ultimate dhuwur lan resistensi alkali dhuwur ing matriks beton. Serat ing beton bisa mbatesi generasi retakan awal ing beton lan ekspansi retakan luwih lanjut ing sangisore aksi gaya eksternal, kanthi efektif ngatasi cacat sing ana gandhengane kayata kekuatan tarik sing kurang, gampang retak lan resistensi fatigue beton sing kurang, lan ningkatake kinerja impermeabilitas, tahan banyu, tahan beku lan perlindungan tulangan beton. Beton bertulang serat, utamane beton bertulang serat baja, wis narik kawigaten luwih akeh ing kalangan akademik lan teknik ing teknik praktis amarga kinerjane sing unggul. 1907 Pakar Soviet B П. Hekpocab wiwit nggunakake beton bertulang serat logam; Ing taun 1910, HF Porter nerbitake laporan riset babagan beton bertulang serat cendhak, sing menehi saran supaya serat baja cendhak kudu disebarake kanthi rata ing beton kanggo nguatake bahan matriks; Ing taun 1911, Graham saka Amerika Serikat nambahake serat baja menyang beton biasa kanggo ningkatake kekuatan lan stabilitas beton; Ing taun 1940-an, Amerika Serikat, Inggris, Prancis, Jerman, Jepang lan negara liya wis nindakake akeh riset babagan nggunakake serat baja kanggo ningkatake ketahanan aus lan ketahanan retak beton, teknologi manufaktur beton serat baja, lan ningkatake bentuk serat baja kanggo ningkatake kekuatan ikatan antarane serat lan matriks beton; Ing taun 1963, JP romualdi lan GB Batson nerbitake makalah babagan mekanisme pangembangan retakan beton sing dikurung serat baja, lan ngajokake kesimpulan manawa kekuatan retakan beton bertulang serat baja ditemtokake dening jarak rata-rata serat baja sing nduweni peran efektif ing tegangan tarik (teori jarak serat), saengga miwiti tahap pangembangan praktis bahan komposit anyar iki. Nganti saiki, kanthi popularisasi lan aplikasi beton bertulang serat baja, amarga distribusi serat sing beda ing beton, utamane ana papat jinis: beton bertulang serat baja, beton bertulang serat hibrida, beton bertulang serat baja berlapis lan beton bertulang serat hibrida berlapis.
2. Mekanisme penguatan beton bertulang serat baja
(1) Teori mekanika komposit. Teori mekanika komposit adhedhasar teori komposit serat kontinyu lan digabungake karo karakteristik distribusi serat baja ing beton. Ing teori iki, komposit dianggep minangka komposit rong fase kanthi serat minangka salah sawijining fase lan matriks minangka fase liyane.
(2) Teori jarak serat. Teori jarak serat, uga dikenal minangka teori tahan retak, diusulake adhedhasar mekanika fraktur elastis linier. Teori iki nganggep yen efek penguatan serat mung ana hubungane karo jarak serat sing disebarake kanthi seragam (jarak minimal).
3. Analisis status pangembangan beton bertulang serat baja
1. Beton bertulang serat baja. Beton bertulang serat baja iku jinis beton bertulang sing relatif seragam lan multi-arah sing dibentuk kanthi nambahake sithik serat baja karbon rendah, baja tahan karat, lan FRP menyang beton biasa. Jumlah campuran serat baja umume 1% ~ 2% volume, dene 70 ~ 100kg serat baja dicampur ing saben meter kubik beton miturut bobote. Dawane serat baja kudu 25 ~ 60mm, diametere kudu 0,25 ~ 1,25mm, lan rasio dawa lan diameter sing paling apik kudu 50 ~ 700. Dibandhingake karo beton biasa, ora mung bisa nambah resistensi tarik, geser, lentur, aus lan retak, nanging uga nambah ketangguhan patah lan resistensi dampak beton, lan nambah resistensi lelah lan daya tahan struktur kanthi signifikan, utamane ketangguhan bisa ditambah 10 ~ 20 kali lipat. Sifat mekanik beton bertulang serat baja lan beton biasa dibandhingake ing China. Nalika kandungan serat baja 15% ~ 20% lan rasio semen banyu 0,45, kekuatan tarik mundhak 50% ~ 70%, kekuatan lentur mundhak 120% ~ 180%, kekuatan impak mundhak 10 ~ 20 kali lipat, kekuatan lelah impak mundhak 15 ~ 20 kali lipat, ketangguhan lentur mundhak 14 ~ 20 kali lipat, lan ketahanan aus uga saya apik. Mulane, beton bertulang serat baja nduweni sifat fisik lan mekanik sing luwih apik tinimbang beton polos.
4. Beton serat hibrida
Data riset sing relevan nuduhake yen serat baja ora ningkatake kekuatan tekan beton kanthi signifikan, utawa malah nyuda; Dibandhingake karo beton polos, ana pandangan positif lan negatif (nambah lan nyuda) utawa malah pandangan menengah babagan impermeabilitas, resistensi aus, impact lan resistensi aus beton bertulang serat baja lan pencegahan penyusutan plastik awal beton. Kajaba iku, beton bertulang serat baja duwe sawetara masalah, kayata dosis gedhe, rega dhuwur, karat lan meh ora ana resistensi kanggo bledosan sing disebabake dening geni, sing wis mengaruhi aplikasi kasebut kanthi macem-macem derajat. Ing taun-taun pungkasan, sawetara sarjana domestik lan manca wiwit menehi perhatian marang beton serat hibrida (HFRC), nyoba nyampur serat kanthi sifat lan kaluwihan sing beda, sinau saka siji liyane, lan menehi dolanan kanggo "efek hibrida positif" ing macem-macem tingkat lan tahapan pemuatan kanggo nambah macem-macem sifat beton, supaya bisa nyukupi kabutuhan proyek sing beda. Nanging, gegayutan karo maneka warna sifat mekanike, utamane deformasi lelah lan kerusakan lelah, hukum perkembangan deformasi lan karakteristik kerusakan ing beban statis lan dinamis lan beban siklik amplitudo konstan utawa amplitudo variabel, jumlah pencampuran optimal lan proporsi pencampuran serat, hubungan antarane komponen bahan komposit, efek penguatan lan mekanisme penguatan, kinerja anti lelah, mekanisme kegagalan lan teknologi konstruksi, masalah desain proporsi campuran kudu disinaoni luwih lanjut.
5. Beton bertulang serat baja berlapis
Beton bertulang serat monolitik ora gampang dicampur rata, serat kasebut gampang diaglomerasi, jumlah serat akeh, lan biayane relatif dhuwur, sing mengaruhi aplikasi sing wiyar. Liwat akeh praktik teknik lan riset teoritis, jinis struktur serat baja anyar, beton bertulang serat baja lapisan (LSFRC), diusulake. Sejumlah cilik serat baja disebar rata ing permukaan ndhuwur lan ngisor lempengan dalan, lan tengah isih dadi lapisan beton polos. Serat baja ing LSFRC umume disebar kanthi manual utawa mekanik. Serat baja dawa, lan rasio diameter dawa umume antarane 70 ~ 120, sing nuduhake distribusi rong dimensi. Tanpa mengaruhi sifat mekanik, bahan iki ora mung nyuda jumlah serat baja, nanging uga nyegah fenomena aglomerasi serat ing pencampuran beton bertulang serat integral. Kajaba iku, posisi lapisan serat baja ing beton duwe pengaruh gedhe marang kekuatan lentur beton. Efek tulangan lapisan serat baja ing sisih ngisor beton paling apik. Kanthi posisi lapisan serat baja obah munggah, efek tulangan mudhun kanthi signifikan. Kekuwatan lentur LSFRC luwih saka 35% luwih dhuwur tinimbang beton polos kanthi proporsi campuran sing padha, sing rada luwih endhek tinimbang beton bertulang serat baja integral. Nanging, LSFRC bisa ngirit akeh biaya bahan, lan ora ana masalah nyampur sing angel. Mulane, LSFRC minangka bahan anyar kanthi keuntungan sosial lan ekonomi sing apik lan prospek aplikasi sing jembar, sing pantes dipopulerkan lan diaplikasikake ing konstruksi perkerasan.
6. Beton serat hibrida berlapis
Beton bertulang serat hibrida lapisan (LHFRC) yaiku bahan komposit sing dibentuk kanthi nambahake serat polipropilena 0,1% adhedhasar LSFRC lan nyebarake serat polipropilena alus lan cendhak kanthi kekuatan tarik dhuwur lan elongasi ultimate dhuwur ing beton serat baja ndhuwur lan ngisor lan beton polos ing lapisan tengah. Iki bisa ngatasi kelemahane lapisan beton polos menengah LSFRC lan nyegah potensi bahaya keamanan sawise serat baja permukaan aus. LHFRC bisa nambah kekuatan lentur beton kanthi signifikan. Dibandhingake karo beton polos, kekuatan lentur beton polos mundhak udakara 20%, lan dibandhingake karo LSFRC, kekuatan lentur mundhak 2,6%, nanging ora akeh pengaruhe marang modulus elastisitas lentur beton. Modulus elastisitas lentur LHFRC 1,3% luwih dhuwur tinimbang beton polos lan 0,3% luwih murah tinimbang LSFRC. LHFRC uga bisa ningkatake ketangguhan lentur beton kanthi signifikan, lan indeks ketangguhan lenturane udakara 8 kali lipat saka beton polos lan 1,3 kali lipat saka LSFRC. Kajaba iku, amarga kinerja rong serat utawa luwih sing beda ing LHFRC ing beton, miturut kabutuhan teknik, efek hibrida positif saka serat sintetis lan serat baja ing beton bisa digunakake kanggo ningkatake daktilitas, daya tahan, ketangguhan, kekuatan retakan, kekuatan lentur lan kekuatan tarik bahan, ningkatake kualitas bahan lan ngluwihi umur layanan bahan kasebut.
——Abstrak (arsitektur Shanxi, Jilid 38, No. 11, Chen Huiqing)
Wektu kiriman: 24 Agustus 2022