סיבים - בטון מזוין (FRC) הוא חומר מורכב המורכב מלט או מלט הידראולי, מים, אגרגטים גסים ועדינים, וסיבים לא רציפים קצרים ומופצים באופן אחיד. הסיבים יכולים להיות סיבי פלדה, סיבי זכוכית, סיבי פחמן, סיבי פולימר, סיבי צמח וכו '. האורך משתנה בדרך כלל בין 3 מ"מ ל 64 מ"מ, והקוטר יכול להשתנות מכמה מיקרון ל -1 מ"מ. הצלב - צורת החלקים של הסיב יכול להיות מעגלי, אליפטי, מצולע, משולש, סהר או ריבוע, התלוי בעיקר בחומרי הגלם המשמשים ובתהליך העיבוד והייצור. סיבים מחולקים בעיקר לשתי קטגוריות: סיבים גסים וסיבים עדינים. הקוטר או הקוטר המקביל של סיבים דקים הם בדרך כלל פחות מ- 0.3 מ"מ, ואילו הקוטר או הקוטר המקביל של סיבים גסים גדולים או שווה ל 0.3 מ"מ. ה- SO - הנקרא קוטר שווה ערך הוא הקוטר המעגלי שהומר מאותו צלב - שטח חתך כמו הסיב המעגלי, כלומר (4A/π) 0.5.
אחוז הנפח של הסיבים בבטון הוא בדרך כלל 0.1% עד 5%. גודל אחוז הנפח הזה תלוי בעיקר בקלות הערבוב של התערובת ובתרחיש היישום של הפרויקט. לדוגמה, מתחים משניים הנגרמים על ידי הצטמקות ושינויי טמפרטורה בבטון נשלטים בדרך כלל ונפתרים על ידי מינונים נמוכים של סיבים (0.1% עד 0.3% בנפח). כאשר תכולת הסיבים עולה על 0.3%, התגובה המכנית של בטון סיבים תהיה שונה משמעותית מזו של בטון רגיל ללא סיבים, בעיקר בעומסו - יכולת הנשיאה לאחר פיצוח. היכולת של בטון סיבים לספוג אנרגיה לאחר פיצוח נקראת "קשיחות". כאשר מתווספים מינונים גבוהים יותר של סיבים לבטון, בנוסף לקשיחות לאחר פיצוח, בטון סיבים מציג גם זן - מאפייני חיזוק. במילים אחרות, חומר מורכב זה יכול לעמוד בלחץ מתיחה העולה על אלה של בטון רגיל עצמו. בפסאודו - מרוכבים רקיעים, לעתים קרובות נראים סדקים מרובים וספיגת אנרגיה ניכרת ומאפייני פיזור אנרגיה.
סוגים של בטון מזוין סיבים
הסטנדרט האמריקני ASTM C116/C116M נותן ארבעה סוגים של בטון סיבים: הראשון הוא בטון סיבי פלדה (SFRC), הכולל בעיקר סיבי נירוסטה, סיבי פלדת סגסוגת וסיבי פלדת פחמן; השני הוא בטון סיבי זכוכית (GFRC), המורכב מאלקלי - סיבי זכוכית עמידים; השלישי הוא בטון סיבים סינטטיים (SYNFRC), והרביעי הוא בטון סיבים טבעי (NFRC).
כפי שניתן לראות מהטבלה שלמעלה, החוזק והמודולוס האלסטי של סיבי פלדה הם גבוהים יחסית, ולא קל להחליד מכיוון שהוא נמצא בסביבה אלקליין מאוד. השפעת המליטה בינה לבין התערובת יכולה להשיג עיגון מכני יעיל יותר על ידי שיפור חספוס פני השטח ועיוות.
סיבים סינתטיים הם בעיקר סיבים מתכתיים שאינם - המיוצרים על ידי פיתוח תעשיות הפטרוכימיה והטקסטיל, כולל צורות שונות של פולימרים. להלן כמה סיבים סינטטיים הנפוצים בבטון טרום קדם:
סיבי פחמן
בהשוואה לסיבי פלדה, סיבי זכוכית, סיבי פוליפרופילן וכו ', היתרון של סיבי פחמן טמון במאפייניו, במודולוס גבוה, עמידות לחום, יציבות כימית בסביבת אלקליין וסביבות כימיות מאכלות אחרות; בנוסף, יש לו מאפיין של שיפור משמעותי בתכונות מכניות.
סיבי ניילון/סיבי פוליאמיד
מסוג זה של סיבים יש חוזק מתיחה טוב, קשיחות גבוהה, התאוששות אלסטית והידרופיליות טובה, והוא יציב יחסית במלט - סביבות אלקליין מבוססות.
פוליפרופילן
לסיב זה מודולוס אלסטי נמוך ונקודת התכה נמוכה, כך שהוא אינו מתאים למוצרי בטון טרומיים תחת חיטוי טמפרטורה גבוה {}}. עם זאת, בשל נקודת ההיתוך הנמוכה שלו, ניתן להשתמש בה לייצור חומרים עקשן או מוצרים עם עמידות גבוהה באש. ישנם שני סוגים של סיבי פוליפרופילן המשמשים לחיזוק בטון: מונופילמנטים וסיבים פרטיים (סיבים מתוחים). סיבים אלה הידרופוביים ובעלי זווית מגע גדולה עם מים. לכן יש להם קשר גרוע יותר עם בטון מאשר סיבים הידרופיליים.
סיבי אלכוהול פוליוויניל
סיב זה עשוי משרף PVA דרך תהליכים מרובים של מתיחות גבוהות ובעלות נוקשות גבוהה ועמידות למים. ניתן לשנות את מצב חלוקת הסיבים בבסיס הבטון באמצעות טיפול משטח מיוחד. לרוע המזל, לסיבי PVA יש מקדם הצטמקות תרמי גדול, וקצב ההצטמקות שלו גבוה כמו 4% על 200 מעלות. יש לו התנגדות טובה לסביבות אלקליין וממסים אורגניים, ויש לה מעט אובדן חוזק תחת ארוך - קרינה אולטרה סגולה.
סיבי זכוכית
סיבי זכוכית המשמשים בבטון חייבים להכיל מינימום של 16% זירקוניום דו חמצני להתנגדות אלקלי; סוגים אחרים של סיבי זכוכית, כגון אלקלי - סיבים חופשיים, אינם מומלצים לשימוש בבטון. לסיבי זכוכית מודולוס גבוה וחוזק גבוה, ויש לו קשר טוב עם בטון. ההבדל בין בטון מזוין של סיבי זכוכית ובטון מזוין סיבים אחרים הוא תכולת הסיבים; הראשון הוא בעל אחוז נפח סיבים של 4% עד 6%, ואילו האחרון או אחוז נפח הסיבים האחרים הם בערך 0.1% עד 1%. כדי להשיג תוכן גבוה של סיבי זכוכית, הרכב הבטון זקוק לתוכן גבוה של מלט, מצטבר עדין וכמעט ללא מצטבר גס.
תפקיד הסיבים בבטון
Quasi - תגובת טעינה סטטית ותגובת ההשפעה
סיבים יכולים לשפר ביעילות את התכונות המכניות. בדיקות פטיש ירידת השפעה מראות כי חוזק ההשפעה של בטון סיבי פוליפרופילן עם תכולת נפח של 0.1% עד 0.2% גבוה יותר מזה של בטון רגיל הן בשלב הפיצוח הראשוני והן בשלב השבר הסופי. כיום אין שיטת בדיקה סטנדרטית מאוחדת לקביעת חוזק הדחיסה של בטון סיבים, אך מחקרים רלוונטיים הראו כי חוזק הדחיסה הצירי של בטון הסיבים הוא 85% עד 100% גבוה מזה של בטון רגיל; מחקרים נוספים הראו כי תחת עומסי השפעה, לבטון הסיבים אין משיכות שיא ברורה בתקופת הדחיסה המאוחרת, שהיא בעיקר מכיוון ששברי הבטון אינם קשורים לסיבים. למרות שתוצאות הבדיקה מראות כי מקדם ההשפעה של בטון סיבי פלדה הוא בטון סיבי פולימר אינו שונה מבטון רגיל, עם מקדם השפעה של כ- 1.5. בנוסף, התוצאות מראות כי לשלושה - סיבי פלדה מעוותים ממדיים הם בעלי מקדם השפעה דינאמי ברור יותר משני סיבי פלדה מעוותים מעוותים; עם זאת, חוזק המתיחה תחת עומסים דינמיים וכוח הכיפוף הנותר לאחר הפיצוח שופר משמעותית.
הביצועים של סיבים בבטון תחת עומסי השפעה תלויים במידה רבה בקשר בין הסיבים לבטון תחת תזוזות עם שיעורי פיתוח סדקים גבוהים. מחקרים הראו כי עם עלייה בשיעורי העמסה, לבטון סיבי פלדה יש עמידות גבוהה להתפתחות סדק, בהשוואה לכמה דגימות בטון עם סיבי פוליפרופילן, אך האחרונים יכולים להדביק במהירות את הראשון; משערים כי זה בעיקר מכיוון שסיבי פוליפרופילן עצמם רגישים יותר לשיעורי המתח מאשר סיבי פלדה.
שליטה על סדקי הצטמקות
ידוע כי סיבים יכולים להשפיע באופן משמעותי על הצטמקות החופשית ועל תכונות הגיל המוקדמות האחרות הקשורות {}}} של מלט - מרוכבים מבוססי. מחקרים הראו כי השימוש בסיבי פוליאתילן עם אחוז נפח של כ -1% יכול להפחית את הצטמקות הבטון הפלסטיק החופשי בכ- 30%. בנוסף להצטמצמות חופשית, טכניקות שונות משמשות גם כדי ללמוד את השפעות הסיבים על הצטמקות הבטון המוגבלת. תוספת של סיבים משמשת בעיקר לשינוי רוחב ואורך סדקי הצטמקות בבטון תחת סביבה מוגבלת. מסקנות המחקר הרלוונטיות הן בערך כדלקמן.
1. חומר סיבים וסוג יש השפעה רבה על סדקי הצטמקות. לאותו נפח של תכולת סיבים, סיבי זכוכית הם היעילים ביותר לעיכוב גידול הסדק, ואחריו סיבים סינתטיים.
2. עבור חלק נפח סיבים נתון וסוג סיבים, סיבים בקוטר ארוך יותר,- יעילים יותר מסיבים קצרים יותר ועבים יותר; סיבים עם דרגה גדולה יותר של עיוות גיאומטרי על פני השטח יעילים יותר מסיבים לא מעוצבים.
3. באשר לסיבי צמח, סיבים מצופים או לא מצופים יעילים רק כאשר אחוז הנפח הוא מעל 0.3%.
עמיד למים ועמיד
רכיבי בטון טרומיים מועדים להשפלה כתוצאה מהתקף חומצה גופרתית, הפשרה - הקפאת מחזורי, אלקלי - תגובות סיליקה וקורוזיה של פסי פלדה. בכל המקרים הללו, חדירת מים ממלאת תפקיד מכריע. העמידות של מוצרי בטון טרם -קדומים תלויה בעיקר בקצב חדירת המים/החדירה. התוצאות מראות כי חדירות המים, בתורם, תלויה בסדקים בבטון, ועלייה ברוחב סדקי הבטון תביא לחדירות מים גבוהה יותר. חיזוק סיבים משפר את עמידות פיצוח הבטון, מגביר את חספוס פני הסדק ומקדם התפתחות של סדקים מרובים, מה שמפחית משמעותית את חדירות הבטון. באשר ללחץ ולחץ - סדקים בטון הנגרמים, התוצאות הראו כי סדקים בבטון רגיל מגדילים משמעותית את חדירותו, ואילו החדירות של סיבים {}}} בטון מחוזק נמוך משמעותית מזו של קונקרט רגיל. באשר לאופן בו סיבים משפרים את עמידות המים, מחקרים הראו כי המיקרופוריות בבטון רגיל משתנות לננו -פוריות עקב הוספת סיבים.
קורוזיה של rebar בבטון טרום הוא בעיה משמעותית. זיהום כלוריד בבטון הוא גורם מרכזי, והמנגנונים והתהליכים שבאמצעותם הוא מאשט את הפלדה מובנים היטב. לרוע המזל, סדקים בבטון מאפשרים ליוני כלוריד וכימיקלים מאכלים אחרים להיכנס ביתר קלות, ובכך מקדמים קורוזיה נוספת. יוני כלוריד מתפזרים בעיקר באמצעות חדירת מים נימים, ואילו דיפוזיה של כלוריד תלויה בעיקר בחדירות המים.
