Болат талшықты арматураланған бетон (SFRC) - кәдімгі бетонға тиісті мөлшерде қысқа болат талшығын қосу арқылы құйып, бүркуге болатын жаңа композиттік материал түрі. Соңғы жылдары ол елімізде де, шетелде де тез дамыды. Ол бетонның төмен созылу беріктігі, шағын шекті созылу және сынғыштық қасиеттерінің кемшіліктерін жояды. Ол созылу беріктігі, иілуге ​​төзімділік, ығысуға төзімділік, жарықшақтарға төзімділік, шаршауға төзімділік және жоғары беріктік сияқты тамаша қасиеттерге ие. Ол гидравликалық инженерияда, жол және көпір құрылысында, құрылыста және басқа да инженерлік салаларда қолданылған.

 

一（.Болат талшықты темірбетонды әзірлеу

 

Талшықты арматураланған бетон (ТББ) - талшықты арматураланған бетонның қысқартылған атауы. Әдетте бұл цемент пастасы, ерітінді немесе бетон және металл талшық, бейорганикалық талшық немесе органикалық талшықпен арматураланған материалдардан тұратын цемент негізіндегі композит. Бұл бетон матрицасында жоғары созылу беріктігі, жоғары шекті созылуы және жоғары сілтілік төзімділігі бар қысқа және жұқа талшықтарды біркелкі тарату арқылы пайда болған жаңа құрылыс материалы. Бетондағы талшық бетондағы ерте жарықтардың пайда болуын және сыртқы күштің әсерінен жарықтардың одан әрі кеңеюін шектей алады, бетонның төмен созылу беріктігі, оңай жарылу және нашар шаршау төзімділігі сияқты ішкі ақауларды тиімді түрде жеңеді және бетонның өткізбеушілігін, су өткізбеушілігін, аязға төзімділігін және арматурадан қорғау көрсеткіштерін айтарлықтай жақсартады. Талшықты арматураланған бетон, әсіресе болат талшықты арматураланған бетон, өзінің жоғары өнімділігіне байланысты практикалық инженерияда академиялық және инженерлік шеңберлерде көбірек назар аударды. 1907 жылы кеңестік сарапшы Б. П. Гекпокаб металл талшықты арматураланған бетонды қолдана бастады; 1910 жылы Х.Ф. Портер қысқа талшықты арматураланған бетон бойынша зерттеу есебін жариялады, онда матрица материалдарын нығайту үшін қысқа болат талшықтары бетонда біркелкі таралуы керек деп болжайды; 1911 жылы Америка Құрама Штаттарының Грэмі бетонның беріктігі мен тұрақтылығын арттыру үшін кәдімгі бетонға болат талшығын қосты; 1940 жылдарға қарай Америка Құрама Штаттары, Ұлыбритания, Франция, Германия, Жапония және басқа да елдер бетонның тозуға төзімділігі мен жарықшақтарға төзімділігін арттыру үшін болат талшығын пайдалану, болат талшықты бетонды өндіру технологиясы және талшық пен бетон матрицасы арасындағы байланыс беріктігін жақсарту үшін болат талшығының пішінін жақсарту бойынша көптеген зерттеулер жүргізді; 1963 жылы Дж.П. Ромуалди мен Г.Б. Батсон болат талшықты бетонның жарықшақтардың даму механизмі туралы мақала жариялады және болат талшықты бетонның жарықшақ беріктігі созылу кернеуінде (талшықтардың арақашықтығы теориясы) тиімді рөл атқаратын болат талшықтарының орташа арақашықтығымен анықталады деген қорытынды жасады, осылайша бұл жаңа композиттік материалдың практикалық даму кезеңі басталды. Қазіргі уақытқа дейін болат талшықты бетонның танымал болуы мен қолданылуымен, бетондағы талшықтардың әртүрлі таралуына байланысты, негізінен төрт түрі бар: болат талшықты бетон, гибридті талшықты бетон, қабатты болат талшықты бетон және қабатты гибридті талшықты бетон.

 

二.Болат талшықты темірбетоннан жасалған нығайту механизмі

 

1. Композиттік механика теориясы. Композиттік механика теориясы үздіксіз талшықты композиттер теориясына негізделген және бетондағы болат талшықтарының таралу сипаттамаларымен біріктірілген. Бұл теорияда композиттер бір фазасы талшық, ал екінші фазасы матрица болып табылатын екі фазалы композиттер ретінде қарастырылады.

 

Талшықтар аралығы теориясы. Талшықтар аралығы теориясы, сондай-ақ жарықтарға төзімділік теориясы деп те аталады, сызықтық серпімді сыну механикасына негізделген. Бұл теория талшықтардың күшейту әсері тек біркелкі таралған талшықтар аралығына (минималды арақашықтық) байланысты деп есептейді.

 

三.Болат талшықты темірбетонның даму жағдайын талдау

 

1.Болат талшықты арматураланған бетон.Болат талшықты арматураланған бетон - кәдімгі бетонға аз мөлшерде төмен көміртекті болат, тот баспайтын болат және FRP талшықтарын қосу арқылы жасалған салыстырмалы түрде біркелкі және көп бағытты арматураланған бетон түрі. Болат талшығының араластыру мөлшері әдетте көлем бойынша 1% ~ 2% құрайды, ал бетонның әрбір текше метріне салмағы бойынша 70 ~ 100 кг болат талшығы араласады. Болат талшығының ұзындығы 25 ~ 60 мм, диаметрі 0,25 ~ 1,25 мм, ал ұзындықтың диаметрге ең жақсы қатынасы 50 ~ 700 болуы керек. Кәдімгі бетонмен салыстырғанда, ол созылу, ығысу, майысу, тозу және жарықшақтарға төзімділікті жақсартып қана қоймай, сонымен қатар бетонның сыну беріктігі мен соққыға төзімділігін айтарлықтай арттырады, сондай-ақ құрылымның шаршау төзімділігі мен беріктігін айтарлықтай жақсартады, әсіресе беріктік 10 ~ 20 есеге артуы мүмкін. Болат талшықты арматураланған бетон мен кәдімгі бетонның механикалық қасиеттері Қытайда салыстырылады. Болат талшығының мөлшері 15% ~ 20% және су цементінің қатынасы 0,45 болғанда, созылу беріктігі 50% ~ 70% артады, иілу беріктігі 120% ~ 180% артады, соққы беріктігі 10 ~ 20 есе артады, соққы шаршау беріктігі 15 ~ 20 есе артады, иілу беріктігі 14 ~ 20 есе артады, тозуға төзімділік те айтарлықтай жақсарады. Сондықтан болат талшықты арматураланған бетон қарапайым бетонға қарағанда жақсы физикалық және механикалық қасиеттерге ие.

2. Гибридті талшықты бетон. Тиісті зерттеу деректері болат талшығы бетонның сығылу беріктігін айтарлықтай арттырмайтынын немесе тіпті оны төмендетпейтінін көрсетеді; Қарапайым бетонмен салыстырғанда, болат талшықты темірбетонның өткізбеушілігі, тозуға төзімділігі, соққыға төзімділігі және бетонның ерте пластикалық шөгуінің алдын алу туралы оң және теріс (арту және төмендету) немесе тіпті аралық көзқарастар бар. Сонымен қатар, болат талшықты темірбетонның үлкен мөлшерлемесі, жоғары бағасы, тот басуы және өрттен туындаған жарылысқа төзімділіктің болмауы сияқты кейбір мәселелері бар, бұл оның қолданылуына әртүрлі дәрежеде әсер етті. Соңғы жылдары кейбір отандық және шетелдік ғалымдар гибридті талшықты бетонға (HFRC) назар аудара бастады, әртүрлі қасиеттері мен артықшылықтары бар талшықтарды араластыруға, бір-бірінен үйренуге және әртүрлі жобалардың қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін бетонның әртүрлі қасиеттерін жақсарту үшін әртүрлі деңгейлерде және тиеу кезеңдерінде «оң гибридті әсерді» пайдалануға тырысты. Дегенмен, оның әртүрлі механикалық қасиеттеріне, әсіресе шаршау деформациясы мен шаршау зақымдануына, статикалық және динамикалық жүктемелер мен тұрақты амплитудалы немесе айнымалы амплитудалы циклдік жүктемелер кезіндегі деформацияның даму заңы мен зақымдану сипаттамаларына, талшықтың оңтайлы араластыру мөлшері мен араластыру үлесіне, композиттік материалдардың компоненттері арасындағы байланысқа, күшейту әсері мен күшейту механизміне, шаршауға қарсы өнімділікке, істен шығу механизміне және құрылыс технологиясына қатысты қоспа пропорцияларын жобалау мәселелерін одан әрі зерттеу қажет.

3. Қабатталған болат талшықты темірбетон.Монолитті талшықты арматураланған бетонды біркелкі араластыру оңай емес, талшықтың агломерациясы оңай, талшық мөлшері көп және құны салыстырмалы түрде жоғары, бұл оның кең қолданылуына әсер етеді. Көптеген инженерлік тәжірибелер мен теориялық зерттеулер арқылы болат талшықты құрылымның жаңа түрі, қабатты болат талшықты арматураланған бетон (LSFRC) ұсынылды. Жол плитасының жоғарғы және төменгі беттеріне аз мөлшерде болат талшығы біркелкі таралған, ал ортасы әлі де қарапайым бетон қабаты болып табылады. LSFRC-дегі болат талшығы әдетте қолмен немесе механикалық түрде таратылады. Болат талшығы ұзын, ал ұзындық диаметрінің қатынасы әдетте 70 ~ 120 аралығында, бұл екі өлшемді таралуды көрсетеді. Механикалық қасиеттерге әсер етпестен, бұл материал болат талшығының мөлшерін айтарлықтай азайтып қана қоймай, сонымен қатар интегралды талшықты арматураланған бетонды араластырғанда талшықтың агломерация құбылысын болдырмайды. Сонымен қатар, бетондағы болат талшық қабатының орналасуы бетонның иілу беріктігіне үлкен әсер етеді. Бетонның түбіндегі болат талшық қабатының арматуралық әсері ең жақсы. Болат талшықты қабатының орналасуы жоғары қарай жылжыған сайын, арматура әсері айтарлықтай төмендейді. LSFRC иілу беріктігі бірдей қоспа пропорциясы бар қарапайым бетонға қарағанда 35%-дан астам жоғары, бұл интегралды болат талшықты арматураланған бетонға қарағанда сәл төмен. Дегенмен, LSFRC материалдық шығындарды айтарлықтай үнемдей алады және араластырудың қиындығы проблемасы болмайды. Сондықтан, LSFRC - жақсы әлеуметтік және экономикалық пайдасы бар және кең қолдану перспективалары бар жаңа материал, ол төсем құрылысында танымал болуға және қолдануға лайық.

 

4.Қабатты гибридті талшықты бетон.Қабатты гибридті талшықты арматураланған бетон (LHFRC) - LSFRC негізінде 0,1% полипропилен талшығын қосу және жоғарғы және төменгі болат талшықты бетонға және ортаңғы қабаттағы жай бетонға жоғары созылу беріктігі мен жоғары шекті созылуы бар көптеген жұқа және қысқа полипропилен талшықтарын біркелкі тарату арқылы жасалған композиттік материал. Ол LSFRC аралық жай бетон қабатының әлсіздігін жеңе алады және беткі болат талшығы тозғаннан кейін ықтимал қауіпсіздік қауіптерінің алдын алады. LHFRC бетонның иілу беріктігін айтарлықтай арттыра алады. Жай бетонмен салыстырғанда, оның жай бетонның иілу беріктігі шамамен 20%-ға артады, ал LSFRC-мен салыстырғанда оның иілу беріктігі 2,6%-ға артады, бірақ бетонның иілу серпімділік модуліне аз әсер етеді. LHFRC иілу серпімділік модулі жай бетонға қарағанда 1,3%-ға жоғары және LSFRC-ден 0,3%-ға төмен. LHFRC бетонның иілу беріктігін айтарлықтай арттыра алады, ал оның иілу беріктігі индексі қарапайым бетонға қарағанда шамамен 8 есе және LSFRC-ге қарағанда 1,3 есе жоғары. Сонымен қатар, бетондағы LHFRC-дегі екі немесе одан да көп талшықтардың әртүрлі өнімділігіне байланысты, инженерлік қажеттіліктерге сәйкес, бетондағы синтетикалық талшық пен болат талшығының оң гибридті әсері материалдың икемділігін, беріктігін, қаттылығын, жарықшақ беріктігін, иілу беріктігін және созылу беріктігін айтарлықтай жақсарту, материалдың сапасын жақсарту және қызмет ету мерзімін ұзарту үшін пайдаланылуы мүмкін.

——Аннотация (Шаньси архитектурасы, 38-том, №11, Чен Хуйкин)