Fibra - cemento rinforzato (FRC) è un materiale composito composto da cemento o cemento idraulico, acqua, aggregati grossolani e fini e fibre discontinue brevi e uniformemente distribuite. Le fibre possono essere fibre in acciaio, fibre di vetro, fibre di carbonio, fibre di polimero, fibre vegetali, ecc. La lunghezza di solito varia da 3 mm a 64 mm e il diametro può variare da pochi micron a 1 mm. La forma sezionale della croce - può essere circolare, ellittica, poligonale, triangolare, mezzaluna o quadrata, che dipende principalmente dalle materie prime utilizzate e dal processo di elaborazione e produzione. Le fibre sono principalmente divise in due categorie: fibre grossolane e fibre fini. Il diametro o il diametro equivalente delle fibre fine è generalmente inferiore a 0,3 mm, mentre il diametro o il diametro equivalente di fibre grossolane è maggiore o uguale a 0,3 mm. Il SO - chiamato diametro equivalente è il diametro circolare convertito dalla stessa croce - area sezionale della fibra circolare, cioè (4a/π) 0,5.
La percentuale di volume della fibra nel calcestruzzo è generalmente dallo 0,1% al 5%. La dimensione di questa percentuale di volume dipende principalmente dalla facilità di miscelazione della miscela e dallo scenario dell'applicazione del progetto. Ad esempio, le sollecitazioni secondarie causate da variazioni di restringimento e di temperatura nel calcestruzzo sono generalmente controllate e risolte da bassi dosaggi di fibra (da 0,1% allo 0,3% in volume). Quando il contenuto di fibre supera lo 0,3%, la risposta meccanica del calcestruzzo in fibra sarà significativamente diversa da quella del calcestruzzo ordinario senza fibra, principalmente nel suo carico - Capacità del cuscinetto dopo il crack. La capacità del calcestruzzo in fibra di assorbire l'energia dopo il cracking è chiamata "tenacità". Quando vengono aggiunti dosaggi più elevati di fibra al calcestruzzo, oltre alla tenacità dopo il crack, il calcestruzzo in fibra mostra anche la deformazione - Caratteristiche di rafforzamento. In altre parole, questo materiale composito può resistere a sollecitazioni di trazione che superano quelle del normale calcestruzzo stesso. In questi pseudo - compositi duttili, si vedono spesso crepe multiple e notevoli caratteristiche di assorbimento di energia e dissipazione dell'energia.
Tipi di cemento armato in fibra
Lo standard americano ASTM C116/C116M offre quattro tipi di cemento in fibra: il primo è il calcestruzzo in fibra di acciaio (SFRC), che include principalmente fibre in acciaio inossidabile, fibra di acciaio in lega e fibra di acciaio al carbonio; Il secondo è il calcestruzzo in fibra di vetro (GFRC), composto da alcali - fibra di vetro resistente; Il terzo è il calcestruzzo in fibra sintetica (synfrc) e il quarto è il calcestruzzo in fibra naturale (NFRC).
Come si può vedere dal tavolo sopra, la resistenza e il modulo elastico della fibra di acciaio sono relativamente elevati e non è facile arrugginire perché si trova in un ambiente altamente alcalino. L'effetto di legame tra esso e la miscela può ottenere un ancoraggio meccanico più efficace migliorando la rugosità superficiale e la deformazione.
Le fibre sintetiche sono principalmente non - fibre metalliche prodotte dallo sviluppo delle industrie petrolchimiche e tessili, tra cui varie forme di polimeri. Di seguito sono riportate alcune fibre sintetiche comunemente usate nel calcestruzzo prefabbricato:
Fibra di carbonio
Rispetto alla fibra di acciaio, fibra di vetro, fibra di polipropilene, ecc., Il vantaggio della fibra di carbonio si trova nelle sue caratteristiche, elevata modulo, resistenza al calore, stabilità chimica nell'ambiente alcalino e altri ambienti chimici corrosivi; Inoltre, ha la caratteristica di migliorare significativamente le proprietà meccaniche.
Fibra di fibra di nylon/poliammide
Questo tipo di fibra ha una buona resistenza alla trazione, alta tenacità, recupero elastico e buona idrofilia, ed è relativamente stabile in ambienti alcalini a base di cemento -.
Polipropilene
Questa fibra ha un modulo elastico basso e un basso punto di fusione, quindi non è adatto per prodotti in calcestruzzo prefabbricato con un autoclave di temperatura -. Tuttavia, a causa del suo basso punto di fusione, può essere utilizzato per produrre materiali refrattari o prodotti con elevata resistenza al fuoco. Esistono due tipi di fibre di polipropilene utilizzate per il rinforzo in cemento: monofilamenti e fibre fibrillate (fibre allungate). Queste fibre sono idrofobiche e hanno un grande angolo di contatto con acqua. Pertanto, hanno un legame più scarso con il calcestruzzo rispetto alle fibre idrofile.
Fibra di alcool polivinilico
Questa fibra è realizzata in resina PVA attraverso più processi di elevata allungamento e ha un'elevata rigidità e resistenza all'acqua. Lo stato di distribuzione delle fibre nella base in calcestruzzo può essere modificato attraverso un trattamento di superficie speciale. Sfortunatamente, la fibra PVA ha un grande coefficiente di restringimento termico e il suo tasso di restringimento è compreso tra il 4% a 200 gradi. Ha una buona resistenza agli ambienti alcalini e ai solventi organici e ha poca perdita di resistenza in radiazione ultravioletta a termine lunghi -.
Fibra di vetro
La fibra di vetro utilizzata in cemento deve contenere un minimo di biossido di zirconio del 16% per resistenza alcalino; Altri tipi di fibra di vetro, come alcali - fibra libera, non sono consigliati per l'uso in calcestruzzo. La fibra di vetro ha un modulo elevato e alta resistenza e ha un buon legame con il calcestruzzo. La differenza tra cemento armato in fibra di vetro e altro cemento armato in fibra è il contenuto di fibre; Il primo ha una percentuale di volume delle fibre dal 4% al 6%, mentre la seconda o l'altra percentuale di volume in fibra è di circa lo 0,1% all'1%. Per ottenere un alto contenuto di fibra di vetro, la composizione in cemento ha bisogno di un alto contenuto di cemento, aggregato fine e quasi nessun aggregato grossolano.
Il ruolo della fibra nel calcestruzzo
Quasi - Caricamento statico e risposta a impatto
Le fibre possono migliorare efficacemente le proprietà meccaniche. I test del martello a goccia di impatto mostrano che la resistenza all'impatto del calcestruzzo in fibra di polipropilene con un contenuto di volume dello 0,1% allo 0,2% è superiore a quella del calcestruzzo ordinario sia nella fase di cracking iniziale che nella fase finale della frattura. Al momento non esiste un metodo di test standard unificato per determinare la resistenza a compressione del calcestruzzo in fibra, ma studi rilevanti hanno dimostrato che la resistenza a compressione assiale del calcestruzzo in fibra è dell'85% al 100% superiore a quella del calcestruzzo ordinario; Ulteriori studi hanno dimostrato che, sotto carichi di impatto, il calcestruzzo in fibra non ha un'ovvia duttilità del picco nel periodo di compressione tardiva, il che è principalmente perché i frammenti di calcestruzzo non sono legati alle fibre. Sebbene i risultati del test mostrino che il coefficiente di impatto del calcestruzzo in fibra di acciaio è il calcestruzzo in fibra polimerica non è diverso dal calcestruzzo ordinario, con un coefficiente di impatto di circa 1,5. Inoltre, i risultati mostrano che tre fibre di acciaio deformato dimensionale - hanno un coefficiente di impatto dinamico più evidente di due fibre di acciaio deformato dimensionale -; Tuttavia, la resistenza alla trazione sotto carichi dinamici e la resistenza di flessione residua dopo il cracking sono state significativamente migliorate.
Le prestazioni delle fibre nel calcestruzzo sotto carichi di impatto dipendono in gran parte dal legame tra le fibre e il calcestruzzo sotto spostamenti con alti tassi di sviluppo delle crepe. Gli studi hanno dimostrato che con l'aumentare delle velocità di carico, il calcestruzzo in fibra di acciaio ha un'alta resistenza allo sviluppo delle crepe, rispetto ad alcuni campioni di cemento con fibre di polipropilene, ma il secondo può essere rapidamente raggiunto con il primo; Si ipotizza che ciò sia principalmente dovuto al fatto che le fibre di polipropilene stesse sono più sensibili alle velocità di deformazione rispetto alle fibre di acciaio.
Controllo delle crepe di restringimento
È noto che le fibre possono influenzare significativamente il restringimento libero e altre proprietà di età -} del cemento - basate sui compositi. Studi hanno dimostrato che l'uso di fibre di polietilene con una percentuale di volume di circa l'1% può ridurre il restringimento della plastica libera del calcestruzzo fino al 30%. Oltre al restringimento libero, vengono utilizzate anche varie tecniche per studiare gli effetti delle fibre sul restringimento vincolato del calcestruzzo. L'aggiunta di fibre viene utilizzata principalmente per modificare la larghezza e la lunghezza delle crepe di restringimento in cemento in un ambiente vincolato. Le conclusioni di ricerca pertinenti sono all'incirca come segue.
1. Materiale e tipo in fibra hanno una grande influenza sulle crepe di restringimento. Per lo stesso volume di contenuto di fibre, la fibra di vetro è la più efficace nell'inibizione della crescita delle crepe, seguita da fibra sintetica.
2. Per una determinata frazione di volume in fibra e tipo di fibra, più lunghe, le fibre di diametro - sono più efficaci delle fibre più brevi e più spesse; Le fibre con un maggiore grado di deformazione geometrica sulla superficie sono più efficaci delle fibre indeformate.
3. Per quanto riguarda le fibre vegetali, le fibre rivestite o non patinate sono efficaci solo quando la percentuale di volume è superiore allo 0,3%.
Impermeabile e resistente
I componenti prefabbricati in calcestruzzo sono soggetti a degradazione a causa di attacchi di acido solforico, scongelamento - cicli di congelamento, alcali - reazioni di silice e corrosione delle barre di acciaio. In tutti questi casi, la penetrazione dell'acqua svolge un ruolo cruciale. La durata dei prodotti in calcestruzzo prefabbricato dipende principalmente dal tasso di intrusione/penetrazione dell'acqua. I risultati mostrano che la permeabilità all'acqua, a loro volta, dipende dalle fessure nel calcestruzzo e un aumento della larghezza delle fessure di cemento comporterà una maggiore permeabilità all'acqua. Il rinforzo in fibra migliora la resistenza al cemento, aumenta la rugosità della superficie delle fessure e promuove lo sviluppo di più fessure, che riducono significativamente la permeabilità al calcestruzzo. Per quanto riguarda lo stress e lo stress - indotto in calcestruzzo, i risultati hanno dimostrato che le crepe nel calcestruzzo ordinario aumentano significativamente la sua permeabilità, mentre la permeabilità della fibra - cemento armato è significativamente inferiore a quella del calcestruzzo ordinario. Per quanto riguarda il modo in cui le fibre migliorano la resistenza all'acqua, gli studi hanno dimostrato che i micropori nel calcestruzzo ordinario vengono cambiati in nanopori a causa dell'aggiunta di fibre.
La corrosione da arrossamento nel calcestruzzo prefabbricato è un problema significativo. La contaminazione da cloruro nel calcestruzzo è un fattore importante e i meccanismi e i processi con cui corrode l'acciaio sono ben compresi. Sfortunatamente, le crepe nel calcestruzzo consentono gli ioni cloruro e altri prodotti chimici corrosivi di entrare più facilmente, promuovendo così un'ulteriore corrosione. Gli ioni cloruro si diffondono principalmente attraverso la penetrazione dell'acqua capillare, mentre la diffusione del cloruro dipende principalmente dalla permeabilità all'acqua.
