Zalety włókien w betonie

Beton jest popularny w budownictwie, ponieważ można go wytwarzać z lokalnych materiałów, jest stosunkowo tani i można z niego wlewać elementy budowlane o różnych kształtach. Odzwierciedla nie tylko piękno konstrukcji budynku, ale także ma stosunkowo wysoką odporność na ściskanie.

Problemy z budynkami betonowymi

Beton wytwarzany jest z kruchych materiałów, takich jak cement. Właściwości materiału użytego do zalewania decydują o jego małej wytrzymałości na rozciąganie. Dlatego też, gdy w rzeczywistych projektach stosowane są niektóre elementy ściskane, ich niska wytrzymałość na ściskanie może prowadzić do pojawienia się pęknięć podczas ściskania, powodując pękanie elementów i pogarszając ogólną stabilność budynku. W procesie budowy właściwości mechaniczne betonu ulegają pogorszeniu, głównie na skutek różnych czynników występujących w surowcach betonowych, procesach wylewania, konserwacji i transportu.

Beton ma duży-ciężar własny i im większa jest jego wytrzymałość, tym bardziej widoczna jest jego kruchość. Dlatego beton nie może spełnić wymagań stabilności-konstrukcji o dużej rozpiętości. Po drugie, beton ma niską trwałość. Beton w środowisku naturalnym nie zawsze może być utrzymany w stałym stanie temperatury i wilgotności. Zbyt wysoka temperatura spowoduje uszkodzenie betonu oraz jego rozszerzanie i zniszczenie wewnętrznej struktury, natomiast zbyt niska temperatura spowoduje skurczenie się betonu i powstanie wielu pęknięć.

Przyszłość betonu

Wraz z ciągłym rozwojem technologii budowlanej rozpoczęto badania w kierunku betonu o wysokich-wytrzymałościach,-odporności na ściskanie,-pękaniu i trwałości. Dzięki ciągłym badaniom i eksploracji branży materiałów budowlanych odkryto, że dodanie włókien do betonu może poprawić właściwości betonu zgodnie z powyższymi normami.

Zalety betonu zbrojonego włóknami

Zasadniczą wadą betonu jest to, że jego materiały nie są w stanie go ulepszyć. Włókna poprawiają właściwości użytkowe betonu poprzez swoje unikalne właściwości, takie jak wysoki moduł sprężystości i dużą wytrzymałość na rozciąganie, ale nie zmieniają właściwości chemicznych materiałów betonu, a zatem nie niszczą wewnętrznej struktury betonu.

Zahamuj pęknięcia

Włókna charakteryzują się wysokimi właściwościami fizycznymi i mechanicznymi, takimi jak moduł sprężystości i wytrzymałość na rozciąganie. Dodanie ich do betonu może skutecznie hamować i zapobiegać powstawaniu pęknięć. W porównaniu z innymi włóknami moduł sprężystości włókna węglowego jest 1-5 razy większy niż w przypadku innych włókien, a wytrzymałość na rozciąganie jest 1-10 razy większa niż w przypadku innych włókien. Włókno węglowe jest również odporne na wysokie temperatury i korozję.

Podczas wylewania i dojrzewania betonu, zwłaszcza elementów zginanych,-niestandardowe warunki temperatury i wilgotności spowodują początkowe pęknięcia betonu. Pod ciśnieniem koncentracja naprężeń utworzy się na końcu początkowego pęknięcia w betonie. W betonie występują pęknięcia. Kiedy rozkład naprężeń w całej próbce jest nierównomierny, pęknięcia będą się rozszerzać, ostatecznie powodując uszkodzenie betonu, co w prawdziwym życiu stało się zagrożeniem dla bezpieczeństwa. Po dodaniu włókna węglowego do betonu, gdy beton jest ściskany, włókno węglowe może przejąć część koncentracji naprężeń na końcu pęknięcia i przenieść naprężenia na całą część betonu poprzez włókno, hamując w ten sposób powstawanie i rozszerzanie się pęknięć.

Ulepszone właściwości mechaniczne

Podczas mieszania i wylewania betonu pojawią się różne defekty, takie jak niewielka ilość pęcherzyków powstałych podczas mieszania pozostających w betonie. Kiedy pęcherzyki znikną, w betonie utworzą się pierwotne defekty, zmniejszając wytrzymałość betonu na ściskanie. Kiedy do betonu dodaje się włókno węglowe, lekkie i drobne włókno węglowe jest losowo rozmieszczone w betonie, a siła wiązania i tarcie między nim a matrycą betonową ściśle łączą kruszywa. A ponieważ włókno węglowe jest małe, może wypełnić pory powstałe w wyniku mieszania betonu, powodując zagęszczenie kruszywa, poprawiając w ten sposób wytrzymałość betonu na ściskanie.

Efekt hartowania

Im wyższa wytrzymałość betonu, tym bardziej widoczna jest jego kruchość. Dodatek włókna węglowego może poprawić kruchą strukturę betonu i zwiększyć jego wytrzymałość. Kiedy beton zostanie poddany obciążeniom zewnętrznym, jego wewnętrzne wady początkowe będą powoli rozszerzać się w pęknięcia. Gdy pęknięcia są duże, włókno węglowe tworzy most pomiędzy pęknięciami i może pochłonąć część naprężeń. Ponieważ włókno węglowe ma dobre właściwości fizyczne i mechaniczne, próbka w dalszym ciągu rozszerza pęknięcia pod wpływem ciśnienia, pokonując najpierw siłę wiązania i tarcie pomiędzy włóknem węglowym a matrycą betonową. W procesie tym włókno węglowe pochłania dużo energii, wydłuża czas rozszerzania się pęknięć, hamuje rozszerzanie się pęknięć oraz poprawia wytrzymałość betonu.

Wydajność betonu włóknistego