स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीटची सद्यस्थिती आणि विकास

स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट (SFRC) हा एक नवीन प्रकारचा संमिश्र साहित्य आहे जो सामान्य काँक्रीटमध्ये योग्य प्रमाणात लहान स्टील फायबर टाकून ओतला आणि फवारला जाऊ शकतो. अलिकडच्या वर्षांत ते देश-विदेशात वेगाने विकसित झाले आहे. हे कमी तन्य शक्ती, लहान अंतिम वाढ आणि काँक्रीटच्या ठिसूळ गुणधर्माच्या कमतरतांवर मात करते. यात तन्य शक्ती, वाकणे प्रतिरोध, कातरणे प्रतिरोध, क्रॅक प्रतिरोध, थकवा प्रतिरोध आणि उच्च कडकपणा यासारखे उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत. हे हायड्रॉलिक अभियांत्रिकी, रस्ता आणि पूल, बांधकाम आणि इतर अभियांत्रिकी क्षेत्रात लागू केले गेले आहे.

1. स्टील फायबर प्रबलित कंक्रीटचा विकास
फायबर प्रबलित काँक्रीट (FRC) हे फायबर प्रबलित काँक्रीटचे संक्षिप्त रूप आहे. हे सहसा सिमेंट पेस्ट, मोर्टार किंवा काँक्रीट आणि धातूचे फायबर, अजैविक फायबर किंवा सेंद्रिय फायबर प्रबलित सामग्रीचे बनलेले सिमेंट-आधारित संमिश्र असते. हे एक नवीन बांधकाम साहित्य आहे जे काँक्रिट मॅट्रिक्समध्ये उच्च तन्य शक्ती, उच्च अंतिम वाढ आणि उच्च अल्कली प्रतिरोधकतेसह लहान आणि सूक्ष्म तंतूंना एकसमानपणे विखुरून तयार केले जाते. काँक्रिटमधील फायबर काँक्रिटमध्ये सुरुवातीच्या क्रॅकची निर्मिती आणि बाह्य शक्तीच्या प्रभावाखाली क्रॅकचा पुढील विस्तार मर्यादित करू शकतो, कमी तन्य शक्ती, सोपी क्रॅक आणि कंक्रीटची खराब थकवा प्रतिकार यासारख्या अंतर्निहित दोषांवर प्रभावीपणे मात करू शकतो आणि कार्यक्षमतेत मोठ्या प्रमाणात सुधारणा करू शकतो. अभेद्यता, जलरोधक, दंव प्रतिकार आणि काँक्रीटचे मजबुतीकरण संरक्षण. फायबर प्रबलित कंक्रीट, विशेषत: स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट, त्याच्या उत्कृष्ट कामगिरीमुळे व्यावहारिक अभियांत्रिकीमधील शैक्षणिक आणि अभियांत्रिकी मंडळांमध्ये अधिकाधिक लक्ष वेधून घेत आहे. 1907 सोव्हिएत तज्ञ बी पी. हेकपोकॅबने मेटल फायबर प्रबलित कंक्रीट वापरण्यास सुरुवात केली; 1910 मध्ये, एचएफ पोर्टरने शॉर्ट फायबर प्रबलित काँक्रिटवर एक संशोधन अहवाल प्रकाशित केला, ज्यामध्ये असे सुचवले होते की मॅट्रिक्स सामग्री मजबूत करण्यासाठी लहान स्टीलचे तंतू काँक्रिटमध्ये समान रीतीने विखुरले जावेत; 1911 मध्ये, युनायटेड स्टेट्सच्या ग्रॅहमने काँक्रिटची ​​ताकद आणि स्थिरता सुधारण्यासाठी सामान्य काँक्रिटमध्ये स्टील फायबर जोडले; 1940 च्या दशकापर्यंत, युनायटेड स्टेट्स, ब्रिटन, फ्रान्स, जर्मनी, जपान आणि इतर देशांनी स्टील फायबरचा वापर करून काँक्रिटचा पोशाख प्रतिरोध आणि क्रॅक प्रतिरोध, स्टील फायबर काँक्रिटचे उत्पादन तंत्रज्ञान आणि सुधारण्यासाठी बरेच संशोधन केले होते. फायबर आणि काँक्रीट मॅट्रिक्समधील बाँडिंग स्ट्रेंथ सुधारण्यासाठी स्टील फायबरचा आकार; 1963 मध्ये, जेपी रोमाउल्डी आणि जीबी बॅट्सन यांनी स्टील फायबर कंक्रीटच्या क्रॅक विकास यंत्रणेवर एक शोधनिबंध प्रकाशित केला आणि असा निष्कर्ष मांडला की स्टील फायबर प्रबलित काँक्रिटची ​​क्रॅक ताकद स्टीलच्या तंतूंच्या सरासरी अंतराने निर्धारित केली जाते जी प्रभावी भूमिका बजावते. तन्य तणाव (फायबर स्पेसिंग थिअरी) मध्ये, अशा प्रकारे या नवीन संमिश्र सामग्रीच्या व्यावहारिक विकासाची अवस्था सुरू होते. आत्तापर्यंत, स्टील फायबर प्रबलित काँक्रिटच्या लोकप्रियतेसह आणि वापरासह, काँक्रिटमधील तंतूंच्या विविध वितरणामुळे, मुख्यतः चार प्रकार आहेत: स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट, हायब्रिड फायबर प्रबलित काँक्रीट, स्तरित स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट आणि स्तरित हायब्रिड फायबर प्रबलित कंक्रीट.

2. स्टील फायबर प्रबलित काँक्रिटची ​​मजबुतीकरण यंत्रणा
(1) संमिश्र यांत्रिकी सिद्धांत. कंपोझिट मेकॅनिक्सचा सिद्धांत सतत फायबर कंपोझिटच्या सिद्धांतावर आधारित आहे आणि काँक्रिटमधील स्टील तंतूंच्या वितरण वैशिष्ट्यांसह एकत्रित आहे. या सिद्धांतामध्ये, संमिश्रांना दोन-फेज कंपोझिट म्हणून फायबरचा एक टप्पा आणि मॅट्रिक्सचा दुसरा टप्पा म्हणून ओळखले जाते.
(२) फायबर स्पेसिंग सिद्धांत. फायबर स्पेसिंग थिअरी, ज्याला क्रॅक रेझिस्टन्स थिअरी असेही म्हणतात, रेखीय लवचिक फ्रॅक्चर मेकॅनिक्सवर आधारित प्रस्तावित आहे. हा सिद्धांत मानतो की तंतूंचा मजबुतीकरण प्रभाव फक्त एकसमान वितरित फायबर अंतर (किमान अंतर) शी संबंधित आहे.

3. स्टील फायबर प्रबलित कंक्रीटच्या विकास स्थितीचे विश्लेषण
1.स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट. स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट हा एक प्रकारचा तुलनेने एकसमान आणि बहु-दिशात्मक प्रबलित काँक्रीट आहे जो सामान्य काँक्रीटमध्ये कमी प्रमाणात कमी कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील आणि FRP तंतू जोडून तयार होतो. स्टील फायबरचे मिश्रण प्रमाण सामान्यतः 1% ~ 2% असते, तर 70 ~ 100kg स्टील फायबर प्रत्येक घनमीटर काँक्रीटमध्ये वजनानुसार मिसळले जाते. स्टील फायबरची लांबी 25 ~ 60 मिमी, व्यास 0.25 ~ 1.25 मिमी आणि लांबी आणि व्यासाचे सर्वोत्तम गुणोत्तर 50 ~ 700 असावे. सामान्य काँक्रीटच्या तुलनेत, ते केवळ तन्य, कातरणे, वाकणे सुधारू शकत नाही. , पोशाख आणि क्रॅक प्रतिरोध, परंतु काँक्रिटचा फ्रॅक्चर कडकपणा आणि प्रभाव प्रतिकार देखील मोठ्या प्रमाणात वाढवते आणि थकवा प्रतिरोध आणि संरचनेची टिकाऊपणा लक्षणीयरीत्या सुधारते, विशेषत: कडकपणा 10 ~ 20 पट वाढवता येतो. स्टील फायबर प्रबलित कंक्रीट आणि सामान्य काँक्रीटच्या यांत्रिक गुणधर्मांची चीनमध्ये तुलना केली जाते. जेव्हा स्टील फायबरची सामग्री 15% ~ 20% असते आणि पाण्याचे सिमेंट प्रमाण 0.45 असते, तेव्हा तन्य शक्ती 50% ~ 70% वाढते, फ्लेक्सल सामर्थ्य 120% ~ 180% वाढते, प्रभाव शक्ती 10 ~ 20% वाढते. काही वेळा, प्रभाव थकवा शक्ती 15 ~ 20 पट वाढते, लवचिक कडकपणा 14 ~ 20 पट वाढते आणि पोशाख प्रतिरोध देखील लक्षणीयरीत्या सुधारला जातो. म्हणून, स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीटमध्ये साध्या काँक्रीटपेक्षा चांगले भौतिक आणि यांत्रिक गुणधर्म असतात.

4. हायब्रिड फायबर काँक्रिट
संबंधित संशोधन डेटा दर्शविते की स्टील फायबर काँक्रिटच्या संकुचित शक्तीला लक्षणीयरित्या प्रोत्साहन देत नाही किंवा ते कमी देखील करत नाही; साध्या काँक्रिटच्या तुलनेत, स्टील फायबर प्रबलित काँक्रिटची ​​अभेद्यता, पोशाख प्रतिरोध, प्रभाव आणि पोशाख प्रतिरोध आणि काँक्रिटचे लवकर प्लास्टिक संकोचन रोखण्यावर सकारात्मक आणि नकारात्मक (वाढ आणि घट) किंवा मध्यवर्ती दृश्ये आहेत. याव्यतिरिक्त, स्टील फायबर प्रबलित काँक्रिटमध्ये काही समस्या आहेत, जसे की मोठा डोस, उच्च किंमत, गंज आणि आगीमुळे फुटण्यासाठी जवळजवळ कोणताही प्रतिकार नाही, ज्यामुळे त्याचा वापर वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रभावित झाला आहे. अलिकडच्या वर्षांत, काही देशी आणि परदेशी विद्वानांनी हायब्रिड फायबर काँक्रिट (एचएफआरसी) कडे लक्ष देण्यास सुरुवात केली, विविध गुणधर्म आणि फायद्यांसह तंतूंचे मिश्रण करण्याचा प्रयत्न केला, एकमेकांकडून शिकला आणि वेगवेगळ्या स्तरांवर "सकारात्मक संकरित परिणाम" खेळण्याचा प्रयत्न केला आणि विविध प्रकल्पांच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी काँक्रिटचे विविध गुणधर्म वाढविण्यासाठी लोडिंग टप्पे. तथापि, त्याच्या विविध यांत्रिक गुणधर्मांच्या संदर्भात, विशेषत: त्याचे थकवा विरूपण आणि थकवा नुकसान, विकृती विकास कायदा आणि स्थिर आणि गतिमान भार आणि स्थिर मोठेपणा किंवा परिवर्तनीय मोठेपणा चक्रीय भार अंतर्गत नुकसान वैशिष्ट्ये, इष्टतम मिश्रण प्रमाण आणि फायबरचे मिश्रण प्रमाण, संबंध. संमिश्र सामग्रीचे घटक, प्रभाव मजबूत करणे आणि बळकटीकरण यंत्रणा, थकवा विरोधी कार्यप्रदर्शन, अपयश यंत्रणा आणि बांधकाम तंत्रज्ञान, मिश्रण प्रमाण डिझाइनच्या समस्यांचा अधिक अभ्यास करणे आवश्यक आहे.

5. स्तरित स्टील फायबर प्रबलित कंक्रीट
मोनोलिथिक फायबर प्रबलित कंक्रीट समान रीतीने मिसळणे सोपे नाही, फायबर एकत्रित करणे सोपे आहे, फायबरचे प्रमाण मोठे आहे आणि किंमत तुलनेने जास्त आहे, ज्यामुळे त्याच्या विस्तृत वापरावर परिणाम होतो. मोठ्या प्रमाणात अभियांत्रिकी सराव आणि सैद्धांतिक संशोधनाद्वारे, स्टील फायबर स्ट्रक्चरचा एक नवीन प्रकार, लेयर स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट (LSFRC) प्रस्तावित आहे. रोड स्लॅबच्या वरच्या आणि खालच्या पृष्ठभागावर थोड्या प्रमाणात स्टील फायबर समान रीतीने वितरीत केले जाते आणि मध्यभागी अजूनही एक साधा काँक्रीटचा थर आहे. LSFRC मधील स्टील फायबर सामान्यत: मॅन्युअली किंवा यांत्रिकरित्या वितरीत केले जाते. स्टील फायबर लांब आहे, आणि लांबीच्या व्यासाचे प्रमाण साधारणपणे 70 ~ 120 दरम्यान असते, जे द्विमितीय वितरण दर्शविते. यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम न करता, ही सामग्री केवळ स्टील फायबरचे प्रमाण कमी करते, परंतु इंटिग्रल फायबर प्रबलित काँक्रिटच्या मिश्रणात फायबर एकत्रीकरणाची घटना देखील टाळते. याव्यतिरिक्त, काँक्रिटमधील स्टील फायबर लेयरच्या स्थितीचा काँक्रिटच्या लवचिक सामर्थ्यावर मोठा प्रभाव पडतो. काँक्रिटच्या तळाशी असलेल्या स्टील फायबर लेयरचा मजबुतीकरण प्रभाव सर्वोत्तम आहे. स्टील फायबर लेयरची स्थिती वर सरकल्याने, मजबुतीकरण प्रभाव लक्षणीयरीत्या कमी होतो. LSFRC ची लवचिक सामर्थ्य समान मिश्रण प्रमाण असलेल्या प्लेन काँक्रिटच्या तुलनेत 35% पेक्षा जास्त आहे, जी इंटिग्रल स्टील फायबर प्रबलित काँक्रिटपेक्षा थोडी कमी आहे. तथापि, एलएसएफआरसी सामग्रीच्या खर्चात बरीच बचत करू शकते आणि कठीण मिश्रणाची समस्या नाही. म्हणून, LSFRC हे चांगले सामाजिक आणि आर्थिक फायदे आणि व्यापक अनुप्रयोग संभावनांसह एक नवीन सामग्री आहे, जे फुटपाथ बांधकामात लोकप्रिय आणि वापरण्यास योग्य आहे.

6. स्तरित हायब्रिड फायबर काँक्रिट
लेयर हायब्रीड फायबर प्रबलित काँक्रीट (LHFRC) हे LSFRC च्या आधारे 0.1% पॉलीप्रॉपिलीन फायबर जोडून आणि वरच्या आणि खालच्या स्टीलमध्ये उच्च तन्य शक्ती आणि उच्च अंतिम वाढीसह मोठ्या संख्येने बारीक आणि लहान पॉलीप्रॉपिलीन फायबर समान रीतीने वितरीत करून तयार केलेली संमिश्र सामग्री आहे. फायबर काँक्रिट आणि मधल्या थरात प्लेन काँक्रिट. हे LSFRC इंटरमीडिएट प्लेन काँक्रिट लेयरच्या कमकुवततेवर मात करू शकते आणि पृष्ठभागावरील स्टील फायबर जीर्ण झाल्यानंतर संभाव्य सुरक्षा धोके टाळू शकते. एलएचएफआरसी काँक्रिटची ​​लवचिक ताकद लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते. साध्या काँक्रीटच्या तुलनेत, साध्या काँक्रिटची ​​लवचिक शक्ती सुमारे 20% वाढली आहे, आणि LSFRC च्या तुलनेत, त्याची लवचिक शक्ती 2.6% ने वाढली आहे, परंतु काँक्रिटच्या लवचिक लवचिक मॉड्यूलसवर त्याचा फारसा प्रभाव पडत नाही. LHFRC चे फ्लेक्सरल लवचिक मापांक साध्या काँक्रीटपेक्षा 1.3% जास्त आणि LSFRC पेक्षा 0.3% कमी आहे. एलएचएफआरसी काँक्रिटची ​​लवचिक कडकपणा देखील लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते आणि त्याचा लवचिक कडकपणा निर्देशांक प्लेन काँक्रिटच्या 8 पट आणि एलएसएफआरसीच्या 1.3 पट आहे. शिवाय, काँक्रीटमधील LHFRC मधील दोन किंवा अधिक तंतूंच्या भिन्न कार्यक्षमतेमुळे, अभियांत्रिकी गरजांनुसार, काँक्रीटमधील सिंथेटिक फायबर आणि स्टील फायबरचा सकारात्मक संकरित प्रभाव लवचिकता, टिकाऊपणा, कणखरपणा, क्रॅक स्ट्रेंथ मोठ्या प्रमाणात सुधारण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो. , सामग्रीची लवचिक शक्ती आणि तन्य शक्ती, सामग्रीची गुणवत्ता सुधारते आणि सामग्रीचे सेवा आयुष्य वाढवते.

——अमूर्त (शांक्सी आर्किटेक्चर, व्हॉल्यूम 38, क्र. 11, चेन हुआकिंग)