स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीट (SFRC) हे एक नवीन प्रकारचे संमिश्र साहित्य आहे जे सामान्य काँक्रीटमध्ये योग्य प्रमाणात शॉर्ट स्टील फायबर घालून ओतले आणि फवारले जाऊ शकते. अलिकडच्या वर्षांत ते देशांतर्गत आणि परदेशात वेगाने विकसित झाले आहे. ते कमी तन्य शक्ती, लहान अंतिम लांबी आणि काँक्रीटच्या ठिसूळ गुणधर्माच्या कमतरतांवर मात करते. त्यात तन्य शक्ती, वाकणे प्रतिरोध, कातरणे प्रतिरोध, क्रॅक प्रतिरोध, थकवा प्रतिरोध आणि उच्च कडकपणा असे उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत. हे हायड्रॉलिक अभियांत्रिकी, रस्ते आणि पूल, बांधकाम आणि इतर अभियांत्रिकी क्षेत्रात वापरले गेले आहे.
१. स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीटचा विकास
फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिट (FRC) हे फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिटचे संक्षिप्त रूप आहे. हे सहसा सिमेंट पेस्ट, मोर्टार किंवा काँक्रीट आणि धातूचे फायबर, अजैविक फायबर किंवा सेंद्रिय फायबर रिइन्फोर्स्ड मटेरियलपासून बनलेले सिमेंट-आधारित कंपोझिट असते. हे एक नवीन बांधकाम साहित्य आहे जे उच्च तन्य शक्ती, उच्च अंतिम लांबी आणि कंक्रीट मॅट्रिक्समध्ये उच्च अल्कली प्रतिरोधकता असलेल्या लहान आणि बारीक तंतूंना एकसमानपणे विखुरून तयार केले जाते. कॉंक्रिटमधील फायबर कॉंक्रिटमध्ये सुरुवातीच्या क्रॅकची निर्मिती आणि बाह्य शक्तीच्या कृती अंतर्गत क्रॅकचा पुढील विस्तार मर्यादित करू शकते, कमी तन्य शक्ती, सोपे क्रॅकिंग आणि कंक्रीटची कमकुवत थकवा प्रतिरोधकता यासारख्या अंतर्निहित दोषांवर प्रभावीपणे मात करू शकते आणि कंक्रीटच्या अभेद्यता, जलरोधक, दंव प्रतिकार आणि मजबुतीकरण संरक्षणाची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते. फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिट, विशेषतः स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिट, त्याच्या उत्कृष्ट कामगिरीमुळे व्यावहारिक अभियांत्रिकीमध्ये शैक्षणिक आणि अभियांत्रिकी वर्तुळात अधिकाधिक लक्ष वेधून घेत आहे. १९०७ मध्ये सोव्हिएत तज्ञ बी. पी. हेकपोकॅबने मेटल फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिटचा वापर करण्यास सुरुवात केली; १९१० मध्ये, एचएफ पोर्टरने शॉर्ट फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिटवर एक संशोधन अहवाल प्रकाशित केला, ज्यामध्ये असे सुचवण्यात आले होते की मॅट्रिक्स मटेरियल मजबूत करण्यासाठी शॉर्ट स्टील फायबर कॉंक्रिटमध्ये समान रीतीने विखुरले पाहिजेत; १९११ मध्ये, युनायटेड स्टेट्सच्या ग्रॅहमने कॉंक्रिटची ताकद आणि स्थिरता सुधारण्यासाठी सामान्य कॉंक्रिटमध्ये स्टील फायबर जोडले; १९४० च्या दशकापर्यंत, युनायटेड स्टेट्स, ब्रिटन, फ्रान्स, जर्मनी, जपान आणि इतर देशांनी कॉंक्रिटचा पोशाख प्रतिरोध आणि क्रॅक प्रतिरोध सुधारण्यासाठी स्टील फायबर वापरण्यावर, स्टील फायबर कॉंक्रिटचे उत्पादन तंत्रज्ञान आणि फायबर आणि कॉंक्रिट मॅट्रिक्समधील बाँडिंग स्ट्रेंथ सुधारण्यासाठी स्टील फायबरचा आकार सुधारण्यावर बरेच संशोधन केले होते; १९६३ मध्ये, जेपी रोमुआल्डी आणि जीबी बॅटसन यांनी स्टील फायबर कंबाइंड कॉंक्रिटच्या क्रॅक डेव्हलपमेंट मेकॅनिझमवर एक पेपर प्रकाशित केला आणि असा निष्कर्ष मांडला की स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिटची क्रॅक स्ट्रेंथ स्टील फायबरच्या सरासरी स्पेसिंगद्वारे निश्चित केली जाते जी टेन्सिल स्ट्रेस (फायबर स्पेसिंग थिअरी) मध्ये प्रभावी भूमिका बजावते, अशा प्रकारे या नवीन कंपोझिट मटेरियलचा व्यावहारिक विकास टप्पा सुरू झाला. आतापर्यंत, स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीटच्या लोकप्रियतेमुळे आणि वापरामुळे, कॉंक्रिटमध्ये तंतूंच्या वेगवेगळ्या वितरणामुळे, प्रामुख्याने चार प्रकार आहेत: स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीट, हायब्रिड फायबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीट, लेयर्ड स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीट आणि लेयर्ड हायब्रिड फायबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीट.
२. स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीटची मजबूतीकरण यंत्रणा
(१) संमिश्र यांत्रिकी सिद्धांत. संमिश्र यांत्रिकी सिद्धांत हा सतत फायबर संमिश्रांच्या सिद्धांतावर आधारित आहे आणि काँक्रीटमधील स्टील तंतूंच्या वितरण वैशिष्ट्यांसह एकत्रित केला आहे. या सिद्धांतात, संमिश्रांना दोन-चरण संमिश्र मानले जाते ज्यामध्ये एक टप्पा फायबर आणि दुसरा टप्पा मॅट्रिक्स असतो.
(२) फायबर स्पेसिंग थिअरी. फायबर स्पेसिंग थिअरी, ज्याला क्रॅक रेझिस्टन्स थिअरी असेही म्हणतात, रेषीय लवचिक फ्रॅक्चर मेकॅनिक्सवर आधारित प्रस्तावित आहे. या थिअरीमध्ये असे म्हटले आहे की फायबरचा मजबुतीकरण प्रभाव फक्त एकसमान वितरित फायबर स्पेसिंग (किमान स्पेसिंग) शी संबंधित आहे.
३. स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीटच्या विकास स्थितीचे विश्लेषण
१. स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीट. स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीट हे एक प्रकारचे तुलनेने एकसमान आणि बहु-दिशात्मक रिइन्फोर्स्ड काँक्रीट आहे जे सामान्य काँक्रीटमध्ये कमी प्रमाणात कमी कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील आणि FRP तंतू जोडून तयार होते. स्टील फायबरचे मिश्रण प्रमाण साधारणपणे आकारमानानुसार १% ~ २% असते, तर वजनानुसार प्रत्येक घनमीटर काँक्रीटमध्ये ७० ~ १०० किलो स्टील फायबर मिसळले जाते. स्टील फायबरची लांबी २५ ~ ६० मिमी, व्यास ०.२५ ~ १.२५ मिमी आणि लांबी आणि व्यासाचे सर्वोत्तम गुणोत्तर ५० ~ ७०० असावे. सामान्य काँक्रीटच्या तुलनेत, ते केवळ तन्यता, कातरणे, वाकणे, झीज आणि क्रॅक प्रतिरोध सुधारू शकत नाही, तर काँक्रीटची फ्रॅक्चर कडकपणा आणि प्रभाव प्रतिकार देखील मोठ्या प्रमाणात वाढवू शकते आणि संरचनेचा थकवा प्रतिकार आणि टिकाऊपणा लक्षणीयरीत्या सुधारू शकते, विशेषतः कडकपणा १० ~ २० पट वाढवता येतो. स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीट आणि सामान्य काँक्रीटच्या यांत्रिक गुणधर्मांची तुलना चीनमध्ये केली जाते. जेव्हा स्टील फायबरचे प्रमाण १५% ~ २०% असते आणि पाण्याचे सिमेंट प्रमाण ०.४५ असते, तेव्हा तन्य शक्ती ५०% ~ ७०% ने वाढते, लवचिक शक्ती १२०% ~ १८०% ने वाढते, प्रभाव शक्ती १० ~ २० पटीने वाढते, प्रभाव थकवा शक्ती १५ ~ २० पटीने वाढते, लवचिक कडकपणा १४ ~ २० पटीने वाढतो आणि पोशाख प्रतिरोध देखील लक्षणीयरीत्या सुधारतो. म्हणून, स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीटमध्ये साध्या काँक्रीटपेक्षा चांगले भौतिक आणि यांत्रिक गुणधर्म असतात.
४. हायब्रिड फायबर काँक्रीट
संबंधित संशोधन डेटा दर्शवितो की स्टील फायबर कॉंक्रिटच्या संकुचित शक्तीला लक्षणीयरीत्या प्रोत्साहन देत नाही किंवा ती कमीही करत नाही; साध्या काँक्रिटच्या तुलनेत, स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिटची अभेद्यता, पोशाख प्रतिरोध, प्रभाव आणि पोशाख प्रतिरोध आणि कॉंक्रिटच्या लवकर प्लास्टिक संकोचन रोखण्यावर सकारात्मक आणि नकारात्मक (वाढ आणि घट) किंवा अगदी मध्यवर्ती मते आहेत. याव्यतिरिक्त, स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिटमध्ये काही समस्या आहेत, जसे की मोठा डोस, उच्च किंमत, गंज आणि आगीमुळे होणाऱ्या फुटण्यास जवळजवळ कोणताही प्रतिकार नाही, ज्यामुळे त्याच्या वापरावर वेगवेगळ्या प्रमाणात परिणाम झाला आहे. अलिकडच्या वर्षांत, काही देशी आणि परदेशी विद्वानांनी हायब्रिड फायबर कॉंक्रिट (HFRC) कडे लक्ष देण्यास सुरुवात केली, वेगवेगळ्या गुणधर्म आणि फायद्यांसह तंतू मिसळण्याचा प्रयत्न केला, एकमेकांकडून शिकले आणि वेगवेगळ्या स्तरांवर आणि लोडिंग टप्प्यांवर "सकारात्मक संकरित परिणाम" ला खेळ दिला जेणेकरून वेगवेगळ्या प्रकल्पांच्या गरजा पूर्ण करता येतील. तथापि, त्याच्या विविध यांत्रिक गुणधर्मांबद्दल, विशेषतः त्याचे थकवा विकृतीकरण आणि थकवा नुकसान, विकृतीकरण विकास कायदा आणि स्थिर आणि गतिमान भार आणि स्थिर मोठेपणा किंवा परिवर्तनशील मोठेपणा चक्रीय भार अंतर्गत नुकसान वैशिष्ट्ये, फायबरचे इष्टतम मिश्रण प्रमाण आणि मिश्रण प्रमाण, संमिश्र पदार्थांच्या घटकांमधील संबंध, मजबूत प्रभाव आणि मजबूतीकरण यंत्रणा, थकवा विरोधी कामगिरी, अपयश यंत्रणा आणि बांधकाम तंत्रज्ञान, मिश्रण प्रमाण डिझाइनच्या समस्यांचा अधिक अभ्यास करणे आवश्यक आहे.
५. थरदार स्टील फायबर प्रबलित काँक्रीट
मोनोलिथिक फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीट समान रीतीने मिसळणे सोपे नाही, फायबर एकत्र करणे सोपे आहे, फायबरचे प्रमाण मोठे आहे आणि किंमत तुलनेने जास्त आहे, ज्यामुळे त्याच्या विस्तृत वापरावर परिणाम होतो. मोठ्या संख्येने अभियांत्रिकी सराव आणि सैद्धांतिक संशोधनाद्वारे, एक नवीन प्रकारची स्टील फायबर रचना, लेयर स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीट (LSFRC), प्रस्तावित आहे. रस्त्याच्या स्लॅबच्या वरच्या आणि खालच्या पृष्ठभागावर थोड्या प्रमाणात स्टील फायबर समान रीतीने वितरित केले जाते आणि मध्यभागी अजूनही एक साधा काँक्रीट थर आहे. LSFRC मधील स्टील फायबर सामान्यतः मॅन्युअली किंवा यांत्रिकरित्या वितरित केला जातो. स्टील फायबर लांब असतो आणि लांबी व्यासाचे प्रमाण सामान्यतः 70 ~ 120 च्या दरम्यान असते, जे द्विमितीय वितरण दर्शवते. यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम न करता, हे साहित्य केवळ स्टील फायबरचे प्रमाण मोठ्या प्रमाणात कमी करत नाही तर इंटिग्रल फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीटच्या मिश्रणात फायबर एकत्रीकरणाची घटना देखील टाळते. याव्यतिरिक्त, काँक्रीटमध्ये स्टील फायबर लेयरची स्थिती काँक्रीटच्या लवचिक ताकदीवर मोठा प्रभाव पाडते. काँक्रीटच्या तळाशी असलेल्या स्टील फायबर लेयरचा मजबुतीकरण प्रभाव सर्वोत्तम आहे. स्टील फायबर लेयरची स्थिती वर सरकत असताना, रीइन्फोर्समेंट इफेक्ट लक्षणीयरीत्या कमी होतो. LSFRC ची फ्लेक्सरल स्ट्रेंथ समान मिक्स प्रमाण असलेल्या प्लेन काँक्रीटपेक्षा 35% पेक्षा जास्त आहे, जी इंटिग्रल स्टील फायबर रिइन्फोर्स्ड काँक्रीटपेक्षा थोडी कमी आहे. तथापि, LSFRC मटेरियलची बरीच किंमत वाचवू शकते आणि कठीण मिक्सिंगची कोणतीही समस्या नाही. म्हणूनच, LSFRC हे चांगले सामाजिक आणि आर्थिक फायदे आणि व्यापक अनुप्रयोग शक्यता असलेले एक नवीन मटेरियल आहे, जे फुटपाथ बांधकामात लोकप्रियता आणि अनुप्रयोगास पात्र आहे.
६. थरदार हायब्रिड फायबर काँक्रीट
लेयर हायब्रिड फायबर रिइन्फोर्स्ड कॉंक्रिट (LHFRC) हे LSFRC च्या आधारावर 0.1% पॉलीप्रॉपिलीन फायबर जोडून तयार केलेले एक संमिश्र साहित्य आहे आणि वरच्या आणि खालच्या स्टील फायबर कॉंक्रिटमध्ये आणि मधल्या थरातील प्लेन कॉंक्रिटमध्ये उच्च तन्य शक्ती आणि उच्च अंतिम लांबीसह मोठ्या प्रमाणात बारीक आणि लहान पॉलीप्रोपिलीन तंतूंचे समान वितरण करते. ते LSFRC इंटरमीडिएट प्लेन कॉंक्रिट लेयरच्या कमकुवतपणावर मात करू शकते आणि पृष्ठभागावरील स्टील फायबर जीर्ण झाल्यानंतर संभाव्य सुरक्षा धोके टाळू शकते. LHFRC कॉंक्रिटची फ्लेक्सुरल ताकद लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते. प्लेन कॉंक्रिटच्या तुलनेत, प्लेन कॉंक्रिटची त्याची फ्लेक्सुरल ताकद सुमारे 20% ने वाढली आहे आणि LSFRC च्या तुलनेत, त्याची फ्लेक्सुरल ताकद 2.6% ने वाढली आहे, परंतु कॉंक्रिटच्या फ्लेक्सुरल लवचिक मापांकावर त्याचा फारसा परिणाम होत नाही. LHFRC चे फ्लेक्सुरल लवचिक मापांक साध्या काँक्रिटपेक्षा 1.3% जास्त आणि LSFRC पेक्षा 0.3% कमी आहे. LHFRC कॉंक्रिटच्या लवचिक कडकपणामध्ये लक्षणीय वाढ करू शकते आणि त्याचा लवचिक कडकपणा निर्देशांक साध्या काँक्रिटच्या सुमारे 8 पट आणि LSFRC च्या 1.3 पट आहे. शिवाय, कॉंक्रिटमध्ये LHFRC मधील दोन किंवा अधिक तंतूंच्या वेगवेगळ्या कामगिरीमुळे, अभियांत्रिकी गरजांनुसार, कॉंक्रिटमध्ये सिंथेटिक फायबर आणि स्टील फायबरचा सकारात्मक संकरित प्रभाव मटेरियलची लवचिकता, टिकाऊपणा, कडकपणा, क्रॅक स्ट्रेंथ, फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ आणि टेन्सिल स्ट्रेंथ मोठ्या प्रमाणात सुधारण्यासाठी, मटेरियलची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी आणि मटेरियलचे सेवा आयुष्य वाढवण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.
——अमूर्त (शांक्सी आर्किटेक्चर, व्हॉल्यूम 38, क्र. 11, चेन हुआकिंग)
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-२४-२०२२