Как стальная фибра улучшает качество сверхвысокоэффективного бетона (UHPC)

Стальная фибра оказывает значительное влияние на механические характеристики сверхвысокоэффективного бетона (UHPC). Она может эффективно повысить такие ключевые свойства, как прочность на растяжение, трещиностойкость, вязкость и пластичность.

Это объясняется тем, что прочность стальных волокон намного выше, чем прочность бетонной матрицы, и они образуют с ней прочную связь, что помогает предотвратить появление и распространение трещин. С увеличением содержания фибры прочность UHPC на растяжение постепенно повышается, что приводит к улучшению общих структурных характеристик.

Влияние стальной фибры на текучесть бетона со сверхвысокими характеристиками (UHPC)

Добавление стальных волокон негативно сказывается на текучести сверхвысокоэффективного бетона (UHPC).

При одинаковом содержании волокон UHPC, армированный короткими прямыми волокнами без крючков, демонстрирует наилучшую текучесть, в то время как волокна с крючками и более длинные прямые волокна приводят к различной степени снижения текучести.

Это связано с тем, что более длинные волокна увеличивают сопротивление смешиванию, а волокна с крючками чаще сцепляются и образуют комки во время смешивания, что еще больше снижает обрабатываемость.

Когда содержание стальной фибры превышает 2,0%, текучесть UHPC значительно снижается, что приводит к ухудшению обрабатываемости и усложнению конструкции.

Влияние стальной фибры на прочность на сжатие сверхвысокоэффективного бетона (UHPC)

С увеличением содержания стальной фибры 28-дневная прочность на сжатие сверхвысокоэффективного бетона (СВЭБ) обычно имеет тенденцию к росту. Однако, когда содержание коротких прямых волокон без крючков превышает 1,5%, прочность на сжатие начинает снижаться.

При содержании стальных волокон 0% 28-дневная прочность на сжатие контрольной группы составляет 97,6 МПа. При содержании волокон 2,5% 28-дневная прочность на сжатие UHPC, армированного волокнами с крючками, длинными прямыми волокнами без крючков и короткими прямыми волокнами без крючков, достигает 156,5 МПа, 147,4 МПа и 130,6 МПа, соответственно - увеличение на 60,3%, 51,0% и 33,8% по сравнению с контрольной группой.

Судя по общей тенденции, стальные волокна с крючкообразным концом обеспечивают наиболее значительный эффект укрепления. В основном это связано с их крючковатой геометрией, которая обеспечивает лучшее механическое крепление и более прочное сцепление с цементной матрицей, что приводит к улучшению передачи нагрузки и удержания. Хотя текучесть UHPC может снизиться, усиливающий эффект на прочность более выражен.

Напротив, короткие прямые волокна без крючков могут улучшить межфазное сцепление и прочность при более низких дозировках. Однако, когда содержание волокон превышает 1,5%, их трудно равномерно распределить при смешивании, что приводит к чрезмерному скоплению. В таких местах невозможно достичь надлежащей инкапсуляции матрицы, что приводит к образованию слабых межфазных связей и, в конечном счете, к снижению прочности на сжатие UHPC.

Влияние стальной фибры на прочность на изгиб сверхвысокоэффективного бетона (UHPC)

С увеличением содержания стальной фибры 28-дневная прочность на изгиб сверхвысокоэффективного бетона (UHPC) обычно имеет тенденцию к росту. Однако, когда содержание коротких прямых волокон без крючков превышает 1,0%, прочность на изгиб начинает снижаться.

При содержании стальных волокон 0% 28-дневная прочность на изгиб контрольной группы составляет 17,9 МПа. При содержании волокон 2,5% 28-дневная прочность на изгиб UHPC, армированного волокнами с крючками, длинными прямыми волокнами без крючков и короткими прямыми волокнами без крючков, достигает 39,9 МПа, 32,5 МПа и 22,7 МПа, соответственно, что на 122,9%, 81,6% и 26,8% больше, чем в контрольной группе.

Улучшение прочности на изгиб для волокон с крючкообразным концом и длинных прямых волокон значительно превышает улучшение прочности на сжатие. В основном это объясняется высокой прочностью стальных волокон, а также эффективным связывающим действием, обеспечиваемым их длиной и, в случае волокон с крючками, механическим креплением на обоих концах. Эти факторы улучшают сцепление с матрицей, повышают трещиностойкость и приводят к превосходным характеристикам при изгибе.

В отличие от них, короткие прямые волокна без крючков имеют меньшую длину, гладкую поверхность и не имеют крепления на концах. При изгибной нагрузке слабые места с большей вероятностью образуются на границе между волокнами и раствором. Волокна могут быть легче выдернуты, что приведет к преждевременному растрескиванию и снижению прочности на изгиб.

Влияние стальной фибры на прочность при растяжении сверхвысокоэффективного бетона (UHPC)

С увеличением содержания стальной фибры значительно повышается 28-дневная прочность на разрыв сверхвысокоэффективного бетона (UHPC).

При содержании волокон 0% 28-дневная прочность на растяжение при раскалывании контрольной группы составляет 6,5 МПа. При содержании волокон 2,5%, значения для УПХК, армированного волокнами с крючками, длинными прямыми волокнами без крючков и короткими прямыми волокнами без крючков, достигают 16,5 МПа, 15,3 МПа и 12,7 МПа, соответственно, что представляет собой увеличение на 153,8%, 135,4% и 95,4% по сравнению с контрольной группой.

Среди различных типов волокон стальные волокна с крючками демонстрируют наиболее значительное улучшение прочности при разрывном растяжении. Напротив, когда содержание коротких прямых волокон без крючков превышает 1,5%, эффект усиления становится менее выраженным.

Это указывает на то, что длина волокон и наличие крючковатых концов играют ключевую роль в укреплении внутреннего каркаса UHPC и усилении связи на границе волокно-матрица.

Влияние стальной фибры на соотношение растяжения к сжатию и изгиба к сжатию сверхвысокоэффективного бетона (UHPC)

Коэффициент прочности бетона на изгиб и сжатие - это отношение прочности на изгиб к прочности на сжатие. Он обычно используется для оценки прочности бетона, особенно в таких областях, как укладка дорожных покрытий при высоких нагрузках и строительство мостов. Более высокий показатель свидетельствует о лучшей прочности.

Коэффициент прочности на растяжение и сжатие - это отношение прочности на растяжение при раскалывании к прочности на сжатие. Он используется для оценки безопасности и стабильности бетона. Более высокое соотношение указывает на более стабильные характеристики и меньший риск хрупкого разрушения.

С увеличением содержания стальной фибры соотношение прочности на растяжение и сжатие сверхвысокоэффективного бетона (UHPC) имеет общую тенденцию к увеличению.

При содержании волокон 0% отношение для контрольной группы составляет 0,08. При содержании волокон 2,5% отношение растяжения к сжатию UHPC, армированного волокнами с крючками, длинными прямыми волокнами без крючков и короткими прямыми волокнами без крючков, достигает 0,115, 0,110 и 0,106, соответственно, что соответствует увеличению на 43,8%, 37,5% и 32,5% по сравнению с контрольной группой.

При содержании стальной фибры менее 1,0% улучшение этого показателя относительно ограничено, что свидетельствует о незначительном влиянии низких дозировок фибры. Однако при содержании более 1,0% улучшение становится значительным. Это объясняется тем, что волокна лучше сцепляются с матрицей раствора, что приводит к повышению стабильности и снижению риска хрупкого разрушения.

Соотношение прочности при изгибе и сжатии СВБП, армированного волокнами с крючкообразным концом и длинными прямыми волокнами, в целом увеличивается с увеличением содержания волокон, в то время как у коротких прямых волокон сначала увеличивается, а затем уменьшается.

При содержании волокна 0% в контрольной группе соотношение составляет 0,18. При содержании волокна 2,5% соотношение для крючковатых, длинных прямых и коротких прямых волокон достигает 0,25, 0,23 и 0,18, соответственно, что соответствует увеличению на 38,9%, 27,8% и 0%.

Это говорит о том, что увеличение содержания коротких прямых волокон без крючков не улучшает прочность, а даже может ее снизить. Это объясняется тем, что такие волокна короче и не имеют крепления на концах. При высоких напряжениях во время изгибающего нагружения более вероятно отслаивание волокон от раствора, что приводит к ослаблению фиксации и снижению прочности.

Заключение

• Включение стальных волокон снижает текучесть сверхвысокоэффективного бетона (СВЭБ), причем наиболее значительное влияние оказывают волокна с крючковатым концом. Когда содержание фибры превышает 1,5%, текучесть резко снижается. В частности, когда содержание волокон с крючками превышает 2,0%, текучесть UHPC практически отсутствует. Учитывая требования к текучести, оптимальное содержание стальной фибры рекомендуется в диапазоне от 1,5% до 2,0%.
• Добавление стальных волокон значительно улучшает механические свойства UHPC, причем наибольшее улучшение обеспечивают волокна с крючкообразным концом. При содержании волокон 2,5% 28-дневная прочность на сжатие, изгиб и растяжение при раскалывании достигает 156,5 МПа, 39,9 МПа и 16,5 МПа, соответственно, что свидетельствует о значительном увеличении по сравнению с контрольной группой.
• С увеличением содержания стальных волокон отношение растяжения к сжатию UHPC имеет общую тенденцию к росту. Соотношение изгиба и сжатия также увеличивается для волокон с крючками и длинных прямых волокон, в то время как для коротких прямых волокон оно сначала увеличивается, а затем уменьшается. При оптимальном содержании волокон UHPC демонстрирует повышенную стабильность и прочность.

Кроме того, с помощью ZHONGDIMEI стальное волокно В результате применения этих продуктов можно еще больше повысить прочность, трещиностойкость и долговечность UHPC.