Fiber takviyeli beton - Fiber-reinforced concrete

Fiber takviyeli beton ( FRC ), yapısal bütünlüğünü artıran lifli malzeme içeren betondur . Düzgün dağılmış ve rastgele yönlendirilmiş kısa ayrı lifler içerir . Lifler, her biri betona farklı özellikler kazandıran çelik lifler, cam lifler , sentetik lifler ve doğal lifleri içerir. Ayrıca, değişen betonlar, lif malzemeleri, geometriler, dağılım, yönlenme ve yoğunluklar ile lif takviyeli betonun karakteri değişir.

Tarihi bakış açısı

Fiberlerin takviye olarak kullanılması kavramı yeni değildir. Lifler eski zamanlardan beri takviye olarak kullanılmıştır. Tarihsel olarak, at kılı kullanılmıştır harç ve saman içinde kerpiç . 1900'lerde betonda asbest lifleri kullanıldı. 1950'lerde kompozit malzeme kavramı ortaya çıktı ve fiber takviyeli beton ilgi konularından biri oldu. Bir kez sağlık riskleri asbest ile ilişkili bulunmuştur, beton ve diğer yapı malzemeleri madde yerine birini bulmak için bir ihtiyaç vardı. 1960'lara gelindiğinde betonda çelik , cam ( GFRC ) ve sentetik ( polipropilen gibi ) lifler kullanıldı. Yeni fiber takviyeli betonlara yönelik araştırmalar bugün de devam ediyor.

Fiberler genellikle betonda plastik büzülme ve kuruma büzülmesinden kaynaklanan çatlamayı kontrol etmek için kullanılır . Ayrıca betonun geçirgenliğini azaltırlar ve böylece su sızmasını azaltırlar . Bazı lif türleri betonda daha fazla darbe, aşınma ve kırılma direnci sağlar. Daha büyük çelik veya sentetik lifler, belirli durumlarda inşaat demiri veya çeliğin yerini alabilir. Fiber takviyeli beton, neredeyse tüm tünel kaplamalarının inşaat demiri yerine fiber takviyeli olduğu tünel segmentleri gibi yeraltı inşaat endüstrisinde çubuğun yerini neredeyse tamamen almıştır. Gerçekten de, bazı lifler aslında betonun basınç dayanımını azaltır.

Bir beton karışımına ilave elyaf miktarı bileşiğin (Beton ve elyaf) toplam hacminin bir yüzdesi olarak ifade edilir, "hacim oranı" (V olarak adlandırılır f ). V f tipik olarak 0.1 ila% 3 arasında değişir. En boy oranı (l/d), fiber uzunluğunun (l) çapına (d) bölünmesiyle hesaplanır. Dairesel olmayan bir kesite sahip lifler, en boy oranının hesaplanması için eşdeğer bir çap kullanır. Elyafın elastisite modülü matristen (beton veya harç bağlayıcı) yüksek ise malzemenin çekme mukavemetini artırarak yükün taşınmasına yardımcı olurlar. Elyafın en boy oranını artırmak, genellikle matrisin bükülme mukavemetini ve tokluğunu bölümlere ayırır. Daha uzun uzunluk, beton içinde daha iyi matris ile sonuçlanır ve daha ince çap, lif sayısını artırır. Her bir lif şeridinin etkili olmasını sağlamak için, maksimum agrega boyutundan daha uzun liflerin kullanılması tavsiye edilir. Normal beton, betonun %35-45'i olan 19 mm eşdeğer çaplı agrega içerir, 20 mm'den uzun lifler daha etkilidir. Bununla birlikte, çok uzun ve işleme sırasında uygun şekilde işlenmemiş lifler, karışımda "top" olma eğilimindedir ve işlenebilirlik sorunları yaratır.

Betonun uzun süreli dayanıklılığı için lifler eklenir. Cam ve polyester, betonun alkali durumunda ve çeşitli katkı maddelerinde ve betonun yüzey işlemlerinde bozunur.

Yüksek Hızlı 1 tünel astarları 1 kg / ihtiva eden beton dahil 3 avantajları, aşağıda belirtilen vererek çapı 18 ve 32 um veya daha fazla bir polipropilen elyafın. İnce çaplı polipropilen liflerin eklenmesi, tünel kaplamasında takviye sağlamakla kalmaz, aynı zamanda kaza sonucu yangın durumunda kaplamanın "dökülmesini" ve hasar görmesini de önler.

Faydaları

Cam elyaflar şunları yapabilir:

  • Düşük maliyetle beton mukavemetini artırın.
  • İnşaat demirinin aksine her yöne çekme takviyesi ekler.
  • Bitmiş beton yüzeyde göründükleri için dekoratif bir görünüm ekleyin.

Polipropilen ve naylon lifler şunları yapabilir:

  • Karışım kohezyonunu iyileştirin, uzun mesafelerde pompalanabilirliği iyileştirin
  • Donma-çözülme direncini iyileştirin
  • Şiddetli bir yangın durumunda patlayıcı parçalanmaya karşı direnci artırın
  • Darbe ve aşınma direncini iyileştirin
  • Kürleme sırasında plastik büzülmeye karşı direnci artırın
  • Yapısal gücü geliştirin
  • Çelik takviye gereksinimlerini azaltın
  • Esnekliği iyileştirin
  • Çatlak genişliklerini azaltın ve çatlak genişliklerini sıkı bir şekilde kontrol edin, böylece dayanıklılığı artırın

Çelik lifler şunları yapabilir:

  • Yapısal gücü geliştirin
  • Çelik takviye gereksinimlerini azaltın
  • Çatlak genişliklerini azaltın ve çatlak genişliklerini sıkı bir şekilde kontrol edin, böylece dayanıklılığı artırın
  • Darbe ve aşınma direncini iyileştirin
  • Donma-çözülme direncini iyileştirin

Hem çelik hem de polimerik liflerin karışımları, her iki ürünün faydalarını birleştirmek için inşaat projelerinde sıklıkla kullanılır; çelik lifler tarafından sağlanan yapısal iyileştirmeler ve polimerik lifler tarafından sağlanan patlayıcı parçalanmaya ve plastik büzülmeye karşı direnç iyileştirmeleri.

Belirli özel durumlarda, çelik lif veya makro sentetik lifler, betonarme içindeki geleneksel çelik takviye çubuğunun (" inşaat demiri ") tamamen yerini alabilir . Bu en çok endüstriyel zemin kaplamalarında ve aynı zamanda diğer bazı ön döküm uygulamalarında yaygındır. Tipik olarak bunlar, performans gereksinimlerinin karşılandığını doğrulamak için laboratuvar testleri ile desteklenir. Beton içinde minimum miktarda çelik donatı gerektirebilecek yerel tasarım kodu gereksinimlerinin de karşılandığından emin olmak için özen gösterilmelidir. Sadece çelik liflerle güçlendirilmiş prekast kaplama segmentleri kullanan artan sayıda tünel projesi var.

Mikro inşaat demiri de yakın zamanda test edilmiş ve ACI 318 Bölüm 14'e göre tasarlanmış dikey duvarlardaki geleneksel donatının yerini almak üzere onaylanmıştır.

Bazı gelişmeler

Tipik bir yapı bileşenindeki betonun en az yarısı, çelik donatıyı korozyondan korumak için kullanılır. Takviye olarak sadece lif kullanan beton, beton tasarrufuna ve dolayısıyla onunla ilişkili sera etkisine neden olabilir. FRC, tasarımcılara ve mühendislere daha fazla esneklik sağlayan birçok şekle kalıplanabilir.

Yüksek performanslı FRC (HPFRC) , normal beton veya standart fiber takviyeli beton ile karşılaştırıldığında en az iki kat daha yüksek bir malzeme sünekliği ile sonuçlanan, yüzde birkaç gerinime kadar gerinim sertleşmesini sürdürebileceğini iddia eder . HPFRC ayrıca benzersiz bir çatlama davranışı olduğunu iddia ediyor. Elastik aralığın ötesine yüklendiğinde, HPFRC, yüzde birkaç çekme gerilmesine deforme olduğunda bile çatlak genişliğini 100 μm'nin altında tutar. HPFRC ve Michigan Ulaştırma Bakanlığı ile yapılan saha sonuçları erken yaşta çatlama ile sonuçlandı.

Bir köprü güvertesindeki yüksek performanslı fiber takviyeli beton üzerinde yapılan son araştırmalar, fiberlerin eklenmesinin artık mukavemet ve kontrollü çatlama sağladığını bulmuştur. FRC'de kontrolden daha fazla büzülme olmasına rağmen, FRC'de daha az ve daha dar çatlaklar vardı. Artık mukavemet, lif içeriği ile doğru orantılıdır.

Geri dönüştürülmüş halı atıklarının çevre dostu bir kullanımı olarak betonda atık halı lifleri kullanılarak bazı çalışmalar yapılmıştır. Bir halı, tipik olarak, iki CaCO ile birleştirilmiş destek katmanları (polipropilen bant iplikler genellikle kumaş) oluşur 3 dolu stiren-butadien lateks kauçuk (SBR) ve yüz lifler (çoğunluk olarak naylon 6 ve naylon 66 tekstüre iplikler). Bu tür naylon ve polipropilen lifler, beton takviyesi için kullanılabilir. Geri dönüştürülmüş malzemeleri lif olarak kullanmak için başka fikirler ortaya çıkıyor: örneğin geri dönüştürülmüş polietilen tereftalat (PET) lifi.

standartlar

  • EN 14889-1:2006 – Beton için Lifler. Çelik Lifler. Tanımlar, özellikler ve uygunluk
  • EN 14845-1:2007 – Betondaki lifler için test yöntemleri
  • ASTM A820-16 – Fiber Takviyeli Beton için Standart Spesifikasyon (geçerli)
  • ASTM C1116/C1116M - Fiber Takviyeli Beton için Standart Spesifikasyon
  • ASTM C1018-97 – Elyaf Takviyeli Betonun Eğilme Tokluğu ve İlk Çatlak Mukavemeti için Standart Test Yöntemi (Üçüncü Nokta Yüklemeli Kiriş Kullanarak) (Çekilmiş 2006)
  • CSA A23.1-19 Ek U - Ultra Yüksek Performanslı Beton (Elyaf Takviyeli ve Donatısız)
  • CSA S6-19, 8.1 - Ultra Yüksek Performanslı Beton için Tasarım Kılavuzu

Ayrıca bakınız

Referanslar