Ang steel fiber reinforced concrete (SFRC) ay isang bagong uri ng composite material na maaaring ibuhos at i-spray sa pamamagitan ng pagdaragdag ng angkop na dami ng short steel fiber sa ordinaryong kongkreto. Mabilis itong umunlad sa loob at labas ng bansa nitong mga nakaraang taon. Nalalampasan nito ang mga kakulangan ng mababang tensile strength, maliit na ultimate elongation, at brittle properties ng kongkreto. Mayroon itong mahusay na mga katangian tulad ng tensile strength, bending resistance, shear resistance, crack resistance, fatigue resistance, at mataas na toughness. Ginagamit na ito sa hydraulic engineering, kalsada at tulay, konstruksyon, at iba pang larangan ng engineering.

 

一.Pag-unlad ng kongkretong pinatibay ng hibla ng bakal

 

Ang Fiber Reinforced Concrete (FRC) ay ang pagpapaikli ng fiber reinforced concrete. Karaniwan itong isang composite na nakabase sa semento na binubuo ng cement paste, mortar o kongkreto at metal fiber, inorganic fiber o organic fiber reinforced materials. Ito ay isang bagong materyales sa pagtatayo na nabuo sa pamamagitan ng pantay na pagkalat ng maikli at pinong mga hibla na may mataas na tensile strength, mataas na ultimate elongation at mataas na alkali resistance sa concrete matrix. Ang hibla sa kongkreto ay maaaring limitahan ang pagbuo ng mga maagang bitak sa kongkreto at ang karagdagang paglawak ng mga bitak sa ilalim ng aksyon ng panlabas na puwersa, epektibong malampasan ang mga likas na depekto tulad ng mababang tensile strength, madaling pagbitak at mahinang fatigue resistance ng kongkreto, at lubos na nagpapabuti sa pagganap ng impermeability, waterproof, frost resistance at reinforcement protection ng kongkreto. Ang fiber reinforced concrete, lalo na ang steel fiber reinforced concrete, ay nakakaakit ng higit na atensyon sa mga akademiko at engineering circles sa praktikal na engineering dahil sa superior na pagganap nito. 1907 Sinimulan ng ekspertong Sobyet na si B П. Hekpocab na gamitin ang metal fiber reinforced concrete; Noong 1910, naglathala si HF Porter ng isang ulat sa pananaliksik sa short fiber reinforced concrete, na nagmumungkahi na ang short steel fibers ay dapat na pantay na ikalat sa kongkreto upang palakasin ang mga materyales ng matrix; Noong 1911, idinagdag ni Graham ng Estados Unidos ang steel fiber sa ordinaryong kongkreto upang mapabuti ang lakas at katatagan ng kongkreto; Pagsapit ng dekada 1940, ang Estados Unidos, Britanya, Pransya, Alemanya, Hapon at iba pang mga bansa ay nagsagawa ng maraming pananaliksik sa paggamit ng steel fiber upang mapabuti ang resistensya sa pagkasira at bitak ng kongkreto, ang teknolohiya sa paggawa ng steel fiber concrete, at pagpapabuti ng hugis ng steel fiber upang mapabuti ang lakas ng pagdikit sa pagitan ng hibla at kongkretong matrix; Noong 1963, inilathala nina JP romualdi at GB Batson ang isang papel tungkol sa mekanismo ng pag-unlad ng bitak ng steel fiber confined concrete, at inilahad ang konklusyon na ang lakas ng bitak ng steel fiber reinforced concrete ay natutukoy ng average spacing ng mga steel fiber na gumaganap ng isang epektibong papel sa tensile stress (fiber spacing theory), kaya sinimulan ang praktikal na yugto ng pag-unlad ng bagong composite material na ito. Hanggang ngayon, sa popularisasyon at aplikasyon ng steel fiber reinforced concrete, dahil sa iba't ibang distribusyon ng mga hibla sa kongkreto, mayroong pangunahing apat na uri: steel fiber reinforced concrete, hybrid fiber reinforced concrete, layered steel fiber reinforced concrete at layered hybrid fiber reinforced concrete.

 

二.Mekanismo ng pagpapalakas ng kongkretong pinatibay ng hibla ng bakal

 

1. Teorya ng composite mechanics. Ang teorya ng composite mechanics ay batay sa teorya ng mga continuous fiber composites at sinamahan ng mga katangian ng distribusyon ng mga steel fibers sa kongkreto. Sa teoryang ito, ang mga composite ay itinuturing na two-phase composites kung saan ang fiber ang isang phase at matrix ang kabilang phase.

 

Teorya ng pag-iiwang ng hibla. Ang teorya ng pag-iiwang ng hibla, na kilala rin bilang teorya ng resistensya sa bitak, ay iminungkahi batay sa linear elastic fracture mechanics. Pinaninindigan ng teoryang ito na ang epekto ng pagpapatibay ng mga hibla ay nauugnay lamang sa pantay na ipinamamahaging pag-iiwang ng hibla (minimum spacing).

 

三.Pagsusuri sa katayuan ng pag-unlad ng konkretong pinatibay ng bakal na hibla

 

1.Konkretong pinatibay ng hibla ng bakal.Ang steel fiber reinforced concrete ay isang uri ng medyo pare-pareho at multi-directional reinforced concrete na nabuo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kaunting low carbon steel, stainless steel, at FRP fibers sa ordinaryong kongkreto. Ang dami ng paghahalo ng steel fiber ay karaniwang 1% ~ 2% ayon sa volume, habang 70 ~ 100kg steel fiber ang hinahalo sa bawat cubic meter ng kongkreto ayon sa timbang. Ang haba ng steel fiber ay dapat na 25 ~ 60mm, ang diameter ay dapat na 0.25 ~ 1.25mm, at ang pinakamagandang ratio ng haba sa diameter ay dapat na 50 ~ 700. Kung ikukumpara sa ordinaryong kongkreto, hindi lamang nito mapapabuti ang tensile, shear, bending, wear at crack resistance, kundi pati na rin lubos na mapapahusay ang fracture toughness at impact resistance ng kongkreto, at makabuluhang mapapabuti ang fatigue resistance at tibay ng istruktura, lalo na ang toughness ay maaaring mapataas ng 10 ~ 20 beses. Ang mga mekanikal na katangian ng steel fiber reinforced concrete at ordinaryong kongkreto ay inihambing sa Tsina. Kapag ang nilalaman ng hibla ng bakal ay 15% ~ 20% at ang ratio ng semento ng tubig ay 0.45, ang lakas ng tensile ay tumataas ng 50% ~ 70%, ang lakas ng flexural ay tumataas ng 120% ~ 180%, ang lakas ng impact ay tumataas ng 10 ~ 20 beses, ang lakas ng impact fatigue ay tumataas ng 15 ~ 20 beses, ang flexural toughness ay tumataas ng 14 ~ 20 beses, at ang resistensya sa pagkasira ay bumubuti rin nang malaki. Samakatuwid, ang reinforced concrete na gawa sa hibla ng bakal ay may mas mahusay na pisikal at mekanikal na katangian kaysa sa plain concrete.

2. Hybrid fiber concrete. Ipinapakita ng mga kaugnay na datos ng pananaliksik na ang hibla ng bakal ay hindi lubos na nakakatulong sa compressive strength ng kongkreto, o kahit na binabawasan ito; Kung ikukumpara sa plain concrete, mayroong positibo at negatibo (pagtaas at pagbaba) o kahit na intermediate na pananaw sa impermeability, wear resistance, impact at wear resistance ng steel fiber reinforced concrete at ang pag-iwas sa maagang plastic shrinkage ng kongkreto. Bukod pa rito, ang steel fiber reinforced concrete ay may ilang mga problema, tulad ng malaking dosage, mataas na presyo, kalawang at halos walang resistensya sa pagsabog na dulot ng sunog, na nakaapekto sa aplikasyon nito sa iba't ibang antas. Sa mga nakaraang taon, ang ilang mga lokal at dayuhang iskolar ay nagsimulang magbigay-pansin sa hybrid fiber concrete (HFRC), sinusubukang paghaluin ang mga hibla na may iba't ibang katangian at bentahe, matuto mula sa isa't isa, at gamitin ang "positibong hybrid effect" sa iba't ibang antas at yugto ng pagkarga upang mapahusay ang iba't ibang katangian ng kongkreto, upang matugunan ang mga pangangailangan ng iba't ibang proyekto. Gayunpaman, patungkol sa iba't ibang mekanikal na katangian nito, lalo na ang fatigue deformation at fatigue damage, ang batas ng pag-unlad ng deformation at mga katangian ng pinsala sa ilalim ng static at dynamic load at constant amplitude o variable amplitude cyclic load, ang pinakamainam na dami ng paghahalo at proporsyon ng paghahalo ng hibla, ang ugnayan sa pagitan ng mga bahagi ng composite materials, ang epekto ng pagpapalakas at mekanismo ng pagpapalakas, ang anti-fatigue performance, ang mekanismo ng pagkabigo at teknolohiya ng konstruksyon, ang mga problema sa disenyo ng mix proportion ay kailangang pag-aralan pa.

3. Patong-patong na pinatibay na kongkreto na gawa sa hibla ng bakal.Ang monolithic fiber reinforced concrete ay hindi madaling ihalo nang pantay, ang fiber ay madaling tipunin, malaki ang dami ng fiber, at medyo mataas ang gastos, na nakakaapekto sa malawak na aplikasyon nito. Sa pamamagitan ng maraming kasanayan sa inhinyeriya at teoretikal na pananaliksik, isang bagong uri ng istruktura ng steel fiber, ang layer steel fiber reinforced concrete (LSFRC), ang iminungkahi. Ang isang maliit na dami ng steel fiber ay pantay na ipinamamahagi sa itaas at ibabang ibabaw ng slab ng kalsada, at ang gitna ay isang plain concrete layer pa rin. Ang steel fiber sa LSFRC ay karaniwang ipinamamahagi nang manu-mano o mekanikal. Ang steel fiber ay mahaba, at ang ratio ng diameter ng haba ay karaniwang nasa pagitan ng 70 ~ 120, na nagpapakita ng two-dimensional distribution. Nang hindi naaapektuhan ang mga mekanikal na katangian, ang materyal na ito ay hindi lamang lubos na binabawasan ang dami ng steel fiber, ngunit iniiwasan din ang phenomenon ng fiber agglomeration sa paghahalo ng integral fiber reinforced concrete. Bilang karagdagan, ang posisyon ng steel fiber layer sa kongkreto ay may malaking epekto sa flexural strength ng kongkreto. Ang reinforcement effect ng steel fiber layer sa ilalim ng kongkreto ang pinakamahusay. Kapag ang posisyon ng steel fiber layer ay pataas, ang reinforcement effect ay bumababa nang malaki. Ang lakas ng pagbaluktot ng LSFRC ay mahigit 35% na mas mataas kaysa sa plain concrete na may parehong proporsyon ng halo, na bahagyang mas mababa kaysa sa integral steel fiber reinforced concrete. Gayunpaman, ang LSFRC ay maaaring makatipid ng maraming gastos sa materyal, at walang problema sa mahirap na paghahalo. Samakatuwid, ang LSFRC ay isang bagong materyal na may magagandang benepisyong panlipunan at pang-ekonomiya at malawak na posibilidad ng aplikasyon, na karapat-dapat na palaganapin at ilapat sa konstruksyon ng pavement.

 

4.Patong-patong na hybrid fiber concrete.Ang Layer hybrid fiber reinforced concrete (LHFRC) ay isang composite material na nabuo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng 0.1% polypropylene fiber batay sa LSFRC at pantay na ipinamamahagi ang maraming pino at maiikling polypropylene fibers na may mataas na tensile strength at mataas na ultimate elongation sa upper at lower steel fiber concrete at sa plain concrete sa gitnang layer. Maaari nitong malampasan ang kahinaan ng LSFRC intermediate plain concrete layer at maiwasan ang mga potensyal na panganib sa kaligtasan pagkatapos masira ang surface steel fiber. Maaaring lubos na mapahusay ng LHFRC ang flexural strength ng kongkreto. Kung ikukumpara sa plain concrete, ang flexural strength nito sa plain concrete ay tumataas ng humigit-kumulang 20%, at kung ikukumpara sa LSFRC, ang flexural strength nito ay tumataas ng 2.6%, ngunit kakaunti ang epekto nito sa flexural elastic modulus ng kongkreto. Ang flexural elastic modulus ng LHFRC ay 1.3% na mas mataas kaysa sa plain concrete at 0.3% na mas mababa kaysa sa LSFRC. Maaari ring lubos na mapahusay ng LHFRC ang flexural toughness ng kongkreto, at ang flexural toughness index nito ay humigit-kumulang 8 beses kaysa sa plain concrete at 1.3 beses kaysa sa LSFRC. Bukod dito, dahil sa magkaibang performance ng dalawa o higit pang fibers sa LHFRC sa kongkreto, ayon sa mga pangangailangan sa inhinyeriya, ang positibong hybrid effect ng synthetic fiber at steel fiber sa kongkreto ay maaaring gamitin upang lubos na mapabuti ang ductility, durability, toughness, crack strength, flexural strength, at tensile strength ng materyal, mapabuti ang kalidad ng materyal, at pahabain ang service life ng materyal.

——Abstract (Shanxi architecture, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)