El hormigón reforzado con fibra de acero (SFRC) es un nuevo tipo de material compuesto que se puede verter y rociar añadiendo una cantidad adecuada de fibra de acero corta al hormigón ordinario. Se ha desarrollado rápidamente en el país y en el extranjero en los últimos años. Supera las deficiencias de la baja resistencia a la tracción, el pequeño alargamiento final y la propiedad frágil del hormigón. Tiene excelentes propiedades como resistencia a la tracción, resistencia a la flexión, resistencia al corte, resistencia al agrietamiento, resistencia a la fatiga y alta tenacidad. Se ha aplicado en ingeniería hidráulica, carreteras y puentes, construcción y otros campos de la ingeniería.

 

一．Desarrollo del hormigón armado con fibras de acero.

 

El hormigón reforzado con fibras (FRC) es la abreviatura de hormigón reforzado con fibras. Suele ser un compuesto a base de cemento compuesto de pasta de cemento, mortero u hormigón y materiales reforzados con fibras metálicas, fibras inorgánicas o fibras orgánicas. Es un nuevo material de construcción formado por la dispersión uniforme de fibras cortas y finas con alta resistencia a la tracción, alto alargamiento final y alta resistencia a los álcalis en la matriz de hormigón. La fibra en el hormigón puede limitar la generación de grietas tempranas en el hormigón y la mayor expansión de las grietas bajo la acción de fuerzas externas, superar eficazmente los defectos inherentes como la baja resistencia a la tracción, el fácil agrietamiento y la escasa resistencia a la fatiga del hormigón, y mejorar en gran medida el rendimiento. de impermeabilidad, impermeabilidad, resistencia a las heladas y protección del refuerzo del hormigón. El hormigón reforzado con fibra, especialmente el hormigón reforzado con fibra de acero, ha atraído cada vez más atención en los círculos académicos y de ingeniería en la ingeniería práctica debido a su rendimiento superior. 1907 Experto soviético B П. Hekpocab comenzó a utilizar hormigón armado con fibras metálicas; En 1910, HF Porter publicó un informe de investigación sobre el hormigón armado con fibras cortas, sugiriendo que las fibras cortas de acero deberían dispersarse uniformemente en el hormigón para reforzar los materiales de la matriz; En 1911, Graham de los Estados Unidos añadió fibra de acero al hormigón ordinario para mejorar su resistencia y estabilidad; En la década de 1940, Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, Alemania, Japón y otros países habían investigado mucho sobre el uso de fibra de acero para mejorar la resistencia al desgaste y al agrietamiento del hormigón, la tecnología de fabricación del hormigón con fibra de acero y la mejora de la calidad. forma de fibra de acero para mejorar la fuerza de unión entre la fibra y la matriz de hormigón; En 1963, JP Romualdi y GB Batson publicaron un artículo sobre el mecanismo de desarrollo de grietas en el hormigón confinado con fibras de acero, y llegaron a la conclusión de que la resistencia a las grietas del hormigón armado con fibras de acero está determinada por el espaciamiento promedio de las fibras de acero, que desempeña un papel eficaz. en tensión de tracción (teoría del espaciado de fibras), iniciando así la etapa de desarrollo práctico de este nuevo material compuesto. Hasta ahora, con la popularización y aplicación del hormigón armado con fibras de acero, debido a la diferente distribución de las fibras en el hormigón, existen principalmente cuatro tipos: hormigón armado con fibras de acero, hormigón armado con fibras de acero híbrido, hormigón armado con fibras de acero en capas y hormigón armado con fibras híbridas en capas. hormigón armado.

 

二.Mecanismo de refuerzo del hormigón armado con fibras de acero.

 

1.Teoría de la mecánica compuesta. La teoría de la mecánica de compuestos se basa en la teoría de los compuestos de fibras continuas y se combina con las características de distribución de las fibras de acero en el hormigón. En esta teoría, los compuestos se consideran compuestos de dos fases con la fibra como una fase y la matriz como la otra fase.

 

Teoría del espaciado de fibras. La teoría del espaciado de fibras, también conocida como teoría de la resistencia al agrietamiento, se propone basándose en la mecánica de fractura elástica lineal. Esta teoría sostiene que el efecto de refuerzo de las fibras sólo está relacionado con el espaciamiento de las fibras distribuido uniformemente (espaciamiento mínimo).

 

三．Análisis del estado de desarrollo del hormigón armado con fibras de acero.

 

1.Hormigón reforzado con fibras de acero.El hormigón armado con fibras de acero es un tipo de hormigón armado relativamente uniforme y multidireccional que se forma añadiendo una pequeña cantidad de fibras de acero con bajo contenido de carbono, acero inoxidable y FRP al hormigón ordinario. La cantidad de mezcla de fibra de acero es generalmente del 1% al 2% en volumen, mientras que en cada metro cúbico de hormigón se mezclan entre 70 y 100 kg de fibra de acero en peso. La longitud de la fibra de acero debe ser de 25 ~ 60 mm, el diámetro debe ser de 0,25 ~ 1,25 mm y la mejor relación entre longitud y diámetro debe ser de 50 ~ 700. En comparación con el hormigón ordinario, no solo puede mejorar la resistencia a la tracción, al corte y a la flexión. , resistencia al desgaste y al agrietamiento, pero también mejora en gran medida la tenacidad a la fractura y la resistencia al impacto del concreto, y mejora significativamente la resistencia a la fatiga y la durabilidad de la estructura, especialmente la tenacidad se puede aumentar de 10 a 20 veces. En China se comparan las propiedades mecánicas del hormigón armado con fibras de acero y del hormigón ordinario. Cuando el contenido de fibra de acero es del 15% al ​​20% y la proporción de agua y cemento es del 0,45, la resistencia a la tracción aumenta del 50% al 70%, la resistencia a la flexión aumenta del 120% al 180% y la resistencia al impacto aumenta del 10 al 20%. veces, la resistencia a la fatiga por impacto aumenta de 15 a 20 veces, la tenacidad a la flexión aumenta de 14 a 20 veces y la resistencia al desgaste también mejora significativamente. Por lo tanto, el hormigón armado con fibras de acero tiene mejores propiedades físicas y mecánicas que el hormigón simple.

2.Hormigón híbrido con fibras. Los datos de investigaciones relevantes muestran que la fibra de acero no promueve significativamente la resistencia a la compresión del concreto, ni siquiera la reduce; En comparación con el hormigón simple, existen opiniones positivas y negativas (aumento y disminución) o incluso intermedias sobre la impermeabilidad, la resistencia al desgaste, al impacto y al desgaste del hormigón reforzado con fibras de acero y la prevención de la contracción plástica temprana del hormigón. Además, el hormigón armado con fibras de acero presenta algunos problemas, como grandes dosificaciones, elevado precio, oxidación y casi nula resistencia al estallido provocado por el fuego, lo que ha afectado su aplicación en diversos grados. En los últimos años, algunos académicos nacionales y extranjeros comenzaron a prestar atención al hormigón con fibras híbridas (HFRC), tratando de mezclar fibras con diferentes propiedades y ventajas, aprender unas de otras y aprovechar el "efecto híbrido positivo" en diferentes niveles y Etapas de carga para mejorar diversas propiedades del hormigón, a fin de satisfacer las necesidades de diferentes proyectos. Sin embargo, con respecto a sus diversas propiedades mecánicas, especialmente su deformación por fatiga y daño por fatiga, la ley de desarrollo de la deformación y las características de daño bajo cargas estáticas y dinámicas y cargas cíclicas de amplitud constante o amplitud variable, la cantidad de mezcla óptima y la proporción de mezcla de fibra, la relación entre componentes de materiales compuestos, efecto de fortalecimiento y mecanismo de fortalecimiento, desempeño antifatiga, mecanismo de falla y tecnología de construcción. Los problemas del diseño de proporciones de mezcla deben estudiarse más a fondo.

3.Hormigón reforzado con fibras de acero en capas.El hormigón monolítico reforzado con fibra no es fácil de mezclar de manera uniforme, la fibra es fácil de aglomerar, la cantidad de fibra es grande y el costo es relativamente alto, lo que afecta su amplia aplicación. A través de una gran cantidad de prácticas de ingeniería e investigaciones teóricas, se propone un nuevo tipo de estructura de fibra de acero, la capa de hormigón reforzado con fibra de acero (LSFRC). Una pequeña cantidad de fibra de acero se distribuye uniformemente en las superficies superior e inferior de la losa de la carretera, y el medio sigue siendo una capa de hormigón simple. La fibra de acero en LSFRC generalmente se distribuye de forma manual o mecánica. La fibra de acero es larga y la relación longitud-diámetro generalmente está entre 70 y 120, lo que muestra una distribución bidimensional. Sin afectar las propiedades mecánicas, este material no sólo reduce en gran medida la cantidad de fibra de acero, sino que también evita el fenómeno de aglomeración de fibras en la mezcla de hormigón armado integral con fibras. Además, la posición de la capa de fibras de acero en el hormigón tiene un gran impacto en la resistencia a la flexión del hormigón. El efecto de refuerzo de la capa de fibra de acero en la parte inferior del hormigón es el mejor. A medida que la posición de la capa de fibra de acero se mueve hacia arriba, el efecto de refuerzo disminuye significativamente. La resistencia a la flexión del LSFRC es más de un 35 % superior a la del hormigón simple con la misma proporción de mezcla, que es ligeramente inferior a la del hormigón integral reforzado con fibra de acero. Sin embargo, LSFRC puede ahorrar una gran cantidad de costos de material y no hay problema de mezcla difícil. Por lo tanto, LSFRC es un material nuevo con buenos beneficios sociales y económicos y amplias perspectivas de aplicación, que merece su popularización y aplicación en la construcción de pavimentos.

 

4.Hormigón híbrido de fibras en capas.El hormigón reforzado con fibra híbrida en capas (LHFRC) es un material compuesto formado añadiendo un 0,1% de fibra de polipropileno sobre la base de LSFRC y distribuyendo uniformemente una gran cantidad de fibras de polipropileno finas y cortas con alta resistencia a la tracción y alta elongación última en el acero superior e inferior. hormigón fibroso y hormigón simple en la capa intermedia. Puede superar la debilidad de la capa de hormigón simple intermedia LSFRC y prevenir los posibles riesgos de seguridad después de que se desgasta la fibra de acero de la superficie. LHFRC puede mejorar significativamente la resistencia a la flexión del hormigón. En comparación con el hormigón simple, su resistencia a la flexión del hormigón simple aumenta aproximadamente un 20% y, en comparación con el LSFRC, su resistencia a la flexión aumenta un 2,6%, pero tiene poco efecto sobre el módulo elástico de flexión del hormigón. El módulo elástico de flexión de LHFRC es un 1,3% mayor que el del hormigón simple y un 0,3% menor que el de LSFRC. LHFRC también puede mejorar significativamente la tenacidad a la flexión del hormigón, y su índice de tenacidad a la flexión es aproximadamente 8 veces mayor que el del hormigón simple y 1,3 veces mayor que el del LSFRC. Además, debido al diferente rendimiento de dos o más fibras en LHFRC en concreto, según las necesidades de ingeniería, el efecto híbrido positivo de la fibra sintética y la fibra de acero en el concreto se puede utilizar para mejorar en gran medida la ductilidad, durabilidad, tenacidad y resistencia a las grietas. , resistencia a la flexión y resistencia a la tracción del material, mejoran la calidad del material y prolongan la vida útil del material.

——Resumen (Arquitectura Shanxi, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)