섬유 - 강화 콘크리트 (FRC)는 시멘트 또는 유압 시멘트, 물, 거친 및 미세 골재로 구성된 복합 재료이며, 짧고 균일하게 분포 된 불연속 섬유입니다. 섬유는 스틸 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 중합체 섬유, 식물 섬유 등 일 수 있습니다. 길이는 일반적으로 3mm에서 64mm까지 다양하며 직경은 몇 미크론에서 1mm에서 1mm까지 다를 수 있습니다. 섬유의 십자가 - 단면 모양은 원형, 타원형, 다각형, 삼각형, 초승달 또는 정사각형 일 수 있으며, 이는 주로 사용 된 원료와 가공 및 제조 공정에 따라 다를 수 있습니다. 섬유는 주로 거친 섬유와 미세 섬유의 두 가지 범주로 나뉩니다. 미세 섬유의 직경 또는 등가 직경은 일반적으로 0.3mm 미만이며, 거친 섬유의 직경 또는 등가 직경은 0.3mm보다 크거나 동일합니다. 동등한 직경이라고하는 So -은 원형 섬유와 동일한 십자가 - 단면 영역, 즉 (4a/π) 0.5에서 변환 된 원형 직경입니다.
콘크리트에서 섬유의 양은 일반적으로 0.1% ~ 5%입니다. 이 부피 백분율의 크기는 주로 혼합물의 혼합 용이성 및 프로젝트의 응용 시나리오에 달려 있습니다. 예를 들어, 콘크리트의 수축 및 온도 변화로 인한 2 차 응력은 일반적으로 저용량의 섬유질 (0.1% ~ 0.3%)에 의해 제어되고 해결됩니다. 섬유 함량이 0.3%를 초과하면 섬유 콘크리트의 기계적 응답은 섬유가없는 일반 콘크리트의 기계적 반응, 주로 균열 후 하중 - 베어링 용량과 크게 다릅니다. 크래킹 후 에너지를 흡수하는 섬유 콘크리트의 능력을 "강인성"이라고합니다. 균열 후 인성이 더 높은 섬유질의 섬유질이 콘크리트에 첨가 될 때, 섬유 콘크리트는 또한 균주 - 특성을 나타냅니다. 다시 말해,이 복합 재료는 일반적인 콘크리트 자체를 초과하는 인장 응력을 견딜 수 있습니다. 이러한 의사 - 연성 복합재에서, 다중 균열과 상당한 에너지 흡수 및 에너지 소산 특성이 종종 나타납니다.
섬유 강화 콘크리트의 유형
미국 표준 ASTM C116/C116M은 4 가지 유형의 섬유 콘크리트를 제공합니다. 첫 번째는 스틸 섬유 콘크리트 (SFRC)는 주로 스테인레스 스틸 섬유, 합금 강철 섬유 및 탄소강 섬유를 포함합니다. 두 번째는 유리 섬유 콘크리트 (GFRC)이며, 이는 알칼리 - 저항성 유리 섬유로 구성됩니다. 세 번째는 합성 섬유 콘크리트 (Synfrc)이고, 네 번째는 천연 섬유 콘크리트 (NFRC)입니다.
위의 표에서 볼 수 있듯이, 강 섬유의 강도 및 탄성 계수는 비교적 높으며, 알칼리성이 매우 높기 때문에 녹슬기 쉽지 않습니다. IT와 혼합물 사이의 결합 효과는 표면 거칠기 및 변형을 향상시킴으로써보다 효과적인 기계적 고정을 달성 할 수있다.
합성 섬유는 주로 비 - 다양한 형태의 중합체를 포함하여 석유 화학 및 섬유 산업의 발달에 의해 생성되는 금속 섬유이다. 다음은 프리 캐스트 콘크리트에서 일반적으로 사용되는 일부 합성 섬유입니다.
탄소 섬유
스틸 섬유, 유리 섬유, 폴리 프로필렌 섬유 등과 비교하여, 탄소 섬유의 장점은 특성, 높은 계수, 내열성, 알칼리 환경의 화학적 안정성 및 기타 부식성 화학 환경에 있습니다. 또한 기계적 특성을 크게 향상시키는 특성이 있습니다.
나일론 섬유/폴리 아미드 섬유
이 유형의 섬유는 인장 강도, 강인성, 탄성 회복 및 친수성이 우수하며 시멘트 - 기반 알칼리 환경에서 비교적 안정적입니다.
폴리 프로필렌
이 섬유는 탄성 계수가 낮고 용융점이 낮으므로 높은 - 온도 오토 클레이 핑 하에서 프리 캐스트 콘크리트 제품에는 적합하지 않습니다. 그러나, 용융점이 낮기 때문에 내화성 재료 나 내화성이 높은 제품을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 콘크리트 보강에 사용되는 두 가지 유형의 폴리 프로필렌 섬유에는 모노노 필라멘트와 섬유질 섬유 (스트레치 된 섬유)가 있습니다. 이 섬유는 소수성이며 물과의 접촉각이 크다. 따라서, 그들은 친수성 섬유보다 콘크리트와의 결합이 나쁘다.
폴리 비닐 알코올 섬유
이 섬유는 높은 스트레칭의 여러 공정을 통해 PVA 수지로 만들어지며 강성 및 방수성이 높습니다. 콘크리트베이스의 섬유 분포 상태는 특수 표면 처리를 통해 변경 될 수 있습니다. 불행히도, PVA 섬유는 큰 열 수축 계수를 가지며, 수축률은 200도에서 4%로 높습니다. 그것은 알칼리성 환경과 유기 용매에 대한 저항성이 우수하며, 긴 - 용어 자외선 방사선에서 강도 손실이 거의 없습니다.
유리 섬유
콘크리트에 사용되는 유리 섬유는 알칼리 저항성을 위해 최소 16%의 지르코늄을 함유해야합니다. 알칼리 - 프리 섬유와 같은 다른 유형의 유리 섬유는 콘크리트에 사용하는 것이 권장되지 않습니다. 유리 섬유는 모듈러스가 높고 강도가 높으며 콘크리트와의 유대가 양호합니다. 유리 섬유 강화 콘크리트와 다른 섬유 강화 콘크리트의 차이는 섬유 함량입니다. 전자는 섬유 부피 백분율이 4%에서 6% 인 반면, 후자 또는 다른 섬유 부피 백분율은 약 0.1% ~ 1%입니다. 높은 함량의 유리 섬유를 달성하기 위해, 콘크리트 조성물은 높은 함량의 시멘트, 미세 골재 및 거의 거친 골재가 필요하지 않습니다.
콘크리트에서 섬유의 역할
quasi - 정적 로딩 및 충격 응답
섬유는 기계적 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 충격 방울 망치 테스트는 0.1% 내지 0.2%의 부피 함량을 갖는 폴리 프로필렌 섬유 콘크리트의 충격 강도가 초기 크래킹 단계와 최종 골절 단계에서 일반 콘크리트의 강도보다 높음을 보여준다. 섬유 콘크리트의 압축 강도를 결정하기위한 통일 된 표준 테스트 방법은 없지만, 관련 연구에 따르면 섬유 콘크리트의 축 압축 강도는 일반 콘크리트보다 85% ~ 100% 더 높다는 것을 보여 주었다. 추가 연구에 따르면 충격 하중 하에서, 섬유 콘크리트는 후기 압축 기간에 명백한 피크 연성이 없으며, 이는 주로 콘크리트 단편이 섬유에 결합되지 않기 때문이다. 테스트 결과는 강철 섬유 콘크리트의 충격 계수가 중합체 섬유 콘크리트임을 보여줍니다. 약 1.5의 충격 계수를 가진 일반 콘크리트와 다르지 않습니다. 또한, 결과는 3 개의 - 치수 변형 강철 섬유가 2 - 치수 변형 된 강철 섬유보다 더 명백한 동적 영향 계수를 가지고 있음을 보여준다. 그러나, 동적 하중 하의 인장 강도 및 균열 후 잔류 굽힘 강도가 크게 개선되었다.
충격 하중 하에서 콘크리트에서 섬유의 성능은 크 균열 발달 속도가 높은 변위 하에서 섬유와 콘크리트 사이의 결합에 크게 달라집니다. 연구에 따르면 하중 속도가 증가함에 따라 철강 섬유 콘크리트는 폴리 프로필렌 섬유가있는 일부 콘크리트 시편과 비교하여 균열 발달에 대한 저항성이 높지만 후자는 전자를 빠르게 따라 잡을 수 있습니다. 폴리 프로필렌 섬유 자체 자체가 강철 섬유보다 변형 속도에 더 민감하기 때문이라고 추측된다.
수축 균열 제어
섬유는 시멘트 - 기반 복합재의 자유 수축 및 기타 관련 초기 - 연령 특성에 크게 영향을 줄 수있는 것으로 잘 알려져 있습니다. 연구에 따르면 약 1%의 부피 백분율이있는 폴리에틸렌 섬유의 사용은 콘크리트의 자유 플라스틱 수축을 30%까지 감소시킬 수 있습니다. 자유 수축 외에도 콘크리트의 제한된 수축에 대한 섬유의 효과를 연구하는 데 다양한 기술이 사용되고 있습니다. 섬유의 첨가는 주로 제한된 환경에서 콘크리트의 수축 균열의 폭과 길이를 변화시키는 데 사용됩니다. 관련 연구 결론은 대략 다음과 같습니다.
1. 섬유 재료와 유형은 수축 균열에 큰 영향을 미칩니다. 동일한 부피의 섬유 함량의 경우, 유리 섬유는 균열 성장을 억제하는 데 가장 효과적이며 합성 섬유가 이어집니다.
2. 주어진 섬유 부피 분획 및 섬유 유형의 경우 더 길고 작은 - 직경 섬유는 짧고 두꺼운 섬유보다 더 효과적입니다. 표면에 더 큰 기하학적 변형을 갖는 섬유는 정보가없는 섬유보다 더 효과적입니다.
3. 식물 섬유의 경우, 코팅 또는 코팅되지 않은 섬유는 부피 백분율이 0.3%이상인 경우에만 효과적입니다.
방수 및 내구성
프리 캐스트 콘크리트 성분은 황산 공격, 해동 - 동결 사이클, 알칼리 - 실리카 반응 및 강철 막대의 부식 경향이 있습니다. 이러한 모든 경우에 물 침투는 중요한 역할을합니다. 프리 캐스트 콘크리트 제품의 내구성은 주로 물 침입/침투 속도에 달려 있습니다. 결과는 물 투과성이 콘크리트의 균열에 의존하고 콘크리트 균열의 폭이 증가하면 물 투과성이 높아질 것입니다. 섬유 강화는 콘크리트 크래킹 저항을 향상시키고, 균열 표면 거칠기를 증가시키고, 다중 균열의 발달을 촉진하여 콘크리트 투과성을 크게 줄입니다. 응력과 응력 - 유도 콘크리트 크래킹에 대해서는 일반 콘크리트의 균열이 투과성을 크게 증가시키는 반면, 섬유질 - 강화 콘크리트의 투과성은 일반 콘크리트의 투과성보다 현저히 낮습니다. 섬유가 방수성을 향상시키는 방법에 대해, 연구에 따르면, 일반 콘크리트의 마이크로 기어는 섬유의 첨가로 인해 나노기로 변경되는 것으로 나타났습니다.
프리 캐스트 콘크리트의 철근 부식은 중요한 문제입니다. 콘크리트의 클로라이드 오염은 주요 요인이며, 강철을 부식시키는 메커니즘과 공정은 잘 이해됩니다. 불행하게도, 콘크리트의 균열은 염화물 이온과 다른 부식성 화학 물질이 더 쉽게 들어가도록하여 추가 부식을 촉진합니다. 클로라이드 이온은 주로 모세관 침투를 통해 확산되는 반면, 클로라이드 확산은 주로 물 투과성에 의존한다.
