¿Rendimiento y aplicación del hormigón con fibras de acero?
1. Introducción
Tras la aparición del cemento Portland en 1824, el ser humano empezó a utilizar el hormigón para construir edificios. Luego aparecieron el hormigón armado y el hormigón armado pretensado en 1850 y 1928 respectivamente, y el hormigón se utilizó ampliamente. En la década de 1920, con la relativa madurez de la teoría del cálculo estructural y la tecnología de la construcción, las estructuras de hormigón armado comenzaron a adoptarse a gran escala y sus campos de aplicación se hicieron cada vez más amplios. Actualmente, es el material de construcción más grande y utilizado en el mundo.
El hormigón es un excelente material de construcción, pero se utiliza mucho debido a su escasa resistencia a la flexión, la tracción y el impacto. Por lo tanto, se considera si se pueden agregar al concreto fibras cortas delgadas con alta resistencia a la tracción y buena tenacidad para mejorar sus propiedades.
En 1901, Porter publicó el primer artículo sobre el hormigón con fibras de acero. En 1911, Graham de Estados Unidos propuso añadir fibras de acero al hormigón armado ordinario. En la década de 1940, debido a las necesidades de la ingeniería militar, el Reino Unido, Estados Unidos, Francia, Alemania, Japón y otros países realizaron sucesivamente investigaciones y publicaron algunas patentes, pero hubo pocos avances, porque estos estudios y patentes casi no lograron Explicar el mecanismo de refuerzo de la fibra en el hormigón. El hormigón de fibra entró realmente en la investigación práctica a principios de los años 1960. En 1963, Romualai de los Estados Unidos publicó un informe de investigación sobre el mecanismo de desarrollo de grietas en el hormigón confinado con fibras de acero, lo que realmente llevó esta investigación a un nuevo período de desarrollo.
2. Mecanismo de refuerzo del hormigón con fibras de acero
Existen dos teorías principales para estudiar el mecanismo de refuerzo del hormigón con fibras de acero: la teoría de la mecánica de materiales compuestos y la teoría del espaciado de las fibras. Estas dos teorías explican el efecto de refuerzo de las fibras de acero sobre el hormigón desde diferentes ángulos y los resultados son consistentes.
(1) Teoría mecánica de los materiales compuestos
Basado en la teoría mecánica de los materiales compuestos, el hormigón con fibras de acero se considera un sistema reforzado con fibras. La tensión, el módulo elástico y la resistencia del hormigón con fibras de acero se obtuvieron utilizando el principio de mezcla, y se introdujo el coeficiente de dirección de la fibra, teniendo en cuenta la relación del volumen efectivo de fibra en la dirección de la tensión de tracción y la distribución desigual de las fibras cortas discontinuas. tensión a lo largo de la longitud de la fibra.
(2) Teoría del espaciado de fibras
La teoría del espaciado de fibras explica el efecto inhibidor de las fibras de acero sobre la aparición y desarrollo de grietas basándose en el principio de la mecánica de fractura elástica lineal. Esta teoría sostiene que para mejorar la resistencia a la tracción del hormigón, un material frágil con defectos internos, se debe reducir el tamaño de los defectos internos tanto como sea posible y se debe reducir el factor de intensidad del campo de tensión en la punta de la grieta. Para materiales frágiles como el hormigón, debido a los vínculos débiles en el área de interfaz entre la lechada de cemento y el agregado fino y entre el mortero y el agregado grueso, aunque cada componente tiene una alta resistencia a la tracción, el concreto generalmente se fracturará. La resistencia a la tracción es muy baja. La adición de fibras de acero puede abarcar ambos lados de la grieta, de modo que la tensión de unión entre las fibras de acero y el hormigón en ambos lados de la grieta puede inhibir la grieta.
3. Aplicación de hormigón con fibra de acero
(1) Proyectos de conservación de agua y energía hidroeléctrica
La bomba de flujo axial 20ZLB-70 se utiliza actualmente ampliamente en estaciones de bombeo agrícolas. bomba. En 22 puntos (diámetro interior de la tubería 55 cm, espesor de pared 3 cm), este tipo de bomba utiliza tuberías de bomba de hormigón y fibra de acero para resolver los problemas actuales de otras tuberías de bomba en términos de costo del proyecto, período de construcción, gestión y mantenimiento. Los principales estándares técnicos adoptados por la fábrica de productos de hormigón Jiangsu Siyang para las tuberías de bombas de hormigón con fibra de acero son: cuando la elevación aplicada alcanza los 7,5 m, la presión de trabajo en la tubería alcanza los 0,075 MPa, la presión de inspección interior alcanza los 0,15 MPa y no hay fugas. a 0,1 MPa. El valor del factor de seguridad es 3. La proporción de hormigón utilizado es cemento, arena amarilla, grava, agua = L: 2,06: 1,12: 0,5. El contenido en volumen de fibra de acero es del 1,5% y la relación de aspecto de la fibra es de 60-100. Con respecto al valor de uso de las tuberías de bomba de hormigón y fibra de acero, la fábrica comparó esta tubería de bomba con el mismo tipo de tubería de bomba de hierro fundido, tubería de bomba de placa de acero, tubería de bomba de cemento autotensante y tubería de bomba de hormigón armado, y descubrió que la cantidad El mayor número de aceros utilizados en tubos de chapa de acero y tubos de hierro fundido, seguidos por los tubos de hormigón armado y los tubos de hormigón armado pretensado. Los tubos de cemento de malla de acero y los tubos autotensados son más pequeños, mientras que los tubos de fibra de acero desarrollados recientemente utilizan sólo 8 kg de acero, que es lo mínimo. En términos de gestión de producción, las tuberías de placa de acero y las tuberías de hierro fundido son fáciles de oxidar, los pernos de las juntas y los rellenos impermeables son fáciles de corroer y los costos de mantenimiento son altos.
Aunque las tuberías de hormigón armado y las tuberías de hormigón armado pretensado tienen bajos costes de mantenimiento, son voluminosas e incómodas de transportar e instalar. Aunque las tuberías de cemento con malla de alambre de acero y las tuberías de cemento autotensantes utilizan menos acero y pesan menos que las primeras, requieren procesos y equipos de producción especializados. Los tubos de hormigón y fibra de acero pueden compensar las deficiencias de los seis tipos de tubos anteriores. En términos de rendimiento de los tubos de bomba, todos los tipos de tubos de bomba pueden cumplir con los requisitos de resistencia.
(2) Ingeniería de puentes
La Universidad Jiaotong de Chongqing y otras unidades han analizado el rendimiento dinámico de los puentes de arco con nervadura de hormigón y fibra de acero. Utilizando parcialmente hormigón con fibra de acero, han diseñado con éxito un puente. Distancia neta de puente de arco nervado de 60 m con una altura de anillo de arco de 1,55 m. Una vez completado el puente, se probaron la frecuencia natural, el comportamiento modal y de impacto del puente. Los resultados muestran que el puente de arco nervado de hormigón y fibra de acero no sólo es de bajo costo, sino que también es significativamente más pequeño que el puente de arco nervado de hormigón ordinario bajo la acción de un terremoto.
(3) Proyecto de vivienda
Los nodos son los centros de transmisión de fuerzas de las vigas y columnas del marco, y también son los eslabones débiles del marco. Varios terremotos importantes en el país y en el extranjero han demostrado que muchos nodos de estructuras de hormigón armado han sufrido daños en diversos grados bajo la acción de los terremotos. La resistencia sísmica de las juntas ha atraído la atención de la comunidad de ingenieros. Según los métodos tradicionales, para mejorar la resistencia sísmica y la ductilidad de los nodos de hormigón armado, es necesario configurar estribos múltiples y densos en los nodos, y la construcción de estribos en los nodos es relativamente difícil. Un refuerzo demasiado denso en las juntas también afecta la calidad del vertido del hormigón. Reemplazar parte de los estribos con refuerzo de fibra de acero en los nodos del marco puede resolver eficazmente este problema.
Fue propuesto por primera vez por el profesor Fan Chengmou de la Universidad de Arquitectura de Harbin y se aplicó a la ingeniería después de pruebas de laboratorio. Los primeros solicitantes fueron el edificio de oficinas de la estación de radio de Jilin 1661 (mayo de 1988) y el edificio del laboratorio del Comité de Construcción Municipal de Heihe (mayo de 1989). La diferencia de temperatura anual y la diferencia de temperatura diurna y nocturna en los sitios de construcción de los dos proyectos anteriores son relativamente grandes. Para separar la capa impermeable de la capa niveladora y reducir los efectos de la contracción y el estrés térmico, se añadió una cierta cantidad de agente de expansión al hormigón de fibra de acero, con lo que se lograron buenos resultados. El consumo de material por metro cúbico de hormigón con fibra de acero es: cemento: arena: grava: fibra de acero: agua: agente reductor de agua: agente de expansión = 450:720:720:72:198:4.5:63. El agente reductor de agua es un agente reductor de agua de alta eficiencia producido en Shanghai, con una tasa de reducción de agua del 15%. El agente de expansión es de Hefei y el valor de expansión libre es inferior al 0,1%. Diseño de rejilla rígida impermeable para techo, cada rejilla mide 3×6 m. Hay subcontenedores entre cada almacén y las paredes circundantes. Las costuras de los tabiques se rellenan con grasa impermeable de PVC. El tamaño de los listones de madera es de 20×30 mm y deben retirarse después de 24 horas de construcción. El espesor de la capa impermeable es de 40 mm.
Los campos de aplicación del hormigón con fibras de acero son muy amplios y no los enumeraremos todos aquí.
En resumen, debido a una serie de ventajas excepcionales y un enorme potencial de desarrollo tecnológico, se puede esperar que el hormigón con fibras de acero logre un mayor progreso tecnológico y amplias perspectivas de aplicación en el próximo siglo XXI.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd