स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट (SFRC) एक नयाँ प्रकारको कम्पोजिट सामग्री हो जुन साधारण कंक्रीटमा उपयुक्त मात्रामा छोटो स्टील फाइबर थपेर खन्याउन र स्प्रे गर्न सकिन्छ। हालका वर्षहरूमा यो देश र विदेशमा द्रुत गतिमा विकसित भएको छ। यसले कम तन्य शक्ति, सानो परम लम्बाइ र कंक्रीटको भंगुर गुणको कमजोरीहरूलाई पार गर्दछ। यसमा तन्य शक्ति, झुकाउने प्रतिरोध, कतरनी प्रतिरोध, दरार प्रतिरोध, थकान प्रतिरोध र उच्च कठोरता जस्ता उत्कृष्ट गुणहरू छन्। यो हाइड्रोलिक इन्जिनियरिङ, सडक र पुल, निर्माण र अन्य इन्जिनियरिङ क्षेत्रहरूमा लागू गरिएको छ।

 

一।स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटको विकास

 

फाइबर प्रबलित कंक्रीट (FRC) फाइबर प्रबलित कंक्रीटको संक्षिप्त रूप हो। यो सामान्यतया सिमेन्ट पेस्ट, मोर्टार वा कंक्रीट र धातु फाइबर, अजैविक फाइबर वा जैविक फाइबर प्रबलित सामग्रीहरू मिलेर बनेको सिमेन्ट-आधारित कम्पोजिट हो। यो कंक्रीट म्याट्रिक्समा उच्च तन्य शक्ति, उच्च परम लम्बाइ र उच्च क्षार प्रतिरोधको साथ छोटो र राम्रो फाइबरहरू समान रूपमा फैलाएर बनेको नयाँ निर्माण सामग्री हो। कंक्रीटमा फाइबरले कंक्रीटमा प्रारम्भिक दरारहरूको उत्पादन र बाह्य बलको कार्य अन्तर्गत दरारहरूको थप विस्तारलाई सीमित गर्न सक्छ, कम तन्य शक्ति, सजिलो क्र्याकिंग र कंक्रीटको कमजोर थकान प्रतिरोध जस्ता निहित दोषहरूलाई प्रभावकारी रूपमा पार गर्न सक्छ, र कंक्रीटको अभेद्यता, वाटरप्रूफ, फ्रस्ट प्रतिरोध र सुदृढीकरण सुरक्षाको प्रदर्शनमा धेरै सुधार गर्दछ। फाइबर प्रबलित कंक्रीट, विशेष गरी स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट, यसको उत्कृष्ट प्रदर्शनको कारणले व्यावहारिक इन्जिनियरिङमा शैक्षिक र इन्जिनियरिङ सर्कलहरूमा बढी ध्यान आकर्षित गरेको छ। १९०७ सोभियत विशेषज्ञ बी पी। हेकपोकाबले धातु फाइबर प्रबलित कंक्रीट प्रयोग गर्न थाले; १९१० मा, एचएफ पोर्टरले छोटो फाइबर प्रबलित कंक्रीटमा एक अनुसन्धान रिपोर्ट प्रकाशित गरे, सुझाव दिए कि म्याट्रिक्स सामग्रीहरूलाई बलियो बनाउन छोटो स्टील फाइबरहरू कंक्रीटमा समान रूपमा छरिएका हुनुपर्छ; १९११ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाका ग्राहमले कंक्रीटको बल र स्थिरता सुधार गर्न साधारण कंक्रीटमा स्टील फाइबर थपे; १९४० को दशकसम्ममा, संयुक्त राज्य अमेरिका, बेलायत, फ्रान्स, जर्मनी, जापान र अन्य देशहरूले कंक्रीटको पहिरन प्रतिरोध र दरार प्रतिरोध सुधार गर्न स्टील फाइबर प्रयोग गर्ने, स्टील फाइबर कंक्रीटको निर्माण प्रविधि, र फाइबर र कंक्रीट म्याट्रिक्स बीचको बन्धन शक्ति सुधार गर्न स्टील फाइबरको आकार सुधार गर्ने बारेमा धेरै अनुसन्धान गरेका थिए; १९६३ मा, जेपी रोमुआल्डी र जीबी ब्याट्सनले स्टील फाइबर सीमित कंक्रीटको दरार विकास संयन्त्रमा एउटा पेपर प्रकाशित गरे, र निष्कर्ष निकाले कि स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटको दरार शक्ति स्टील फाइबरको औसत स्पेसिङद्वारा निर्धारण गरिन्छ जसले तन्य तनाव (फाइबर स्पेसिङ सिद्धान्त) मा प्रभावकारी भूमिका खेल्छ, जसले गर्दा यो नयाँ कम्पोजिट सामग्रीको व्यावहारिक विकास चरण सुरु हुन्छ। अहिले सम्म, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटको लोकप्रियता र प्रयोगको साथ, कंक्रीटमा फाइबरको फरक वितरणको कारण, मुख्यतया चार प्रकारहरू छन्: स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट, हाइब्रिड फाइबर प्रबलित कंक्रीट, स्तरित स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट र स्तरित हाइब्रिड फाइबर प्रबलित कंक्रीट।

 

二।स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटको सुदृढीकरण संयन्त्र

 

१. कम्पोजिट मेकानिक्स सिद्धान्त। कम्पोजिट मेकानिक्सको सिद्धान्त निरन्तर फाइबर कम्पोजिटको सिद्धान्तमा आधारित छ र कंक्रीटमा स्टील फाइबरको वितरण विशेषताहरूसँग मिलाइएको छ। यस सिद्धान्तमा, कम्पोजिटहरूलाई दुई-चरण कम्पोजिटको रूपमा मानिन्छ जसमा एउटा चरणमा फाइबर र अर्को चरणमा म्याट्रिक्स हुन्छ।

 

फाइबर स्पेसिङ सिद्धान्त। फाइबर स्पेसिङ सिद्धान्त, जसलाई क्र्याक प्रतिरोध सिद्धान्त पनि भनिन्छ, रेखीय इलास्टिक फ्र्याक्चर मेकानिक्समा आधारित प्रस्ताव गरिएको हो। यो सिद्धान्तले फाइबरको सुदृढीकरण प्रभाव केवल समान रूपमा वितरित फाइबर स्पेसिङ (न्यूनतम स्पेसिङ) सँग सम्बन्धित छ भन्ने मान्दछ।

 

三।स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटको विकास स्थितिको विश्लेषण

 

1.स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट।स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट एक प्रकारको अपेक्षाकृत एकरूप र बहु-दिशात्मक प्रबलित कंक्रीट हो जुन साधारण कंक्रीटमा थोरै मात्रामा कम कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील र FRP फाइबर थपेर बनाइन्छ। स्टील फाइबरको मिश्रणको मात्रा सामान्यतया भोल्युमको हिसाबले १% ~ २% हुन्छ, जबकि वजनको हिसाबले प्रत्येक घन मिटर कंक्रीटमा ७० ~ १०० किलोग्राम स्टील फाइबर मिसाइन्छ। स्टील फाइबरको लम्बाइ २५ ~ ६० मिमी, व्यास ०.२५ ~ १.२५ मिमी, र लम्बाइ र व्यासको उत्तम अनुपात ५० ~ ७०० हुनुपर्छ। साधारण कंक्रीटको तुलनामा, यसले तन्यता, कतरनी, झुकाउने, लगाउने र क्र्याक प्रतिरोधलाई मात्र सुधार गर्न सक्दैन, तर कंक्रीटको फ्र्याक्चर कठोरता र प्रभाव प्रतिरोधलाई पनि धेरै बढाउँछ, र संरचनाको थकान प्रतिरोध र स्थायित्वमा उल्लेखनीय सुधार गर्दछ, विशेष गरी कठोरता १० ~ २० गुणाले बढाउन सकिन्छ। स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट र साधारण कंक्रीटको मेकानिकल गुणहरू चीनमा तुलना गरिन्छ। जब स्टील फाइबरको मात्रा १५% ~ २०% र पानी सिमेन्ट अनुपात ०.४५ हुन्छ, तन्य शक्ति ५०% ~ ७०% ले बढ्छ, लचिलो शक्ति १२०% ~ १८०% ले बढ्छ, प्रभाव शक्ति १० ~ २० गुणाले बढ्छ, प्रभाव थकान शक्ति १५ ~ २० गुणाले बढ्छ, लचिलो कठोरता १४ ~ २० गुणाले बढ्छ, र पहिरन प्रतिरोध पनि उल्लेखनीय रूपमा सुधार हुन्छ। त्यसकारण, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटमा सादा कंक्रीट भन्दा राम्रो भौतिक र यान्त्रिक गुणहरू छन्।

२. हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट। सान्दर्भिक अनुसन्धान तथ्याङ्कले देखाउँछ कि स्टील फाइबरले कंक्रीटको कम्प्रेसिभ शक्तिलाई उल्लेखनीय रूपमा बढावा दिँदैन, वा यसलाई घटाउँदैन; सादा कंक्रीटको तुलनामा, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटको अभेद्यता, पहिरन प्रतिरोध, प्रभाव र पहिरन प्रतिरोध र कंक्रीटको प्रारम्भिक प्लास्टिक संकुचन रोकथाममा सकारात्मक र नकारात्मक (बढाइ र घटाइ) वा मध्यवर्ती विचारहरू पनि छन्। थप रूपमा, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटमा केही समस्याहरू छन्, जस्तै ठूलो मात्रा, उच्च मूल्य, खिया र आगोको कारणले गर्दा फुट्ने लगभग कुनै प्रतिरोध छैन, जसले यसको प्रयोगलाई फरक-फरक डिग्रीमा असर गरेको छ। हालैका वर्षहरूमा, केही स्वदेशी र विदेशी विद्वानहरूले हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट (HFRC) मा ध्यान दिन थाले, विभिन्न गुणहरू र फाइदाहरू भएका फाइबरहरू मिसाउने, एकअर्काबाट सिक्ने, र कंक्रीटका विभिन्न गुणहरू बढाउन विभिन्न स्तरहरू र लोडिङ चरणहरूमा "सकारात्मक हाइब्रिड प्रभाव" लाई खेल दिने प्रयास गर्दै, ताकि विभिन्न परियोजनाहरूको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सकियोस्। यद्यपि, यसको विभिन्न यान्त्रिक गुणहरूको सन्दर्भमा, विशेष गरी यसको थकान विकृति र थकान क्षति, विकृति विकास कानून र स्थिर र गतिशील भारहरू अन्तर्गत क्षति विशेषताहरू र स्थिर आयाम वा परिवर्तनशील आयाम चक्रीय भारहरू, फाइबरको इष्टतम मिश्रण मात्रा र मिश्रण अनुपात, कम्पोजिट सामग्रीका घटकहरू बीचको सम्बन्ध, बलियो बनाउने प्रभाव र बलियो बनाउने संयन्त्र, थकान विरोधी प्रदर्शन, विफलता संयन्त्र र निर्माण प्रविधि, मिश्रण अनुपात डिजाइनका समस्याहरूको थप अध्ययन गर्न आवश्यक छ।

३. तह भएको स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट।मोनोलिथिक फाइबर प्रबलित कंक्रीट समान रूपमा मिसाउन सजिलो छैन, फाइबर जम्मा गर्न सजिलो छ, फाइबरको मात्रा ठूलो छ, र लागत अपेक्षाकृत उच्च छ, जसले यसको व्यापक प्रयोगलाई असर गर्छ। ठूलो संख्यामा इन्जिनियरिङ अभ्यास र सैद्धान्तिक अनुसन्धान मार्फत, नयाँ प्रकारको स्टील फाइबर संरचना, लेयर स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट (LSFRC), प्रस्ताव गरिएको छ। सडक स्ल्याबको माथिल्लो र तल्लो सतहहरूमा थोरै मात्रामा स्टील फाइबर समान रूपमा वितरित गरिन्छ, र बीचको भाग अझै पनि सादा कंक्रीट तह हो। LSFRC मा स्टील फाइबर सामान्यतया म्यानुअल वा मेकानिकल रूपमा वितरित गरिन्छ। स्टील फाइबर लामो छ, र लम्बाइ व्यास अनुपात सामान्यतया 70 ~ 120 को बीचमा हुन्छ, जसले दुई-आयामी वितरण देखाउँछ। मेकानिकल गुणहरूलाई असर नगरी, यो सामग्रीले स्टील फाइबरको मात्रालाई धेरै कम गर्छ, तर अभिन्न फाइबर प्रबलित कंक्रीटको मिश्रणमा फाइबर समूहीकरणको घटनालाई पनि बेवास्ता गर्छ। थप रूपमा, कंक्रीटमा स्टील फाइबर तहको स्थितिले कंक्रीटको लचिलो शक्तिमा ठूलो प्रभाव पार्छ। कंक्रीटको तल्लो भागमा स्टील फाइबर तहको सुदृढीकरण प्रभाव सबैभन्दा राम्रो छ। स्टील फाइबर तहको स्थिति माथि सर्दै जाँदा, सुदृढीकरण प्रभाव उल्लेखनीय रूपमा घट्छ। LSFRC को लचिलो शक्ति समान मिश्रण अनुपात भएको प्लेन कंक्रीटको तुलनामा ३५% भन्दा बढी छ, जुन अभिन्न स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीटको भन्दा थोरै कम छ। यद्यपि, LSFRC ले धेरै सामग्री लागत बचत गर्न सक्छ, र गाह्रो मिश्रणको कुनै समस्या छैन। त्यसकारण, LSFRC राम्रो सामाजिक र आर्थिक लाभहरू र व्यापक अनुप्रयोग सम्भावनाहरू भएको नयाँ सामग्री हो, जुन फुटपाथ निर्माणमा लोकप्रियता र प्रयोगको योग्य छ।

 

4.तहयुक्त हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट।लेयर हाइब्रिड फाइबर रिइन्फोर्स्ड कंक्रीट (LHFRC) एक कम्पोजिट सामग्री हो जुन LSFRC को आधारमा ०.१% पोलिप्रोपाइलिन फाइबर थपेर र माथिल्लो र तल्लो स्टील फाइबर कंक्रीट र बीचको तहमा प्लेन कंक्रीटमा उच्च तन्य शक्ति र उच्च अन्तिम लम्बाइको साथ ठूलो संख्यामा फाइन र छोटो पोलिप्रोपाइलिन फाइबरहरू समान रूपमा वितरण गरेर बनाइन्छ। यसले LSFRC मध्यवर्ती प्लेन कंक्रीट तहको कमजोरीलाई पार गर्न सक्छ र सतह स्टील फाइबर जीर्ण भएपछि सम्भावित सुरक्षा जोखिमहरूलाई रोक्न सक्छ। LHFRC ले कंक्रीटको फ्लेक्सुरल शक्तिलाई उल्लेखनीय रूपमा बढाउन सक्छ। प्लेन कंक्रीटको तुलनामा, प्लेन कंक्रीटको यसको फ्लेक्सुरल शक्ति लगभग २०% ले बढेको छ, र LSFRC को तुलनामा, यसको फ्लेक्सुरल शक्ति २.६% ले बढेको छ, तर यसले कंक्रीटको फ्लेक्सुरल लोचदार मोडुलसमा थोरै प्रभाव पार्छ। LHFRC को फ्लेक्सुरल लोचदार मोडुलस प्लेन कंक्रीटको तुलनामा १.३% बढी र LSFRC को तुलनामा ०.३% कम छ। LHFRC ले कंक्रीटको लचिलो कठोरतालाई पनि उल्लेखनीय रूपमा बढाउन सक्छ, र यसको लचिलो कठोरता सूचकांक सादा कंक्रीटको लगभग 8 गुणा र LSFRC को 1.3 गुणा छ। यसबाहेक, कंक्रीटमा LHFRC मा दुई वा बढी फाइबरहरूको फरक प्रदर्शनको कारण, इन्जिनियरिङ आवश्यकताहरू अनुसार, कंक्रीटमा सिंथेटिक फाइबर र स्टील फाइबरको सकारात्मक हाइब्रिड प्रभावलाई सामग्रीको लचकता, स्थायित्व, कठोरता, दरार शक्ति, लचिलो शक्ति र तन्य शक्तिमा धेरै सुधार गर्न, सामग्रीको गुणस्तर सुधार गर्न र सामग्रीको सेवा जीवन लम्ब्याउन प्रयोग गर्न सकिन्छ।

——सार (Shanxi वास्तुकला, Vol. 38, No. 11, Chen Huiqing)