स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट (एसएफआरसी) एक नई प्रकार की मिश्रित सामग्री है जिसे साधारण कंक्रीट में उचित मात्रा में शॉर्ट स्टील फाइबर जोड़कर डाला और स्प्रे किया जा सकता है। हाल के वर्षों में देश और विदेश में इसका तेजी से विकास हुआ है। यह कम तन्यता ताकत, छोटे अंतिम बढ़ाव और कंक्रीट की भंगुर संपत्ति की कमियों को दूर करता है। इसमें तन्य शक्ति, झुकने का प्रतिरोध, कतरनी प्रतिरोध, दरार प्रतिरोध, थकान प्रतिरोध और उच्च कठोरता जैसे उत्कृष्ट गुण हैं। इसे हाइड्रोलिक इंजीनियरिंग, सड़क और पुल, निर्माण और अन्य इंजीनियरिंग क्षेत्रों में लागू किया गया है।

 

一．स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट का विकास

 

फ़ाइबर प्रबलित कंक्रीट (FRC) फ़ाइबर प्रबलित कंक्रीट का संक्षिप्त रूप है। यह आमतौर पर सीमेंट आधारित मिश्रण होता है जो सीमेंट पेस्ट, मोर्टार या कंक्रीट और धातु फाइबर, अकार्बनिक फाइबर या कार्बनिक फाइबर प्रबलित सामग्री से बना होता है। यह एक नई निर्माण सामग्री है जो कंक्रीट मैट्रिक्स में उच्च तन्यता ताकत, उच्च अंतिम बढ़ाव और उच्च क्षार प्रतिरोध के साथ छोटे और महीन फाइबर को समान रूप से फैलाकर बनाई जाती है। कंक्रीट में फाइबर कंक्रीट में प्रारंभिक दरारें उत्पन्न करने और बाहरी बल की कार्रवाई के तहत दरारों के आगे विस्तार को सीमित कर सकता है, कम तन्यता ताकत, आसान क्रैकिंग और कंक्रीट की खराब थकान प्रतिरोध जैसे अंतर्निहित दोषों को प्रभावी ढंग से दूर कर सकता है, और प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकता है। कंक्रीट की अभेद्यता, जलरोधक, ठंढ प्रतिरोध और सुदृढीकरण सुरक्षा। फाइबर प्रबलित कंक्रीट, विशेष रूप से स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट, ने अपने बेहतर प्रदर्शन के कारण व्यावहारिक इंजीनियरिंग में अकादमिक और इंजीनियरिंग हलकों में अधिक से अधिक ध्यान आकर्षित किया है। 1907 सोवियत विशेषज्ञ बी.पी. हेकपोकैब ने धातु फाइबर प्रबलित कंक्रीट का उपयोग करना शुरू किया; 1910 में, एचएफ पोर्टर ने शॉर्ट फाइबर प्रबलित कंक्रीट पर एक शोध रिपोर्ट प्रकाशित की, जिसमें सुझाव दिया गया कि मैट्रिक्स सामग्री को मजबूत करने के लिए शॉर्ट स्टील फाइबर को कंक्रीट में समान रूप से फैलाया जाना चाहिए; 1911 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के ग्राहम ने कंक्रीट की ताकत और स्थिरता में सुधार के लिए साधारण कंक्रीट में स्टील फाइबर जोड़ा; 1940 के दशक तक, संयुक्त राज्य अमेरिका, ब्रिटेन, फ्रांस, जर्मनी, जापान और अन्य देशों ने कंक्रीट के पहनने के प्रतिरोध और दरार प्रतिरोध में सुधार के लिए स्टील फाइबर का उपयोग करने, स्टील फाइबर कंक्रीट की विनिर्माण तकनीक और सुधार करने पर बहुत सारे शोध किए थे। फाइबर और कंक्रीट मैट्रिक्स के बीच संबंध शक्ति में सुधार के लिए स्टील फाइबर का आकार; 1963 में, जेपी रोमुआल्डी और जीबी बैट्सन ने स्टील फाइबर सीमित कंक्रीट के दरार विकास तंत्र पर एक पेपर प्रकाशित किया, और निष्कर्ष निकाला कि स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट की दरार ताकत स्टील फाइबर की औसत दूरी से निर्धारित होती है जो एक प्रभावी भूमिका निभाती है। तन्य तनाव (फाइबर रिक्ति सिद्धांत) में, इस प्रकार इस नई मिश्रित सामग्री के व्यावहारिक विकास चरण की शुरुआत हुई। अब तक, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट के लोकप्रिय होने और उपयोग के साथ, कंक्रीट में फाइबर के विभिन्न वितरण के कारण, मुख्य रूप से चार प्रकार होते हैं: स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट, हाइब्रिड फाइबर प्रबलित कंक्रीट, स्तरित स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट और स्तरित हाइब्रिड फाइबर प्रबलित कंक्रीट।

 

二.स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट के सुदृढ़ीकरण तंत्र

 

1. समग्र यांत्रिकी सिद्धांत। मिश्रित यांत्रिकी का सिद्धांत निरंतर फाइबर कंपोजिट के सिद्धांत पर आधारित है और कंक्रीट में स्टील फाइबर की वितरण विशेषताओं के साथ संयुक्त है। इस सिद्धांत में, कंपोजिट को दो चरण वाले कंपोजिट के रूप में माना जाता है जिसमें एक चरण के रूप में फाइबर और दूसरे चरण के रूप में मैट्रिक्स होता है।

 

फाइबर रिक्ति सिद्धांत. फाइबर रिक्ति सिद्धांत, जिसे दरार प्रतिरोध सिद्धांत के रूप में भी जाना जाता है, रैखिक लोचदार फ्रैक्चर यांत्रिकी के आधार पर प्रस्तावित है। यह सिद्धांत मानता है कि फाइबर का सुदृढीकरण प्रभाव केवल समान रूप से वितरित फाइबर रिक्ति (न्यूनतम रिक्ति) से संबंधित है।

 

三．स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट के विकास की स्थिति पर विश्लेषण

 

1.स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट।स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट एक प्रकार का अपेक्षाकृत समान और बहु-दिशात्मक प्रबलित कंक्रीट है जो साधारण कंक्रीट में कम कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील और एफआरपी फाइबर की थोड़ी मात्रा जोड़कर बनाया जाता है। स्टील फाइबर की मिश्रण मात्रा आम तौर पर मात्रा के हिसाब से 1% ~ 2% होती है, जबकि वजन के हिसाब से कंक्रीट के प्रत्येक घन मीटर में 70 ~ 100 किलोग्राम स्टील फाइबर मिलाया जाता है। स्टील फाइबर की लंबाई 25 ~ 60 मिमी होनी चाहिए, व्यास 0.25 ~ 1.25 मिमी होना चाहिए, और लंबाई और व्यास का सबसे अच्छा अनुपात 50 ~ 700 होना चाहिए। साधारण कंक्रीट की तुलना में, यह न केवल तन्यता, कतरनी, झुकने में सुधार कर सकता है , घिसाव और दरार प्रतिरोध, लेकिन कंक्रीट की फ्रैक्चर क्रूरता और प्रभाव प्रतिरोध को भी काफी बढ़ाता है, और संरचना की थकान प्रतिरोध और स्थायित्व में काफी सुधार करता है, विशेष रूप से कठोरता को 10 ~ 20 गुना तक बढ़ाया जा सकता है। चीन में स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट और साधारण कंक्रीट के यांत्रिक गुणों की तुलना की जाती है। जब स्टील फाइबर की सामग्री 15% ~ 20% होती है और जल सीमेंट अनुपात 0.45 होता है, तो तन्य शक्ति 50% ~ 70% बढ़ जाती है, लचीली ताकत 120% ~ 180% बढ़ जाती है, प्रभाव शक्ति 10 ~ 20 बढ़ जाती है कई बार, प्रभाव थकान शक्ति 15 ~ 20 गुना बढ़ जाती है, लचीली क्रूरता 14 ~ 20 गुना बढ़ जाती है, और पहनने के प्रतिरोध में भी काफी सुधार होता है। इसलिए, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट में सादे कंक्रीट की तुलना में बेहतर भौतिक और यांत्रिक गुण होते हैं।

2.हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट। प्रासंगिक शोध डेटा से पता चलता है कि स्टील फाइबर कंक्रीट की संपीड़न शक्ति को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ावा नहीं देता है, या इसे कम भी नहीं करता है; सादे कंक्रीट की तुलना में, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट की अभेद्यता, पहनने के प्रतिरोध, प्रभाव और पहनने के प्रतिरोध और कंक्रीट के शुरुआती प्लास्टिक संकोचन की रोकथाम पर सकारात्मक और नकारात्मक (वृद्धि और कमी) या यहां तक ​​कि मध्यवर्ती विचार भी हैं। इसके अलावा, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट में कुछ समस्याएं हैं, जैसे बड़ी खुराक, उच्च कीमत, जंग और आग के कारण फटने का लगभग कोई प्रतिरोध नहीं, जिसने इसके अनुप्रयोग को अलग-अलग डिग्री तक प्रभावित किया है। हाल के वर्षों में, कुछ घरेलू और विदेशी विद्वानों ने हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट (एचएफआरसी) पर ध्यान देना शुरू किया, विभिन्न गुणों और फायदों के साथ फाइबर को मिश्रित करने, एक-दूसरे से सीखने और विभिन्न स्तरों पर "सकारात्मक हाइब्रिड प्रभाव" को खेलने की कोशिश की। कंक्रीट के विभिन्न गुणों को बढ़ाने के लिए लोडिंग चरण, ताकि विभिन्न परियोजनाओं की जरूरतों को पूरा किया जा सके। हालाँकि, इसके विभिन्न यांत्रिक गुणों के संबंध में, विशेष रूप से इसकी थकान विरूपण और थकान क्षति, विरूपण विकास कानून और स्थैतिक और गतिशील भार और निरंतर आयाम या परिवर्तनीय आयाम चक्रीय भार के तहत क्षति विशेषताओं, इष्टतम मिश्रण मात्रा और फाइबर के मिश्रण अनुपात, संबंध मिश्रित सामग्री के घटकों के बीच, प्रभाव को मजबूत करना और तंत्र को मजबूत करना, थकान विरोधी प्रदर्शन, विफलता तंत्र और निर्माण प्रौद्योगिकी, मिश्रण अनुपात डिजाइन की समस्याओं का और अध्ययन करने की आवश्यकता है।

3.स्तरित स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट।मोनोलिथिक फाइबर प्रबलित कंक्रीट को समान रूप से मिश्रण करना आसान नहीं है, फाइबर को एकत्रित करना आसान है, फाइबर की मात्रा बड़ी है, और लागत अपेक्षाकृत अधिक है, जो इसके व्यापक अनुप्रयोग को प्रभावित करती है। बड़ी संख्या में इंजीनियरिंग अभ्यास और सैद्धांतिक अनुसंधान के माध्यम से, एक नए प्रकार की स्टील फाइबर संरचना, लेयर स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट (एलएसएफआरसी) प्रस्तावित है। स्टील फाइबर की एक छोटी मात्रा सड़क स्लैब की ऊपरी और निचली सतहों पर समान रूप से वितरित की जाती है, और बीच में अभी भी एक सादे कंक्रीट की परत होती है। एलएसएफआरसी में स्टील फाइबर आमतौर पर मैन्युअल या यंत्रवत् वितरित किया जाता है। स्टील फाइबर लंबा होता है, और लंबाई व्यास अनुपात आम तौर पर 70 ~ 120 के बीच होता है, जो द्वि-आयामी वितरण दर्शाता है। यांत्रिक गुणों को प्रभावित किए बिना, यह सामग्री न केवल स्टील फाइबर की मात्रा को काफी कम कर देती है, बल्कि अभिन्न फाइबर प्रबलित कंक्रीट के मिश्रण में फाइबर ढेर की घटना से भी बचती है। इसके अलावा, कंक्रीट में स्टील फाइबर परत की स्थिति कंक्रीट की लचीली ताकत पर बहुत प्रभाव डालती है। कंक्रीट के तल पर स्टील फाइबर परत का सुदृढीकरण प्रभाव सबसे अच्छा है। जैसे-जैसे स्टील फाइबर परत की स्थिति ऊपर बढ़ती है, सुदृढीकरण प्रभाव काफी कम हो जाता है। एलएसएफआरसी की लचीली ताकत समान मिश्रण अनुपात वाले सादे कंक्रीट की तुलना में 35% अधिक है, जो इंटीग्रल स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट की तुलना में थोड़ा कम है। हालाँकि, एलएसएफआरसी सामग्री की काफी लागत बचा सकता है, और कठिन मिश्रण की कोई समस्या नहीं है। इसलिए, एलएसएफआरसी अच्छे सामाजिक और आर्थिक लाभ और व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं वाली एक नई सामग्री है, जो फुटपाथ निर्माण में लोकप्रियकरण और अनुप्रयोग के योग्य है।

 

4.स्तरित हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट।लेयर हाइब्रिड फाइबर प्रबलित कंक्रीट (एलएचएफआरसी) एलएसएफआरसी के आधार पर 0.1% पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर जोड़कर बनाई गई एक मिश्रित सामग्री है और ऊपरी और निचले स्टील में उच्च तन्यता ताकत और उच्च अंतिम बढ़ाव के साथ बड़ी संख्या में महीन और छोटे पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर को समान रूप से वितरित करती है। मध्य परत में फाइबर कंक्रीट और सादा कंक्रीट। यह एलएसएफआरसी मध्यवर्ती सादे कंक्रीट परत की कमजोरी को दूर कर सकता है और सतह स्टील फाइबर के खराब होने के बाद संभावित सुरक्षा खतरों को रोक सकता है। एलएचएफआरसी कंक्रीट की लचीली ताकत को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है। सादे कंक्रीट की तुलना में, सादे कंक्रीट की इसकी लचीली ताकत लगभग 20% बढ़ जाती है, और एलएसएफआरसी की तुलना में, इसकी लचीली ताकत 2.6% बढ़ जाती है, लेकिन इसका कंक्रीट के लचीली लोचदार मापांक पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। एलएचएफआरसी का फ्लेक्सुरल इलास्टिक मापांक सादे कंक्रीट की तुलना में 1.3% अधिक और एलएसएफआरसी की तुलना में 0.3% कम है। एलएचएफआरसी कंक्रीट की लचीली कठोरता को भी महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है, और इसका लचीली कठोरता सूचकांक सादे कंक्रीट का लगभग 8 गुना और एलएसएफआरसी का 1.3 गुना है। इसके अलावा, कंक्रीट में एलएचएफआरसी में दो या दो से अधिक फाइबर के अलग-अलग प्रदर्शन के कारण, इंजीनियरिंग आवश्यकताओं के अनुसार, कंक्रीट में सिंथेटिक फाइबर और स्टील फाइबर के सकारात्मक संकर प्रभाव का उपयोग लचीलापन, स्थायित्व, क्रूरता, दरार ताकत में काफी सुधार करने के लिए किया जा सकता है। , सामग्री की लचीली ताकत और तन्य शक्ति, सामग्री की गुणवत्ता में सुधार करती है और सामग्री की सेवा जीवन को बढ़ाती है।

——सार (शांक्सी वास्तुकला, खंड 38, संख्या 11, चेन हुईकिंग)