स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट (एसएफआरसी) एक नए प्रकार का मिश्रित पदार्थ है जिसे साधारण कंक्रीट में उचित मात्रा में छोटे स्टील फाइबर मिलाकर ढाला और छिड़का जा सकता है। हाल के वर्षों में देश और विदेश में इसका तेजी से विकास हुआ है। यह कंक्रीट की कम तन्यता शक्ति, कम अंतिम विस्तारण और भंगुरता जैसी कमियों को दूर करता है। इसमें तन्यता शक्ति, बेंडिंग प्रतिरोध, कतरनी प्रतिरोध, दरार प्रतिरोध, थकान प्रतिरोध और उच्च कठोरता जैसे उत्कृष्ट गुण हैं। इसका उपयोग जल इंजीनियरिंग, सड़क और पुल निर्माण, निर्माण और अन्य इंजीनियरिंग क्षेत्रों में किया जाता है।

 

一．स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट का विकास

 

फाइबर प्रबलित कंक्रीट (FRC) फाइबर प्रबलित कंक्रीट का संक्षिप्त रूप है। यह आमतौर पर सीमेंट आधारित मिश्रित सामग्री होती है जो सीमेंट पेस्ट, मोर्टार या कंक्रीट और धातु फाइबर, अकार्बनिक फाइबर या कार्बनिक फाइबर प्रबलित सामग्रियों से बनी होती है। यह एक नई निर्माण सामग्री है जो कंक्रीट मैट्रिक्स में उच्च तन्यता शक्ति, उच्च अंतिम विस्तारण और उच्च क्षार प्रतिरोध वाले छोटे और महीन फाइबर को समान रूप से फैलाकर बनाई जाती है। कंक्रीट में फाइबर कंक्रीट में प्रारंभिक दरारों के निर्माण और बाहरी बल के प्रभाव में दरारों के आगे विस्तार को सीमित कर सकता है, कंक्रीट की कम तन्यता शक्ति, आसानी से दरार पड़ने और खराब थकान प्रतिरोध जैसे अंतर्निहित दोषों को प्रभावी ढंग से दूर कर सकता है, और कंक्रीट की अभेद्यता, जलरोधक, ठंड प्रतिरोध और सुदृढीकरण संरक्षण के प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकता है। फाइबर प्रबलित कंक्रीट, विशेष रूप से स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट, अपने बेहतर प्रदर्शन के कारण व्यावहारिक इंजीनियरिंग में अकादमिक और इंजीनियरिंग क्षेत्रों में तेजी से ध्यान आकर्षित कर रहा है। 1907 में सोवियत विशेषज्ञ बी. पी. हेकपोकाब ने धातु फाइबर प्रबलित कंक्रीट का उपयोग शुरू किया; 1910 में, एच.एफ. पोर्टर ने लघु तंतु प्रबलित कंक्रीट पर एक शोध रिपोर्ट प्रकाशित की, जिसमें सुझाव दिया गया कि मैट्रिक्स सामग्री को मजबूत करने के लिए लघु इस्पात तंतुओं 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 इस्पात तंतु मिलाया; 1940 के दशक तक, संयुक्त राज्य अमेरिका, ब्रिटेन, फ्रांस, जर्मनी, जापान और अन्य देशों ने कंक्रीट के घिसाव प्रतिरोध और दरार प्रतिरोध में सुधार के लिए इस्पात तंतु के उपयोग, इस्पात तंतु कंक्रीट की निर्माण तकनीक और तंतु और कंक्रीट मैट्रिक्स के बीच बंधन शक्ति को बढ़ाने के लिए इस्पात तंतु के आकार में सुधार पर बहुत शोध किया था; 1963 में, जे.पी. रोमुआल्डी और जी.बी. बैटसन ने इस्पात तंतु परिसीमित कंक्रीट के दरार विकास तंत्र पर एक शोध पत्र प्रकाशित किया, और यह निष्कर्ष प्रस्तुत किया कि इस्पात तंतु प्रबलित कंक्रीट की दरार शक्ति इस्पात तंतुओं के औसत अंतराल द्वारा निर्धारित होती है जो तन्यता तनाव में प्रभावी भूमिका निभाती है (तंतु रिक्ति सिद्धांत), इस प्रकार इस नई मिश्रित सामग्री के व्यावहारिक विकास चरण की शुरुआत हुई। अब तक, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट के प्रचलन और अनुप्रयोग के साथ, कंक्रीट में फाइबर के विभिन्न वितरण के कारण, मुख्य रूप से चार प्रकार 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 की मजबूती की प्रक्रिया

 

1. मिश्रित यांत्रिकी सिद्धांत। मिश्रित यांत्रिकी का सिद्धांत सतत फाइबर मिश्रित पदार्थों के सिद्धांत पर आधारित है और कंक्रीट में स्टील फाइबर के वितरण की विशेषताओं को इसमें शामिल किया गया है। इस सिद्धांत में, मिश्रित पदार्थों को दो-चरणीय मिश्रित पदार्थ माना जाता है, जिसमें फाइबर एक चरण और मैट्रिक्स दूसरा चरण होता है।

 

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

 

三．स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट की विकास स्थिति पर विश्लेषण

 

1.स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट।स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट एक प्रकार का अपेक्षाकृत एकसमान और बहु-दिशात्मक प्रबलित कंक्रीट है, जिसे साधारण कंक्रीट में थोड़ी मात्रा में कम कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील और एफआरपी फाइबर मिलाकर बनाया जाता है। स्टील फाइबर की मिश्रण मात्रा आमतौर पर आयतन के अनुसार 1% से 2% होती है, जबकि प्रत्येक घन मीटर कंक्रीट में वजन के अनुसार 70 से 100 किलोग्राम स्टील फाइबर मिलाया जाता है। स्टील फाइबर की लंबाई 25 से 60 मिमी, व्यास 0.25 से 1.25 मिमी होना चाहिए, और लंबाई और व्यास का सर्वोत्तम अनुपात 50 से 700 होना चाहिए। साधारण कंक्रीट की तुलना में, यह न केवल तन्यता, अपरूपण, झुकाव, घिसाव और दरार प्रतिरोध को बेहतर बनाता है, बल्कि कंक्रीट की फ्रैक्चर कठोरता और प्रभाव प्रतिरोध को भी काफी हद तक बढ़ाता है, और संरचना के थकान प्रतिरोध और स्थायित्व में उल्लेखनीय सुधार करता है, विशेष रूप से कठोरता को 10 से 20 गुना तक बढ़ाया जा सकता है। चीन में स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट और साधारण कंक्रीट के यांत्रिक गुणों की तुलना की गई है। जब स्टील फाइबर की मात्रा 15% से 20% और जल-सीमेंट अनुपात 0.45 होता है, तो तन्यता सामर्थ्य में 50% से 70% की वृद्धि होती है, तन्यता सामर्थ्य में 120% से 180% की वृद्धि होती है, प्रभाव सामर्थ्य में 10 से 20 गुना वृद्धि होती है, प्रभाव थकान सामर्थ्य में 15 से 20 गुना वृद्धि होती है, तन्यता कठोरता में 14 से 20 गुना वृद्धि होती है, और घिसाव प्रतिरोध में भी उल्लेखनीय सुधार होता है। अतः, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट के भौतिक और यांत्रिक गुण साधारण कंक्रीट की तुलना में बेहतर होते हैं।

2. हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट। प्रासंगिक शोध आंकड़ों से पता चलता है कि स्टील फाइबर कंक्रीट की संपीडन शक्ति को उल्लेखनीय रूप से नहीं बढ़ाता है, बल्कि इसे कम भी कर सकता है; साधारण कंक्रीट की तुलना में, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट की अभेद्यता, घिसाव प्रतिरोध, प्रभाव और घिसाव प्रतिरोध तथा कंक्रीट के शीघ्र प्लास्टिक संकुचन की रोकथाम के संबंध में सकारात्मक और नकारात्मक (वृद्धि और कमी) या मध्यवर्ती दृष्टिकोण भी देखे जा सकते हैं। इसके अतिरिक्त, स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट में कुछ समस्याएं हैं, जैसे कि अधिक मात्रा, उच्च कीमत, जंग लगना और आग से होने वाले विस्फोट के प्रति लगभग नगण्य प्रतिरोध, जिसने इसके अनुप्रयोग को विभिन्न स्तरों पर प्रभावित किया है। हाल के वर्षों में, कुछ घरेलू और विदेशी विद्वानों ने हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट (एचएफआरसी) पर ध्यान देना शुरू कर दिया है, विभिन्न गुणों और लाभों वाले फाइबर को मिलाकर, एक दूसरे से सीखकर, विभिन्न स्तरों और भार चरणों पर "सकारात्मक हाइब्रिड प्रभाव" का उपयोग करके कंक्रीट के विभिन्न गुणों को बढ़ाने का प्रयास कर रहे हैं, ताकि विभिन्न परियोजनाओं की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके। हालांकि, इसके विभिन्न यांत्रिक गुणों, विशेष रूप से थकान विरूपण और थकान क्षति, विरूपण विकास नियम और स्थिर और गतिशील भार तथा स्थिर आयाम या परिवर्तनीय आयाम चक्रीय भार के तहत क्षति विशेषताओं, फाइबर की इष्टतम मिश्रण मात्रा और मिश्रण अनुपात, मिश्रित सामग्रियों के घटकों के बीच संबंध, सुदृढ़ीकरण प्रभाव और सुदृढ़ीकरण तंत्र, थकान-रोधी प्रदर्शन, विफलता तंत्र और निर्माण तकनीक के संबंध में, मिश्रण अनुपात डिजाइन की समस्याओं का आगे अध्ययन करने की आवश्यकता है।

3. स्तरित स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट।मोनोलिथिक फाइबर प्रबलित कंक्रीट को समान रूप से मिलाना आसान नहीं होता, फाइबर आसानी से गुच्छे बना लेते हैं, फाइबर की मात्रा अधिक होती है और लागत अपेक्षाकृत अधिक होती है, जिससे इसके व्यापक उपयोग पर असर पड़ता है। इंजीनियरिंग अभ्यास और सैद्धांतिक अनुसंधान के व्यापक अनुभव के आधार पर, स्टील फाइबर संरचना का एक नया प्रकार, परतदार स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट (LSFRC) प्रस्तावित किया गया है। सड़क की ऊपरी और निचली सतहों पर थोड़ी मात्रा में स्टील फाइबर समान रूप से वितरित किया जाता है, जबकि मध्य भाग में कंक्रीट की एक सादी परत होती है। LSFRC में स्टील फाइबर को आमतौर पर मैन्युअल या यांत्रिक रूप से वितरित किया जाता है। स्टील फाइबर लंबे होते हैं, और लंबाई-व्यास अनुपात आमतौर पर 70 से 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 करती है, बल्कि इंटीग्रल फाइबर प्रबलित कंक्रीट के मिश्रण में फाइबर के गुच्छे बनने की समस्या से भी बचाती है। इसके अलावा, कंक्रीट में स्टील फाइबर परत की स्थिति कंक्रीट की तन्यता शक्ति पर बहुत प्रभाव डालती है। कंक्रीट के तल में स्टील फाइबर परत का सुदृढ़ीकरण प्रभाव सर्वोत्तम होता है। स्टील फाइबर परत की स्थिति ऊपर की ओर बढ़ने के साथ, सुदृढ़ीकरण प्रभाव काफी कम हो जाता है। समान मिश्रण अनुपात वाले साधारण कंक्रीट की तुलना में एलएसएफआरसी की फ्लेक्सुरल सामर्थ्य 35% से अधिक होती है, जो कि पूर्ण स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट से थोड़ी कम है। हालांकि, एलएसएफआरसी से सामग्री की लागत में काफी बचत होती है और मिश्रण की कोई समस्या नहीं होती है। इसलिए, एलएसएफआरसी एक नई सामग्री है जिसके अच्छे सामाजिक और आर्थिक लाभ हैं और व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं, जो सड़क निर्माण में इसके प्रसार और अनुप्रयोग के योग्य है।

 

4.स्तरित हाइब्रिड फाइबर कंक्रीट।लेयर हाइब्रिड फाइबर प्रबलित कंक्रीट (एलएचएफआरसी) एक मिश्रित सामग्री है जो एलएसएफआरसी के आधार पर 0.1% पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर मिलाकर बनाई जाती है। इसमें उच्च तन्यता शक्ति और उच्च अंतिम विस्तारण क्षमता वाले महीन और छोटे पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर को ऊपरी और निचली स्टील फाइबर कंक्रीट में और मध्य परत में सादे कंक्रीट में समान रूप से वितरित किया जाता है। यह एलएसएफआरसी की मध्यवर्ती सादे कंक्रीट परत की कमजोरी को दूर कर सकता है और सतह के स्टील फाइबर के घिस जाने के बाद संभावित सुरक्षा खतरों को रोक सकता है। एलएचएफआरसी कंक्रीट की फ्लेक्सुरल शक्ति को काफी हद तक बढ़ा सकता है। सादे कंक्रीट की तुलना में, इसकी फ्लेक्सुरल शक्ति लगभग 20% बढ़ जाती है, और एलएसएफआरसी की तुलना में, यह 2.6% बढ़ जाती है, लेकिन कंक्रीट के फ्लेक्सुरल प्रत्यास्थता मापांक पर इसका बहुत कम प्रभाव पड़ता है। एलएचएफआरसी का फ्लेक्सुरल प्रत्यास्थता मापांक सादे कंक्रीट की तुलना में 1.3% अधिक और एलएसएफआरसी की तुलना में 0.3% कम होता है। एलएचएफआरसी कंक्रीट की फ्लेक्सुरल टफनेस को भी काफी हद तक बढ़ा सकता है, और इसका फ्लेक्सुरल टफनेस इंडेक्स सादे कंक्रीट से लगभग 8 गुना और एलएसएफआरसी से 1.3 गुना अधिक 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 हाइब्रिड प्रभाव का उपयोग करके सामग्री की डक्टिलिटी, ड्यूरेबिलिटी, टफनेस, क्रैक स्ट्रेंथ, फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ और टेन्साइल स्ट्रेंथ में काफी सुधार किया जा सकता है, जिससे सामग्री की गुणवत्ता में वृद्धि होती है और सामग्री का सेवा जीवन लंबा होता है।

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