鋼繊維強化コンクリート（SFRC）は、一般コンクリートに適量の短鋼繊維を添加し、注入・吹き付けが可能な新しいタイプの複合材料です。近年、国内外で急速に発展しています。コンクリートの低い引張強さ、小さい極限伸び、脆い特性という欠点を克服します。引張強さ、耐屈曲性、耐せん断性、耐クラック性、耐疲労性、高靭性などの優れた特性を持っています。これは、水力工学、道路橋梁、建設、その他の工学分野に応用されています。
1. 鋼繊維鉄筋コンクリートの開発
繊維強化コンクリート（FRC）とは繊維強化コンクリートの略称です。通常、セメントペースト、モルタルまたはコンクリートと金属繊維、無機繊維または有機繊維強化材料で構成されるセメントベースの複合材料です。引張強さ、極限伸び、耐アルカリ性に優れた短く微細な繊維をコンクリート母材中に均一に分散させた新しい建材です。コンクリート中の繊維は、コンクリートの初期ひび割れの発生と外力の作用によるひび割れのさらなる拡大を制限し、引張強度が低い、ひび割れしやすい、耐疲労性が低いなどのコンクリート固有の欠陥を効果的に克服し、性能を大幅に向上させます。コンクリートの不透水性、防水性、耐凍害性および補強保護の効果。繊維強化コンクリート、特に鋼繊維強化コンクリートは、その優れた性能から学界や工学界、実践工学界でますます注目を集めています。 1907 年ソ連の専門家 B П.ヘクポキャブは金属繊維強化コンクリートの使用を開始しました。 1910 年、HF ポーターは短繊維強化コンクリートに関する研究報告を発表し、マトリックス材料を強化するには短鋼繊維をコンクリート中に均一に分散させる必要があると示唆しました。 1911 年、米国のグラハムは、コンクリートの強度と安定性を向上させるために、通常のコンクリートに鋼繊維を添加しました。 1940年代までに、アメリカ、イギリス、フランス、ドイツ、日本などは、コンクリートの耐摩耗性や耐ひび割れ性を改善するためのスチールファイバーの使用、スチールファイバーコンクリートの製造技術、およびコンクリートの強度を向上させることについて多くの研究を行ってきました。繊維とコンクリートマトリックスの間の接着強度を向上させるための鋼繊維の形状。 1963年、JP romualdiとGB Batsonは、鋼繊維拘束コンクリートの亀裂進展メカニズムに関する論文を発表し、鋼繊維強化コンクリートの亀裂強度は有効な役割を果たす鋼繊維の平均間隔によって決定されるという結論を提唱しました。これにより、この新しい複合材料の実用的な開発段階が始まります。現在まで、鋼繊維強化コンクリートの普及と応用に伴い、コンクリート中の繊維の分布の違いにより、主に鋼繊維強化コンクリート、ハイブリッド繊維強化コンクリート、層状鋼繊維強化コンクリート、層状ハイブリッド繊維の4種類があります。鉄筋コンクリート。
2. 鋼繊維鉄筋コンクリートの強化メカニズム
(1)複合力学理論。複合力学の理論は、連続繊維複合材の理論に基づいており、コンクリート中の鋼繊維の分布特性と組み合わせられています。この理論では、複合材料は、一方の相として繊維、もう一方の相としてマトリックスを有する二相複合材料と見なされます。
(2)繊維間隔理論。耐亀裂理論としても知られる繊維間隔理論は、線形弾性破壊力学に基づいて提案されています。この理論では、繊維の強化効果は均一に分布した繊維間隔 (最小間隔) にのみ関係すると考えられます。
3. 鋼繊維鉄筋コンクリートの開発状況の分析
1.鋼繊維鉄筋コンクリート。鋼繊維強化コンクリートは、通常のコンクリートに少量の低炭素鋼、ステンレス鋼、FRP繊維を添加して形成される、比較的均一な多方向鉄筋コンクリートの一種です。鋼繊維の配合量は一般に体積比で1%～2%、コンクリート1立方メートルあたり重量換算で70～100kgの鋼繊維が配合されます。鋼繊維の長さは25〜60mm、直径は0.25〜1.25mm、長さと直径の最適な比率は50〜700でなければなりません。通常のコンクリートと比較して、引張、せん断、曲げを向上させるだけでなく、 、耐摩耗性と耐ひび割れ性だけでなく、コンクリートの破壊靱性と耐衝撃性も大幅に向上させ、構造物の耐疲労性と耐久性を大幅に向上させ、特に靱性を10〜20倍高めることができます。中国における鋼繊維鉄筋コンクリートと普通コンクリートの力学特性を比較した。鋼繊維含有量が15%～20%、水セメント比が0.45の場合、引張強さは50%～70%増加、曲げ強さは120%～180%増加、衝撃強さは10～20%増加します。衝撃疲労強度は15～20倍、曲げ靱性は14～20倍となり、耐摩耗性も大幅に向上します。したがって、鋼繊維強化コンクリートは、無筋コンクリートよりも優れた物理的および機械的特性を備えています。
4. ハイブリッドファイバーコンクリート
関連する研究データによると、鋼繊維はコンクリートの圧縮強度を大幅に向上させず、さらには低下させないことが示されています。無筋コンクリートと比較して、鋼繊維鉄筋コンクリートの不透水性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐摩耗性、コンクリートの早期塑性収縮の防止については、プラスとマイナス（増加と減少）、または中間の見解さえあります。また、鋼繊維鉄筋コンクリートは、用量が多い、価格が高い、錆びる、火災による破裂耐性がほとんどないなどの問題があり、多かれ少なかれ用途に影響を与えています。近年、国内外の一部の学者がハイブリッドファイバーコンクリート（HFRC）に注目し始めており、異なる特性と利点を持つファイバーを混合し、互いに学び、さまざまなレベルで「ポジティブなハイブリッド効果」を発揮しようとしています。さまざまなプロジェクトのニーズを満たすために、コンクリートのさまざまな特性を強化するためのローディングステージ。しかし、その様々な機械的性質、特に疲労変形と疲労損傷、静的荷重と動荷重、定振幅または可変振幅繰返し荷重下での変形発展則と損傷特性、最適な繊維の混合量と混合割合、およびその関係については、複合材料の成分間の関係、強化効果と強化メカニズム、耐疲労性能、破壊メカニズムと建設技術など、混合比率設計の問題をさらに研究する必要があります。
5. 積層鋼繊維鉄筋コンクリート
モノリシック繊維強化コンクリートは、均一に混合するのが難しく、繊維が凝集しやすく、繊維の量が多く、コストが比較的高いため、幅広い用途に影響を及ぼします。多数の工学的実践と理論的研究を通じて、新しいタイプの鋼繊維構造である層鋼繊維強化コンクリート (LSFRC) が提案されています。道路版の上面と下面には少量の鋼繊維が均等に分布しており、中央はまだ無地のコンクリート層です。 LSFRC の鋼繊維は通常、手動または機械で分配されます。鋼繊維は長く、長さ直径比は一般に70～120の間であり、二次元的な分布を示します。この材料は、機械的特性に影響を与えることなく、鋼繊維の量を大幅に削減するだけでなく、一体型繊維強化コンクリートを混合する際の繊維凝集現象を回避します。また、コンクリート中の鋼繊維層の位置もコンクリートの曲げ強度に大きな影響を与えます。コンクリート底部の鋼繊維層の補強効果が最も優れています。鋼繊維層の位置が上に移動すると、補強効果が著しく低下します。 LSFRC の曲げ強度は、同じ配合割合の普通コンクリートよりも 35% 以上高く、一体型鋼繊維強化コンクリートよりはわずかに低くなります。しかし、LSFRCは材料費を大幅に節約でき、混合が難しいという問題もありません。したがって、LSFRCは良好な社会的および経済的利益と幅広い応用の見通しを備えた新材料であり、舗装建設における普及と応用に価値があります。
6. 積層ハイブリッドファイバーコンクリート
層状ハイブリッド繊維強化コンクリート（LHFRC）は、LSFRCをベースにポリプロピレン繊維を0.1％添加し、引張強さと極限伸びの高い細くて短いポリプロピレン繊維を上下鋼材に多数均一に分散させた複合材料です。ファイバーコンクリートと中間層の普通コンクリート。これにより、LSFRC中間層の普通コンクリート層の弱点を克服し、表面の鋼繊維が摩耗した後の潜在的な安全上の危険を防ぐことができます。 LHFRC はコンクリートの曲げ強度を大幅に向上させることができます。無筋コンクリートと比較すると、無筋コンクリートの曲げ強度は約20％、LSFRCと比較すると約2.6％向上しますが、コンクリートの曲げ弾性率にはほとんど影響がありません。 LHFRC の曲げ弾性率は、普通コンクリートより 1.3% 高く、LSFRC より 0.3% 低くなります。 LHFRC はコンクリートの曲げ靱性を大幅に向上させることもでき、その曲げ靱性指数は普通コンクリートの約 8 倍、LSFRC の約 1.3 倍です。さらに、コンクリート中のLHFRCの2つ以上の繊維の異なる性能により、エンジニアリングのニーズに応じて、コンクリート中の合成繊維と鋼繊維のプラスのハイブリッド効果を利用して、延性、耐久性、靱性、ひび割れ強度を大幅に向上させることができます。 、材料の曲げ強度と引張強度が向上し、材料の品質が向上し、材料の耐用年数が長くなります。
——抄録（山西省建築、第 38 巻、第 11 号、陳慧清）
投稿日時: 2022 年 8 月 24 日