Le béton armé en fibre d'acier (SFRC) est un nouveau type de matériau composite qui peut être versé et pulvérisé en ajoutant une quantité appropriée de fibres d'acier courte dans le béton ordinaire. Il s'est développé rapidement au pays et à l'étranger ces dernières années. Il surmonte les lacunes d'une faible résistance à la traction, d'un petit allongement ultime et d'une propriété cassante du béton. Il a d'excellentes propriétés telles que la résistance à la traction, la résistance à la flexion, la résistance au cisaillement, la résistance aux fissures, la résistance à la fatigue et la forte ténacité. Il a été appliqué dans l'ingénierie hydraulique, la route et le pont, la construction et d'autres domaines d'ingénierie.

 

一．Développement du béton armé en fibres d'acier

 

Le béton armé en fibre (FRC) est l'abréviation du béton armé par la fibre. Il s'agit généralement d'un composite à base de ciment composé de pâte de ciment, de mortier ou de béton et de fibres métalliques, de fibres inorganiques ou de matériaux renforcés en fibres organiques. Il s'agit d'un nouveau matériau de construction formé par une dispersion uniformément des fibres courtes et fines avec une résistance à la traction élevée, un allongement ultime élevé et une résistance aux alcalins élevée dans la matrice de béton. Les fibres en béton peuvent limiter la génération de fissures précoces dans le béton et l'expansion supplémentaire des fissures sous l'action de la force externe, surmonter efficacement les défauts inhérents tels que la faible résistance à la traction, la fissuration facile et la mauvaise résistance à la fatigue du béton et améliorer considérablement les performances d'imperméabilité, d'étanchéité, de résistance au gel et de protection d'armature du béton. Le béton armé en fibre, en particulier le béton armé en fibre d'acier, a attiré de plus en plus d'attention dans les milieux académiques et d'ingénierie en génie pratique en raison de ses performances supérieures. 1907 Expert soviétique B п. Hekpocab a commencé à utiliser le béton armé en fibre métallique; En 1910, HF Porter a publié un rapport de recherche sur le béton armé de fibres courtes, suggérant que les fibres en acier courtes devraient être uniformément dispersées en béton pour renforcer les matériaux matriciels; En 1911, Graham des États-Unis a ajouté des fibres d'acier dans le béton ordinaire pour améliorer la résistance et la stabilité du béton; Dans les années 40, les États-Unis, la Grande-Bretagne, la France, l'Allemagne, le Japon et d'autres pays avaient fait de nombreuses recherches sur l'utilisation de la fibre d'acier pour améliorer la résistance à l'usure et la résistance aux fissures du béton, la technologie de fabrication du béton en fibres d'acier et l'amélioration du béton forme de fibres d'acier pour améliorer la résistance de la liaison entre la fibre et la matrice de béton; En 1963, JP Romualdi et GB Batson ont publié un article sur le mécanisme de développement des fissures du béton confiné en fibres d'acier et ont avancé la conclusion que la résistance à la fissure du béton armé des fibres d'acier est déterminée par l'espacement moyen des fibres d'acier qui joue un rôle efficace dans la contrainte de traction (théorie de l'espacement des fibres), commençant ainsi le stade de développement pratique de ce nouveau matériau composite. Jusqu'à présent, avec la vulgarisation et l'application du béton armé en fibres d'acier, en raison de la distribution différente des fibres dans le béton, il existe principalement quatre types: le béton armé en fibre d'acier, le béton armé en fibre en acier en couches et les fibres hybrides en couches en acier en couche béton armé.

 

二.Mécanisme de renforcement du béton armé des fibres d'acier

 

1. Théorie de la mécanique composée. La théorie de la mécanique composite est basée sur la théorie des composites de fibres continues et combinée avec les caractéristiques de distribution des fibres d'acier dans le béton. Dans cette théorie, les composites sont considérés comme des composites biphasés avec une fibre comme une phase et une matrice comme l'autre phase.

 

Théorie de l'espacement des fibres. La théorie de l'espacement des fibres, également connu sous le nom de théorie de la résistance aux fissures, est proposée sur la base d'une mécanique de fracture élastique linéaire. Cette théorie soutient que l'effet de renforcement des fibres n'est lié qu'à l'espacement des fibres uniformément distribué (espacement minimum).

 

三．Analyse de l'état de développement du béton armé en fibres d'acier

 

1.Béton armé en fibre d'acier.Le béton armé en fibre d'acier est une sorte de béton armé relativement uniforme et multidirectionnel formé en ajoutant une petite quantité d'acier à faible teneur en carbone, d'acier inoxydable et de fibres FRP dans du béton ordinaire. La quantité de mélange de fibres d'acier est généralement de 1% ~ 2% en volume, tandis que 70 ~ 100 kg de fibre d'acier est mélangée dans chaque mètre cube de béton en poids. La longueur de la fibre d'acier doit être de 25 à 60 mm, le diamètre doit être de 0,25 à 1,25 mm, et le meilleur rapport de longueur à diamètre doit être de 50 à 700. Par rapport au béton ordinaire, il peut non seulement améliorer la traction, le cisaillement, la flexion de la flexion , la résistance à l'usure et aux fissures, mais améliore également considérablement la résistance à la ténacité et à l'impact de la fracture du béton, et améliorent considérablement la résistance à la fatigue et la durabilité de la structure, en particulier la ténacité peut être augmenté de 10 à 20 fois. Les propriétés mécaniques du béton armé en fibre d'acier et du béton ordinaire sont comparées en Chine. Lorsque la teneur en fibre d'acier est de 15% ~ 20% et que le rapport de ciment d'eau est de 0,45, la résistance à la traction augmente de 50% ~ 70%, la résistance à la flexion augmente de 120% ~ 180%, la résistance à l'impact augmente de 10 ~ 20 Les temps, l'impact de la résistance à la fatigue augmente de 15 ~ 20 fois, la ténacité à la flexion augmente de 14 ~ 20 fois, et la résistance à l'usure est également considérablement améliorée. Par conséquent, le béton armé en fibre d'acier a de meilleures propriétés physiques et mécaniques que le béton ordinaire.

2.Géton de fibre hybride. Les données de recherche pertinentes montrent que les fibres d'acier ne favorisent pas de manière significative la résistance à la compression du béton, ni même la réduisent; Par rapport au béton ordinaire, il y a des vues positives et négatives (augmenter et diminuer) ou même intermédiaires sur l'imperméabilité, la résistance à l'usure, l'impact et la résistance à l'usure du béton armé des fibres d'acier et la prévention du retrait précoce du plastique du béton. De plus, le béton armé en fibre d'acier a quelques problèmes, tels que la dose importante, le prix élevé, la rouille et presque aucune résistance à l'éclatement causée par le feu, ce qui a affecté son application à des degrés divers. Ces dernières années, certains érudits nationaux et étrangers ont commencé à prêter attention au béton de fibres hybrides (HFRC), essayant de mélanger les fibres avec différentes propriétés et avantages, apprendre les uns des autres et donner un jeu à "l'effet hybride positif" à différents niveaux et Chargement des étapes pour améliorer diverses propriétés du béton, afin de répondre aux besoins de différents projets. However, with regard to its various mechanical properties, especially its fatigue deformation and fatigue damage, deformation development law and damage characteristics under static and dynamic loads and constant amplitude or variable amplitude cyclic loads, the optimal mixing amount and mixing proportion of fiber, the relationship Entre les composants des matériaux composites, l'effet de renforcement et le mécanisme de renforcement, les performances anti-fatigue, le mécanisme de défaillance et la technologie de construction, les problèmes de conception de la proportion de mélange doivent être étudié plus loin.

3. Béton armé des fibres en acier.Le béton armé des fibres monolithiques n'est pas facile à mélanger uniformément, la fibre est facile à agglomérer, la quantité de fibres est importante et le coût est relativement élevé, ce qui affecte sa large application. Grâce à un grand nombre de pratiques d'ingénierie et de recherche théorique, un nouveau type de structure en fibres d'acier, le béton armé en fibre de fibre en acier (LSFRC), est proposé. Une petite quantité de fibres d'acier est répartie uniformément sur les surfaces supérieures et inférieures de la dalle de route, et le milieu est toujours une couche de béton ordinaire. La fibre d'acier dans le LSFRC est généralement distribuée manuellement ou mécaniquement. La fibre d'acier est longue et le rapport diamètre de longueur se situe généralement entre 70 à 120, montrant une distribution bidimensionnelle. Sans affecter les propriétés mécaniques, ce matériau réduit non seulement considérablement la quantité de fibres d'acier, mais évite également le phénomène d'agglomération des fibres dans le mélange du béton intégré renforcé de fibres. De plus, la position de la couche de fibres d'acier dans le béton a un grand impact sur la résistance à la flexion du béton. L'effet d'armature de la couche de fibres d'acier au bas du béton est le meilleur. Avec la position de la couche de fibres d'acier se déplaçant, l'effet d'armature diminue considérablement. La résistance à la flexion du LSFRC est supérieure à 35% plus élevée que celle du béton ordinaire avec la même proportion de mélange, qui est légèrement inférieure à celle du béton intégré en fibre de fibre d'acier. Cependant, le LSFRC peut économiser beaucoup de coût matériel, et il n'y a aucun problème à mélanger difficile. Par conséquent, le LSFRC est un nouveau matériel avec de bons avantages sociaux et économiques et de larges perspectives d'application, qui méritent la vulgarisation et l'application dans la construction de la chaussée.

 

4.Béton à fibres hybrides en couches.Le béton armé en fibre hybride de couche (LHFRC) est un matériau composite formé en ajoutant 0,1% de fibre de polypropylène sur la base du LSFRC et en distribuant uniformément un grand nombre de fibres de polypropylène fin et courtes avec une résistance à haute traction et une allonge ultime élevée dans le haut et le plus bas en acier en acier supérieur et inférieur Le béton en fibre et le béton ordinaire dans la couche intermédiaire. Il peut surmonter la faiblesse de la couche de béton ordinaire intermédiaire LSFRC et empêcher les risques de sécurité potentiels après que la fibre d'acier de surface soit usée. LHFRC peut améliorer considérablement la résistance à la flexion du béton. Comparé au béton ordinaire, sa résistance à la flexion du béton ordinaire est augmentée d'environ 20%, et par rapport au LSFRC, sa résistance à la flexion est augmentée de 2,6%, mais elle a peu d'effet sur le module élastique en flexion du béton. Le module élastique à la flexion de LHFRC est 1,3% plus élevé que celui du béton ordinaire et 0,3% inférieur à celui du LSFRC. Le LHFRC peut également améliorer considérablement la ténacité à la flexion du béton, et son indice de ténacité à la flexion est environ 8 fois celle du béton ordinaire et 1,3 fois celle du LSFRC. De plus, en raison des performances différentes de deux ou plusieurs fibres dans le LHFRC dans le béton, selon les besoins d'ingénierie, l'effet hybride positif de la fibre synthétique et des fibres d'acier dans le béton peut être utilisée pour améliorer considérablement la ductilité, la durabilité, la ténacité, la résistance aux fissures , résistance à la flexion et résistance à la traction du matériau, améliorer la qualité du matériau et prolonger la durée de vie du matériau.

——Résumé (Shanxi Architecture, Vol. 38, n ° 11, Chen Huiqing)