Grundlegende Theorie von Stahlfaserbeton

Stahlfasern in Beton schränken hauptsächlich die Ausdehnung von Betonrissen ein, sodass ihre Zug-, Biege- und Scherfestigkeit im Vergleich zu gewöhnlichem Beton erheblich verbessert werden. Seine Schlagfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Zähigkeit nach Rissbildung und Haltbarkeit sind ebenfalls stark verbessert. Es kann den ursprünglich spröden Beton in einen Verbundwerkstoff mit bestimmten plastischen Eigenschaften verwandeln.

Ⅰ. Die Faserabstandstheorie von stahlfaserbewehrtem Beton

Die Faserabstandstheorie, auch als Faserrisswiderstandstheorie bekannt, wurde von J.P.Romualdi und J.B.Batson in 1963. Nach der Theorie der linear elastischen Bruchmechanik erklärt die Theorie die Hemmwirkung von Fasern auf die Entstehung und Entwicklung von Rissen. Es wird angenommen, dass es zur Erhöhung der Zugfestigkeit von Beton, einem spröden Material mit inneren Defekten, notwendig ist, die Größe der inneren Defekte so weit wie möglich zu reduzieren und die Zähigkeit zu verbessern. Reduzieren Sie die Spannungsintensität und -konzentration an der Rissspitze. Daher werden Stahlfasern verwendet, um die Risse zu verbinden. Beim Spannen übertragen die die Risse überquerenden Fasern die Last auf die Ober- und Unterseite der Risse, so dass die Materialien an den Rissen die Last weiterhin tragen können. Auf diese Weise wird die Spannungskonzentration am Rand des Lochs aufgrund des Auftretens von Rissen gemildert. Je kleiner der Abstand zwischen den Stahlfasern ist, desto größer ist bei zunehmender Anzahl überbrückender Rissfasern die Spannungskonzentration an der Rissspitze und umso größer das Gegenspannungsfeld an der Rissspitze. Wenn die Anzahl der Fasern zunimmt und dicht in den Rissen verteilt ist, verschwindet die Spannungskonzentration, was weiter auf die Antirisswirkung der Faser hinweist, dh im Prozess der Bildung der Verbundmaterialstruktur und des Spannungsversagens verbessert sie sich effektiv die Rissbeständigkeit des Verbundmaterials vor und nach Belastung. Die Fähigkeit zur Initiierung und Expansion kann den Zweck der Verstärkung und Zähigkeit von Beton durch Stahlfasern erreichen.

Ⅱ. Die Scherverzögerungstheorie der Grenzflächenspannungsübertragung in Stahlfaserbeton

In Stahlfaserbeton unterscheidet sich die Zementmatrixstruktur um die Stahlfaser herum von ihrer eigenen Struktur , das heißt, es gibt eine Zwischenschicht zwischen der Stahlfaser und der Matrix. Die Leistung von Stahlfaserbeton hängt hauptsächlich von der Leistung der Betonmatrix, dem Gehalt an Stahlfasern und den Eigenschaften der Grenzfläche zwischen ihnen ab. Es wird angenommen, dass die Grenzfläche eine dünne Schicht mit vernachlässigbarer Dicke, aber mit bestimmten mechanischen Eigenschaften ist. Wenn eine Last auf den Stahlfaserbeton aufgebracht wird, wird die Last im Allgemeinen zuerst auf die Matrix mit niedrigem Elastizitätsmodul aufgebracht, und dann wird ein Teil der Last durch die Faser-Matrix-Grenzfläche auf die Faser mit hohem Elastizitätsmodul übertragen, so dass die Faser und die Matrix die Last teilen, um das Lagergewicht zu erhöhen.