Σκυρόδεμα από πολυπροπυλενικές ίνες

Οι συνηθισμένες ίνες πολυπροπυλενίου έχουν χαμηλή αντοχή στη γήρανση και τείνουν να σχηματίζουν συστάδες κατά την ανάμιξη του σκυροδέματος. Μόνο οι τροποποιημένες ίνες μπορούν να συνεργαστούν με τη μήτρα τσιμέντου και να χρησιμοποιηθούν στη μηχανική σκυροδέματος. Οι πρώτες εφαρμογές χρησιμοποιούσαν κυρίως ίνες ρωγμής μεμβράνης πολυπροπυλενίου. Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, οι Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν με επιτυχία ίνες πολυπροπυλενίου μονόινα, οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως σε υπόγειες στεγανοποιήσεις, στέγες βιομηχανικών και πολιτικών κτιρίων, δάπεδα, αυτοκινητοδρόμους και γεφύρια λόγω του χαμηλού κόστους και της σημαντικής βελτίωσης στην απόδοση του σκυροδέματος. Από τα μέσα-1990, χιλιάδες έργα στην Κίνα έχουν υιοθετήσει σκυρόδεμα από ίνες πολυπροπυλενίου, όπως το Guangzhou New China Mansion, το Chongqing World Trade Center, το Beijing Asian Games Village, η Wuhan Yangtze River Bridge και το Three Gorges Project, επιτυγχάνοντας αξιοσημείωτα αποτελέσματα.

1. Χαρακτηριστικά του σκυροδέματος από πολυπροπυλενικές ίνες

Το σκυρόδεμα έχει χαμηλή τελική τάση εφελκυσμού, που γενικά κυμαίνεται από {{0}},01% έως 0,20%, ενώ οι ίνες πολυπροπυλενίου έχουν τάση εφελκυσμού έως και 15% έως 18%. Οι μονονηματικές ίνες πολυπροπυλενίου ομοιόμορφα κατανεμημένες στο σκυρόδεμα όχι μόνο εμποδίζουν την καθίζηση των αδρανών, βελτιώνουν την εργασιμότητα και μειώνουν την αιμορραγία και τον διαχωρισμό, αλλά επίσης αντέχουν αποτελεσματικά την τάση εφελκυσμού που προκαλείται από τη συρρίκνωση του σκυροδέματος. Αυτό καθυστερεί ή αποτρέπει την εμφάνιση και την ανάπτυξη εσωτερικών μικρορωγμών και επιφανειακών μακρορωγμών στο σκυρόδεμα, ενισχύοντας έτσι τη στεγανότητά του. Όταν υπόκειται σε κρουστικά φορτία, το σκυρόδεμα από ίνες πολυπροπυλενίου αποτρέπει τη διάδοση ρωγμών, βελτιώνοντας την αντοχή σε κρούση, την αντοχή στον παγετό και την αντίσταση στην ενανθράκωση του σκυροδέματος.

1.1 Φυσικές ιδιότητες

Αντοχή στη Συρρίκνωση: Η αντοχή στη συρρίκνωση είναι η πιο σημαντική ιδιότητα των ινών πολυπροπυλενίου στο σκυρόδεμα. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ενσωμάτωση ινών ρωγμών μεμβράνης πολυπροπυλενίου σε αναλογία όγκου περίπου 1% μπορεί να μειώσει το ποσοστό συρρίκνωσης του σκυροδέματος κατά περίπου 75%.

Αδιαπερατότητα: Σύμφωνα με το Εθνικό Κέντρο Δοκιμών Οικοδομικών Υλικών, το σκυρόδεμα από ίνες πολυπροπυλενίου με δόση 0,05% έχει 70% υψηλότερη στεγανότητα υπό πίεση νερού 1,2 MPa σε σύγκριση με το σκυρόδεμα από ίνες πολυπροπυλενίου ίδιας αντοχής ({{6 }}ηλικία ημέρας).

Αντίσταση στη φωτιά: Πρόσφατες δοκιμές πυραντίστασης δείχνουν ότι η προσθήκη ινών χαμηλού σημείου τήξης (διάμετρος 0.1 mm, μήκος 12 cm, δόση 4 kg/m³) στο σκυρόδεμα δείχνει πολλά υποσχόμενη αντοχή στη φωτιά. Τέτοιες κολώνες από ίνες σκυροδέματος δεν παρουσιάζουν σχεδόν καμία ζημιά μετά από τυπικές δοκιμές πυραντίστασης, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι ίνες χαμηλού σημείου τήξης μπορούν να αποτρέψουν το θρυμματισμό του σκυροδέματος.

Εργαστικότητα: Η προσθήκη ινών πολυπροπυλενίου σε αναλογία όγκου από {{0}},05% έως 0,07% μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά τον διαχωρισμό και την αιμορραγία σε μείγματα σκυροδέματος, βελτιώνοντας την εργασιμότητα.

1.2 Μηχανικές ιδιότητες

Αντοχή σε θλίψη και εφελκυσμό: Η αντοχή σε θλίψη και εφελκυσμό του σκυροδέματος από ίνες πολυπροπυλενίου είναι παρόμοια με αυτή του συνηθισμένου σκυροδέματος.

Δύναμη κάμψης: Η προσθήκη ινών ρωγμών μεμβράνης πολυπροπυλενίου σε αναλογία όγκου περίπου 1% μπορεί να αυξήσει την αντοχή στην κάμψη του κονιάματος ή του σκυροδέματος κατά όχι περισσότερο από 25%, αλλά η ικανότητα παραμόρφωσης πριν από την αστοχία είναι πολύ υψηλή.

Αντοχή σε κρούση: Δοκιμές από το Εθνικό Κέντρο Δοκιμών Οικοδομικών Υλικών δείχνουν ότι η αντοχή σε κρούση του κονιάματος με περιεκτικότητα σε ίνες {{0}},05% και 0,1% είναι αυξημένη κατά 17,7% και 25,8%, αντίστοιχα, σε σύγκριση με το απλό κονίαμα.

Αντοχή στην κόπωση: Οι δοκιμές κόπωσης με ρυθμό φόρτισης 20 κύκλων/δευτερόλεπτο δείχνουν ότι μετά από 2 εκατομμύρια κύκλους, το απλό σκυρόδεμα μπορεί να αντέξει μέγιστη τάση 50% της αντοχής του σε κάμψη, ενώ το ινώδες σκυρόδεμα με δόση 0,3% μπορεί να αντέξει μέγιστη τάση 65% της αντοχής του στην κάμψη.

1.3 Ανθεκτικότητα

Αντίσταση κατάψυξης-απόψυξης: Το Εθνικό Κέντρο Δοκιμών Οικοδομικών Υλικών εξέτασε την αντίσταση παγώματος-απόψυξης του σκυροδέματος από ίνες πολυπροπυλενίου με δύο διαφορετικές αναλογίες όγκου χρησιμοποιώντας το πρότυπο GBJ 82-1985. Δείγματα διαστάσεων 100×100×100 mm δοκιμάστηκαν σε ηλικία 28 ημερών, προσομοιώνοντας τον πιο κρύο μήνα με μέση θερμοκρασία από -5 έως 0 βαθμούς . Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη ινών πολυπροπυλενίου βελτίωσε σημαντικά την αντίσταση παγώματος-απόψυξης του σκυροδέματος μετά από 50 κύκλους ψύξης-απόψυξης.

Ανθράκωση και Αντίσταση Αντίδρασης Αλκαλίων-Συσσωματωμάτων: Το σκυρόδεμα από ίνες πολυπροπυλενίου βελτιώνει την αντοχή στις αντιδράσεις ενανθράκωσης και αλκαλικών αδρανών κυρίως μειώνοντας διάφορες εσωτερικές ρωγμές, ενισχύοντας έτσι την πυκνότητα του σκυροδέματος.

2. Εφαρμογές ινών πολυπροπυλενικού σκυροδέματος

2.1 Οικοδομική Μηχανική

Το σκυρόδεμα από ίνες πολυπροπυλενίου χρησιμοποιείται για τη χύτευση πλακών υπογείου, πλευρικών τοίχων, πλακών οροφής, δεξαμενών νερού και άλλων αυτοστεγανών κατασκευών από σκυρόδεμα, καθώς και εξαρτημάτων σκυροδέματος μεγάλου όγκου, όπως δοκούς θεμελίωσης και πλάκες σε πολυώροφα κτίρια . Βελτιώνει την εργασιμότητα και συμβάλλει στην ενίσχυση της στεγανότητας, της αντοχής σε ρωγμές και της αντίστασης παγώματος-απόψυξης του αυτοαδιάβροχου σκυροδέματος, αντιμετωπίζοντας αποτελεσματικά τις ρωγμές που προκαλούνται από την καταπόνηση θερμοκρασίας στο σκυρόδεμα μεγάλου όγκου.

2.2 Πολιτικών και Υδραυλικών Μηχανικών

Δρόμοι από σκυρόδεμα, καταστρώματα γεφυρών, φράγματα ταμιευτήρων, λιμάνια και υδραγωγεία με ίνες πολυπροπυλενίου παρουσιάζουν καλύτερη συνολική απόδοση, όπως αντοχή σε κάμψη, αντοχή σε ρωγμές, αντοχή στην κόπωση, αντοχή στη φθορά και αντοχή στη διάβρωση του θαλασσινού νερού, σε σύγκριση με τα συνηθισμένα έργα σκυροδέματος. Ειδικά κάτω από μεγάλους όγκους κυκλοφορίας και συχνή διέλευση οχημάτων, η αντοχή στην κόπωση των ινών πολυπροπυλενίου είναι πιο έντονη. Σε συνθήκες με έντονες κλιματικές αλλαγές και συχνούς κύκλους ψύξης-απόψυξης, η αντίσταση παγώματος-απόψυξης του σκυροδέματος από ίνες πολυπροπυλενίου αποδεικνύεται πλήρως.

2.3 Προκατασκευασμένα προϊόντα σκυροδέματος

Το σκυρόδεμα από ίνες πολυπροπυλενίου χρησιμοποιείται σε προκατασκευασμένα εξαρτήματα από οπλισμένο σκυρόδεμα και προϊόντα τσιμέντου (σωλήνες, μπλοκ, κ.λπ.) για να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα εμφάνισης, να βοηθήσει στην πρόληψη και μείωση των επιφανειακών ρωγμών στα προκατασκευασμένα εξαρτήματα, στη μείωση της θραύσης των ακμών και των γωνιών και για την αύξηση της στεγανότητας για την αποφυγή χαλύβδινων οπλισμών διάβρωση.

2.4 Έτοιμο σκυρόδεμα

Η προσθήκη ινών πολυπροπυλενίου στο έτοιμο σκυρόδεμα μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την εργασιμότητα, να μειώσει την αιμορραγία και να αποτρέψει τις πλαστικές ρωγμές στο εμπορικό σκυρόδεμα. Οι ίνες πολυπροπυλενίου μπορούν να συνδυαστούν με οποιοδήποτε χημικό πρόσμικτο στο σκυρόδεμα για να παραχθεί αντλήσιμο και άλλο σκυρόδεμα υψηλής απόδοσης. Το σκυρόδεμα υψηλής απόδοσης, με την υψηλή αντοχή, τη μεγάλη ρευστότητα και την εξαιρετική του αντοχή, χρησιμοποιείται ευρέως σε πολυώροφα κτίρια και γέφυρες μεγάλου ανοίγματος. Η χρήση ινών πολυπροπυλενίου σε σύνθετα υλικά μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την σκληρότητα, την αντοχή σε ρωγμές και την ολκιμότητα του σκυροδέματος υψηλής απόδοσης.