ทฤษฎีพื้นฐานของคอนกรีตเสริมเหล็กไฟเบอร์

เส้นใยเหล็กในคอนกรีตส่วนใหญ่จำกัดการขยายตัวของรอยแตกของคอนกรีต เพื่อให้ความต้านทานแรงดึง แรงดัดงอ และแรงเฉือนดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับคอนกรีตธรรมดา ความทนทานต่อแรงกระแทก ความทนทานต่อการล้า ความเหนียวหลังการแตกร้าว และความทนทานยังได้รับการปรับปรุงอย่างมากอีกด้วย สามารถทำให้คอนกรีตที่เดิมเป็นวัสดุเปราะเป็นวัสดุคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติพลาสติกบางอย่างได้

Ⅰ ทฤษฎีระยะห่างไฟเบอร์ของคอนกรีตเสริมเหล็กด้วยเส้นใยเหล็ก

ทฤษฎีระยะห่างไฟเบอร์ หรือที่เรียกว่าทฤษฎีความต้านทานการแตกของเส้นใย เสนอโดย J.P.Romualdi และ J.B.Batson ใน พ.ศ. 2506 ตามทฤษฎีของกลศาสตร์การแตกหักแบบยืดหยุ่นเชิงเส้น ทฤษฎีนี้อธิบายผลกระทบของการยับยั้งของเส้นใยต่อการเกิดขึ้นและการพัฒนาของรอยแตก เป็นที่เชื่อกันว่าในการที่จะเพิ่มความต้านทานแรงดึงของคอนกรีต ซึ่งเป็นวัสดุเปราะที่มีข้อบกพร่องภายใน จำเป็นต้องลดขนาดของข้อบกพร่องภายในให้ได้มากที่สุดและปรับปรุงความเหนียว ลดความเข้มข้นและความเข้มข้นของความเครียดที่ปลายแตก ดังนั้นจึงใช้เส้นใยเหล็กเชื่อมรอยร้าว เมื่อดึงแรงตึง เส้นใยที่ตัดผ่านรอยแตกจะถ่ายโอนภาระไปยังพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของรอยแตก เพื่อให้วัสดุที่รอยแยกสามารถรับน้ำหนักได้ต่อไป ด้วยวิธีนี้ ความเข้มข้นของความเค้นที่ขอบของรูจะลดลงเนื่องจากเกิดรอยแตกร้าว ด้วยจำนวนเส้นใยเชื่อมรอยแตกที่เพิ่มขึ้น ยิ่งระยะห่างระหว่างเส้นใยเหล็กน้อยลง ความเข้มข้นของความเค้นที่ปลายรอยแตกยิ่งมากขึ้น และสนามความเค้นย้อนกลับที่ปลายรอยแตกก็ยิ่งมากขึ้น เมื่อจำนวนเส้นใยเพิ่มขึ้นจนกระจายอย่างหนาแน่นในรอยแตก ความเข้มข้นของความเค้นจะหายไป แสดงถึงฤทธิ์ต้านการแตกร้าวของเส้นใย ซึ่งก็คือ ในกระบวนการสร้างโครงสร้างวัสดุคอมโพสิตและความล้มเหลวของความเครียด จะช่วยปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุคอมโพสิตก่อนและหลังความเครียด ความสามารถในการเริ่มต้นและการขยายตัวสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ของการเสริมความแข็งแกร่งและทำให้คอนกรีตแกร่งด้วยเส้นใยเหล็กได้

Ⅱ ทฤษฎี Shear lag ของการถ่ายเทความเค้นระหว่างผิวหน้าในคอนกรีตเสริมเหล็กด้วยเส้นใยเหล็ก

ในคอนกรีตที่มีเส้นใยเหล็ก โครงสร้างเมทริกซ์ซีเมนต์รอบ ๆ เส้นใยเหล็กจะแตกต่างจากโครงสร้างของตัวเอง นั่นคือมีชั้นเชื่อมต่อระหว่างเส้นใยเหล็กกับเมทริกซ์ ประสิทธิภาพของคอนกรีตใยเหล็กส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเมทริกซ์คอนกรีต เนื้อหาของเส้นใยเหล็ก และลักษณะของส่วนต่อประสานระหว่างกัน สันนิษฐานว่าอินเทอร์เฟซเป็นชั้นบาง ๆ ที่มีความหนาเล็กน้อย แต่มีคุณสมบัติทางกลบางอย่าง เมื่อโหลดคอนกรีตเส้นใยเหล็ก โดยทั่วไปจะใช้โหลดกับเมทริกซ์ยืดหยุ่นต่ำก่อน จากนั้นส่วนหนึ่งของภาระจะถูกโอนไปยังเส้นใยโมดูลัสยืดหยุ่นสูงผ่านอินเทอร์เฟซของเมทริกซ์ไฟเบอร์ เพื่อให้เส้นใยและ เมทริกซ์แบ่งภาระเพื่อเพิ่มน้ำหนักแบริ่ง