Basistheorie van staalvezelversterkt beton

Staalvezel in beton beperkt voornamelijk de uitzetting van betonscheuren, waardoor de trek-, buig- en schuifsterkte aanzienlijk wordt verbeterd in vergelijking met gewoon beton. De slagvastheid, weerstand tegen vermoeiing, taaiheid na barsten en duurzaamheid zijn ook sterk verbeterd. Het kan van beton dat oorspronkelijk een broos materiaal was, een composietmateriaal maken met bepaalde plastische eigenschappen.

Ⅰ. De vezelafstandstheorie van staalvezelversterkt beton

De vezelafstandstheorie, ook bekend als de vezelscheurweerstandstheorie, werd voorgesteld door J.P.Romualdi en J.B.Batson in 1963. Volgens de theorie van de lineaire elastische breukmechanica verklaart de theorie het beperkende effect van vezels op het optreden en de ontwikkeling van scheuren. Er wordt aangenomen dat om de treksterkte van beton, een bros materiaal met interne defecten, te vergroten, het noodzakelijk is om de grootte van interne defecten zoveel mogelijk te verminderen en de taaiheid te verbeteren. Verminder de spanningsintensiteit en concentratie aan de scheurtip. Daarom worden staalvezels gebruikt om de scheuren te verbinden. Bij spanning brengen de vezels die de scheuren kruisen de belasting over naar de boven- en onderoppervlakken van de scheuren, zodat de materialen bij de scheuren de belasting kunnen blijven dragen. Op deze manier wordt de spanningsconcentratie aan de rand van het gat verminderd door het optreden van scheuren. Met de toename van het aantal overbruggende scheurvezels, hoe kleiner de afstand tussen de staalvezels, hoe groter de spanningsconcentratie bij de scheurtip en hoe groter het omgekeerde spanningsveld op de scheurtip. Wanneer het aantal vezels toeneemt tot dicht verdeeld in de scheuren, zal de spanningsconcentratie verdwijnen, wat verder wijst op het anti-kraakeffect van de vezel, dat wil zeggen, tijdens het proces van vorming van composietmateriaalstructuur en spanningsfalen, verbetert het effectief de scheurweerstand van het composietmateriaal voor en na belasting. Het vermogen van initiatie en expansie kan het doel bereiken van het versterken en taaien van beton door staalvezel.

Ⅱ. De shear lag-theorie van grensvlakspanningsoverdracht in staalvezelbeton

In staalvezelbeton verschilt de cementmatrixstructuur rond de staalvezel van zijn eigen structuur , dat wil zeggen, er is een grenslaag tussen de staalvezel en de matrix. De prestatie van staalvezelbeton hangt voornamelijk af van de prestatie van de betonmatrix, het gehalte aan staalvezels en de kenmerken van de interface daartussen. Aangenomen wordt dat het grensvlak een dunne laag is met een verwaarloosbare dikte, maar met bepaalde mechanische eigenschappen. Wanneer een belasting wordt uitgeoefend op het staalvezelbeton, wordt de belasting over het algemeen eerst op de laag-elastische matrix uitgeoefend en vervolgens wordt een deel van de belasting overgedragen op de vezel met hoge elastische modulus via de vezel-matrix-interface, zodat de vezel en de matrix deelt de belasting om het draaggewicht te vergroten.