无论是西部盐湖与东部海洋与近海的潮湿盐类环境,还是北方的冻融环境与南方除冰盐的破坏,上述因素与荷载的协同作用引起UHPC材料开裂,进而导致镀铜钢纤维锈蚀,而各种裂缝的存在进一步加速了外界有害介质进入结构内部,严重降低了UHPC结构的耐久性与服役寿命,现行UHPC材料所使用的镀铜钢纤维的锈蚀问题必须重视。
用于风电混塔项目的镀铜端钩型钢纤维
UHPC结构的耐久性很大程度上归于该材料的脆性、抗拉强度的本质特性,在荷载或环境因素的影响下,其开裂是不可避免的,而一旦出现开裂,裂缝宽度将很难得到控制,这些裂缝将大大加速外部介质的侵入。控制UHPC纤维的耐蚀与应变强化属性对于提高UHPC材料的韧性和保持UHPC基础设施建设的可持续发展具有重要意义。
24小时暴露即氧化锈蚀的镀铜端钩型钢纤维
UHPC应变强化纤维可以有效控制裂缝并限制裂缝的宽度在一个较低的水平且能保持荷载的稳定增长。使传统UHPC钢纤维实现了从“暴露于空气中24小时即氧化锈蚀、遇高温灼烧即失效、在储存与计量以及混合的过程中极易结块团聚而无法分散并导致重大质量缺陷等致命的服役故障问题”向“100年长寿命设计目标体系超高性能纤维”质量的革命性跨越。
新一代UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅰ型)具有高强度(根据材料订制设计可达3500Mpa左右)、超延展性、重防腐憎蚀、高耐火等诸多出类拔萃的优越技术性能,首次创新性地解决了世界上目前UHPC设计与应用理论中相关纤维不可恢复的重大应用缺陷,辩证地通过考虑纤维的分散性、强度、耐久性、拔出机制并以一种超高性能钢纤维材料服务于长寿命土木工程结构,可应用于道路与铁道工程、桥梁工程、风电工程、海洋工程、军事防御工程、窑炉工程、电力工程、核电工程、高速磁浮系统、跨座式单轨交通、特高压输电工程等诸多领域。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅰ型)
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅱ型)扭曲纤维的最高粘结强度分别比直纤维和弯钩纤维高出约482%和36%,在高拔出速率下,UHPC类纤维增强材料中扭曲型钢纤维相比端钩型和直钢纤维表现出更好的动态性能。UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅱ型)可以显著提高材料的断裂能,使其约为普通钢纤维UHPC的4倍,同时在提升基体劈裂抗拉强度和静弹性模量方面也均优于普通钢纤维;进一步研究发现,UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅱ型)具备良好的高温抗爆裂特性。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅱ型)可以获得非常高的拉升性能(远高于15MPa的极限抗拉强度和远大于0.6%的应变值),其在拉升过程中具备独特的拔出机制:要经历滑移硬化、基体剥落以及路径破坏等过程,其将吸收大量的能量,产生更高的桥接应力;正因为其较高的粘结强度和拔出能耗,使其内部拉应力极值要远远大于直型纤维,甚至高出70%左右,这是其他任何一款纤维所不容易轻易具备的功能特征。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅱ型)
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅲ型)为高温抗爆裂纤维,其主要特点是无静电、分散性极其均匀、不会聚团、不会并丝;纤维表面粗糙,大大增加了其与浇注料的界面强度与粘结力,在使用过程中可以迅速轻易地与物料均匀混合。
由于纤维微细且比表面积大,每1CM3的浇注体可以有近30-50条微丝纤维,所以其能在浇注料内部形成一种乱向分布的支撑体系,可以有效地控制浇注体早期塑性收缩、干缩等非结构性裂缝的产生和发展;有效阻碍骨料的离析和沉降裂缝的形成。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅲ型)在100-500℃低温域区段具有抗爆裂效果,在800-1200℃高温域区段仍然具备超高的抗拉伸力学性能,这是目前在耐材领域所应用的市场上任何一款工业纤维都尚不能具备的双重优点,在定型与不定型材料中使用效果显著,可以有效地卓越提升不定型材料的耐火度。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅲ型)
UHPC材料凭借其优异的力学性能在现代土木工程领域取得了广泛应用。然而,以高强度水泥基为组份材料制备的结构件在大变形循环载荷下极易发生疲劳断裂,这是因为脆性材料缺乏抵抗微裂纹扩展的能力,疲劳损伤将造成功能结构件使用寿命短、服役可靠性差等严重问题。含有钢纤维材料的材料单元虽然通过抑制微裂纹扩展和自愈合等(增韧主导)机制获得一定程度的耐疲劳性能,但其变形能力尤其在高温条件下的可支撑性非常有限;基于微米纤丝弯曲大变形弹性恢复等(变形主导)机制获得耐疲劳特性,但这极大损失了UHPC材料本征的高强度高硬度性能。因此,高硬度、可变形性和耐疲劳性、耐高温性成为UHPC结构材料难以调和的矛盾,对面向极端环境应用的UHPC结构材料的设计和构筑提出了重大挑战。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅳ型)对新一代UHPC的力学和热学性能以及化学稳定性提供了一个比较不错的解决方案,其可将高温场景中周向压缩载荷转化为径向支撑载荷,进而利用应变强化纤维的伸缩以储存变形过程的主要弹性应变能,最终确保土木结构在高温或者疲劳冲击作用循环过程中始终维持高刚度和高硬度特性。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅳ型)促进了高硬度、可变形性、耐疲劳性和耐高温性等多种相悖力学服役特性的有效融合。通过进一步科学研究发现,UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅳ型)可以使新一代UHPC的弹性模量、强度和断裂韧性会同时提高,而且随着热压温度的上升,材料断裂的情况发生了改变,纳米互联结构能够抑制裂缝的扩展,从而能够储存更多的弹性能。
UHPC、ECC、SHCC应变强化纤维材料(Ⅳ型)
東南材料—SETE属于英国皇家认可委员会(UKAS)与中国船级社质量认证(CCSC)企业,致力于开发与UHPC结构设计应用理论一致性评价符合的可持续的新一代UHPC材料,成功解决了重要基建项目(比如桥面铺装、风电混塔工程)中现场添加的镀铜钢纤维成团、沉淀,进一步导致搅拌的混合料结团造成质量缺陷的问题。世界上首次开发出适用于新一代UHPC材料的易解聚、重防腐、耐高温的具备应变强化属性的纤维,进一步努力服务国家的公共基础设施建设。
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