Պողպատե մանրաթելային ամրացված բետոնը (ՊԹԲ) կոմպոզիտային նյութի նոր տեսակ է, որը կարելի է լցնել և ցողել՝ սովորական բետոնի մեջ ավելացնելով համապատասխան քանակությամբ կարճ պողպատե մանրաթել։ Վերջին տարիներին այն արագ զարգացել է ինչպես երկրում, այնպես էլ արտերկրում։ Այն հաղթահարում է բետոնի ցածր ձգման ամրության, փոքր վերջնական երկարացման և փխրունության թերությունները։ Այն ունի գերազանց հատկություններ, ինչպիսիք են ձգման ամրությունը, ծռման դիմադրությունը, կտրման դիմադրությունը, ճաքերի դիմադրությունը, հոգնածության դիմադրությունը և բարձր ամրությունը։ Այն կիրառվել է հիդրոտեխնիկայի, ճանապարհաշինության և կամուրջների, շինարարության և այլ ճարտարագիտական ​​ոլորտներում։

 

այ.Պողպատե մանրաթելային ամրացված բետոնի մշակում

 

Մանրաթելային ամրացված բետոնը (FRC) մանրաթելային ամրացված բետոնի հապավումն է: Այն սովորաբար ցեմենտի վրա հիմնված կոմպոզիտ է, որը կազմված է ցեմենտի մածուկից, շաղախից կամ բետոնից և մետաղական մանրաթելից, անօրգանական մանրաթելից կամ օրգանական մանրաթելային ամրացված նյութերից: Այն նոր շինանյութ է, որը ձևավորվում է կարճ և նուրբ մանրաթելերի միատարր ցրմամբ՝ բարձր ձգման ամրությամբ, բարձր վերջնական երկարացմամբ և բարձր ալկալային դիմադրությամբ բետոնե մատրիցում: Բետոնի մեջ մանրաթելը կարող է սահմանափակել բետոնի վաղ ճաքերի առաջացումը և ճաքերի հետագա լայնացումը արտաքին ուժի ազդեցության տակ, արդյունավետորեն հաղթահարել այնպիսի բնածին թերություններ, ինչպիսիք են ցածր ձգման ամրությունը, հեշտ ճաքերի առաջացումը և բետոնի վատ հոգնածության դիմադրությունը, և զգալիորեն բարելավել բետոնի անթափանցելիության, ջրամեկուսացման, ցրտահարության դիմադրության և ամրացման պաշտպանության ցուցանիշները: Մանրաթելային ամրացված բետոնը, մասնավորապես պողպատե մանրաթելային ամրացված բետոնը, ավելի ու ավելի մեծ ուշադրություն է գրավում գործնական ճարտարագիտության ակադեմիական և ճարտարագիտական ​​շրջանակներում՝ իր գերազանց կատարողականության շնորհիվ: 1907 թվականին խորհրդային փորձագետ Բ. Պ. Հեկպոկաբը սկսեց օգտագործել մետաղական մանրաթելային ամրացված բետոն. 1910 թվականին Հ. Ֆ. Փորթերը հրապարակեց կարճ մանրաթելային ամրացված բետոնի վերաբերյալ հետազոտական ​​զեկույց՝ առաջարկելով, որ կարճ պողպատե մանրաթելերը պետք է հավասարաչափ ցրվեն բետոնում՝ մատրիցային նյութերը ամրացնելու համար։ 1911 թվականին Միացյալ Նահանգներից Գրեհեմը պողպատե մանրաթել ավելացրեց սովորական բետոնի մեջ՝ բետոնի ամրությունն ու կայունությունը բարելավելու համար։ 1940-ական թվականներին Միացյալ Նահանգները, Մեծ Բրիտանիան, Ֆրանսիան, Գերմանիան, Ճապոնիան և այլ երկրներ բազմաթիվ հետազոտություններ էին կատարել պողպատե մանրաթելի օգտագործման վերաբերյալ՝ բետոնի մաշվածության և ճաքերի նկատմամբ դիմադրության բարելավման, պողպատե մանրաթելային բետոնի արտադրության տեխնոլոգիայի և պողպատե մանրաթելի ձևի բարելավման վերաբերյալ՝ մանրաթելի և բետոնե մատրիցի միջև կապի ամրությունը բարելավելու համար։ 1963 թվականին Ջ.Պ. Ռոմուալդին և Ջ.Բ. Բատսոնը հրապարակեցին պողպատե մանրաթելերով սահմանափակված բետոնի ճաքերի առաջացման մեխանիզմի վերաբերյալ հոդված և եզրակացրին, որ պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնի ճաքերի ամրությունը որոշվում է պողպատե մանրաթելերի միջին հեռավորությամբ, որը արդյունավետ դեր է խաղում ձգման լարման մեջ (մանրաթելերի հեռավորության տեսություն), այդպիսով սկսելով այս նոր կոմպոզիտային նյութի գործնական զարգացման փուլը։ Մինչ օրս, պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնի տարածման և կիրառման հետ մեկտեղ, բետոնի մեջ մանրաթելերի տարբեր բաշխման պատճառով, հիմնականում լինում են չորս տեսակ՝ պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոն, հիբրիդային մանրաթելերով ամրացված բետոն, շերտավոր պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոն և շերտավոր հիբրիդային մանրաթելերով ամրացված բետոն։

 

二.Պողպատե մանրաթելային բետոնե ամրացման մեխանիզմ

 

1. Կոմպոզիտային մեխանիկայի տեսություն։ Կոմպոզիտային մեխանիկայի տեսությունը հիմնված է անընդհատ մանրաթելային կոմպոզիտների տեսության վրա և համակցված է բետոնում պողպատե մանրաթելերի բաշխման բնութագրերի հետ։ Այս տեսության մեջ կոմպոզիտները դիտվում են որպես երկֆազ կոմպոզիտներ, որտեղ մանրաթելը մեկ փուլ է, իսկ մատրիցը՝ մյուս փուլը։

 

Մանրաթելերի միջև հեռավորության տեսություն։ Մանրաթելերի միջև հեռավորության տեսությունը, որը հայտնի է նաև որպես ճաքերի դիմադրության տեսություն, առաջարկվում է գծային առաձգական կոտրման մեխանիկայի հիման վրա։ Այս տեսությունը պնդում է, որ մանրաթելերի ամրացման ազդեցությունը կապված է միայն մանրաթելերի միջև հավասարաչափ բաշխված հեռավորության հետ (նվազագույն հեռավորություն)։

 

ճ.Պողպատե մանրաթելային ամրանավորված բետոնի զարգացման վիճակի վերլուծություն

 

1.Պողպատե մանրաթելային ամրացված բետոն։Պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնը համեմատաբար միատարր և բազմակողմանի ամրացված բետոնի տեսակ է, որը ձևավորվում է ցածր ածխածնային պողպատի, չժանգոտվող պողպատի և FRP մանրաթելերի փոքր քանակությամբ սովորական բետոնի մեջ ավելացնելով: Պողպատե մանրաթելի խառնման քանակը սովորաբար կազմում է 1% ~ 2% ծավալով, մինչդեռ յուրաքանչյուր խորանարդ մետր բետոնի մեջ խառնվում է 70 ~ 100 կգ պողպատե մանրաթել՝ ըստ քաշի: Պողպատե մանրաթելի երկարությունը պետք է լինի 25 ~ 60 մմ, տրամագիծը՝ 0.25 ~ 1.25 մմ, իսկ երկարության և տրամագծի լավագույն հարաբերակցությունը պետք է լինի 50 ~ 700: Սովորական բետոնի համեմատ, այն կարող է ոչ միայն բարելավել ձգման, կտրման, ծռման, մաշվածության և ճաքերի դիմադրությունը, այլև զգալիորեն բարձրացնել բետոնի կոտրման և հարվածային դիմադրությունը, ինչպես նաև զգալիորեն բարելավել կառուցվածքի հոգնածության դիմադրությունը և ամրությունը, մասնավորապես՝ ամրությունը կարող է մեծացվել 10-20 անգամ: Պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնի և սովորական բետոնի մեխանիկական հատկությունները համեմատվել են Չինաստանում: Երբ պողպատե մանրաթելի պարունակությունը կազմում է 15% ~ 20%, իսկ ջր-ցեմենտ հարաբերակցությունը՝ 0.45, ձգման ամրությունը մեծանում է 50% ~ 70%-ով, ծռման ամրությունը՝ 120% ~ 180%-ով, հարվածային ամրությունը՝ 10 ~ 20 անգամ, հարվածային հոգնածության ամրությունը՝ 15 ~ 20 անգամ, ծռման ամրությունը՝ 14 ~ 20 անգամ, և մաշվածության դիմադրությունը նույնպես զգալիորեն բարելավվում է։ Հետևաբար, պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնն ունի ավելի լավ ֆիզիկական և մեխանիկական հատկություններ, քան սովորական բետոնը։

2. Հիբրիդային մանրաթելային բետոն։ Համապատասխան հետազոտական ​​տվյալները ցույց են տալիս, որ պողպատե մանրաթելը էապես չի նպաստում բետոնի սեղմման ամրությանը կամ նույնիսկ չի նվազեցնում այն։ Սովորական բետոնի համեմատ, պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնի անթափանցելիության, մաշվածության դիմադրության, հարվածային և մաշվածության դիմադրության, ինչպես նաև բետոնի վաղ պլաստիկ կծկման կանխարգելման վերաբերյալ կան դրական և բացասական (աճ և նվազում) կամ նույնիսկ միջանկյալ տեսակետներ։ Բացի այդ, պողպատե մանրաթելերով ամրացված բետոնն ունի որոշ խնդիրներ, ինչպիսիք են մեծ դեղաչափը, բարձր գինը, ժանգը և հրդեհի պատճառով պայթելու գրեթե բացակայությունը, ինչը տարբեր աստիճաններով ազդել է դրա կիրառման վրա։ Վերջին տարիներին որոշ տեղական և արտասահմանյան գիտնականներ սկսել են ուշադրություն դարձնել հիբրիդային մանրաթելային բետոնի (HFRC) վրա՝ փորձելով խառնել տարբեր հատկություններով և առավելություններով մանրաթելեր, սովորել միմյանցից և կիրառել «դրական հիբրիդային էֆեկտը» տարբեր մակարդակներում և բեռնման փուլերում՝ բետոնի տարբեր հատկությունները բարելավելու համար, որպեսզի բավարարվեն տարբեր նախագծերի կարիքները։ Սակայն, հաշվի առնելով դրա տարբեր մեխանիկական հատկությունները, մասնավորապես՝ հոգնածության դեֆորմացիան և հոգնածության վնասը, դեֆորմացիայի զարգացման օրենքը և վնասի բնութագրերը ստատիկ և դինամիկ բեռների, ինչպես նաև հաստատուն կամ փոփոխական ամպլիտուդային ցիկլիկ բեռների տակ, մանրաթելի օպտիմալ խառնման քանակը և խառնման համամասնությունը, կոմպոզիտային նյութերի բաղադրիչների միջև փոխհարաբերությունը, ամրացման ազդեցությունը և ամրացման մեխանիզմը, հոգնածության դեմ կատարողականը, խափանման մեխանիզմը և շինարարության տեխնոլոգիան, խառնուրդի համամասնության նախագծման խնդիրները կարիք ունեն հետագա ուսումնասիրության։

3. Շերտավոր պողպատե մանրաթելային ամրացված բետոն:Մոնոլիտ մանրաթելային ամրացված բետոնը հեշտ չէ հավասարաչափ խառնել, մանրաթելը հեշտ է ագլոմերացնել, մանրաթելի քանակը մեծ է, իսկ արժեքը՝ համեմատաբար բարձր, ինչը ազդում է դրա լայն կիրառման վրա: Մեծ թվով ճարտարագիտական ​​​​պրակտիկայի և տեսական հետազոտությունների միջոցով առաջարկվել է պողպատե մանրաթելային կառուցվածքի նոր տեսակ՝ շերտավոր պողպատե մանրաթելային ամրացված բետոն (LSFRC): Պողպատե մանրաթելի փոքր քանակը հավասարաչափ բաշխված է ճանապարհային սալիկի վերին և ստորին մակերեսներին, իսկ միջին մասը դեռևս պարզ բետոնե շերտ է: LSFRC-ում պողպատե մանրաթելը սովորաբար բաշխվում է ձեռքով կամ մեխանիկորեն: Պողպատե մանրաթելը երկար է, և երկարության տրամագծի հարաբերակցությունը սովորաբար 70-120 միջակայքում է, ինչը ցույց է տալիս երկչափ բաշխում: Առանց մեխանիկական հատկությունների վրա ազդելու, այս նյութը ոչ միայն զգալիորեն նվազեցնում է պողպատե մանրաթելի քանակը, այլև խուսափում է մանրաթելային ագլոմերացիայի երևույթից ինտեգրալ մանրաթելային ամրացված բետոնի խառնման ժամանակ: Բացի այդ, պողպատե մանրաթելային շերտի դիրքը բետոնի մեջ մեծ ազդեցություն ունի բետոնի ծռման ամրության վրա: Բետոնի ներքևի մասում պողպատե մանրաթելային շերտի ամրացման ազդեցությունը լավագույնն է: Պողպատե մանրաթելային շերտի դիրքի վերև շարժվելուն զուգընթաց ամրացման ազդեցությունը զգալիորեն նվազում է: LSFRC-ի ծռման ամրությունը ավելի քան 35%-ով ավելի բարձր է, քան նույն խառնուրդի համամասնությամբ սովորական բետոնի ամրությունը, որը մի փոքր ավելի ցածր է, քան ինտեգրալ պողպատե մանրաթելային ամրացված բետոնի ամրությունը: Այնուամենայնիվ, LSFRC-ը կարող է զգալիորեն խնայել նյութերի արժեքը, և խառնման դժվարության խնդիր չկա: Հետևաբար, LSFRC-ը նոր նյութ է՝ լավ սոցիալական և տնտեսական առավելություններով և լայն կիրառման հեռանկարներով, որը արժանի է տարածման և կիրառման մայթերի կառուցման մեջ:

 

4.Շերտավոր հիբրիդային մանրաթելային բետոն։Շերտավոր հիբրիդային մանրաթելային ամրացված բետոնը (LHFRC) կոմպոզիտային նյութ է, որը ձևավորվում է LSFRC-ի հիման վրա 0.1% պոլիպրոպիլենային մանրաթել ավելացնելով և վերին և ստորին պողպատե մանրաթելային բետոնում, ինչպես նաև միջին շերտում գտնվող պարզ բետոնում, հավասարաչափ բաշխելով մեծ քանակությամբ բարակ և կարճ պոլիպրոպիլենային մանրաթելեր՝ բարձր ձգման ամրությամբ և բարձր վերջնական երկարացմամբ։ Այն կարող է հաղթահարել LSFRC միջանկյալ պարզ բետոնե շերտի թուլությունը և կանխել անվտանգության հնարավոր վտանգները մակերեսային պողպատե մանրաթելի մաշվելուց հետո։ LHFRC-ը կարող է զգալիորեն բարձրացնել բետոնի ծռման ամրությունը։ Պարզ բետոնի համեմատ, պարզ բետոնի ծռման ամրությունը մեծանում է մոտ 20%-ով, իսկ LSFRC-ի համեմատ՝ ծռման ամրությունը մեծանում է 2.6%-ով, բայց այն քիչ ազդեցություն ունի բետոնի ծռման առաձգականության մոդուլի վրա։ LHFRC-ի ծռման առաձգականության մոդուլը 1.3%-ով ավելի բարձր է, քան պարզ բետոնիինը և 0.3%-ով ցածր, քան LSFRC-ինը։ LHFRC-ը կարող է նաև զգալիորեն բարձրացնել բետոնի ծռման ամրությունը, և դրա ծռման ամրության ինդեքսը մոտ 8 անգամ ավելի է, քան սովորական բետոնի դեպքում, և 1.3 անգամ ավելի, քան LSFRC-ինը։ Ավելին, բետոնի մեջ LHFRC-ի երկու կամ ավելի մանրաթելերի տարբեր ցուցանիշների պատճառով, ճարտարագիտական ​​կարիքներին համապատասխան, սինթետիկ մանրաթելի և պողպատե մանրաթելի դրական հիբրիդային ազդեցությունը բետոնի մեջ կարող է օգտագործվել նյութի ճկունությունը, դիմացկունությունը, ամրությունը, ճաքերի նկատմամբ ամրությունը, ծռման ամրությունը և ձգման ամրությունը զգալիորեն բարելավելու, նյութի որակը բարելավելու և նյութի ծառայության ժամկետը երկարացնելու համար։

——Աբստրակտ (Շանսիի ճարտարապետություն, հատոր 38, թիվ 11, Չեն Հուիքինգ)