Неліктен шыны талшықты арматураның созылу беріктігі болат арматурасынан әлдеқайда жоғары, бірақ серпімділік модулі төмен? Оның механикалық механизмі қандай?

Шыны талшықты арматураның созылу беріктігі болат арматураға қарағанда әлдеқайда жоғары, бірақ оның серпімділік модулі төмен, бұл оның материал құрамының, микроқұрылымының және механикалық механизмінің маңызды айырмашылығына байланысты. Төменде ғылыми қағидалар тұрғысынан егжей-тегжейлі талдау берілген:

1、 Созылу күші айырмашылығының негізгі механизмі

Шыны талшықты күшейту: коваленттік байланыстар және талшықты күшейту механизмі

Материалдық негіз: Шыны талшықты арматура шыны талшықтан арматуралық фаза ретінде (көлемі бойынша 60% -70% құрайды), ал оның негізгі құрамдас бөлігі коваленттік байланыстар арқылы жоғары берік тор түзетін кремний диоксиді (SiO ₂) желілік құрылым болып табылады.

Күш көзі:

Шыны талшықтың сыну энергиясы: Шыны талшығының сыну энергиясы 7,0-9,5 кДж/м²-ге дейін жоғары, бұл болат шыбықтардағы металл байланыстарының сыну энергиясынан (шамамен 2,5-4,0 кДж/м²) асып түседі.

Талшықты орналастыруды оңтайландыру: талшықтар осьтік бағыт бойымен реттелген түрде орналасады және жүктеме талшық бағыты бойынша шоғырланған кернеуді көтеруге қол жеткізе отырып, шайыр матрицасы арқылы талшықтарға тиімді түрде беріледі.

Деректерді салыстыру: шыны талшықты арматураның созылу беріктігі 500-900 МПа жетуі мүмкін, ал қарапайым болат арматурасы (HRB400) 400-600 МПа, ал берік болат арматурасы (HRB600) тек 600-750 МПа.

Арматура: металл байланысы және дислокацияны күшейту механизмі

Материалдық іргетас: болат өзектер темір көміртекті қорытпасынан жасалған, ол ыстық илектеу немесе суық тарту процестері арқылы феррит перлит құрылымына айналады. Металл байланыстарының бағытталмаған табиғаты оларға біркелкі үш өлшемді жүк көтеру қабілетін береді.

Күш көзі:

Дислокация қозғалысына төзімділік: Көміртек атомының қатты ерітіндісінің нығаюы және перлит пластинкалы құрылымы дислокацияның сырғуына кедергі келтіреді, бірақ металдық байланыстардың сыну энергиясы олардың теориялық беріктігінің жоғарғы шегін шектейді.

Пластикалық деформацияның үлесі: болат сырықтардың үзілу кезіндегі ұзаруы 15% -25% жетуі мүмкін. Пластикалық деформация сатысында дислокацияның таралуы арқылы энергия жұтылады, бірақ кейбір теориялық беріктік құрбан болады.

2、 Серпімділік модуліндегі айырмашылықтың негізгі механизмі

Шыны талшықты күшейту: шайыр матрицасы және интерфейс әсері

Матрицалық модульді шектеу: шайыр матрицасының серпімділік модулі (мысалы, эпоксидті шайыр) 200 ГПа болат арматурасынан әлдеқайда төмен 3-5 ГПа ғана.

Интерфейсті байланыстырудың әлсіздігі: Шыны талшығы мен шайыр арасындағы интерфейстің беріктігі (әдетте<10 МПа) болат шыбықтардағы феррит пен перлит арасындағы байланыс беріктігінен әлдеқайда төмен және кернеу кезінде интерфейстің ажырауына немесе матрицаның крекингіне бейім.

Сынғыш сипаттамалары: шыны талшықты арматураның кернеу-деформация қисығы сызықты сынуды көрсетеді, болат өзектер үшін шығымды платформасы жоқ, нәтижесінде болат өзектердің 1/3-2/5 ғана болатын көрінетін серпімділік модулі (40-60 ГПа) болады.

Арматура: металл байланысы және кристалды сырғыту механизмі

Жоғары қаттылық мәні: Металл байланыстарының бағытталмаған табиғаты кристалдық сырғанау жүйесін үш өлшемді кеңістікте біркелкі бөлуге мүмкіндік береді, нәтижесінде дислокация қозғалысына жоғары қарсылық және жоғары серпімділік модулі (200 ГПа) болат өзектерді береді.

Пластикалық деформацияны реттеу: болат жолақтардың пластикалық деформация кезеңі серпімділік модулінің тұрақтылығын сақтай отырып, дислокацияны қайта реттеу арқылы жергілікті кернеу концентрациясын босатады.

3、 Өнімділік айырмашылықтарының инженерлік маңызы

Сипаттама шыны талшықты арматураланған болат сырықтар

Созылу беріктігі 500-900 МПа (маңызды артықшылығы) 400-750 МПа

Серпімділік модулі 40-60 ГПа (1/3-2/5 болат жолақтар) 200 ГПа

Сәтсіздік режимі сынғыш сыну (ескертусіз) мойынның иілгіш бұзылуы (ескерту)

Қолданылатын сценарийлер: коррозияға төзімділікке, жеңіл салмаққа, шаршауға төзімділікке, пластикалық деформацияға және сейсмикалық төзімділікке жоғары талаптар

4, Қорытынды

Шыны талшықты арматураның жоғары созылу беріктігі шыны талшықтардың ковалентті байланыс құрылымы мен оңтайландырылған талшық орналасуына байланысты, ал төмен серпімділік модулі шайыр матрицасының модулімен, талшықты матрица интерфейсінің байланыс беріктігінің жеткіліксіздігімен және материалдың сынғыштығымен шектеледі. Сипаттамалардың бұл үйлесімі оған коррозияға төзімділік, жеңіл салмақ және шаршауға төзімділік сценарийлерінде бірегей артықшылықтар береді, бірақ ол әлі де жоғары қаттылықты немесе пластикалық деформацияны қажет ететін құрылымдарда болат арматурасына сүйенеді. Болашақта нано модификацияланған шайыр немесе талшық бетін өңдеу технологиясы арқылы шыны талшықты арматураның серпімділік модулін одан әрі жақсарту және оның қолдану ауқымын кеңейту күтілуде.