Wpływ włókna szklanego na odporność betonu pochodzącego z recyklingu na erozję

Wpływ włókna szklanego na odporność na erozję betonu pochodzącego z recyklingu (wytworzonego z kruszyw pochodzących z recyklingu betonu) jest przedmiotem dużego zainteresowania w materiałoznawstwie i inżynierii lądowej. Chociaż beton pochodzący z recyklingu oferuje korzyści środowiskowe i związane z recyklingiem zasobów, jego właściwości mechaniczne i trwałość (np. odporność na erozję) są często gorsze od betonu konwencjonalnego. Włókno szklane, jakomateriał wzmacniający, może poprawić wydajność betonu pochodzącego z recyklingu poprzez mechanizmy fizyczne i chemiczne. Oto szczegółowa analiza:

1. Właściwości i funkcjeWłókno szklane

Włókno szklane, nieorganiczny materiał niemetaliczny, charakteryzuje się następującymi właściwościami:
Wysoka wytrzymałość na rozciąganie: Kompensuje niską wytrzymałość betonu na rozciąganie.
Odporność na korozję: Odporny na działanie substancji chemicznych (np. jonów chlorkowych, siarczanów).
Wzmocnienie i odporność na pęknięcia**: Łączy mikropęknięcia, opóźniając ich rozprzestrzenianie się i zmniejszając przepuszczalność.

2. Wady trwałości betonu pochodzącego z recyklingu

Kruszywa poddane recyklingowi z resztkami porowatej pasty cementowej na powierzchniach powodują:
Słaba strefa przejściowa międzyfazowa (ITZ): Słabe wiązanie pomiędzy kruszywami pochodzącymi z recyklingu a nowym zaczynem cementowym, powodujące powstawanie przepuszczalnych ścieżek.
Niska nieprzepuszczalność: Czynniki erozyjne (np. Cl⁻, SO₄²⁻) łatwo wnikają, powodując korozję stali lub jej uszkodzenia ekspansywne.
Niska odporność na zamarzanie i rozmrażanie: rozszerzanie się lodu w porach powoduje pękanie i łuszczenie się.

3. Mechanizmy włókna szklanego w poprawie odporności na erozję

(1) Efekty bariery fizycznej
Hamowanie pęknięć: Równomiernie rozproszone włókna łączą mikropęknięcia, blokując ich wzrost i ograniczając drogi przedostawania się czynników erozyjnych.
Zwiększona zwartość: Włókna wypełniają pory, zmniejszając porowatość i spowalniając dyfuzję szkodliwych substancji.

(2) Stabilność chemiczna
Włókno szklane odporne na działanie alkaliów(np. szkło AR): Włókna poddane obróbce powierzchniowej pozostają stabilne w środowiskach o wysokim stężeniu alkaliów, nie ulegając degradacji.
Wzmocnienie interfejsu: Mocne wiązanie włókna z matrycą minimalizuje defekty w ITZ, zmniejszając ryzyko lokalnej erozji.

(3) Odporność na określone typy erozji
Odporność na jony chlorkowe: Zmniejszone powstawanie pęknięć spowalnia penetrację jonów Cl⁻, opóźniając korozję stali.
Odporność na działanie siarczanów: Zahamowanie wzrostu pęknięć łagodzi uszkodzenia spowodowane krystalizacją i ekspansją siarczanów.
Odporność na zamrażanie i rozmrażanie: Elastyczność włókien pochłania naprężenia powstające w wyniku tworzenia się lodu, minimalizując odpryskiwanie powierzchni.

4. Kluczowe czynniki wpływające

Dawkowanie włókien: Optymalny zakres wynosi 0,5–2% (objętościowo); nadmiar włókien powoduje skupianie się i zmniejsza zwartość.
Długość i rozproszenie włókien: Dłuższe włókna (12–24 mm) poprawiają wytrzymałość, ale wymagają równomiernego rozłożenia.
Jakość kruszywa pochodzącego z recyklingu: Duża absorpcja wody lub zawartość resztek zaprawy osłabia wiązanie włókien z matrycą.

5. Wyniki badań i wnioski praktyczne

Pozytywne efekty: Większość badań pokazuje, że odpowiedniewłókno szklaneDodatek znacząco poprawia nieprzepuszczalność, odporność na chlorki i siarczany. Na przykład, 1% włókna szklanego może zmniejszyć współczynnik dyfuzji chlorków o 20–30%.
Wydajność długoterminowa: Trwałość włókien w środowisku alkalicznym wymaga uwagi. Powłoki odporne na działanie alkaliów lub włókna hybrydowe (np. z polipropylenem) wydłużają żywotność.
Ograniczenia: Kruszywa pochodzące z recyklingu niskiej jakości (np. o dużej porowatości, zanieczyszczeniach) mogą zmniejszać korzyści płynące ze stosowania włókien.

6. Zalecenia dotyczące aplikacji

Odpowiednie scenariusze: środowiska morskie, gleby słone lub konstrukcje wymagające wytrzymałego betonu pochodzącego z recyklingu.
Optymalizacja mieszanki: badanie dawkowania włókien, współczynnika zastąpienia kruszywa pochodzącego z recyklingu oraz synergii z dodatkami (np. pyłem krzemionkowym).
Kontrola jakości: Należy zadbać o równomierne rozprowadzenie włókien, aby uniknąć ich zbrylania się podczas mieszania.

Streszczenie

Włókno szklane zwiększa odporność betonu pochodzącego z recyklingu na erozję poprzez fizyczne wzmocnienie i stabilizację chemiczną. Jego skuteczność zależy od rodzaju włókien, ich dozowania oraz jakości kruszywa pochodzącego z recyklingu. Przyszłe badania powinny koncentrować się na długoterminowej trwałości i ekonomicznych metodach produkcji, aby ułatwić zastosowania inżynieryjne na dużą skalę.