Översikt över avgasning och vattenabsorptionsbehandling. PFC-proverna placeras sedan i ett slutet kärl som tryckavlastades med en vakuumpump, och vatten som införs från den yttre ytan till insidan. Kredit:Kanazawa University
Betong är det mest använda byggmaterialet i världen och utvecklas därför kontinuerligt för att uppfylla dagens krav. Ansträngningar för att förbättra betongens hållfasthet har lett till rapporter om porositetsfri betong (PFC), den hårdaste betongen som testats hittills. Några av de grundläggande egenskaperna hos PFC har redan utforskats, och nu har ett team inklusive Kanazawa University undersökt effekten av detta innovativa material. Deras resultat publiceras i International Journal of Civil Engineering .
Ultrahöghållfast betong erbjuder betydande fördelar, inklusive att minska vikten av stora strukturer och skydda dem mot naturkatastrofer och oavsiktliga effekter. PFC är en ultrahöghållfast betong vars egenskaper kan förbättras ytterligare genom att inkorporera stålfibrer.
Sättet på vilket PFC framställs leder till mycket få tomrum i slutmaterialet, vilket ger den dess höga hållfasthet - 400 MPa kan appliceras på PFC innan den misslyckas, jämfört med 20-30 MPa för standardbetong. Några av de grundläggande materialegenskaperna hos stålfiberarmerad PFC har redan rapporterats; nu har forskarna utvärderat effektresponsen hos en rad PFC-preparat med olika stålfiberinnehåll och sektionshöjder.
"Den fortsatta utvecklingen av byggmaterial är särskilt viktig i områden där täta naturkatastrofer hotar strukturernas integritet, " studiens huvudförfattare Yusuke Kurihashi förklarar. "Vi utförde slagtester på en mängd stålfiberförstärkta PFC-prover för att bestämma deras reaktioner, och därigenom, påskynda den utbredda tillämpningen av PFC i byggprojekt. Våra tester är utformade för att simulera reaktioner på händelser som stenfall, sprängningar och flygande föremål."
Härdningsprocess. Efter vattenabsorptionsbehandlingen, provet utsattes för ånghärdning (uppvärmningshastighet:15 ºC/h, maximal temperatur:90 ºC, maximal temperaturhållningstid:48 timmar, kylhastighet:15 ºC/h). Nästa, värmehärdning (värmehastighet:60 ºC/h, maximal temperatur:180 ºC, maximal temperaturhållningstid:48 timmar, kylhastighet:60 ºC/h, 1 atm) applicerades. Kredit:Kanazawa University
Feltillstånd efter stötbelastning. Skadningsgraden på balkarna kan minskas genom att ändra stålfiberblandningshastigheten i PFC-balken från 1 till 2 vol.%. Kredit:Kanazawa University
Forskarna gjorde två nyckelfynd. För det första, de observerade att en ökning av stålfiberhalten från 1 % till 2 % minskade skadan på grund av påverkan med 30 %-50 %. Denna betydande förbättring av prestanda förväntas vara underlag för framtida beslut om materialdesign.
Dessutom, de visade att det var möjligt att förutsäga provernas beteende med ungefär 80 % noggrannhet genom att jämföra beräknade värden med de som mättes, som kommer att bidra till att effektivisera utvecklingsprocesser.
"Vi hoppas att PFC kommer att bidra till ökad byggnadssäkerhet i framtiden, " säger Dr. Kurihashi. "Även om ytterligare experimentellt arbete och statistisk bearbetning krävs för att fullständigt översätta PFC till utbredda praktiska tillämpningar, våra resultat ger ett betydande bidrag till att förstå PFC:s roll för att förbättra säkerheten för många stora strukturer, inklusive höghus, broar och vägar."
