સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટની વર્તમાન પરિસ્થિતિ અને વિકાસ

સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ (SFRC) એ એક નવા પ્રકારનું સંયુક્ત સામગ્રી છે જેને સામાન્ય કોંક્રિટમાં યોગ્ય માત્રામાં ટૂંકા સ્ટીલ ફાઇબર ઉમેરીને રેડી અને સ્પ્રે કરી શકાય છે. તાજેતરના વર્ષોમાં તે દેશ અને વિદેશમાં ઝડપથી વિકસિત થયું છે. તે ઓછી તાણ શક્તિ, નાના અંતિમ વિસ્તરણ અને કોંક્રિટની બરડ ગુણધર્મોની ખામીઓને દૂર કરે છે. તેમાં તાણ શક્તિ, બેન્ડિંગ પ્રતિકાર, શીયર પ્રતિકાર, ક્રેક પ્રતિકાર, થાક પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ કઠિનતા જેવા ઉત્તમ ગુણધર્મો છે. તેનો ઉપયોગ હાઇડ્રોલિક એન્જિનિયરિંગ, રોડ અને પુલ, બાંધકામ અને અન્ય એન્જિનિયરિંગ ક્ષેત્રોમાં કરવામાં આવ્યો છે.

૧. સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટનો વિકાસ
ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ (FRC) એ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટનું સંક્ષેપ છે. તે સામાન્ય રીતે સિમેન્ટ-આધારિત સંયુક્ત છે જે સિમેન્ટ પેસ્ટ, મોર્ટાર અથવા કોંક્રિટ અને મેટલ ફાઇબર, અકાર્બનિક ફાઇબર અથવા કાર્બનિક ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ સામગ્રીથી બનેલું છે. તે એક નવી ઇમારત સામગ્રી છે જે કોંક્રિટ મેટ્રિક્સમાં ઉચ્ચ તાણ શક્તિ, ઉચ્ચ અંતિમ વિસ્તરણ અને ઉચ્ચ ક્ષાર પ્રતિકાર સાથે ટૂંકા અને બારીક તંતુઓને સમાનરૂપે વિખેરીને બનાવવામાં આવે છે. કોંક્રિટમાં ફાઇબર કોંક્રિટમાં પ્રારંભિક તિરાડોના નિર્માણ અને બાહ્ય બળના પ્રભાવ હેઠળ તિરાડોના વધુ વિસ્તરણને મર્યાદિત કરી શકે છે, ઓછી તાણ શક્તિ, સરળ ક્રેકીંગ અને કોંક્રિટની નબળી થાક પ્રતિકાર જેવી સહજ ખામીઓને અસરકારક રીતે દૂર કરી શકે છે, અને કોંક્રિટની અભેદ્યતા, વોટરપ્રૂફ, હિમ પ્રતિકાર અને મજબૂતીકરણ સંરક્ષણની કામગીરીમાં ઘણો સુધારો કરી શકે છે. ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ, ખાસ કરીને સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ, તેના શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શનને કારણે વ્યવહારુ ઇજનેરીમાં શૈક્ષણિક અને ઇજનેરી વર્તુળોમાં વધુને વધુ ધ્યાન આકર્ષિત કરે છે. 1907 સોવિયેત નિષ્ણાત બી.પી. હેકપોકેબે મેટલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કર્યું; 1910 માં, HF પોર્ટરે ટૂંકા ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ પર એક સંશોધન અહેવાલ પ્રકાશિત કર્યો, જેમાં સૂચવવામાં આવ્યું હતું કે મેટ્રિક્સ સામગ્રીને મજબૂત બનાવવા માટે ટૂંકા સ્ટીલ તંતુઓને કોંક્રિટમાં સમાનરૂપે વિખેરવા જોઈએ; ૧૯૧૧ માં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સના ગ્રેહામે કોંક્રિટની મજબૂતાઈ અને સ્થિરતા સુધારવા માટે સામાન્ય કોંક્રિટમાં સ્ટીલ ફાઇબર ઉમેર્યા; ૧૯૪૦ ના દાયકા સુધીમાં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, બ્રિટન, ફ્રાન્સ, જર્મની, જાપાન અને અન્ય દેશોએ કોંક્રિટના વસ્ત્રો પ્રતિકાર અને ક્રેક પ્રતિકાર સુધારવા માટે સ્ટીલ ફાઇબરનો ઉપયોગ, સ્ટીલ ફાઇબર કોંક્રિટની ઉત્પાદન તકનીક અને ફાઇબર અને કોંક્રિટ મેટ્રિક્સ વચ્ચેના બંધન મજબૂતાઈને સુધારવા માટે સ્ટીલ ફાઇબરના આકારમાં સુધારો કરવા પર ઘણું સંશોધન કર્યું હતું; ૧૯૬૩ માં, જેપી રોમ્યુઆલ્ડી અને જીબી બેટસને સ્ટીલ ફાઇબર બંધાયેલા કોંક્રિટના ક્રેક ડેવલપમેન્ટ મિકેનિઝમ પર એક પેપર પ્રકાશિત કર્યું, અને નિષ્કર્ષ રજૂ કર્યો કે સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટની ક્રેક મજબૂતાઈ સ્ટીલ ફાઇબરના સરેરાશ અંતર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જે તાણ તણાવ (ફાઇબર અંતર સિદ્ધાંત) માં અસરકારક ભૂમિકા ભજવે છે, આમ આ નવી સંયુક્ત સામગ્રીના વ્યવહારુ વિકાસ તબક્કાની શરૂઆત થાય છે. અત્યાર સુધી, સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટના લોકપ્રિયતા અને ઉપયોગ સાથે, કોંક્રિટમાં ફાઇબરના વિવિધ વિતરણને કારણે, મુખ્યત્વે ચાર પ્રકારો છે: સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ, હાઇબ્રિડ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ, લેયર્ડ સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ અને લેયર્ડ હાઇબ્રિડ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ.

2. સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટનું મજબૂતીકરણ મિકેનિઝમ
(1) સંયુક્ત મિકેનિક્સ સિદ્ધાંત. સંયુક્ત મિકેનિક્સનો સિદ્ધાંત સતત ફાઇબર સંયોજનોના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે અને કોંક્રિટમાં સ્ટીલ તંતુઓના વિતરણ લાક્ષણિકતાઓ સાથે જોડાયેલો છે. આ સિદ્ધાંતમાં, સંયોજનોને બે-તબક્કાના સંયોજનો તરીકે ગણવામાં આવે છે જેમાં એક તબક્કો ફાઇબર અને બીજો તબક્કો મેટ્રિક્સ હોય છે.
(2) ફાઇબર સ્પેસિંગ થિયરી. ફાઇબર સ્પેસિંગ થિયરી, જેને ક્રેક રેઝિસ્ટન્સ થિયરી તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે રેખીય સ્થિતિસ્થાપક ફ્રેક્ચર મિકેનિક્સ પર આધારિત પ્રસ્તાવિત છે. આ થિયરી માને છે કે ફાઇબરની મજબૂતીકરણ અસર ફક્ત સમાન રીતે વિતરિત ફાઇબર સ્પેસિંગ (લઘુત્તમ સ્પેસિંગ) સાથે સંબંધિત છે.

૩. સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટના વિકાસની સ્થિતિનું વિશ્લેષણ
1. સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ. સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ એ પ્રમાણમાં એકસમાન અને બહુ-દિશાત્મક રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટનો એક પ્રકાર છે જે સામાન્ય કોંક્રિટમાં ઓછી માત્રામાં લો કાર્બન સ્ટીલ, સ્ટેનલેસ સ્ટીલ અને FRP ફાઇબર ઉમેરીને બને છે. સ્ટીલ ફાઇબરનું મિશ્રણ પ્રમાણ સામાન્ય રીતે વોલ્યુમ દ્વારા 1% ~ 2% હોય છે, જ્યારે વજન દ્વારા દરેક ક્યુબિક મીટર કોંક્રિટમાં 70 ~ 100 કિગ્રા સ્ટીલ ફાઇબર મિશ્રિત થાય છે. સ્ટીલ ફાઇબરની લંબાઈ 25 ~ 60 મીમી, વ્યાસ 0.25 ~ 1.25 મીમી અને લંબાઈ અને વ્યાસનો શ્રેષ્ઠ ગુણોત્તર 50 ~ 700 હોવો જોઈએ. સામાન્ય કોંક્રિટની તુલનામાં, તે ફક્ત તાણ, શીયર, બેન્ડિંગ, ઘસારો અને ક્રેક પ્રતિકારને સુધારી શકતું નથી, પરંતુ કોંક્રિટની ફ્રેક્ચર કઠિનતા અને અસર પ્રતિકારને પણ મોટા પ્રમાણમાં વધારી શકે છે, અને માળખાના થાક પ્રતિકાર અને ટકાઉપણામાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકે છે, ખાસ કરીને કઠિનતા 10 ~ 20 ગણી વધારી શકાય છે. સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ અને સામાન્ય કોંક્રિટના યાંત્રિક ગુણધર્મોની તુલના ચીનમાં કરવામાં આવે છે. જ્યારે સ્ટીલ ફાઇબરનું પ્રમાણ 15% ~ 20% હોય છે અને પાણી સિમેન્ટ ગુણોત્તર 0.45 હોય છે, ત્યારે તાણ શક્તિ 50% ~ 70% વધે છે, ફ્લેક્સરલ તાકાત 120% ~ 180% વધે છે, અસર શક્તિ 10 ~ 20 ગણી વધે છે, અસર થાક શક્તિ 15 ~ 20 ગણી વધે છે, ફ્લેક્સરલ કઠિનતા 14 ~ 20 ગણી વધે છે, અને વસ્ત્રો પ્રતિકાર પણ નોંધપાત્ર રીતે સુધર્યો છે. તેથી, સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટમાં સાદા કોંક્રિટ કરતાં વધુ સારી ભૌતિક અને યાંત્રિક ગુણધર્મો છે.

૪. હાઇબ્રિડ ફાઇબર કોંક્રિટ
સંબંધિત સંશોધન ડેટા દર્શાવે છે કે સ્ટીલ ફાઇબર કોંક્રિટની સંકુચિત શક્તિને નોંધપાત્ર રીતે પ્રોત્સાહન આપતું નથી, અથવા તેને ઘટાડતું પણ નથી; સાદા કોંક્રિટની તુલનામાં, સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટની અભેદ્યતા, ઘસારો પ્રતિકાર, અસર અને ઘસારો પ્રતિકાર અને કોંક્રિટના પ્રારંભિક પ્લાસ્ટિક સંકોચનને રોકવા પર સકારાત્મક અને નકારાત્મક (વધારો અને ઘટાડો) અથવા મધ્યવર્તી મંતવ્યો પણ છે. વધુમાં, સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટમાં કેટલીક સમસ્યાઓ છે, જેમ કે મોટી માત્રા, ઊંચી કિંમત, કાટ અને આગને કારણે વિસ્ફોટ માટે લગભગ કોઈ પ્રતિકાર નથી, જેણે તેના ઉપયોગને વિવિધ ડિગ્રીઓ પર અસર કરી છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, કેટલાક સ્થાનિક અને વિદેશી વિદ્વાનોએ હાઇબ્રિડ ફાઇબર કોંક્રિટ (HFRC) પર ધ્યાન આપવાનું શરૂ કર્યું, વિવિધ ગુણધર્મો અને ફાયદાઓ સાથે ફાઇબરને મિશ્રિત કરવાનો પ્રયાસ કર્યો, એકબીજા પાસેથી શીખ્યા, અને કોંક્રિટના વિવિધ ગુણધર્મોને વધારવા માટે વિવિધ સ્તરો અને લોડિંગ તબક્કાઓ પર "સકારાત્મક હાઇબ્રિડ અસર" ને રમત આપી, જેથી વિવિધ પ્રોજેક્ટ્સની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકાય. જો કે, તેના વિવિધ યાંત્રિક ગુણધર્મો, ખાસ કરીને તેના થાક વિરૂપતા અને થાક નુકસાન, વિરૂપતા વિકાસ કાયદો અને સ્થિર અને ગતિશીલ ભાર અને સતત કંપનવિસ્તાર અથવા ચલ કંપનવિસ્તાર ચક્રીય ભાર હેઠળ નુકસાનની લાક્ષણિકતાઓ, ફાઇબરનું શ્રેષ્ઠ મિશ્રણ પ્રમાણ અને મિશ્રણ પ્રમાણ, ઘટકો વચ્ચેનો સંબંધ. સંયુક્ત સામગ્રી, મજબૂતીકરણ અસર અને મજબૂતીકરણ પદ્ધતિ, થાક વિરોધી કામગીરી, નિષ્ફળતા પદ્ધતિ અને બાંધકામ તકનીક, મિશ્રણ પ્રમાણ ડિઝાઇનની સમસ્યાઓનો વધુ અભ્યાસ કરવાની જરૂર છે.

૫. સ્તરવાળી સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ
મોનોલિથિક ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ સમાનરૂપે મિશ્રિત કરવું સરળ નથી, ફાઇબર એકઠા કરવામાં સરળ છે, ફાઇબરનું પ્રમાણ મોટું છે, અને કિંમત પ્રમાણમાં ઊંચી છે, જે તેના વ્યાપક ઉપયોગને અસર કરે છે. મોટી સંખ્યામાં એન્જિનિયરિંગ પ્રેક્ટિસ અને સૈદ્ધાંતિક સંશોધન દ્વારા, એક નવા પ્રકારનું સ્ટીલ ફાઇબર માળખું, લેયર સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ (LSFRC), પ્રસ્તાવિત છે. રોડ સ્લેબની ઉપર અને નીચેની સપાટી પર સ્ટીલ ફાઇબરની થોડી માત્રા સમાનરૂપે વિતરિત કરવામાં આવે છે, અને મધ્ય હજુ પણ એક સાદો કોંક્રિટ સ્તર છે. LSFRC માં સ્ટીલ ફાઇબર સામાન્ય રીતે મેન્યુઅલી અથવા યાંત્રિક રીતે વિતરિત કરવામાં આવે છે. સ્ટીલ ફાઇબર લાંબો હોય છે, અને લંબાઈ વ્યાસ ગુણોત્તર સામાન્ય રીતે 70 ~ 120 ની વચ્ચે હોય છે, જે દ્વિ-પરિમાણીય વિતરણ દર્શાવે છે. યાંત્રિક ગુણધર્મોને અસર કર્યા વિના, આ સામગ્રી માત્ર સ્ટીલ ફાઇબરની માત્રાને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે, પરંતુ ઇન્ટિગ્રલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટના મિશ્રણમાં ફાઇબર એકત્રીકરણની ઘટનાને પણ ટાળે છે. વધુમાં, કોંક્રિટમાં સ્ટીલ ફાઇબર સ્તરની સ્થિતિ કોંક્રિટની ફ્લેક્સરલ તાકાત પર મોટી અસર કરે છે. કોંક્રિટના તળિયે સ્ટીલ ફાઇબર સ્તરની મજબૂતીકરણ અસર શ્રેષ્ઠ છે. સ્ટીલ ફાઇબર લેયરની સ્થિતિ ઉપર જવાથી, મજબૂતીકરણ અસર નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે. LSFRC ની ફ્લેક્સરલ તાકાત સમાન મિશ્રણ પ્રમાણ સાથે સાદા કોંક્રિટ કરતા 35% થી વધુ છે, જે ઇન્ટિગ્રલ સ્ટીલ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ કરતા થોડી ઓછી છે. જો કે, LSFRC ઘણી બધી સામગ્રીની કિંમત બચાવી શકે છે, અને મુશ્કેલ મિશ્રણની કોઈ સમસ્યા નથી. તેથી, LSFRC સારા સામાજિક અને આર્થિક લાભો અને વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ સાથે એક નવી સામગ્રી છે, જે પેવમેન્ટ બાંધકામમાં લોકપ્રિયતા અને એપ્લિકેશનને પાત્ર છે.

૬. સ્તરવાળી હાઇબ્રિડ ફાઇબર કોંક્રિટ
લેયર હાઇબ્રિડ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ (LHFRC) એ LSFRC ના આધારે 0.1% પોલીપ્રોપીલીન ફાઇબર ઉમેરીને બનેલ સંયુક્ત સામગ્રી છે અને ઉપલા અને નીચલા સ્ટીલ ફાઇબર કોંક્રિટ અને મધ્ય સ્તરમાં પ્લેન કોંક્રિટમાં ઉચ્ચ તાણ શક્તિ અને ઉચ્ચ અંતિમ વિસ્તરણ સાથે મોટી સંખ્યામાં બારીક અને ટૂંકા પોલીપ્રોપીલીન ફાઇબર સમાનરૂપે વિતરિત કરે છે. તે LSFRC ઇન્ટરમીડિયેટ પ્લેન કોંક્રિટ સ્તરની નબળાઈને દૂર કરી શકે છે અને સપાટી સ્ટીલ ફાઇબર ઘસાઈ ગયા પછી સંભવિત સલામતી જોખમોને અટકાવી શકે છે. LHFRC કોંક્રિટની ફ્લેક્સરલ તાકાતને નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકે છે. પ્લેન કોંક્રિટની તુલનામાં, પ્લેન કોંક્રિટની તેની ફ્લેક્સરલ તાકાતમાં લગભગ 20% વધારો થાય છે, અને LSFRC ની તુલનામાં, તેની ફ્લેક્સરલ તાકાતમાં 2.6% વધારો થાય છે, પરંતુ કોંક્રિટના ફ્લેક્સરલ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ પર તેની ઓછી અસર પડે છે. LHFRC નું ફ્લેક્સરલ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ પ્લેન કોંક્રિટ કરતા 1.3% વધારે અને LSFRC કરતા 0.3% ઓછું છે. LHFRC કોંક્રિટની ફ્લેક્સરલ ટફનેસને પણ નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકે છે, અને તેનો ફ્લેક્સરલ ટફનેસ ઇન્ડેક્સ પ્લેન કોંક્રિટ કરતા લગભગ 8 ગણો અને LSFRC કરતા 1.3 ગણો છે. વધુમાં, કોંક્રિટમાં LHFRC માં બે કે તેથી વધુ ફાઇબરના વિવિધ પ્રદર્શનને કારણે, એન્જિનિયરિંગ જરૂરિયાતો અનુસાર, કોંક્રિટમાં સિન્થેટિક ફાઇબર અને સ્ટીલ ફાઇબરની સકારાત્મક હાઇબ્રિડ અસરનો ઉપયોગ સામગ્રીની નમ્રતા, ટકાઉપણું, કઠિનતા, ક્રેક સ્ટ્રેન્થ, ફ્લેક્સરલ સ્ટ્રેન્થ અને ટેન્સિલ સ્ટ્રેન્થને મોટા પ્રમાણમાં સુધારવા, સામગ્રીની ગુણવત્તા સુધારવા અને સામગ્રીના સેવા જીવનને લંબાવવા માટે થઈ શકે છે.

——અમૂર્ત (શાંક્સી આર્કિટેક્ચર, વોલ્યુમ 38, નંબર 11, ચેન હુઇકિંગ)