Beton-bertulang serat (FRC) mengacu pada material komposit berbasis semen-yang terdiri dari pasta semen, mortar, atau beton sebagai matriks dan serat sebagai penguat. Beton bertulang serat-, juga dikenal sebagai beton serat, biasanya mengacu pada material komposit berbasis semen-yang terdiri dari pasta semen, mortar, atau beton sebagai matriks dan serat pendek terputus-putus atau serat panjang kontinu sebagai penguat. Serat dapat mengontrol perkembangan retakan lebih lanjut pada beton matriks, sehingga meningkatkan ketahanan retak. Kekuatan tarik dan pemanjangan serat yang tinggi meningkatkan kekuatan tarik, lentur, dan impak, pemanjangan, dan ketangguhan beton. Jenis utama beton serat termasuk semen asbes, beton serat baja, beton serat kaca, beton serat polipropilen, beton serat karbon, beton serat tumbuhan, dan beton serat sintetis modulus elastisitas tinggi. Ini adalah istilah umum untuk material komposit yang terdiri dari serat dan material berbasis semen (pasta semen, mortar, atau beton). Kerugian utama dari pasta semen, mortar, dan beton adalah kekuatan tarik yang rendah, perpanjangan batas yang rendah, dan kerapuhan. Kekurangan tersebut dapat diatasi dengan menambahkan serat dengan kekuatan tarik tinggi, perpanjangan ultimit tinggi, dan ketahanan alkali yang baik.
Peran Serat Dalam Beton:
Beton biasa adalah material yang rapuh, sudah memiliki banyak retakan mikro sebelum dimuat. Di bawah peningkatan kekuatan eksternal, retakan mikro ini secara bertahap meluas dan akhirnya membentuk retakan makro, yang menyebabkan kegagalan material. Penambahan serat dalam jumlah yang tepat mencegah dan menghambat pertumbuhan retakan mikro, secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik dan lentur, serta energi patah material komposit dibandingkan dengan matriks semen tanpa perkuatan. Berbagai jenis serat meningkatkan impermeabilitas beton, ketahanan beku-pencairan, ketahanan penetrasi ion klorida, dan ketahanan karbonasi pada tingkat yang berbeda-beda. Beton bertulang-serat terutama menggunakan serat pendek dengan rasio aspek tertentu (perbandingan panjang serat terhadap diameter). Namun, serat panjang (seperti serat kaca keliling dan film serat polipropilen) atau produk serat (seperti jaring serat kaca dan alas serat kaca) terkadang digunakan. Kekuatan tarik tertinggi dapat ditingkatkan sebesar 30-50%. Fungsi utama serat dalam beton bertulang serat adalah untuk membatasi pertumbuhan retakan pada matriks semen akibat gaya eksternal. Pada tahap awal pemuatan (ketegangan dan pembengkokan), ketika bahan-bahannya sesuai dan ditambahkan zat pereduksi air berefisiensi tinggi yang sesuai, dasar semen dan serat akan menahan gaya eksternal secara bersamaan, dengan bahan pertama menjadi pembawa utama gaya eksternal; ketika alasnya retak, serat-serat yang melintasi retakan menjadi pembawa utama gaya luar. Misalkan kandungan volume serat melebihi nilai kritis tertentu. Dalam hal ini, seluruh material komposit dapat terus menahan beban yang lebih tinggi dan menghasilkan deformasi yang lebih besar hingga serat-seratnya putus atau tercabut dari material dasar, sehingga menghancurkan material komposit tersebut. Dibandingkan dengan beton biasa, beton bertulang serat memiliki kekuatan tarik dan lentur ultimit yang lebih tinggi, terutama peningkatan ketangguhannya.
Klasifikasi Umum Serat
Serat dapat diklasifikasikan berdasarkan sifat materialnya:
① Serat logam, seperti serat baja (beton bertulang serat baja) dan serat baja tahan karat (cocok untuk-beton tahan panas).
② Serat anorganik, terutama serat mineral alami (chrysotile, crocidolite, amosite, dll.) dan serat mineral buatan (serat kaca tahan alkali-, serat karbon seperti wol mineral tahan alkali-).
③ Serat organik, terutama serat sintetis (polietilen, polivinil alkohol, nilon, polimida aromatik, dll.) dan serat tumbuhan (sisal, agave, dll.). Beton bertulang serat sintetis tidak boleh digunakan di lingkungan dengan suhu melebihi 60 derajat.
Berdasarkan modulus elastisitasnya, serat dapat dibagi menjadi dua kategori utama:
Serat dengan modulus elastisitas lebih kecil dari matriks semen disebut serat fleksibel, termasuk serat polipropilen, serat nilon, dan serat selulosa.
Serat dengan modulus elastisitas lebih besar dari matriks disebut serat kaku, seperti serat baja, serat kaca, dan serat karbon.
Serat Beton Umum Dan Karakteristiknya
Serat Baja
Beton yang dibuat dengan memasukkan serat baja dalam jumlah yang sesuai ke dalam beton biasa disebut beton serat baja atau beton bertulang serat baja. Dibandingkan dengan beton biasa, kekuatan tarik, kekuatan lentur, ketahanan aus, ketahanan benturan, ketahanan lelah, ketangguhan, ketahanan retak, dan ketahanan ledakan meningkat secara signifikan. Serat jenis-pengait ujung-potongan kawat baja berkekuatan tinggi, serat jenis-pengait ujung-giling ingot, serat berbentuk-khusus yang dicukur, dan-serat tarik lelehan baja paduan rendah-dapat diterapkan secara luas dalam proyek teknik karena peningkatan ikatannya dengan matriks beton, yang secara signifikan mencegah keretakan, penguatan, dan ketangguhan beton.
Keuntungan dan Kerugian
Keunggulan teknis serat baja adalah kemampuannya meningkatkan ketangguhan dan kekuatan tarik beton. Namun, serat baja cenderung menggumpal selama pencampuran, mengakibatkan kemampuan kerja yang buruk, pemompaan yang sulit, konstruksi yang sulit, dan kerentanan terhadap karat. Selain itu, beton serat baja bersifat berat dan memerlukan produksi baja dalam jumlah besar, sehingga meningkatkan konsumsi dan biaya baja. Bentuk utama kegagalan serat baja pada saat digunakan adalah tercabut bukannya putus, yang menunjukkan bahwa daya rekat serat baja pada beton kurang sehingga akan mempengaruhi peningkatan kuat tarik beton. Prinsip pengerasan dan penguatan adalah ketika terjadi retakan, modulus baja yang tinggi dan kekuatan tarik yang tinggi dari satu serat mencegah retakan berkembang lebih lanjut; namun, karena jumlahnya yang terbatas, efek pengendalian retakan mikro tidak signifikan, dan peningkatan sifat anti-rembesan, pembekuan-cair, dan lainnya tidak terlihat jelas. Selain itu, kepadatan serat baja selama konstruksi terlalu tinggi, dan sering kali tenggelam ke dasar beton selama getaran dan penuangan, sehingga tidak mungkin untuk mendistribusikannya secara merata. Inilah alasan utama mengapa kesimpulan penelitian teoritis bagus, namun efek penerapan sebenarnya sangat bervariasi.
Serat Karbon
Serat karbonadalah material komposit di mana serat karbon tersebar secara merata dalam matriks semen untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik beton. Fitur utama beton serat karbon mencakup sifat mekanik yang sangat baik, kedap air, dan ketahanan terhadap fluktuasi suhu alami, yang tidak ditemukan pada beton bertulang konvensional. Ia juga menunjukkan sifat kimia yang stabil,-kekuatan mekanik yang tahan lama, dan stabilitas dimensi dalam lingkungan yang sangat basa.
Mengganti baja dengan serat karbon menghilangkan degradasi dan kerusakan beton bertulang yang disebabkan oleh air asin, mengurangi berat komponen bangunan, memudahkan pemasangan dan konstruksi, serta memperpendek jadwal konstruksi. Serat karbon juga memiliki sifat peredam-getaran, menyerap gelombang kejut dan meningkatkan ketahanan terhadap gempa dan kekuatan lentur lebih dari sepuluh kali lipat. Beton serat karbon menunjukkan kekuatan tarik, kekuatan lentur, ketahanan patah, dan ketahanan korosi yang tinggi. Karena koefisien muainya yang rendah, beton serat karbon menunjukkan ketahanan panas yang sangat baik dan deformasi termal yang minimal.
Fungsi utama serat karbon pada beton serat karbon adalah untuk mencegah penyebaran retakan mikro di dalam beton dan untuk mencegah terjadinya dan berkembangnya retakan makro. Oleh karena itu, kekuatan tarik dan kekuatan geser, tekuk, dan torsi, yang sebagian besar dikendalikan oleh tegangan tarik utama, meningkat secara signifikan; pada saat yang sama, ia memiliki ketahanan deformasi matriks yang tinggi, sehingga meningkatkan ketangguhan tarik, tekuk, dan benturannya. Ketika fraksi volume serat karbon adalah 1,18%, kekuatan tarik belah spesimen meningkat sebesar 1,2%. Menurut aturan komposit, efek penguatan serat karbon akan meningkat seiring dengan peningkatan kandungan serat dalam semen. Ketika persentase berat serat karbon kurang dari 5%, hubungan ini hampir linier. Ketika kandungannya semakin meningkat, serat karbon sulit untuk tersebar secara merata di dalam matriks, dan efek penguatan tidak dapat dicapai, bahkan kekuatan tarik beton serat karbon pun berkurang. Selain itu beton serat karbon juga memiliki ketahanan terhadap korosi, ketahanan permeabilitas, ketahanan aus, ketahanan susut, dan daya tahan yang baik.
fiberglass
Beton bertulang serat kaca (GFRC) adalah material komposit yang dibuat dengan mendistribusikan serat kaca tahan alkali-dengan modulus elastisitas tinggi secara merata ke seluruh mortar semen atau beton konvensional. Karena diameter serat kaca hanya 5 hingga 20 μm, hampir identik dengan partikel semen, bahan pengikat yang digunakan dalam GFRC adalah pasta semen atau pasir halus, dan hampir tidak ada agregat kasar. Oleh karena itu, material komposit yang dibuat dengan bahan ini disebut juga dengan semen bertulang. GFRC adalah tren perkembangan masa depan dalam bidang teknik konstruksi. Tidak hanya mengatasi kekurangan produk beton konvensional, seperti bobotnya yang berat, kuat tarik yang rendah, dan ketahanan benturan yang buruk, tetapi juga memiliki sifat yang tidak terdapat pada beton konvensional. Produk GFRC lebih tipis dan ringan. Karena menggunakan serat kaca dengan kekuatan tarik yang sangat tinggi sebagai penguat, mereka memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Distribusi serat kaca yang merata pada beton mencegah retaknya permukaan. Karena menyerap energi dalam jumlah besar saat terjadi kerusakan, bahan ini menunjukkan ketahanan benturan yang sangat baik dan kekuatan lentur yang tinggi. Produk GFRC juga menawarkan sifat demoulding yang sangat baik dan mudah diproses, sehingga mudah beradaptasi dengan berbagai bentuk.
Beton Serat Polipropilena
Beton serat polipropilen adalah material komposit yang dibuat dengan mendistribusikan serat polipropilen secara merata yang dipotong dengan panjang tertentu dalam mortar semen atau matriks beton konvensional untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik matriks. Beton bertulang serat-ini menawarkan keunggulan seperti ringan, kekuatan tarik tinggi, dan ketahanan terhadap benturan dan retak. Serat polipropilen juga dapat menggantikan sebagian tulangan baja untuk mengurangi berat beton, sehingga meningkatkan ketahanan struktur terhadap gempa.
Beton serat polipropilena adalah beton yang paling banyak diteliti dan diterapkan. Tergantung pada bentuk dan struktur seratnya, serat polipropilen dapat dikategorikan menjadi monofilamen, bundel serat fibrilasi paralel, dan serat film. Monofilamen memiliki rasio aspek yang tinggi, sedangkan kumpulan serat fibrilasi paralel dapat dengan mudah tersebar di dalam matriks semen. Meskipun ikatan kimianya terbatas, ikatan mekanisnya kuat, sehingga mencegah serat tercabut karena tekanan.
Meskipun serat polipropilen memiliki kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan beton konvensional, modulus elastisitasnya relatif rendah, sehingga rentan terhadap deformasi ekstrem pada kondisi tegangan tinggi. Namun, jika serat polipropilena ditambahkan dalam jumlah yang sesuai, ketahanan benturan material komposit ini jauh lebih besar dibandingkan beton biasa. Hal ini telah menemukan cara yang sangat menjanjikan untuk menghasilkan komponen dengan beban rendah namun ketahanan terhadap benturan dan ketangguhan tinggi. Selain itu, serat polipropilena tahan karat-dan memiliki ketahanan asam dan alkali yang baik.
Serat Basal
Serat basal kontinu (CBF) adalah bahan serat anorganik yang terbuat dari batuan ekstrusif vulkanik alami murni. Ini dengan cepat ditarik setelah dicairkan pada suhu tinggi 1450-1500 derajat. Ini memiliki tampilan coklat keemasan, kinerja komprehensif yang sangat baik, dan harga yang murah.
Karakteristik serat basal:
(1) Kealamian bahan baku. Karena bahan mentah untuk produksi CBF bergantung pada batuan ekstrusif vulkanik alami, selain memiliki stabilitas kimia dan termal yang tinggi, CBF juga tidak mengandung komponen apa pun yang berbahaya bagi kesehatan manusia.
(2) Kinerja yang komprehensif. Serat basal adalah serat yang benar-benar-multifungsi. Misalnya, bahan ini-tahan asam,-tahan-alkali,-tahan-suhu rendah, tahan-suhu-tinggi, insulasi-panas, insulasi listrik, dan insulasi-suara. Kekuatan tariknya melebihi serat karbon penarik besar, dan perpanjangan putusnya lebih baik dibandingkan serat karbon penarik kecil. CBF memiliki permukaan polar dan keterbasahan antarmuka yang sangat baik bila dicampur dengan resin. CBF juga memiliki dimensi molekul tiga-dimensi, yang dibandingkan dengan serat polimer linier berdimensi molekul satu-dimensi, memiliki kekuatan tekan, kekuatan geser, dan kemampuan beradaptasi yang lebih tinggi terhadap lingkungan yang keras dan ketahanan terhadap penuaan, serta sifat komprehensif yang sangat baik lainnya.
(3) Biaya rendah. Harga serat basal yang digunakan dalam beton semen tidak mahal, jauh lebih rendah dibandingkan serat baja, serat karbon, dll., dan sebanding dengan serat sintetis.
(4) Kompatibilitas alami. Serat basal adalah serat silikat yang khas. Mudah untuk dibubarkan jika dicampur dengan semen, beton, dan mortar. Beton serat basal yang baru dicampur memiliki volume yang stabil, kemampuan kerja yang baik, dan daya tahan yang baik. Bahan ini memiliki ketahanan-suhu tinggi, ketahanan anti-rembesan dan retak, serta ketahanan terhadap benturan. Selain itu, serat basal lebih tahan alkali-dibandingkan kaca tahan alkali-.
Penerapan Serat-Beton Bertulang
Beton bertulang-serat digunakan dalam berbagai aplikasi, bergantung pada kemampuan konstruktor dan pembangun dalam memanfaatkan sifat statis dan dinamis material. Beberapa aplikasinya meliputi landasan pacu, garasi parkir, trotoar, pelapis terowongan, stabilitas lereng, cangkang, dinding, pipa, penutup lubang got, bendungan, struktur hidrolik, jembatan, jalan raya, jembatan, dan lantai gudang.
Serat memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja dan daya tahan beton. Baik itu serat baja, serat kaca, serat polipropilen, atau serat alami, masing-masing jenis memiliki keunggulan unik dan cocok untuk kebutuhan konstruksi yang berbeda. Dengan memilih jenis dan dosis serat yang tepat, para insinyur tidak hanya dapat secara efektif meningkatkan ketahanan retak, ketangguhan, dan kekuatan jangka panjang beton,-tetapi juga secara signifikan mengurangi biaya pemeliharaan selanjutnya. Seiring dengan kemajuan teknologi konstruksi,-beton bertulang serat menjadi solusi utama untuk menciptakan struktur yang lebih kuat, aman, dan berkelanjutan.
