הכנת מיושר פלדה סיבים מחוזק מורכב Cementitious והתנהגות Flexural שלה

סיכום

פרוטוקול זה מתאר גישה זו לייצור מיושר פלדה סיבים מרוכבים cementitious מחוזקת על-ידי החלת שדה אלקטרו-מגנטי אחיד. מיושר פלדה סיבים מרוכבים cementitious מחוזק תערוכות מעולה תכונות מכאניות כדי בטון מזוין סיב רגיל.

תקציר

מטרת עבודה זו היא להציג גישה, בהשראת לפי הדרך שבה מחט מצפן שומר כיוון עקבי תחת הפעולה של השדה המגנטי של כדור הארץ, ייצור מורכב cementitious מחוזק בסיבי פלדה מיושר. מיושר פלדה סיבים מחוזק cementitious ללא הפרדות צבע (ASFRC) הוכנו על-ידי החלת שדה אלקטרו-מגנטי אחיד מרגמה טריים המכילים סיבי פלדה קצר, לפיה סיבי פלדה קצר גורשו כדי לסובב מזדהים עם שדה מגנטי. מידת היישור של סיבי פלדה מוקשה ASFRC הוערכה על ידי ספירת סיבי פלדה ב חתכים שבר והן על ידי טומוגרפיה הממחושבת טומוגרפיה ניתוח. התוצאות של שתי השיטות מראים כי פלדה סיבים ב ASFRC היו מאוד מיושר בזמן סיבי פלדה ב מטופלים שאינם דיסקות מרוכבים חולקו באופן אקראי. סיבי פלדה מיושר הייתה עם הרבה יעילות גבוהה יותר חיזוק, הפרדות צבע, לכן, הציג קשיחות ועוצמתה flexural המשופר. ASFRC לא פעם ובכך נעלה SFRC זה יכול לעמוד ללחץ מתיחה גדול יותר ביעילות להתנגד פיצוח.

מבוא

שילוב סיבי פלדה בטון היא דרך יעילה כדי להתגבר על חולשה מובנית של פריכות וכדי לשפר את חוזק בטון¹. במהלך העשורים האחרונים, בטון מזוין פלדה סיבים כבר נחקרו בהרחבה, ויש שימוש נרחב בתחום. סיבי פלדה בטון עדיפה בטון במונחים של פיצוח עמידות, חוזק, קשיחות שבר, שבר אנרגיה, וכו '² בסיבי פלדה בטון מזוין, פלדה סיבים באופן אקראי מפוזרים, ובכך פיזור בצורה אחידה את היעילות חיזוק של הסיבים בכל כיוון. עם זאת, בתנאים מסוימים הטעינה, רק חלק סיבי פלדה בבטון לתרום הביצועים של אלמנטים מבניים כי יעילות חיזוק של סיבי דורש כי הם יהיה מיושר עם העיקרון מתיחה מדגיש מבנה. למשל, בעת שימוש בטון פלדה סיבים המכילים סיבי פלדה מפוזרות באקראי כדי להכין קרן, חלק סיבי פלדה, במיוחד אלה מקבילים לכיוון הלחץ מתיחה העיקרי, יגרום תרומה גדולה חיזוק יעילות, ואילו אלה בניצב לכיוון הלחץ מתיחה המנהל יעשה אין תרומה חיזוק יעילות. כתוצאה מכך, למצוא גישה כדי ליישר את סיבי פלדה עם הכיוון של הלחץ מתיחה העיקרי של בטון יש צורך להשיג את היעילות הגבוהה ביותר חיזוק של סיבי פלדה.

הגורם יעילות כיוון, מוגדרת כיחס של אורך המתוכנן לאורך הכיוון של הלחץ מתיחה האורך בפועל של סיבים, משמש בדרך כלל כדי לציין את היעילות של חיזוק של סיבי פלדה^3,4 . על פי הגדרה זו, הגורם יעילות כיוון של סיבי מיושר עם הכיוון של הלחץ מתיחה הוא 1.0; זה של סיבי הנמצאים בניצב הלחץ מתיחה הוא 0. סיבי נוטה להיות גורם היעילות התמצאות בין 0 ל- 1.0. התוצאות האנליטיות מראים כי הגורם יעילות כיוון של סיבי פלדה מפוזרות באקראי בבטון הוא 0.405⁴, בעוד מבדיקות מבטון רגיל פלדה סיבים זה בטווח של 0.167 עד 0.500^5,6 . אין ספק, אם כל סיבי פלדה קצר בבטון מיושרים ויש באופן הלחץ מתיחה, סיבי פלדה יהיה חיזוק היעילות הגבוהה ביותר של דגימות יכללו ההתנהגות מתיחה האופטימלי.

כמה ניסיונות מוצלחים להכין בטון מזוין מיושר פלדה סיבים נערכו מאז שנות השמונים. בשנת 1984, שן⁷ להחיל שדה אלקטרומגנטי על השכבה התחתונה של קורות פלדה סיבים מחוזק מורכב cementitious (SFRC) במהלך הליהוק, ניתוח זיהוי רנטגן גילה כי סיבי פלדה היו מיושרים כראוי. בשנת 1995, באייר⁸ ו ארמן⁹ פטנט הגישה להכנת בטון מזוין מיושר פלדה סיבים באמצעות שדה מגנטי. יממוטו. et al. ¹⁰ נחשב את הכיוון של סיבי פלדה בבטון בעיקר מושפע הגישה הליהוק, ניסה להשיג מיושר סיבי פלדה בטון על ידי שמירה על בטון טרי הזורמים אל טפסות מכיוון מתמדת. Xu¹¹ ניסה ליישר סיבי פלדה ב shotcrete ע י ריסוס סיבי פלדה מכיוון מתמדת. ברוטונדו ווינר¹² ביקשו להפוך עמודי בטון בסיבי פלדה רב מיושר על ידי יציקה צנטריפוגלית. מחקרים ניסויים אלה חושפים כי מיושר סיבי פלדה בטון יש יתרונות רבים על פני בטון מזוין מפוזרות באקראי פלדה סיבים.

לאחרונה, מישל. et al. ¹³ ו מו. et al. ¹⁴ בהצלחה פיתחו קבוצת מיושר פלדה סיבים מחוזק cementitious ללא הפרדות צבע (ASFRCs) באמצעות שדות אלקטרו-מגנטיים. במחקרים אלה, solenoids שונים היו עשויים לספק שדה מגנטי אחיד ליישור סיבי פלדה בדגימות מרגמה בגדלים שונים. ברז חשמלי יש חדר cuboid חלול, אשר יכול להכיל דגימות של גדלים מוגדרים מראש. כאשר ברז חשמלי מחובר זרם ישיר (DC), נוצר שדה מגנטי אחיד בבית הבליעה עם כיוון הדפסה קבועה, אשר יתיישר עם הציר של ברז חשמלי. על פי העיקרון של סבירות¹⁵, שדות מגנטיים יכולים לנסוע פרומגנטי סיבים כדי לסובב וליישר במרגמה טריים. עבידות המתאים של חומר המליטה הוא קריטי עבור המאפשר סיבי פלדה לסובב במרגמה טריים. צמיגות גבוהה עלולה לגרום קושי ביישור של סיבי פלדה המליטה, בעוד צמיגות נמוכה עלולה להוביל ההפרדה של סיבים.

מאמר זה מתאר את הפרטים של הכנת ASFRC דגימות, בדיקות של מאפייני flexural ASFRC ו- SFRC. הוא צפוי כי ASFRC יש כוח flexural גבוהה וכושר קשיחות יותר SFRC. לפיכך, ASFRC יש פוטנציאל יתרונות על פני SFRC, למרות הלחץ מתיחה ומשמש פיצוח התנגדות אם מכסה בטון, ריצוף וכו '

באמצעות דגימות שבורה לאחר בדיקות flexural, הכיוון של הסיבים פלדה דגימות נחקר על ידי התבוננות על חתכי רוחב שבורה ו ניצול רנטגן סריקת טומוגרפיה ניתוח^{16,17 , 18}. התכונות המכאניות של ASFRCs, כולל שלהם flexural חוזק, קשיחות, דיווחו, לעומת אלה של מטופלים שאינם אלקטרומגנטי SFRCs.

פרוטוקול

1. ברז חשמלי הגדרת שדה מגנטי

הערה: השדה המגנטי נוצר על ידי סולנואיד עם תא חלול. ההגדרה תהיה polybutylene terephthalate (PBT) לוח סולנואיד שלד מפותל עם 4-6 שכבות אמייל חוטי נחושת מבודדים ולא עטוף בשכבת בידוד פלסטיק להגנה (איור 1). לאחר חיבור את הגליל ל DC, הזרם בתוך הסליל יוצר שדה אלקטרו-מגנטי אחיד בתוך תא ברז חשמלי עם כיוון קבוע, אינטנסיביות מתמדת אינדוקציה. להשתמש בשדה מגנטי כדי ליישר סיבי פלדה במרגמה טריים ולהכין את דגימות ASFRC. במחקר זה, הכנו 150 × 150 × 550 מ מ פריזמה דגימות באמצעות ברז חשמלי עם גודל החדר של 250 × 250 × 750 מ מ.

1. לתאם עוצמת אינדוקציה מגנטית על הזרם החשמלי של ברז חשמלי.
   1. להתחבר את ברז חשמלי DC ולהחיל הנוכחי מ- 0 עד 10 A באורך הצעד של מדד א 1 ולהקליט עוצמת אינדוקציה בתא ברז חשמלי באמצעות מד טסלה.
   2. התווה את עקומת זרם בעוצמה אינדוקציה (איור 2), אשר ישמשו מאוחר יותר צעדים כדי לקבוע את הזרם הדרוש של ברז חשמלי.
      הערה: בזהירות אחר נהלי בטיחות חשמל בעת התחברות לברז חשמלי את מקור הכוח ועל כל מבצע הליכים אחרים הרלוונטיים חשמל.

2. עבידות של פצצות מרגמה טריים

1. להכין שלוש פצצות מרגמה מתערבב עם פלדה סיבים נפח שברים 0.8%, 1.2% ו- 2.0%, בהתאמה (טבלה 1). תערובות שלוש יש הרכב מטריקס אותו עם מים מלט לחול יחס של 0.42:1:2. על פי היחס מיקס, שוקלים 0.5 ק ג של מלט, 1.0 ק ג חול ו- 0.21 ק ג מים לבדיקות עבידות.
2. להוסיף מים המיקסר מרגמה קודם. לאחר מכן להוסיף את הבטון. מערבבים את המים ואת בטון ב-30 s. ואז מערבבים במשך שלושים s, ובמהלך 30 זה s של ערבוב, מוסיפים בהדרגה חול המיקסר. ואז מערבבים עבור עוד 60 s.
3. בדוק את עומק טובעת התערובת בעזרת מד עומק טובעת בעקבות תקן הסינית מתודת בדיקה של ביצועי לבניית פצצות מרגמה (JGJ/T70-2009)¹⁹.
4. חזור על שלבים 2.2 ו- 2.3, התאמת המינון של superplasticizer עד עומק טובעת נופל לתוך הטווח 50-100 מ מ. להקליט את המינון של superplasticizer שמייצר את עבידות הרצוי, משלימים את זה כחלק היחס מיקס בטבלה1. גם בודק צפיפות מסוימת של חומר המליטה טריים לאחר עבידות מושגת. המינון אופטימיזציה של superplasticizer polycarboxylate הבדיקות הנ ל הוא 0.10% (מסת יחס מלט), הצפיפות ספציפי של פצצות מרגמה טריים 2186 kg/m³.
5. מבחן צמיגות של חומר המליטה טריים באמצעות rheometer של מרגמה המסתובבת co-צירית (איור 3). Rheometer יש לאמבט מים יכולים לשמור על הטמפרטורה של המיכל מדגם ב 20 º C.
   1. לשים 300 מ של פצצות מרגמה טריים, במרחק 5 דקות קודמות מעורבבות הדגימה.
   2. התחל את הבדיקה צמיגות. החללית בהדרגה כשבסופו המליטה טרי במכולה, ומתחיל המיכל לסובב. כפי המליטה טריים נע בתוך המיכל מסתובבת, היא חלה כוח הטיה על החללית. בתהליך, הרשומות rheometer גזירה של הטיה לדרג ומתכנן העקומה של גזירה להטיית קצב. השיפוע של העקומה הוא צמיגות של פצצות מרגמה^20,21. בחקירה הזו, צמיגות של חומר המליטה טריים מבדיקות היא 0.82 Pas.

3. הדגימה הכנה

1. קבע אינדוקציה עוצמת השדה המגנטי הנוכחי של ברז חשמלי.
   1. באמצעות צמיגות של חומר המליטה מלט שנקבע בשלב 2.5.2, לחשב את עוצמת אינדוקציה של השדה המגנטי הנדרש ליישור סיבי פלדה בטיט צמנט באמצעות משוואה (1):¹³
      (1)
      איפה B עוצמת אינדוקציה, η הוא צמיגות של פצצות מרגמה טריים, l_f הוא האורך של פלדה סיבים, m היא המסה של פלדה סיבים בודדים, r_f הוא הרדיוס של סיבי פלדה, μ הוא החדירות של סיבי פלדה, μ₀ הוא החדירות של שואב האבק, Δt הוא מרווח זמן α(t + Δt) הוא התאוצה הזויתית במרווח הזמן הבא. על פי צמיגות הפרמטרים של סיבי פלדה בשימוש בבדיקות, העוצמה הנדרשת אינדוקציה הוא 9.83 הר
   2. לקבוע את הזרם החשמלי של ברז חשמלי הנדרש כדי ליצור עוצמת אינדוקציה מספקת על פי איור 2 או משוואה (2):¹⁴
      (2)
      כאשר הוא הזרם הנדרש , N הוא המספר של ברז חשמלי הופכת ו L הוא אורך ברז חשמלי.
      באמצעות משוואה (2), הזרם הנדרש היא 8.3 A, ואילו באיור 2 זה כ 8.5 א
2. להכין דגימות ASFRC
   1. השתמש מערבל מרגמה 15 ליטר תערובת ללבנים טריים. עבור כל אצווה, מערבבים L 7.5 של פצצות מרגמה על פי יחסי הגודל של מיקס המפורטים בטבלה1. טבלה 1 מציין את תערובות ASFRC כ- A-V_נ, איפה A מציין כי מיושרים את סיבי פלדה, V_נ מציין את אמצעי האחסון חלק פלדה סיבים. בהתאם לכך, תערובות SFRC מסומנים, לשם השוואה, כמו R-V_נ, איפה R מציין סיבי פלדה מופצים באופן אקראי. תערובות SFRC שאינם מפורטים בטבלה 1, אבל יש באותן מידות כמו ASFRC.
   2. לשקול את חומרי הגלם, לערבב מלט מלט פלדה סיבים מחוזק בעקבות פרוצדורות שגרתיות.
   3. יציקת המליטה טריים לתוך תבנית פלסטיק עם גודל ברור של 150 × 150 × 550 מ"מ. הטיל דגימות מיד לאחר ערבוב כדי להימנע מאובדן עבידות. זה לוקח בסביבות 25 דקות להטיל פריזמה אחת ASFRC מתוך איש הקשר בין מלט ומים.
   4. להעביר את התבנית על גבי שולחן הדחיסה, ולעבור על השולחן הדחיסה עבור הוספת ס' 30 מרגמה נוספות לפי הצורך כדי להבטיח כי שהעובש נמצא לגמרי מלא.
   5. מכניסים את התבנית לשכת ברז חשמלי.
   6. . הפעילי את ברז חשמלי והטבלה הדחיסה עבור 50 s.
      הערה: בטון רגיל הזמן הדחיסה סביר הוא סביב 60-120 s. במבחן הזה, היא ניסיון לשלוט זמן הדחיסה סה כ טווח הזה. עוד דחיסת זמן עשוי לשפר את היישור של סיבי פלדה; עם זאת, הוא עלול לגרום מעל דחיסת וכתוצאה מכך ההפרדה (טביעתה של סיבי פלדה ו אגרגטים גסים אם ישנם). פחות זמן הדחיסה עלול לגרום המסכן היישור של סיבי פלדה ובטון unconsolidated.
   7. מעבר מהשולחן הדחיסה.
   8. כבה את ברז חשמלי לאחר דחיסת הטבלה הפסיק לגמרי.
   9. בעדינות להוציא כייר מ ברז חשמלי וחלק המשטח העליון של חומר המליטה עם שפכטל. הימנע מטריד את סיבי פלדה ליד המשטח העליון.
3. עבור כל תערובת, להכין שלוש דגימות שטופלו באופן אלקטרומגנטי (בעקבות צעדים 3.2.2-3.2.9) 3 דגימות שטופלו באופן שאינו אלקטרומגנטי (בעקבות צעדים 3.2.2-3.2.4 3.2.9). הכנת דגימות שטופלו באופן שאינו אלקטרומגנטי, דחיסת הזמן הכולל היה 80 s – זהה לזה בהכנת דגימות שטופלו באופן אלקטרומגנטי.
4. להשאיר את דגימות בתוך שלהם ליציקות 24 שעות ביממה. לאחר מכן demold, לרפא את דגימות בחדר ערפל עד שהם משמשים לבדיקות מכני.

4. 3 נקודות כיפוף מבחן

1. לאחר 28 יום, להוציא את דגימות מן החדר ריפוי ולסמן את העמדות עבור טעינת (א), תומך (B), אמצע טווח סטיה (ג) ו LVDT תיקון נקודות (D) (איור 4).
2. למקם את הדגימה על 3 נקודות האסדה בדיקת כיפוף (איור 4) של המכונה מבחן MTS ולתקן LVDT עד אמצע טווח באמצעות בעל LVDT על כל השטח בצד של הדגימה (איור 4).
3. לחבר את LVDT datalog. לאחר מכן להגדיר את תדירות רכישה של נתונים בפקד PC של המכונה מבחן.
4. בהדרגה להעלות את הדגימה על ידי העלאת שהתחתון תומך כך העליון טעינת תא של המכונה המבחן הוא קרוב מאוד, אבל בלי לגעת, המשטח העליון של הדגימה.
5. אפס את העומס הראשוני, אמצע טווח סטיה (LVDT) וערכי הזחה (תא מטען).
6. המבחן ומתחילים חלים עומס כיפוף 3 נקודות הדגימה עם פקד הזחה במהירות של 0.2 מ מ לדקה רשומה ההיסטוריה המלאה של סטיה טעינת ו אורך אמצע של הדגימה.
7. צפה את העומס ואת דפורמציה של הדגימה. לאחר שיא ערך, כאשר המנוע הוא גדול מ- 30 מ מ, להפסיק את המבחן. בדרך כלל, הדגימה נסדק, העומס הוא פחות מ 1.0 kN.
8. חזור על שלבים 4.1-4.7 לבחון כל דגימות.

5. פלדה סיבים התמצאות ניתוח

1. לספור את מספר סיבי פלדה בחלק שבורה.
   1. הפרד את דגימות לשני חלקים-החלק סדוק.
   2. למדוד ולהקליט את הכיוון של סיבי פלדה על שבר חתך הרוחב של הדגימה טיט צמנט. הכיוון הוא הזווית בין הציר של הדגימה מסיב פלדה. כי מדידה ידנית את כיווני של סיבי פלדה קשה והוא יכול לייצר מדידות לא מדויק, ניתן לסווג אוריינטציות כאחת טווחים זווית 6: 0 - 15 מעלות, 15-30 מעלות, 30-45 מעלות, 45-60 מעלות, 60-75 מעלות ו 75-90 מעלות. לרשום את מספר סיבי פלדה בכל קבוצה ולאחר מכן לחשב הגורם יעילות כיוון סיבים הממוצע של הדגימה באמצעות משוואה (3):
      (3)
      איפה η_{θ באמצעות} הגורם יעילות כיוון הממוצע של סיבי פלדה, l_f הוא אורך פלדה סיבים בודדים, n הוא המספר הכולל של סיבי פלדה בחלק סדוק, θ באמצעות_אני זווית בין פלדה סיבים כיוון השדה המגנטי חלה על הדגימה (לחישוב הערך האמצעי של הטווח זווית מאומץ עבור כל סיבי פלדה בכל קבוצה).
2. לבצע ניתוח פוזיטרונים טומוגרפיה הממחושבת.
   1. לחתוך קוביה 75 מ מ מ כל הדגימה פצצות מרגמה.
   2. לבצע רנטגן סריקה של הקוביה באמצעות פוזיטרונים טומוגרפיה הממחושבת המערכת. במקום הדגימה על פלטפורמת מבחן ולהתחיל סריקה. הדגימה מסתובב 360 מעלות בהדרגה, המכונה מתעדת את הנחתה של צילומי הרנטגן הנגרמת על ידי הדגימה בכל שלב מסתובב. מערכת טומוגרפיה יוצר מבנה דיגיטלי תלת מימדי של הקוביה.
   3. לזהות את סיבי פלדה במבנה קוביה דיגיטלית על-ידי עיבוד בינארי בשחור-לבן. ואז לקבל את התמונה הדיגיטלית המתאר את ההתפלגות של סיבי פלדה.
   4. לקבוע את נקודות הציון של כל סיבי פלדה על ידי ניתוח תמונות.
   5. לחשב את הכיוון של כל סיבי פלדה לפי נקודות הציון שלה.
   6. לחשב את גורם יעילות כיוון של סיבי באמצעות משוואה (3).

תוצאות

נקודות החוזק flexural של ASFRCs, SFRCs נחוש מבדיקות כיפוף השלשה מוצגים באיור5. החוזק flexural של ASFRCs הם גבוהים מאלה של SFRCs עבור כל המינונים סיבים. החוזק flexural של ASFRCs היו 88%, 71% ו- 57% גבוה יותר מאשר אלו של SFRCs-סיבים שברים נפח של 0.8%, 1.2% ו- 2.0%, בהתאמה. תוצאות אלו לרמז כי סיבים פלדה מיושר מחזקת את המטריצה cementitious בצורה יעילה יותר מאשר סיבי פלדה מפוזרות באקראי.

דיון

ברז חשמלי אלקטרומגנטי שפותחו במחקר זה יש תא מדידה 250 × 250 × 750 מ"מ, לא יכול להכיל אלמנטים מבניים בגודל מלא. למרות הגודל של החדר מגביל את היישום של ההתקנה, המושג פרוטוקול הצעת נייר זה תעורר את המשך ההתפתחות של מלכודת בגודל מלא לייצור אלמנטים ASFRC, במיוחד precast אלמנטים.

להשגת של צמיגות המתאים של פצצות מרגמה טריים הוא גורם חיוני לבקרת האיכות של ASFRCs, כי היישור של סיבי פלדה הוא מונע על ידי כוח מגנטי צריך להתגבר על ההתנגדות צמיגה שבחומר המליטה טריים. ההתנגדות צמיגה נשלטת על פי צמיגות המליטה...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
מלט	טאנגשאן Jidong מלט ושות', בע"מ	P&Times; O 42.5	Oridnary פורטלנד צמנט
חול		נהר	חול מודול עדינות הוא 2.4
Superplasticizer	Subote New Materials Co., Ltd.	PCA-III	סוג פוליקרבוקסיל, יחס הפחתת מים הוא 35%
סיבי פלדה	טיאנג'ין Hengfeng Xuxiang חומרי מתכת חדשים ושות', בע"מ	ישר עגול	0.5 מ"מ, אורך 25 מ"מ

קוטר