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방법 논문

정렬 된 강철 섬유의 준비 강화 Cementitious 합성물 및 굴곡 동작

10.7K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/56307

⸱

2018년 6월 27일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Civil and Transportation Engineering, Hebei University of Technology, 2School of Information Engineering, Hebei University of Technology

이 논문에서

요약

이 프로토콜 유니폼 전자기 분야를 적용 하 여 정렬 된 강철 섬유 강화 cementitious 합성물 제조를 위한 접근 방법을 설명 합니다. 정렬 된 강철 섬유 강화 cementitious 합성물 일반 섬유 강화 된 콘크리트에 우수한 기계적 특성을 전시 한다.

초록

이 작품의 목표는 나침반 바늘 정렬 된 강철 섬유 강화 cementitious 합성물 제조에 대 한 지구 자기장의 작업에서 일관 된 오리엔테이션을 유지 하는 방법에 의해 영감을 접근, 출석 하는. 정렬 된 강철 섬유 강화 cementitious 합성물 (ASFRC)는 짧은 강 섬유, 짧은 강철 섬유 정렬 자기장에에서 회전을 주도 했다 그것에 의하여 포함 된 신선한 박격포를 균일 한 전자기장을 적용 하 여 준비 되었다. 강화 된 ASFRC에서 강철 섬유의 맞춤 정도 골절된 횡단면 강철 섬유 세와 계산 된 x 선 단층 촬영 분석 평가 했다. 두 가지 방법에서 결과 보여 강철에 강철 섬유 비 자석으로 합성 처리 하는 동안 ASFRC에 섬유 정렬 높은 했다 무작위로 배포 했다. 정렬 된 강철 섬유는 훨씬 더 높은 강화 효율, 그리고 합성, 따라서, 크게 향상 된 굴곡 강도와 인 성 전시. ASFRC입니다 따라서 SFRC 우수한 큰 인장 응력을 견딜 수 있는 그리고 더 효과적으로 균열 저항.

서론

콘크리트에 강 섬유를 통합 취의 고유한 약점을 극복 하 고 콘크리트1의 인장 강도 개선 하는 효과적인 방법입니다. 지난 수십 년 동안 강 섬유 강화 콘크리트 광범위 하 게 조사 되어과 분야에서 널리 이용 된다. 강철 섬유 강화 된 콘크리트는 뛰어난 균열 저항, 인장 강도, 파괴 인 성, 파괴 에너지, 등콘크리트 강철 섬유 강화 된 콘크리트, 강철 섬유에2 무작위로 분산, 그로 인하여 균일 하 게 모든 방향으로 섬유의 강화 효율 분산. 그러나, 특정 로드 조건에서 콘크리트에 강 섬유의 일부에 기여할 구조적 요소의 성능 섬유의 강화 효율은 그들이 정렬 원칙에 인장 응력을 요구 하기 때문에 구조입니다. 예를 들어, 빔, 강철 섬유의 일부를 준비 하 무작위로 분산된 강철 섬유를 포함 하는 강철 섬유 철근 콘크리트를 사용 하는 경우 특히 그 주 인장 응력의 방향에 평행에 주요 기여를 할 것 그 효율성을 강화 주 인장 응력의 방향에 수직으로 효율성을 강화 하 아무 기여를 할 것입니다. 따라서, 강 섬유 콘크리트에서 인장 주 응력의 방향으로 정렬 하는 방법을 찾는 것은 강철 섬유의 높은 강화 효율을 달성 하는 데 필요한.

섬유의 실제 길이를 인장 응력의 방향에 따라 예상된 길이의 비로 정의 된 방향 효율 요소는 일반적으로 강철 섬유3,4 강화의 효율을 나타내는 데 사용 . 이 정의 따르면 인장 응력의 방향으로 정렬 하는 섬유의 방향 효율 계수는 1.0; 섬유를 인장 응력에 직각의 0입니다. 경사 섬유 0과 1.0 사이의 방향 효율 요소가 있다. 분석 결과 표시 무작위로 분산된 강철 섬유 콘크리트의 방향 효율 요인 0.4054, 일반 강 섬유 강화 콘크리트의 테스트에서 0.167 0.5005,6의 범위에 있는 동안 . 결국, 모든 짧은 강철 섬유 콘크리트에 정렬 됩니다 경우 인장 응력으로 동일한 방향을, 철강 섬유 높은 효율성을 강화 해야한다 고는 표본 최적의 인장 행동 해야한다.

정렬 된 강철 섬유 강화 된 콘크리트를 준비 하는 몇 가지 성공적인 시도가 1980 년대부터 실시 되었습니다. 1984 년에, 쉔7 캐스팅, 동안 강철 섬유 강화 cementitious 합성물 (SFRC) 광선의 아래쪽 레이어에 전자기장 적용 그리고 x 선 검출 분석 공개 강철 섬유 잘 정렬 했다. 1995 년에 바이엘8 및 Arman9 특허 자기장을 사용 하 여 정렬 된 강철 섬유 강화 된 콘크리트를 준비 하기 위한 접근. 야마모토 외. 10 고려 주로 주조 접근에 의해 영향을 하 고 일정 한 방향에서 formwork에 신선한 콘크리트 흐르는 유지 하 여 정렬 된 강철 섬유 강화 된 콘크리트를 얻기 위해 시도 하는 콘크리트에 강 섬유의 방향. Xu11 일정 방향에서 강철 섬유를 분사 하 여 shotcrete 강철 섬유를 정렬 하려고 했습니다. 로 톤도 및 소시지12 원심 주조에 의해 정렬 된 긴 강철 섬유 콘크리트 기둥을 확인 하고자 했다. 이러한 실험적인 연구는 정렬 된 강철 섬유 강화 된 콘크리트는 무작위로 분산된 강철 섬유 강화 된 콘크리트에 비해 상당한 이점을 공개.

최근, Michels 외. 13 와 무 외. 14 는 성공적으로 정렬 된 강철 섬유 강화 cementitious 합성물 (ASFRCs) 전자기 필드를 사용 하 여 그룹을 개발 했다. 이러한 연구에서 다양 한 솔레노이드 강철 섬유 다양 한 크기의 박격포 표본에서 정렬에 대 한 균일 한 자기장을 제공 되었다. 솔레노이드는 미리 정의 된 크기의 견본을 수용할 수 있는 빈 사각 챔버. 솔레노이드는 직접 전류 (DC)에 연결 되어, 균일 한 자기장 솔레노이드의 축 정렬 고정된 방향으로 약 실에서 만들어집니다. 전자기학15의 원칙에 따라 자기장 회전 하 고 신선한 박격포에서 정렬 강자성 섬유를 구동할 수 있다. 박격포의 적절 한 가공은 신선한 박격포에 회전 강철 섬유 수 있도록 중요 합니다. 낮은 점도 섬유의 분리로 이어질 수 있습니다 하는 동안 높은 점도 박격포, 강철 섬유의 정렬에 문제가 발생할 수 있습니다.

이 종이 ASFRC 견본의 준비의 세부 정보를 설명 하 고 ASFRC와 SFRC의 굴곡 속성 테스트. ASFRC는 높은 굴곡 강도와 SFRC 보다 인 성 전망 이다. 따라서, ASFRC 잠재적 이점이 SFRC 인장 응력을 견딜 수 있는 하 고 커버 콘크리트, 포장, 등 으로 사용할 경우 저항 크래킹

골절된 견본을 사용 하 여 굴곡 테스트 후 골절된 횡단면을 관찰 하 여 조사는 표본에서 강철 섬유의 방향 및 검색 활용 x 선 단층 촬영 분석16,17 계산 , 18. ASFRCs, 그들의 굽 힘 강도 및 인 성 등의 기계적 특성 보고 있으며 그 비 전자기 치료 SFRCs의 비교.

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프로토콜

1. 솔레노이드 자기장 설치

참고: 빈 챔버 솔레노이드에 의해 자기장 생성 됩니다. 설치 4-6에 나 멜의 층 절연 구리선 고 보호 (그림 1)에 대 한 플라스틱 격리 층을 가진 코일 polybutylene 테 레프 탈 레이트 (PBT) 보드 솔레노이드 골격 이다. DC에는 코일을 연결한 후 코일에 전류 고정된 방향 및 지속적인 자기 유도 강도 솔레노이드 챔버 내 균일 한 전자기 필드를 만듭니다. 마그네틱 필드를 사용 하 여 신선한 박격포에 강철 섬유 및 ASFRC 표본 준비. 이 연구에서 우리는 150 × 150 × 550 m m 프리즘 표본 250 × 250 × 750 mm의 챔버 크기는 솔레노이드를 사용 하 여 준비.

  1. 솔레노이드의 전류를 자기 유도 강도 상관.
    1. Dc 솔레노이드를 연결 하 고 1 A. 측정 및 기록 테슬라 미터를 사용 하 여 솔레노이드 챔버에 자기 유도 강도 단계 길이 10 A 0에서 현재 적용 합니다.
    2. 플롯 자기 유도 전류 강도 곡선 (그림 2), 나중 단계에서 솔레노이드의 필요한 전류를 결정 하는 데 사용 됩니다.
      주: 전원 공급 장치 및 전력 관련 모든 다른 작업 절차에 솔레노이드를 연결할 때 신중 하 게 전기 안전 절차를 따르십시오.

2입니다. 신선한 박격포의 가공

  1. 3 준비와 박격포 혼합 강철 섬유 볼륨 분수 0.8%, 1.2%, 및 2.0%, 각각 (표 1). 3 혼합 비율 0.42:1:2의 모래 시멘트 물 같은 매트릭스 구성을 했습니다. 혼합 비율에 따라 0.5 k g 시멘트, 모래, 1.0 k g의 무게와 0.21 k g 물 가공에 대 한 테스트.
  2. 먼저 박격포 믹서에 물을 추가 합니다. 그런 다음 추가 시멘트. 혼합 물과 시멘트 30 s. 다음 또 다른 30 혼합 s, 그리고이 30 동안 혼합 하 고, s는 점차적으로 믹서에 모래를 추가. 다음 또 다른 60 혼합 s.
  3. 박격포 (JGJ/T70-2009 년)19건물에 성능 테스트 방법에 대 한 중국 표준에 따라 침 몰 깊이 측정기를 사용 하 여 혼합물의 침 몰 깊이 테스트 합니다.
  4. 2.2, 2.3, 될 때까지 침 몰 깊이 50-100 m m 범위에는 superplasticizer의 복용량을 조정 단계를 반복 합니다. 원하는 작업을 생성 하는 superplasticizer의 복용량을 기록 하 고 표 1에 혼합 비율의 일환으로 그것을 보충. 또한 고 성 달성 후 신선한 박격포의 특정 밀도 테스트 합니다. 상기 테스트에서 polycarboxylate superplasticizer의 최적화 된 복용량은 0.10% (시멘트를 대량 비율), 그리고 신선한 박격포의 특정 밀도 2186 k g/m3이다.
  5. 동축 회전 박격포 고분자 (그림 3)를 사용 하 여 신선한 박격포의 점성을 테스트 합니다. 고분자는 20 ° c.에 샘플 컨테이너의 온도 유지할 수 있는 물 목욕
    1. 신선한 박격포 샘플 용기에 이전 5 분 이내 혼합의 300 mL를 넣어.
    2. 점성 테스트를 시작 합니다. 프로브 컨테이너에서 신선한 박격포로 점차적으로 삭제 하 고 컨테이너 회전 하기 시작. 신선한 박격포 회전 컨테이너 내에서 이동, 전단 힘을 조사에 적용 됩니다. 이 과정에서 제가 레코드 전단 응력과 전단 속도 전단 속도를 전단 응력의 곡선을 플롯. 곡선의 기울기 박격포20,21의 점도입니다. 이 조사에서 테스트에서 신선한 박격포의 점도 0.82 파입니다.

3. 견본 준비

  1. 자기장의 자기 유도 강도 및 솔레노이드의 전류를 결정 합니다.
    1. 강철 섬유 시멘트 박격포 방정식 (1)를 사용 하 여 정렬에 필요한 자기장의 자기 유도 강도 계산 단계 2.5.2에서 결정 하는 시멘트 박격포의 점도 사용 하 여:13
      figure-protocol-1(1)
      B 가 자기 유도 강도, η 는 신선한 박격포의 점도, lf 강철 섬유의 길이, m 은 개별 강철 섬유의 질량, rf 는 강철 섬유, μ의 반지름 강철 섬유의 침투성, μ0 는 진공의 투자 율, Δt 는 시간 간격, 이며 α(t + δ t) 각 가속도 다음 시간 간격. 점도와 테스트에 사용 된 강철 섬유의 매개 변수, 필요한 자기 유도 강도 9.83 산
    2. 그림 2 또는 방정식 (2) 충분 한 자기 유도 강도 만드는 데 필요한 솔레노이드의 전류를 결정:14
      figure-protocol-2(2)
      어디 내가 필요한 전류, N 은 솔레노이드 회전 수 이며 L 은 솔레노이드의 길이.
      방정식 (2)를 사용 하 여 필요한 전류는 8.3 A, 그림 2 에서 그것은 약 8.5 a.
  2. ASFRC 표본 준비
    1. 신선한 박격포 혼합 15 L 박격포 믹서를 사용 합니다. 각 일괄 처리에 대 한 표 1에 나열 된 혼합 비율에 따라 박격포의 7.5 L를 혼합. 표 1 A Vf, A 강철 섬유 정렬 및 Vf 강철 섬유의 볼륨 분수를 나타냅니다을 나타냅니다 ASFRC 혼합을 나타냅니다. 따라서, SFRC 믹스는 표시, 비교를 위해, R Vf, R 강철 섬유는 무작위로 분산을 나타냅니다. SFRC 믹스 표 1 에 나열 되지 않습니다 하지만 ASFRC로 같은 비율.
    2. 원료의 무게와 일상적인 절차 강철 섬유 강화 시멘트 박격포를 섞는다.
    3. 신선한 박격포 명확한 크기의 150 × 150 × 550 m m. 플라스틱 금형에 부 어 가공 손실을 방지 하려면 혼합 후 신속 하 게는 표본을 캐스팅. 그것은 시멘트와 물 사이 접촉에서 한 ASFRC 프리즘을 약 25 분 걸립니다.
    4. 압축 테이블에 금형을 이동 하 고 30 미 추가 대 한 더 많은 박격포는 가득 금형은 완전히 보장 하기 위해 필요에 따라 압축 테이블에 스위치.
    5. 솔레노이드의 챔버로 금형을 넣어.
    6. 솔레노이드 및 압축 테이블 50에 스위치 s.
      참고: 일반 콘크리트에 대 한 합리적인 압축 시간은 주위 60-120 s. 이 테스트에서이 범위 내에서 총 압축 시간 제어를 시도 합니다. 더 이상 압축 시간; 강철 섬유의 맞춤을 향상 시킬 수 있습니다. 그러나, 그것은 압축 및 결과적으로 분리 (침 몰 강철 섬유 및 거친 집계의 경우) 발생할 수 있습니다. 압축 시간이 덜 무른된 콘크리트 강철 섬유의 가난한 맞춤을 발생할 수 있습니다.
    7. 압축 테이블에서 전환 합니다.
    8. 전환 솔레노이드 압축 테이블 완전히 멈춘 후.
    9. 부드럽게 솔레노이드에서 형을 꺼내와 박격포의 상단 표면을 흙 손으로 부드럽게. 상위 서피스 근처 강철 섬유를 방해 하지 마십시오.
  3. 각 조합에 대 한 준비 (다음 단계 3.2.2-3.2.9)의 전자기 치료 표본 3 개 그리고 3 명의 비 전자기 치료 들 (단계 3.2.2-3.2.4와 3.2.9 다음). 비 전자기 치료 표본 준비에서 총 압축 시간 했다 80 s-전자기 치료 견본의 준비와 동일.
  4. 실내와 24 h에 대 한 그들의 금형에는 견본을 둡니다. Demold 그리고 안개 방에 표본 기계적 테스트를 위해 사용 되는 때까지 치료 합니다.

4. 3 점 굽 힘 시험

  1. 28 일 후, 치료 실에서 표본에 밖으로 하 고 (A), 지원 (B), (C), 중간 범위 편향과 포인트 (D) (그림 4)를 고정 하는 LVDT 로드에 대 한 위치를 표시 합니다.
  2. MTS 테스트 컴퓨터의 3-포인트 벤딩 테스트 장비 (그림 4)에 견본을 놓고 표본 (그림 4)의 각 측 표면에 LVDT 홀더를 사용 하 여 중간 범위에 LVDT를 수정 합니다.
  3. 데이터를 로그 하는 LVDT를 연결 합니다. 테스트 컴퓨터의 제어 PC 데이터 수집 빈도 설정 합니다.
  4. 점차적으로 하단 지원 되도록 로드 셀 테스트 시스템의 상단에 가까운 매우 인상만 안 만질, 표본의 위쪽 표면 표본 인상.
  5. 초기 로드, 중간 범위 편향 (LVDT)과 변위 (로드 셀) 값을 0.
  6. 테스트를 시작 하 고 3-포인트 절곡 부하 기록 표본의 로드 및 중간 범위 편향의 전체 역사를 0.2 m m/분의 속도로 변위 제어와 표본에 적용.
  7. 시계는 부하는 시료의 변형. 피크 값, 후 변위 30 m m 보다 큰 경우, 테스트를 중지 합니다. 일반적으로, 표본 금이 고 부하 미만 1.0 kN.
  8. 4.1-4.7 모든 표본 테스트 단계를 반복 합니다.

5. 강철 섬유 방향 분석

  1. 골절된 부분에 강철 섬유의 수를 계산 합니다.
    1. 표본 금이 섹션에서 두 부분으로 구분 합니다.
    2. 측정 하 고 기록의 시멘트 박격포 견본 골절된 횡단면에 강철 섬유의 방향. 방향을 강철 섬유와 표본의 축 사이의 각도입니다. 수동으로 강철 섬유의 방향 측정 어려운 이며 부정확 한 측정을 생성할 수 있습니다, 때문에 방향 6 각도 범위 중 하나로 분류 될 수 있다: 0-15-30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 ° 및 75-90 °, 15 °. 각 그룹에 강철 섬유의 수를 기록 하 고의 식 (3)를 사용 하 여 표본 평균 섬유 방향 효율 계수를 산출 하십시오.
      figure-protocol-3(3)
      어디 ηθ 는 강철 섬유의 평균 방향 효율 계수, lf 개별 강철 섬유의 길이, n 은 금이 섹션에 강철 섬유의 총 수 이며 θi 는 강철 섬유와는 견본에 적용 되는 자기장의 방향 사이 각 (계산, 각도 범위의 각 그룹에 모든 강철 섬유에 대 한 채택은).
  2. 계산 하는 x 선 단층 촬영 분석을 수행 합니다.
    1. 각 박격포 견본에서 75mm 큐브를 잘라.
    2. 큐브의 계산 된 x 선 단층 촬영 시스템을 사용 하 여 x 선 검색을 수행 합니다. 테스트 플랫폼에는 견본을 놓고 검색 시작 합니다. 표본 점차적으로 360 ° 회전 하 고 회전 각 단계에서 견본에 의해 발생 하는 엑스레이의 감쇠를 기록 하는 기계. 컴퓨터 단층 촬영 시스템 정육면체의 3 차원 디지털 구조를 생성합니다.
    3. 흑인과 백인 이진 처리에 의해 디지털 큐브 구조에 강철 섬유를 식별 합니다. 그런 다음 강철 섬유의 분포를 설명 하는 디지털 이미지를 얻을.
    4. 이미지 분석에 의해 모든 강철 섬유의 좌표를 결정 합니다.
    5. 그 좌표에 따라 각 강철 섬유의 방향을 계산 합니다.
    6. 식 (3)를 사용 하 여 섬유의 방향 효율 계수를 계산 합니다.

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결과

ASFRCs와 SFRCs 3-포인트 벤딩 테스트에서 결정의 굽 힘은 그림 5에 나와 있습니다. ASFRCs의 굽 힘은 모든 섬유 복용량에 대 한 SFRCs의 그들 보다 더 높다. ASFRCs의 굽 힘 각각 88%와 71%, 57% 0.8%, 1.2%, 2.0%의 섬유 볼륨 분수에서 SFRCs의 그들 보다는 더 했다. 이러한 결과 정렬 된 강철 섬유 cementitious 매트릭스를 무작위로 분산된 강철 섬유 보다 더 효과적으로 강화 의미.

그림 6 표시는 부하 편향 곡선 3 포인트 벤딩 테스트에서 얻은. 부하 편향 곡선 아래의 영역 굴곡 인 성, 에너지 흡수 능력 또는 견본을 골절 하는 때의 완성을 반영으로 정의 됩니다. ASF...

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토론

이 연구에서 개발 된 전자기 솔레노이드 250 × 250 × 750 mm를 측정 하는 챔버 있으며 전체 크기 구조 요소를 수용할 수 없습니다. 챔버의 크기 제한 설정, 개념의 응용 프로그램 및이 문서에 제안 된 프로토콜 ASFRC 요소 제조에 대 한 전체 크기 설치의 추가 개발 영감을 것입니다, 특히 부품 요소.

신선한 박격포의 적절 한 점도 달성 강철 섬유의 맞춤 신선한 박격포에 점성 저항을 극복 하는 자기 힘으로 구동 하기 때문에 ASFRCs의 품질을 제어 하기 위한 필수적인 요소 이다. 점성 저항 신선한 박격포의 점성에 의해 규율 됩니다. 낮은 점도의 박격포, 쉽게 그것은 강철 섬유를 정렬. 다른 한편으로, 신선한 박격포의 점도 또한 강철 섬유의 영향. 신선한 매트릭스의 매우 높은 점도 매우 낮은 점도 하면 강철 섬유의 분리 하는 동안 강철 섬유 정렬에 어려움으로 이어집니다. 따라서, 아주 높이 그리고 아주 낮은 점도 섬유 보강의 효율성을 줄일. 따라서, 순서 균형 맞춤, ...

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공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

저자 기꺼이 인정 국가 자연 과학 재단의 중국 (보조금 번호 51578208), 허베이 지방 자연 과학 재단 (부여 번호에서에서 금융 지원 E2017202030 및 E2014202178), 및 주요 대학 과학의 프로젝트 및 허베이 성 (부여 번호의 기술 연구 ZD2015028)입니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
시멘트Tangshan Jidong 시멘트 Co., Ltd.P&타임스; Ø 42.5Oridnary 포틀랜드 시멘트
모래강 모래섬도 계수는 2.4
SuperplasticizerSubote New Materials Co., Ltd.입니다.PCA-III폴리카르복실화형, 감수율은 35%강
섬유Tianjin Hengfeng Xuxiang New Metal Materials Co., Ltd.원형 직선직경 0.5mm, 길이 25mm

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재인쇄 및 허가

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