Name: Przygotowanie wyrównanego kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym i jego zachowanie przy zginaniu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-27T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 7 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania cementowych kompozytów wzmocnionych włóknem stalowym z wykorzystaniem jednorodnego pola elektromagnetycznego do wyrównania włókien. Technika ta znacząco poprawia właściwości mechaniczne materiałów budowlanych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe od Narodowej Fundacji Nauk o Przyrodzie Chin (Grant nr 51578208), Fundacji Nauk o Przyrodzie Prowincji Hebei (Grant nr E2017202030 i E2014202178) oraz Kluczowego Projektu Uniwersyteckiego Badań Naukowych i Technologicznych Prowincji Hebei (Grant No. ZD2015028).

1. Konfiguracja pola magnetycznego solenoidu
UWAGA: Pole magnetyczne jest generowane przez solenoid z pustą komorą. Układ składa się z szkieletu solenoidu wykonanego z polibutylenotereftalanu (PBT), owiniętego 4-6 warstwami miedzianego drutu w izolacji emaliowanej i zabezpieczonego zewnętrzną plastikową warstwą izolacyjną (Rycina 1). Po podłączeniu cewki do prądu stałego (DC), przepływ prądu w cewce wytwarza wewnątrz komory solenoidu jednorodne pole elektromagnetyczne o stałym kierunku i stałej natężeniu indukcji magnetycznej. Pole magnetyczne wykorzystuje się do orientacji włókien stalowych w świeżej zaprawie w celu przygotowania próbek ASFRC. W niniejszym badaniu przygotowano próbki w kształcie graniزم o wymiarach 150×150×550 mm, wykorzystując solenoid z komorą o wymiarach 250×250×750 mm.
<ol>
	<li>Powiązać natężenie indukcji magnetycznej z natężeniem prądu elektrycznego w solenoidzie.
	<ol>
		<li>Podłączyć solenoid do źródła prądu stałego (DC) i przyłożyć prąd od 0 do 10 A w krokach co 1 A. Zmierzyć i zapisać natężenie indukcji magnetycznej w komorze solenoidu za pomocą teslametru.</li>
		<li>Wykreślić krzywą zależności natężenia indukcji magnetycznej od natężenia prądu (Rysunek 2), która zostanie wykorzystana w późniejszych etapach do określenia wymaganego prądu solenoidu. 
		UWAGA: Podczas podłączania solenoidu do źródła zasilania oraz we wszystkich innych procedurach operacyjnych związanych z energią elektryczną należy ściśle przestrzegać zasad bezpieczeństwa elektrycznego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Obrabialność świeżej zaprawy
<ol>
	<li>Przygotować trzy mieszanki zaprawy o objętościowych udziałach włókien stalowych wynoszących odpowiednio 0,8%, 1,2% i 2,0% (Tabela 1). Trzy mieszanki mają taki sam skład matrycy z proporcją wody do cementu i piasku wynoszącą 0,42:1:2. Zgodnie z proporcjami mieszanki, odważyć 0,5 kg cementu, 1,0 kg piasku i 0,21 kg wody do testów urobkowości.</li>
	<li>Do mieszalnika do zaprawy wlać najpierw wodę. Następnie dodać cement. Mieszać wodę z cementem przez 30 s. Następnie mieszać przez kolejne 30 s, stopniowo dodając w tym czasie piasek do mieszalnika. Potem mieszać przez kolejne 60 s.</li>
	<li>Zbadać głębokość osiadania mieszanki za pomocą miernika głębokości osiadania zgodnie z chińską normą dotyczącą metody badania właściwości zapraw budowlanych (JGJ/T70-2009)19.</li>
	<li>Powtórzyć kroki 2.2 i 2.3, korygując dawkę superplastyfikatora, aż głębokość osiadania znajdzie się w zakresie 50-100 mm. Zapisać dawkę superplastyfikatora zapewniającą pożądaną urobkowość i uzupełnić ją jako część proporcji mieszanki w Tabeli 1. Zbadać również gęstość właściwą świeżej zaprawy po osiągnięciu wymaganej urobkowości. Optymalna dawka superplastyfikatora polikarboksylowego z powyższych badań wyniosła 0,10% (stosunek masy do cementu), a gęstość właściwa świeżej zaprawy wyniosła 2186 kg/m3.</li>
	<li>Zbadać lepkość świeżej zaprawy za pomocą współosiowego rotacyjnego reometru do zapraw (Rysunek 3). Reometr posiada łaźnię wodną, która pozwala utrzymać temperaturę pojemnika z próbką na poziomie 20 °C.
	<ol>
		<li>Wlać 300 mL świeżej zaprawy wymieszanej w ciągu ostatnich 5 min do pojemnika na próbkę.</li>
		<li>Rozpocząć test lepkości. Sonda stopniowo opada do świeżej zaprawy w pojemniku, a pojemnik zaczyna się obracać. W miarę jak świeża zaprawa porusza się w obracającym się pojemniku, wywiera siłę ścinającą na sondę. W tym procesie reometr rejestruje naprężenie ścinające i szybkość ścinania, a następnie wykreśla krzywą zależności naprężenia ścinającego od szybkości ścinania. Nachylenie tej krzywej stanowi lepkość zaprawy20,21. W niniejszym badaniu lepkość świeżej zaprawy z testów wyniosła 0,82 Pas.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Przygotowanie preparatów
<ol>
	<li>Wyznacz natężenie indukcji magnetycznej pola magnetycznego oraz natężenie prądu w solenoidzie.
	<ol>
		<li>Wykorzystując lepkość zaprawy cementowej wyznaczoną w kroku 2.5.2, oblicz natężenie indukcji magnetycznej pola magnetycznego wymaganego do orientacji włókien stalowych w zaprawie cementowej, korzystając z równania (1):13 
		<img alt="Równanie pola magnetycznego B², analiza elektromagnetyczna, wzór matematyczny, koncepcja fizyczna." src="/files/ftp_upload/56307/56307eq1v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> (1) 
		gdzie B jest natężenie indukcji magnetycznej, η lepkość świeżej zaprawy, lf długość włókien stalowych, m masą pojedynczego włókna stalowego, Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.f promień włókien stalowych, μ przepuszczalność włókien stalowych, μ0 jest przenikalnością próżni, Δt jest odstęp czasu, a α(t+Δt) to przyspieszenie kątowe w następnym przedziale czasowym. Zależnie od lepkości oraz parametrów włókna stalowego użytego w badaniach, wymagana indukcja magnetyczna wynosi 9,83 mT.</li>
		<li>Wyznacz natężenie prądu elektrycznego cewki solenoidalnej wymaganego do wytworzenia wystarczającej indukcji magnetycznej zgodnie z Rycina 2 lub równanie (2):14 
		<img alt="Równanie pola magnetycznego; wzór na prąd i pole magnetyczne w solenoidzie; zastosowanie edukacyjne." src="/files/ftp_upload/56307/56307eq2v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2"> (2) 
		gdzie I wymagane natężenie prądu, N jest liczbą zwojów solenoidu, a L jest długością solenoidu. 
		Korzystając z równania (2), wymagany prąd wynosi 8,3 A, podczas gdy z Rycina 2 wynosi ona około 8,5 A.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie próbek ASFRC
	<ol>
		<li>Do wymieszania świeżej zaprawy należy użyć mieszalnika do zapraw o pojemności 15 L. W każdej partii należy wymieszać 7,5 L zaprawy zgodnie z proporcjami mieszania wymienionymi w Tabela 1Tabela 1 określa mieszanki ASFRC jako A-Vf, gdzie A oznacza, że włókna stalowe są wyrównane, a Vf oznacza ułamkową zawartość objętościową włókien stalowych. W związku z tym mieszanki SFRC oznaczono, dla porównania, jako R-Vf, gdzie R oznacza, że włókna stalowe są rozłożone losowo. Mieszanki SFRC nie są wymienione w Tabela 1 ale zachowują takie same proporcje jak ASFRC.</li>
		<li>Odważyć surowce i wymieszać zaprawę cementową zbrojoną włóknami stalowymi zgodnie z rutynowymi procedurami.</li>
		<li>Wlej świeżą zaprawę do plastikowej formy o wymiarach wewnętrznych 150×150×550 mm. Próbki należy odlać niezwłocznie po wymieszaniu, aby uniknąć utraty urabialności. Proces odlewania jednego graniastosłupa z ASFRC trwa około 25 min od momentu kontaktu cementu z wodą.</li>
		<li>Przenieś formę na stół wibrujący i włącz urządzenie na 30 s. W razie potrzeby dodaj więcej zaprawy, aby upewnić się, że forma jest całkowicie wypełniona.</li>
		<li>Umieść formę w komorze solenoidu.</li>
		<li>Włącz zawór elektromagnetyczny i stół zagęszczający na 50 s. 
		UWAGA: W przypadku betonu zwykłego uzasadniony czas zagęszczania wynosi około 60–120 s. W niniejszym badaniu podjęto próbę utrzymania całkowitego czasu zagęszczania w tym zakresie. Dłuższy czas zagęszczania może poprawić orientację włókien stalowych, jednak może doprowadzić do nadmiernego zagęszczenia, a w konsekwencji do segregacji (osiadania włókien stalowych i kruszywa grubego, jeśli występuje). Zbyt krótki czas zagęszczania może spowodować nieprawidłową orientację włókien stalowych oraz brak odpowiedniego zagęszczenia betonu.</li>
		<li>Wyłącz stół kompaktujący.</li>
		<li>Wyłącz elektromagnes po całkowitym zatrzymaniu się stołu zagęszczającego.</li>
		<li>Ostrożnie wyjmij formę z solenoidu i wygładź górną powierzchnię zaprawy za pomocą kielni. Unikaj naruszania włókien stalowych w pobliżu górnej powierzchni.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dla każdej mieszanki przygotuj trzy próbki poddane działaniu pola elektromagnetycznego (zgodnie z krokami 3.2.2–3.2.9) oraz trzy próbki niepoddane działaniu pola elektromagnetycznego (zgodnie z krokami 3.2.2–3.2.4 oraz 3.2.9). Podczas przygotowywania próbek niepoddanych działaniu pola elektromagnetycznego całkowity czas zagęszczania wynosił 80 s — tyle samo, co w przypadku przygotowywania próbek poddanych działaniu pola elektromagnetycznego.</li>
	<li>Pozostawić próbki w pomieszczeniu w formach na 24 h. Następnie wyjąć próbki z form i pielęgnować je w komorze mgielnej do czasu ich wykorzystania w badaniach mechanicznych.</li>
</ol>
4. Test zginania trójpunktowego
<ol>
	<li>Po 28 dniach wyjmij próbki z komory dojrzewania i wyznacz punkty przyłożenia obciążenia (A), podpory (B), ugięcie w połowie rozpiętości (C) oraz punkty mocowania czujników LVDT (D) (Rysunek 4).</li>
	<li>Umieść próbkę na urządzeniu do zginania trójpunktowego (Rysunek 4) maszyny badawczej MTS i przymocuj czujnik LVDT do środka rozpiętości, używając uchwytu LVDT na każdej z powierzchni bocznych próbki (Rysunek 4).</li>
	<li>Podłącz LVDT do rejestratora danych. Następnie ustaw częstotliwość akwizycji danych na komputerze sterującym maszyny badawczej.</li>
	<li>Stopniowo podnoś próbkę poprzez podnoszenie dolnych podpór, tak aby górna komórka obciążająca maszyny badawczej znajdowała się bardzo blisko górnej powierzchni próbki, ale jej nie dotykała.</li>
	<li>Wyzeruj początkowe wartości obciążenia, ugięcia w połowie rozpiętości (LVDT) oraz przemieszczenia (czujnik obciążenia).</li>
	<li>Rozpocznij badanie i przyłóż do próbki obciążenie zginające trójpunktowe z kontrolą przemieszczenia przy prędkości 0,2 mm/min. Zapisz pełny przebieg obciążenia i ugięcia próbki w połowie rozpiętości.</li>
	<li>Obserwuj obciążenie i odkształcenie próbki. Po osiągnięciu wartości szczytowej, gdy przemieszczenie przekroczy 30 mm, przerwij badanie. Zazwyczaj próbka jest wtedy spękana, a obciążenie wynosi mniej niż 1,0 kN.</li>
	<li>Powtórz kroki 4.1–4.7 dla wszystkich próbek.</li>
</ol>
5. Analiza orientacji włókien stalowych
<ol>
	<li>Policz liczbę włókien stalowych na przekroju przełomu.
	<ol>
		<li>Rozdziel próbki na dwie części w miejscu pęknięcia.</li>
		<li>Zmierz i zapisz orientację włókien stalowych na przełomie poprzecznym próbki zaprawy cementowej. Orientacja to kąt między włóknem stalowym a osią próbki. Ponieważ ręczny pomiar orientacji włókien stalowych jest trudny i może prowadzić do niedokładnych wyników, orientacje można podzielić na jeden z sześciu zakresów kątowych: 0 - 15 °, 15 - 30 °, 30 - 45 °, 45 - 60 °, 60 - 75 ° oraz 75 - 90 °. Zapisz liczbę włókien stalowych w każdej grupie, a następnie oblicz średni współczynnik efektywności orientacji włókien próbki za pomocą równania (3): 
		<img alt="Równanie równowagi statycznej z symbolami sumowania i zmiennymi cosinusa; formuła matematyczna." src="/files/ftp_upload/56307/56307eq3v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 3"> (3) 
		gdzie ηθ to średni współczynnik efektywności orientacji włókien stalowych, lf to długość pojedynczego włókna stalowego, n to całkowita liczba włókien stalowych na przekroju pęknięcia, a θi to kąt między włóknem stalowym a kierunkiem pola magnetycznego przyłożonego do próbki (w obliczeniach dla wszystkich włókien stalowych w każdej grupie przyjmuje się wartość środkową zakresu kątowego).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przeprowadź analizę za pomocą komputerowej tomografii rentgenowskiej.
	<ol>
		<li>Wytnij sześcian o boku 75 mm z każdej próbki zaprawy.</li>
		<li>Wykonaj skanowanie rentgenowskie sześcianu przy użyciu systemu komputerowej tomografii rentgenowskiej. Umieść próbkę na platformie testowej i rozpocznij skanowanie. Próbka obraca się stopniowo o 360 °, a urządzenie rejestruje tłumienie promieni rentgenowskich wywołane przez próbkę w każdym kroku obrotu. System tomografii komputerowej generuje trójwymiarową cyfrową strukturę sześcianu.</li>
		<li>Zidentyfikuj włókna stalowe w cyfrowej strukturze sześcianu za pomocą przetwarzania binarnego czarno-białego. Następnie uzyskaj obraz cyfrowy opisujący rozkład włókien stalowych.</li>
		<li>Wyznacz współrzędne wszystkich włókien stalowych poprzez analizę obrazu.</li>
		<li>Oblicz orientację każdego włókna stalowego na podstawie jego współrzędnych.</li>
		<li>Oblicz współczynnik efektywności orientacji włókien za pomocą równania (3).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Zollo, R. F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946596000467">Fiber-reinforced concrete: an overview after 30 years of development.</a> Cem. Concr. Compos. 19 (2), 107-122 (1997).</li>
<li>Bentur, A., Mindess, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBentur%2C+A+%22Fiber+reinforced+cementitious+composites%22">Fiber reinforced cementitious composites</a>. , 2nd Edition, Taylor & Francis. London and New York. (2014).</li>
<li>Deeb, R., Karihaloo, B. L., Kulasegaram, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884613002111">Reorientation of short steel fibres during the flow of self-compacting concrete mix and determination of the fiber orientation factor.</a> Cem. Concr. Res. 56 (1), 112-120 (2013).</li>
<li>Soroushian, P., Lee, C. D. <a target="_blank" href="https://www.concrete.org/publications/internationalconcreteabstractsportal/m/details/id/1803">Distribution and orientation of fibers in steel fiber reinforced concrete.</a> ACI Mater. J. 87 (5), 433-439 (1990).</li>
<li>Sebaibi, N., Benzerzour, M., Abriak, N. E. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/262527132_Influence_of_the_distribution_and_orientation_of_fibres_in_a_reinforced_concrete_with_waste_fibres_and_powders">Influence of the distribution and orientation of fibres in a reinforced concrete with waste fibers and powders.</a> Constr. Build. Mater. 65 (1), 254-263 (2014).</li>
<li>Lee, C., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000888460900341X">Orientation factor and number of fibers at failure plane in ring-type steel fiber reinforced concrete.</a> Cem. Concr. Res. 40 (5), 810-819 (2010).</li>
<li>Shen, R. Effect of compaction methods on fibre orientation, flexural strength and toughness of steel fiber reinforced concrete. J. of the Chinese Ceramic Society. 12 (1), 21-31 (1984).</li>
<li>Process for producing a prepreg with aligned short fibres. US patent. , 3,641,828 (1988).</li>
<li>Building material, especially concrete or mortar, contains magnetically or electrically aligned parallel fibers. US patent. , 19,750,746 (1975).</li>
<li>Yamamoto, T., Gasawara, N., Ohashi, T. The construction method and directional dispersion of steel fiber reinforced concrete. Advances in Science and Technology of Water Resource. (4), 188-197 (1983).</li>
<li>Xu, X. A new type of steel fiber reinforced concrete. Architecture Technology. 20 (4), 240-241 (1993).</li>
<li>Rotondo, P. L., Weiner, K. H. <a target="_blank" href="https://www.concrete.org/publications/internationalconcreteabstractsportal/m/details/id/3490">Aligned steel fibers in concrete poles.</a> Con. Int. 8 (12), 22-27 (1986).</li>
<li>Michels, J., Gams, M. <a target="_blank" href="http://hrcak.srce.hr/index.php?show=clanak&id_clanak_jezik=245308">Preliminary study on the influence of fibre orientation in fibre reinforced mortars.</a> Gradevinar. 68 (8), 645-655 (2016).</li>
<li>Mu, R., Li, H., Qing, L., Lin, J., Zhao, Q. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061816318414">Aligning steel fibers in cement mortar using electro-magnetic field.</a> Constr. Build. Mater. 131 (1), 309-316 (2017).</li>
<li>Jones, D. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+DS+%22The+theory+of+electromagnetism%22">The theory of electromagnetism</a>. , Pergamon Press. Oxford-London-New York-Paris. (1964).</li>
<li>Liu, J., Li, C., Liu, J., Cui, G., Yang, Z. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061813006661">Study on 3D spatial distribution of steel fibers in fiber reinforced cementitious composites through micro-CT technique.</a> Constr. Build. Mater. 48 (2), 656-661 (2013).</li>
<li>Schnell, J., Schladitz, K., Schuler, F. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/best.200900055/abstract">Direction analysis of fibres in concrete on basis of computed tomography.</a> Betonund Stahlbetonbau. 105 (2), 72-77 (2010).</li>
<li>Wuest, J., Denarié, E., Brühwiler, E., Tamarit, L., Kocher, M., Gallucci, E. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1747-1567.2008.00420.x/abstract">Tomography analysis of fiber distribution and orientation in ultra high-performance fiber reinforced composites with high fiber dosages.</a> Experimental Techniques. 33 (5), 50-55 (2009).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.chinesestandard.net/default.aspx?PDF-English-ID=JGJ/T%2070-2009">JGJ/T70-2009 Chinese standard for test method of performance on building mortar</a>. , Building Press. Beijing, China. (2009).</li>
<li>Roussel, N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRoussel%2C+N+%22Understanding+the+Rheology+of+Concrete%22">Understanding the Rheology of Concrete</a>. , Woodhead Publishing Limited. Cambridge. (2012).</li>
<li>Roussel, N. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884604003746">Steady and transient flow behaviour of fresh cement pastes.</a> Cem. Concr. Res. 35 (9), 1656-1664 (2005).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Elektromagnes elektromagnetyczny opracowany w tym badaniu ma komorę o wymiarach 250×250×750 mm i nie może pomieścić pełnowymiarowych elementów konstrukcyjnych. Chociaż wielkość komory ogranicza zastosowanie układu, koncepcja i protokół zaproponowane w tym artykule zainspirują dalszy rozwój pełnowymiarowego zestawu do produkcji elementów ASFRC, w szczególności elementów prefabrykowanych.
Osiągnięcie odpowiedniej lepkości świeżej zaprawy jest podstawowym czynnikiem kontroli jakości ASFRC, poniew...

Włączenie włókien stalowych do betonu jest skutecznym sposobem na przezwyciężenie wrodzonej słabości kruchości i poprawę wytrzymałości betonu na rozciąganie1. W ciągu ostatnich dziesięcioleci zbrojony włóknami stalowymi był szeroko badany i szeroko stosowany w tej dziedzinie. zbrojony włóknem stalowym jest lepszy od betonu pod względem odporności na pękanie, wytrzymałości na rozciąganie, odporności na pękanie, energii pękania itp.2 W zbrojonym włóknem stalowym włókna stalowe są losowo rozpraszane, równomiernie rozpraszając w ten sposób skuteczność wzmacniania włókien we wszystkich kierunkach. Jednak w pewnych warunkach obciążenia tylko niektóre włókna stalowe w przyczyniają się do wydajności elementów konstrukcyjnych, ponieważ skuteczność wzmacniania włókien wymaga, aby były one dostosowane do zasady naprężeń rozciągających w konstrukcji. Na przykład, przy użyciu betonu zbrojonego włóknem stalowym zawierającego losowo rozmieszczone włókna stalowe do przygotowania belki, niektóre włókna stalowe, zwłaszcza te równoległe do kierunku głównego naprężenia rozciągającego, będą miały duży wpływ na skuteczność wzmocnienia, podczas gdy te prostopadłe do kierunku głównego naprężenia rozciągającego nie przyczynią się do zwiększenia wydajności. W związku z tym znalezienie podejścia do wyrównania włókien stalowych z kierunkiem głównego naprężenia rozciągającego w jest konieczne, aby osiągnąć najwyższą skuteczność wzmacniania włókien stalowych.
Współczynnik efektywności orientacji, zdefiniowany jako stosunek rzutowanej długości wzdłuż kierunku naprężenia rozciągającego do rzeczywistej długości włókien, jest zwykle używany do wskazania efektywności zbrojenia włókien stalowych3,4. Zgodnie z tą definicją współczynnik efektywności orientacji włókien ustawionych zgodnie z kierunkiem naprężenia rozciągającego wynosi 1,0; że włókien prostopadłych do naprężenia rozciągającego wynosi 0. Włókna pochyłe mają współczynnik efektywności orientacji od 0 do 1,0. Wyniki analityczne pokazują, że współczynnik efektywności orientacji losowo rozmieszczonych włókien stalowych w wynosi 0,4054, podczas gdy z testów zwykłego betonu zbrojonego włóknami stalowymi mieści się w zakresie od 0,167 do 0,5005,6. Oczywiście, jeśli wszystkie krótkie włókna stalowe w są wyrównane i mają taką samą orientację jak naprężenie rozciągające, włókna stalowe będą miały najwyższą skuteczność zbrojenia, a próbki będą miały optymalne zachowanie przy rozciąganiu.
Od lat 80-tych przeprowadzono kilka udanych prób przygotowania betonu zbrojonego włóknami stalowymi. W 1984 roku Shen7 zastosował pole elektromagnetyczne do dolnej warstwy belek z kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym (SFRC) podczas odlewania, a analiza detekcji rentgenowskiej wykazała, że włókna stalowe były dobrze wyrównane. W 1995 roku Bayer8 i Arman9 opatentowały metodę przygotowania wyrównanego betonu zbrojonego włóknami stalowymi za pomocą pola magnetycznego. Yamamoto i wsp.10 uznał, że na orientację włókien stalowych w wpływa głównie podejście do odlewania i próbował uzyskać wyrównany zbrojony włóknami stalowymi poprzez utrzymywanie świeżego betonu wpływającego do szalunku ze stałego kierunku. Xu11 próbował wyrównać włókna stalowe w natryskowym poprzez natryskiwanie włókien stalowych ze stałego kierunku. Rotondo i Wiener12 starali się stworzyć betonowe słupy z wyrównanymi długimi włóknami stalowymi za pomocą odlewania odśrodkowego. Te badania eksperymentalne pokazują, że wyrównany zbrojony włóknami stalowymi ma znaczące zalety w porównaniu z zbrojonym włóknami stalowymi rozmieszczonymi losowo.
Ostatnio, Michels et al.13 oraz Mu et al.14 z powodzeniem opracowało grupę dopasowanych kompozytów cementowych wzmocnionych włóknem stalowym (ASFRC) wykorzystujących pola elektromagnetyczne. W tych badaniach wykonano różne solenoidy, aby zapewnić jednolite pole magnetyczne do wyrównywania włókien stalowych w próbkach zaprawy o różnych rozmiarach. Elektrozawór ma wydrążoną prostopadłościnową komorę, która może pomieścić próbki o określonych rozmiarach. Gdy elektrozawór jest podłączony do prądu stałego (DC), w komorze powstaje jednorodne pole magnetyczne o ustalonej orientacji, które jest wyrównane z osią elektrozaworu. Zgodnie z zasadą elektromagnetyczu15, pola magnetyczne mogą napędzać włókna ferromagnetyczne do obracania się i wyrównywania w świeżej zaprawie. Właściwa urabialność zaprawy ma kluczowe znaczenie dla umożliwienia obracania się włókien stalowych w świeżej zaprawie. Wysoka lepkość może powodować trudności w ułożeniu włókien stalowych w zaprawie, natomiast niska lepkość może prowadzić do segregacji włókien.
Ten artykuł opisuje szczegóły przygotowania próbek ASFRC i testuje właściwości zginania ASFRC i SFRC. Oczekuje się, że ASFRC ma wyższą wytrzymałość na zginanie i udarność niż SFRC. W związku z tym ASFRC ma potencjalnie przewagę nad SFRC pod względem wytrzymałości na rozciąganie i odporności na pękanie, jeśli jest stosowany jako pokryciowy, chodnik itp.
Korzystając z pękniętych próbek po testach zginania, orientacja włókien stalowych w próbkach jest badana poprzez obserwację pękniętych przekrojów poprzecznych i wykorzystanie rentgenowskiej analizy tomografii komputerowej skaningowej16,17,18. Właściwości mechaniczne ASFRC, w tym ich wytrzymałość na zginanie i udarność, są przedstawiane i porównywane z właściwościami SFRC niepoddanych obróbce elektromagnetycznej.

<table><tbody><tr><td>Cement</td><td>Tangshan Jidong Cement Co., Ltd.</td><td>P&razy; O 42,5</td><td>Oryginalny cement portlandzki</td></tr><tr><td>Piasek</td><td></td><td>rzeczny</td><td>Moduł rozdrobnienia wynosi 2,4</td></tr><tr><td>Superplastyfikator</td><td>Subote New Materials Co., Ltd.</td><td>PCA-III</td><td>Typ polikarboksylowany, współczynnik redukcji wody wynosi 35%</td></tr> <tr><td>Włókno stalowe</td><td>Tianjin Hengfeng Xuxiang New Metal Materials Co., Ltd.</td><td>Okrągły prosty</td><td>Średnica 0,5 mm, długość 25 mm</td></tr></tbody></table>

przygotowanie wyrównanego kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym i jego zachowanie przy zginaniu

Preparation of Aligned Steel Fiber Reinforced Cementitious Composite and Its Flexural Behavior

Celem tej pracy jest przedstawienie podejścia, zainspirowanego sposobem, w jaki igła kompasu utrzymuje stałą orientację pod wpływem pola magnetycznego Ziemi, do produkcji cementowego kompozytu wzmocnionego wyrównanymi włóknami stalowymi. Wyrównane kompozyty cementowe wzmocnione włóknem stalowym (ASFRC) przygotowano poprzez przyłożenie jednolitego pola elektromagnetycznego do świeżej zaprawy zawierającej krótkie włókna stalowe, przy czym krótkie włókna stalowe zostały wprawione w ruch obrotowy zgodnie z polem magnetycznym. Stopień wyrównania włókien stalowych w utwardzonym ASFRC oceniano zarówno przez zliczanie włókien stalowych w przekrojach pękniętych, jak i przez analizę rentgenowskiej tomografii komputerowej. Wyniki obu metod pokazują, że włókna stalowe w ASFRC były wysoce wyrównane, podczas gdy włókna stalowe w kompozytach niepoddanych obróbce magnetycznej były rozmieszczone losowo. Wyrównane włókna stalowe miały znacznie wyższą skuteczność wzmacniania, a zatem kompozyty wykazywały znacznie zwiększoną wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość. ASFRC jest zatem lepszy od SFRC, ponieważ może wytrzymać większe naprężenia rozciągające i skuteczniej przeciwdziałać pękaniu.

Wytrzymałość na zginanie ASFRC i SFRC określona na podstawie prób zgięcia trójpunktowego przedstawiono na Rysunku 5. Wytrzymałość na zginanie ASFRC jest wyższa niż w przypadku SFRC dla wszystkich dawek włókien. Wytrzymałość na zginanie ASFRC była odpowiednio o 88%, 71% i 57% wyższa niż SFRC przy ułamkach objętościowych włókien wynoszących 0,8%, 1,2% i 2,0%. Wyniki te sugerują, że uporządkowane włókna stalowe wzmacniają matrycę cementową skuteczniej niż włókna...

Ten protokół opisuje podejście do produkcji kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym poprzez zastosowanie jednolitego pola elektromagnetycznego. Wyrównany kompozyt cementowy wzmocniony włóknem stalowym wykazuje lepsze właściwości mechaniczne niż zwykły zbrojony włóknami.

Przygotowanie wyrównanego kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym i jego zachowanie przy zginaniu

The aim of this work is to present an approach, inspired by the way in which a compass needle maintains a consistent orientation under the action of the ...

W wyniku tej metody powstaje kompozyt cementowy wzmocniony włóknem stalowym, który jest lepszy od tych wykonanych poprzednimi technikami. Główną zaletą tej techniki jest to, że krótkie włókna stalowe wymagają świeżych kompozytów cementowych wyrównanych przez pole elektromagnetyczne, co znacznie zwiększa zdolność do wzmacniania próbek. Kilka osób pomoże zademonstrować procedury.Profesor nadzwyczajny Xiaowei Wang, profesor Jian Zhou, doktorant Luansu Wei i doktorant Hui Li: Znajomość urabialności zaprawy jest kluczem do przygotowania próbek. Przygotuj miernik głębokości zapadania się, aby scharakteryzować zaprawę. Ponadto należy mieć współosiowy reometr rotacyjny do zaprawy gotowy do badania urabialności.Elementy do mieszania zaprawy powinny znajdować się w pobliżu mieszalnika do zapraw. Taka sama ilość wody, cementu i piasku znajdzie się w każdej mieszance. Testowanie wymaga również źródła superplastyfikatora.Aby zrobić zaprawę, najpierw dodaj piasek do pojemnika na piasek mieszający. Następnie wlej wodę do miksera. Następnie dodaj cement.Pozwól wodzie i cementowi mieszać się przez 30 sekund. Rozpocznij powolne, automatyczne dodawanie piasku i kontynuuj mieszanie przez kolejne 30 sekund. Mieszaj przez 60 sekund dłużej przed zatrzymaniem.W tym momencie weź miernik głębokości zapadania i umieść świeżą zaprawę w pojemniku na próbkę. Wyreguluj stożek nad próbką. Zamocuj stożek w pozycji, która tylko styka się z powierzchnią.Wyzeruj miernik na urządzeniu, a następnie zwolnij stożek, aby zakończyć test. Sprawdź miernik, aby zobaczyć, czy głębokość zatapiania wynosi od 50 do 100 milimetrów. Jeśli wynik wykracza poza zakres, przygotuj się do wymieszania kolejnej partii.Zacznij od wody w mikserze, a następnie dodaj plastyfikator, aby dostosować głębokość tonięcia. Kontynuuj dodawanie cementu i piasku jak poprzednio. Gdy nowa mieszanina będzie gotowa, ponownie wykonaj test głębokości zatapiania.Mieszanka jest dopuszczalna, jeśli wynik mieści się w zakresie od 50 do 100 milimetrów. Następnie przetestuj lepkość mieszaniny. Przenieść około 300 mililitrów świeżej zaprawy do pojemnika na próbkę reometru.Kontynuuj test lepkości. Wyniki pomogą określić niezbędne natężenie pola magnetycznego. Przygotowanie próbki eksperymentalnej wymaga pola magnetycznego.Ten solanoid znajduje się na stole do zagęszczania. Może zastosować jednolite pole na próbce formy. Plastikowa forma do zaprawy powinna łatwo pasować do wnętrza solanoidu.Umieść formę w 30-litrowym mikserze do zaprawy i odłóż ją na bok. W pobliżu mieszalnika znajdują się surowce na 15 litrów wcześniej ustalonej mieszanki zaprawy. Cement i piasek są połączone, podobnie jak woda i superplastyfikator.Włókno stalowe dla pożądanej frakcji objętościowej włókna stalowego jest nowym składnikiem wyrównanej mieszanki stalowej. Utwórz zaprawę, najpierw dodając cement i piasek do mieszalnika. Wymieszaj i potwierdź przez oględziny, że są dobrze wymieszane, zanim przejdziesz dalej.Następnie dodaj wodę i superplastyfikator i mieszaj przez około minutę. Na koniec dodaj włókna stalowe i mieszaj jeszcze przez dwie minuty. Po zakończeniu szybko wlej świeżą zaprawę do plastikowej formy.Przenieś formę na stół do zagęszczania. Włącz stół do kompaktowania na 30 sekund. Upewnij się, że forma jest całkowicie wypełniona przed kontynuowaniem.Teraz umieść formę w komorze solanoidowej. Włącz zarówno solanoid, jak i stół do zagęszczania na 50 sekund. Gdy stół całkowicie się zatrzyma, wyłącz solanoid i delikatnie usuń formę.Użyj kielni, aby wygładzić górną powierzchnię, ale unikaj naruszania włókien stalowych. Przygotuj trzy próbki poddane obróbce elektromagnetycznej i trzy standardowe próbki wzmocnione włóknem stalowym dla każdej frakcji objętościowej włókna stalowego. Przechowuj próbki w pomieszczeniu i w foremkach przez 24 godziny.Następnie zabierz próbki do pomieszczenia z mgłą, aby wyjąć je z formy i pozostawić do utwardzenia. Badania mechaniczne wykonywane są na stanowisku do prób zginania trzypunktowego. Dwie rolki będą podtrzymywać próbkę.Obciążenie zostanie przyłożone od góry. Ten schemat pokazuje, w jaki sposób próbka zostanie zamontowana na platformie. Należy pamiętać, że podpory znajdują się 50 milimetrów od każdego końca długości 550 milimetrów.Punkty podparcia są oznaczone jako B. Obciążenie jest przykładane w środku tej długości w punkcie oznaczonym A. Do próbki przyklejone są kołki po obu stronach w punktach oznaczonych D, aby podeprzeć uchwyt liniowego transformatora różnicowego lub LVDT. Punkty oznaczone literą C znajdują się na tabliczkach dołączonych do próbki. Oznacz próbkę w punktach odpowiadających oznaczonym punktom na schemacie.Punkty C to miejsca, w których mierzone jest ugięcie w połowie rozpiętości. W punktach D. Zamontuj próbkę na stanowisku badawczym. Użyj uchwytu LVDT i przymocuj LVDT do połowy rozpiętości po bokach próbki.Podłącz LVDT do rejestratora danych i ustaw częstotliwość zbierania danych. Na platformie stopniowo podnoś próbkę, korzystając z dolnych podpór. Zatrzymaj się, gdy górna komórka ładunkowa znajdzie się blisko górnej powierzchni, ale jej nie dotyka.Wyzeruj wielkości do zmierzenia i ustaw trzypunktową próbę obciążenia zginającego. Rozpocznij test i zapisz pełną historię obciążenia i ugięcia w połowie rozpiętości. Jest to przykładowy wykres obciążenia i ugięcia dla ugięcia w połowie rozpiętości.Zwróć uwagę, kiedy obciążenie przekracza wartość szczytową. W ten sposób aktualna próbka testowa pojawia się na stanowisku testowym, gdy obciążenie przekracza wartość szczytową. Po przekroczeniu obciążenia szczytowego należy przerwać badanie, gdy przemieszczenie jest większe niż 30 milimetrów.Badanie próbki zostało przerwane po osiągnięciu przemieszczenia 30 milimetrów. W tym momencie usuń próbkę i przygotuj się do przetestowania tych, które pozostały. Tutaj na czerwono znajdują się zmierzone wytrzymałości na zginanie dla wyrównanych kompozytów wzmocnionych włóknem stalowym o różnych frakcjach objętościowych włókien stalowych.Wartości liczbowe reprezentują średnią z trzech próbek, a słupki błędów wskazują odchylenie standardowe. Na niebiesko zaznaczono wytrzymałość na zginanie standardowych kompozytów wzmocnionych włóknem stalowym. Należy pamiętać, że w każdym przypadku wytrzymałość na zginanie dla wyrównanych próbek stalowych jest wyższa.Są to wykresy o małym przemieszczeniu przemieszczeń w połowie rozpiętości dla mieszanin o frakcjach objętościowych włókien stalowych wynoszących 0,8%1,2%i 2%Każdy wykres zawiera dane dla trzech próbek dla wyrównanych próbek i tradycyjnych próbek o tej samej frakcji objętościowej włókna stalowego, tutaj 0,8%Wyrównane próbki włókien stalowych mają konsekwentnie wyższe obciążenie szczytowe i powierzchnię pod krzywą. To samo dotyczy 1,2% frakcji objętościowej włókna stalowego i frakcji objętościowej 2% włókna stalowego. Testy rentgenowskiej tomografii komputerowej dają przestrzenny rozkład włókien stalowych w dwóch próbkach o objętości 0,8% włókien stalowych.Po lewej stronie znajduje się wyrównana próbka włókna stalowego, stanowiąca dowód wyrównania. Po prawej stronie znajduje się tradycyjna próbka włókna stalowego, gdzie kierunki włókien są losowe. Stosując obróbkę polem elektromagnetycznym przy użyciu układu solanoidowego opracowanego w tym badaniu, włókna stalowe w świeżej zaprawie zostały wysoce wyrównane i z powodzeniem przygotowano wyrównane próbki kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym.Zwykłe współczynniki sprawności włókien stalowych w wyrównanych komponentach cementowych wzmocnionych włóknem stalowym przekraczały 0,9, podczas gdy te zwykłe elementy cementowe wzmocnione włóknem stalowym wynosiły około 0,6. Liczba włókien stalowych odczytanych w utworzonych sekcjach wyrównanych kompozytów cementowych wzmocnionych włóknem stalowym była większa niż w przypadku kilku zwykłych kompozytów cementowych wzmocnionych włóknem stalowym. Wytrzymałość na zginanie i udarność na zginanie wyrównanych kompozytów cementowych wzmocnionych włóknem stalowym jest znacznie wyższa niż w przypadku zwykłych kompozytów cementowych wzmocnionych włóknem stalowym.Chociaż protokół opisany w tym artykule został zademonstrowany z zaprawą cementową wzmocnioną włóknem stalowym, ma on również zastosowanie do betonu zbrojonego włóknem stalowym.

preparation-aligned-steel-fiber-reinforced-cementitious-composite-its

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Trójwymiarowe (3D) mikrostrukturalne wiązki kompozytowe są wytwarzane poprzez ukierunkowaną i zlokalizowaną infiltrację nanokompozytów do porowatych sieci mikroprzepływowych 3D. Elastyczność tej metody produkcji umożliwia wykorzystanie różnych materiałów termoutwardzalnych i nanowypełniaczy w celu uzyskania różnorodnych funkcjonalnych makroskopowych produktów nanokompozytowych wzmocnionych 3D.

Wytwarzanie trójwymiarowych mikrostrukturalnych nanokompozytów metodą infiltracji mikroprzepływowej

Przedstawiono protokół odsłaniania gołych włókien na powierzchni kompozytu poprzez eliminację obszaru bogatego w żywicę. Włókna są odsłaniane podczas wytwarzania kompozytów, a nie przez obróbkę powierzchni. Odsłonięte kompozyty węglowe charakteryzują się wysoką przewodnością elektryczną w kierunku przekroju i grubością oraz wysokimi właściwościami mechanicznymi.

Eksperymentalne wdrożenie nowej metody wytwarzania kompozytów: naświetlanie gołych włókien na powierzchni kompozytu metodą miękkiej warstwy

Ten manuskrypt przedstawia metodę kontroli jakości instalacji kotew kolczastych zaprojektowanych w celu opóźnienia delaminacji zewnętrznie związanych polimerów wzmocnionych włóknami. Protokół obejmuje przygotowanie wywierconego otworu i proces wprowadzania. Omówiono najważniejsze parametry wpływające na skuteczność kotew.

Metoda instalacji w celu poprawy kontroli jakości kotew kolczastych z polimeru wzmocnionego włóknem

Opisana jest nowa technika wywierania nacisku konsolidacyjnego na układ worka próżniowego w celu wytworzenia laminatów kompozytowych. Celem tego protokołu jest opracowanie prostej, opłacalnej techniki poprawy jakości laminatów wytwarzanych metodą worków próżniowych do układania na mokro.

Produkcja kompozytów wspomagana magnesami: nowa, elastyczna technika osiągania wysokiego ciśnienia konsolidacji w procesach próżniowego workowania/układania

Celem badania było opracowanie protokołów do przygotowania spójnych próbek do dokładnych testów mechanicznych elastycznych jednokierunkowych laminatów kompozytowych na bazie aramidu o wysokiej wytrzymałości lub polietylenu o ultra wysokiej masie molowej oraz opisanie protokołów przeprowadzania sztucznego starzenia na tych materiałach.

Procedury cięcia, próby rozciągania i starzenia elastycznych jednokierunkowych laminatów kompozytowych

Proponujemy protokół testowy, który można połączyć z powszechnie dostępnymi metodami analitycznymi do oceny właściwości mechanicznych łączników ścinanych do wykorzystania w projektowaniu izolowanych paneli ściennych w celu przewidywania pełnowymiarowego zachowania izolowanych paneli.

Wyznaczanie właściwości mechanicznych łączników elastycznych do stosowania w izolowanych panelach ściennych

Ten artykuł opisuje proces produkcji laminatów kompozytowych z matrycą polimerową wzmocnioną włóknami, uzyskanych metodą mokrego ręcznego układania/worka próżniowego.

Pomiar właściwości mechanicznych polimerowych laminatów kompozytowych wzmocnionych włóknem szklanym otrzymanych w różnych procesach produkcyjnych

Przedstawiamy prostą metodę wytwarzania ultrawysokiej gęstości pionowo uporządkowanych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych. Metoda ta pozwala na syntezę złożonych, heterostrukturalnych hybrydowych geometrii nanodrutów, które można niedrogo hodować na dowolnych podłożach. Struktury te mają potencjalne zastosowania w elektronice organicznej, optoelektronice, detekcji chemicznej, fotowoltaice i spintronice.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

Ten artykuł informuje o badaniu na skalę laboratoryjną istniejącej procedury polowej i jej adaptacji do uszczelniania nieszczelnych odwiertów. Polega na mechanicznym rozszerzaniu się rury metalowej, co skutkuje poprawą połączenia metal/cement, ostatecznym uszczelnieniem ścieżek hydraulicznych i zapobieganiem wyciekom gazu spowodowanym obecnością kanału mikropierścieniowego.

Rozszerzalność mechaniczna rur stalowych jako rozwiązanie dla nieszczelnych odwiertów

Trwałość polimerów i kompozytów polimerowych wzmocnionych włóknami w eksploatacji jest krytycznym aspektem dla ich projektowania i konserwacji w oparciu o stan. Przedstawiamy nowatorską, niskokosztową platformę do badań laboratoryjnych do badania wpływu jednoczesnych obciążeń mechanicznych i środowiskowych, która może pomóc w projektowaniu bardziej wydajnych, a jednocześnie bezpieczniejszych struktur kompozytowych.

Platforma testowa do badań trwałości polimerów i kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami w warunkach jednoczesnych bodźców higrotermomechanicznych

Poznaj metodę wytwarzania cementowych kompozytów wzmocnionych włóknem stalowym z wykorzystaniem jednorodnego pola elektromagnetycznego do wyrównania włókien. Technika ta znacząco poprawia właściwości mechaniczne materiałów budowlanych.

Przygotowanie wyrównanego kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym i jego zachowanie przy zginaniu

Przeglądaj więcej filmów