Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Forberedelse af justeret stål Fiber forstærket cementbundne Composite og dets bøjnings opførsel

Published: June 27, 2018 doi: 10.3791/56307
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 2
1School of Civil and Transportation Engineering, Hebei University of Technology, 2School of Information Engineering, Hebei University of Technology

Summary

Denne protokol beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af justeret stål fiber forstærket cementbundne sammensat ved at anvende en ensartet elektromagnetiske felt. Justeret stål fiber forstærket cementbundne composite udstiller superior mekaniske egenskaber til almindelig fiber armeret beton.

Abstract

Formålet med dette arbejde er at præsentere en tilgang, inspireret af den måde, hvor en kompasnål bevarer en ensartet orientering under påvirkning af jordens magnetfelt, til fremstilling af cementbundne sammensat forstærket med justeret stål fibre. Justeret stål fiber forstærket cementbaserede kompositmaterialer (ASFRC) blev udarbejdet ved at anvende en ensartet elektromagnetiske felt frisk mørtel der indeholder korte stål fibre, hvorved de korte stål fibre blev kørt rotere i tråd med det magnetiske felt. Grad af tilpasning af stål fibre i hærdet ASFRC blev vurderet både ved at tælle stål fibre i brækkede tværsnit og af X-ray beregnet tomografi analyse. Resultaterne fra de to metoder viser, at stål fibre i ASFRC var stærkt justeret mens stål fibrene i ikke-magnetisk behandlet kompositter var tilfældigt fordelt. Justeret stål fibrene havde en langt højere styrke effektiviteten, og kompositmaterialer, derfor udstillede betydeligt forbedret bøjningsstyrke og sejhed. ASFRC er således bedre end SFRC i, at det kan modstå større trækstyrke stress og mere effektivt modstå revner.

Introduction

Indarbejde stål fibre i beton er en effektiv måde at overvinde den iboende svaghed ved sprødhed og forbedre trækstyrke af konkrete1. I løbet af de seneste årtier, stål fiber armeret beton grundigt undersøgt og udbredt i feltet. Stål fiber armeret beton er overlegen i forhold til konkrete i form af krakning modstand, trækstyrke, brudsejhed, fraktur energi, etc.2 i stål fiber armeret beton, stål fibre er tilfældigt spredt, hvorved ensartet sprede styrke effektiviteten af fibre i hver retning. Dog på visse betingelser, lastning, kun nogle af stål fibre i beton bidrager til udførelsen af de strukturelle elementer, fordi styrke effektiviteten af fibrene kræver at de justeres med princippet trækspændinger i den struktur. For eksempel, når du bruger stål fiber armeret beton som indeholder tilfældigt fordelte stål fibre til at forberede en stråle, nogle af de stål fibre, vil især dem parallelt med retningen af den vigtigste trækstyrke stress, gøre store bidrag til styrke effektiviteten, mens dem vil vinkelret på de vigtigste trækstyrke stress gøre noget bidrag til at styrke effektivitet. At finde en metode til at justere den stål fibre med retning af de vigtigste trækstyrke stress i beton er derfor nødvendig for at opnå den højeste styrke effektiviteten af stål fibre.

Orientering effektivitetsfaktor, defineret som forholdet mellem den forventede længde langs retning af trækstyrke stress til den faktiske længde af fibre, er normalt bruges til at angive effektiviteten af en styrkelse af stål fibre3,4 . Efter denne definition er effektivitetsfaktor orientering af fibre tilpasset med retning af trækstyrke stress 1,0; af de fibre, der er vinkelret på den trækstyrke stress er 0. Skrå fibre har en orientering effektivitetsfaktor mellem 0 og 1,0. Analyseresultaterne viser, at orientering effektivitetsfaktor tilfældigt fordelte stål fibre i beton er 0.4054, mens der fra test af almindelige stål fiber armeret beton er i rækken af 0,167 til 0,5005,6 . Åbenbart, hvis alle de korte stål fibre i beton er justeret og have den samme retning som den trækstyrke stress, stål fibrene har den højeste styrke effektivitet og modellerne vil have optimal trækstyrke adfærd.

Nogle vellykkede forsøg på at forberede justeret stål fiber armeret beton er blevet gennemført siden sene 1980 'er. I 1984, Shen7 anvendes et elektromagnetisk felt til det nederste lag af stål fiber forstærket cementbundne composite (SFRC) bjælker under støbning, og X-ray påvisning analyse viste, at stål fibre blev godt afstemt. I 1995 patenterede Bayer8 og Arman9 tilgang for at forberede justeret stål fiber armeret beton ved hjælp af et magnetfelt. Yamamoto et al. 10 betragtet orientering stål fibre i beton skal primært påvirket af støbning tilgangen og forsøgte at få justeret stål fiber armeret beton ved at holde frisk beton strømmer ind i forskalling fra en konstant retning. Xu11 forsøgte at tilpasse stål fibre i sprøjtebeton sprøjtning stål fibre fra en konstant retning. Rotondo og Wiener12 søgte at gøre konkrete polakker med justeret længe stål fibre ved centrifugalstøbning. Disse eksperimentelle undersøgelser afslører, at justeret stål fiber armeret beton har betydelige fordele i forhold til tilfældigt fordelte stål fiber armeret beton.

For nylig, Michels et al. 13 og Mu et al. 14 har med succes udviklet en gruppe af justeret stål fiber forstærket cementbaserede kompositmaterialer (ASFRCs) ved hjælp af elektromagnetiske felter. I disse undersøgelser, blev forskellige magnetventiler foretaget til at levere en ensartet magnetfelt til at justere stål fibre i mørtel enheder af forskellige størrelser. Magnetventilen har en hule kasseformet kammer, der kan rumme prøver af foruddefinerede størrelser. Når magnetventilen er tilsluttet direkte strøm (DC), er en ensartet magnetfelt skabt i salen med en fast orientering, som flugter med magnetventilen akse. Ifølge princippet om elektromagnetisme15kan magnetfelter drive ferromagnetiske fibre til at rotere og justere i frisk mørtel. Passende gennemførligheden af mørtel er kritisk for at tillade stål fibre til at rotere i frisk mørtel. En høj viskositet kan forårsage besvær med justering af stål fibre i mørtel, mens lav viskositet kan føre til adskillelse af fibrene.

Dette papir beskriver detaljerne i præparation af ASFRC prøver og analyser af ASFRC og SFRC bøjnings egenskaber. Det forventes, at ASFRC har en højere bøjningsstyrke og sejhed end SFRC. Således ASFRC har potentielt fordele over SFRC i modstå trækstyrke stress og modstå revner hvis brugt som dække beton, fortov, osv.

Ved hjælp af de brækkede prøver efter bøjnings tests, orientering af stål fibre i modellerne er undersøgt ved at observere de brækkede tværsnit og udnytte X-ray scanning beregnet tomografi analyse16,17 , 18. de mekaniske egenskaber af ASFRCs, herunder deres bøjningsstyrke og sejhed, indberettes og sammenlignet med de ikke-elektromagnetisk behandlede SFRCs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. magnetventil magnetfelt Setup

Bemærk: Det magnetiske felt er genereret af en magnetventil med en hule kammer. Opsætningen er en polybutylen polyethylenterephthalatfolie (PBT) bestyrelsen magnetventil skelet rullet med 4-6 lag af emalje isoleret kobbertråd og omviklet med et isolerende plastlag for beskyttelse (figur 1). Efter tilslutning spolen til DC, skaber strøm i spolen en ensartet elektromagnetiske felt inden for magnetventil kammer med en fast retning og konstant magnetisk induktion intensiteten. Brug det magnetiske felt til at justere stål fibre i frisk mørtel og forberede ASFRC prøver. I denne undersøgelse forberedt vi 150 × 150 × 550 mm prisme prøver ved hjælp af en magnetventil med en kammer størrelse på 250 × 250 × 750 mm.

  1. Sammenholde magnetisk induktion intensiteten til magnetventilen elektrisk strøm.
    1. Tilslut magnetventilen til DC og anvende aktuelle fra 0 til 10 A med et skridt længde 1 A. foranstaltning og post magnetisk induktion intensiteten i magnetventil kammeret ved hjælp af en tesla meter.
    2. Plot magnetisk induktion intensiteten-aktuelle kurve (figur 2), som vil blive brugt i senere trin til at bestemme den nødvendige strøm af magnetventilen.
      Bemærk: Omhyggeligt følge elektrisk sikkerhedsprocedurer, når du tilslutter magnetventilen til strømkilden og i alle andre drift procedurer relevante til elektrisk strøm.

2. gennemførligheden af frisk mørtel

  1. Forberede tre mørtel blander med stål fiber volumen fraktioner 0,8%, 1,2% og 2,0%, henholdsvis (tabel 1). De tre blandinger har samme matrix sammensætning med en vand og cement til sand forholdet mellem 0.42:1:2. Efter blanding forhold, veje 0,5 kg cement, 1,0 kg af sand og 0,21 kg vand til praktiske prøver.
  2. Tilsæt vand til mørtel mixer først. Derefter tilsættes cement. Bland vand og cement til 30 s. Derefter blandes til en anden 30 s, og under denne 30 s blanding, gradvist tilføje sand til mixeren. Derefter blandes til en anden 60 s.
  3. Test den synkende dybde af blandingen ved hjælp af et synkende dybde måler efter kinesisk standard for testmetode ydeevne på bygning mørtel (Poul/T70-2009)19.
  4. Gentag trin 2.2 og 2.3, justere dosis af superplasticizer, indtil den synkende dybde falder ind under 50-100 mm rækkevidde. Optage dosis af den superplasticizer, der producerer den ønskede bearbejdelighed og supplere det som en del af mix andel i tabel 1. Også teste specifikke tætheden af frisk mørtel efter bearbejdelighed er opnået. Optimeret doseringen af en strontiumpolycarboxylat superplasticizer fra de ovennævnte prøver er 0,10% (masse forholdet til cement), og den specifikke tæthed af frisk mørtel er 2186 kg/m3.
  5. Teste viskositet af frisk mørtel ved hjælp af en co-axial roterende mørtel rheometer (figur 3). Rheometer har et vandbad, der kan holde temperaturen af prøvebeholder ved 20 ° C.
    1. Sætte 300 mL frisk mørtel blandes i den tidligere 5 min i en prøvebeholder.
    2. Begynde viskositet test. Sonden falder gradvist i frisk mørtel i beholderen, og beholderen begynder at rotere. Frisk mørtel bevæger sig i den roterende objektbeholder, gælder en shear kraft på sonden. I processen, rheometer poster shear stress og shear Vurder og grunde kurve af shear stress til shear rate. Hældningen af kurven er viskositet af mørtel20,21. I denne undersøgelse er viskositet af frisk mørtel fra tests 0,82 Pas.

3. prøvepræparation

  1. Bestemme magnetisk induktion intensiteten af magnetfeltet og aktuelt af magnetventilen.
    1. Ved hjælp af viskositet af cement mørtel bestemmes i trin 2.5.2, beregne magnetisk induktion intensiteten af det magnetiske felt kræves for at tilpasse stål fibre i cement mørtel ved hjælp af ligning (1):13
      Equation 1(1)
      hvor B er magnetisk induktion intensiteten, η er frisk mørtel viskositet, lf er længden af stål fiber, m er massen af en individuel stål fiber, Rasmussenf er radius af stål fibre, μ er permeabilitet af stål fibre, μ0 er permeabilitet af vakuum, Δt er tidsintervallet, og α(t + Δt) er kantede acceleration på det næste tidsinterval. Viskositet og parametre af stål fiber anvendes i prøvningerne, kræves magnetisk induktion intensiteten er 9.83 mT.
    2. Bestemme den elektriske strøm af magnetventil kræves for at oprette en tilstrækkelig magnetisk induktion intensiteten efter figur 2 eller ligning (2):14
      Equation 2(2)
      hvor jeg er den krævede nuværende, N er antallet af magnetventil sving, og L er længde af magnetventilen.
      Ved hjælp af ligningen (2), er den nødvendige strøm 8.3 A, mens fra figur 2 er det omkring 8,5 A.
  2. Forberede ASFRC enheder
    1. Brug en 15 L mørtel mixer for at blande frisk mørtel. Bland 7,5 L af mørtel efter blanding proportioner i tabel 1anførte for hvert parti. Tabel 1 angiver ASFRC blander som V, Af, hvor A angiver at stål fibrene er justeret og Vf angiver volumenfraktion stål fiber. I overensstemmelse hermed, SFRC blandet er betegnet, til sammenligning, som R-Vf, hvor f angiver, at stål fibrene fordeles tilfældigt. SFRC blandet er ikke angivet i tabel 1 men har de samme dimensioner som ASFRC.
    2. Vejer råvarerne og bland stål fiber forstærket cement mørtel efter rutinemæssige procedurer.
    3. Hæld den frisk mørtel i en plast støber med klart størrelsen af 150 × 150 × 550 mm. støbt enhederne omgående efter blanding for at undgå at miste bearbejdelighed. Det tager ca 25 min. at kaste en ASFRC prisme fra kontakten mellem cement og vand.
    4. Flytte mug på en komprimerende tabel, og tænd tabellen komprimering for 30 s. Tilføj mere mørtel efter behov for at sikre, at formen er helt fyldt.
    5. Sætte formen ind i salen for magnetventilen.
    6. Tænd magnetventil og komprimering tabel for 50 s.
      Bemærk: Til almindelig beton det rimelige komprimering tidspunkt er omkring 60-120 s. I denne test, er det forsøgt at kontrollere den samlede komprimering tid inden for dette interval. Længere komprimering tid kan forbedre tilpasningen af stål fibre; dog kan det forårsage over komprimering og dermed adskillelse (forlis stål fibre, og grove aggregater hvis der er). Mindre komprimering tid kan forårsage dårlig tilpasning af stål fiber og ukonsoliderede beton.
    7. Sluk tabellen komprimering.
    8. Sluk magnetventilen efter tabellen komprimering er stoppet helt.
    9. Forsigtigt tag mug fra magnetventilen og glat oversiden af mørtel med en murske. Undgå at forstyrre den stål fibre nær den øverste overflade.
  3. For hver blanding, forberede tre elektromagnetisk behandlede enheder (efter trin 3.2.2-3.2.9) og tre ikke-elektromagnetisk behandlede enheder (efter trin 3.2.2-3.2.4 og 3.2.9). I præparation af ikke-elektromagnetisk behandlede prøver, den samlede komprimering tid var 80 s — den samme som i præparation af elektromagnetisk behandlede prøver.
  4. Forlade modellerne indendørs og i deres forme til 24 h. Derefter demold og helbrede modellerne i en tåge værelse, indtil de anvendes til mekaniske test.

4. tre-punkts bøjning Test

  1. Efter 28 dage, tage prøver fra hærdning rummet og markere holdninger til indlæsning af (A), understøtter (B), Mid span afbøjning (C), og LVDT fastsættelse punkt (D) (figur 4).
  2. Placer modellen på tre-punkts bøjning Afprøvningsapparatet (figur 4) MTS test maskine og lave en LVDT til midten span ved hjælp af en LVDT indehaveren på hver side overfladen af prøven (figur 4).
  3. Tilslut LVDT til en datalog. Derefter indstille data erhvervelse frekvens på kontrolelementet PC test maskine.
  4. Gradvist øge modellen ved at hæve bunden understøtter, så den øvre lastning celle af test maskinen er meget tæt på, men ikke røre, oversiden af modellen.
  5. Nul oprindelige last, midten span afbøjning (LVDT) og forskydning (vejecelle) værdier.
  6. Start testen og anvende en tre-punkts bøjning belastning til modellen med et deplacement kontrol med en hastighed på 0,2 mm/min. post fuld historie af lastning og midten span indbøjningen af modellen.
  7. Se belastning og deformation af modellen. Efter peak værdi, når forskydningen er større end 30 mm, stoppe testen. Normalt, modellen er revnet og belastningen er mindre end 1,0 kN.
  8. Gentag trin 4.1-4.7 at teste alle prøver.

5. stål Fiber orienteringsanalyse

  1. Tæl antallet af stål fibre på afsnittet brækkede.
    1. Adskille enhederne i to portioner på afsnittet krakket.
    2. Måle og registrere orientering af stål fibre på de brækkede tværsnit af cement mørtel modellen. Orienteringen er vinklen mellem en stål fiber og akse af modellen. Fordi manuelt måling retningslinjer på stål fibre er svært og kan producere upræcise målinger, retningslinjer kan kategoriseres som et af seks områder, vinkel: 0 - 15 °, 15-30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 ° og 75-90 °. Antallet af stål fibre i hver gruppe, og derefter beregnes den gennemsnitlige fiber orientering effektivitetsfaktor prøven af med ligning (3):
      Equation 3(3)
      hvor ηθ er den gennemsnitlige orientering effektivitetsfaktor af stål fibre, lf er længden af en individuel stål fiber, n er det samlede antal stål fibre på afsnittet krakket og θ,jeg er den vinklen mellem en stål fiber og retningen af det magnetiske felt anvendes til modellen (i beregningen, den midterste værdi af området vinkel er vedtaget for alle stål fibre i hver gruppe).
  2. Udføre X-ray beregnet tomografi analyse.
    1. Skære en 75 mm kube fra hver mørtel prøvemateriale.
    2. Udføre X-ray scanning af kuben ved hjælp af en X-ray beregnet tomografi system. Placer et eksemplar på test-platform og begynde scanning. Modellen roterer 360 ° gradvist og maskinen registrerer dæmpning af røntgenstråler forårsaget af prøvemateriale til hver roterende trin. Computertomografi systemet genererer en tre-dimensionel digital struktur af terningen.
    3. Identificere de stål fibre i digital kubestrukturen af sorte og hvide binære behandling. Derefter få det digitale billede, der beskriver fordelingen af stål fibre.
    4. Bestem koordinaterne for alle stål fibre ved billedanalyse.
    5. Beregne orientering af hver stål fiber ifølge dens koordinater.
    6. Beregne effektivitetsfaktor orientering af fibre ved hjælp af ligning (3).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bøjnings styrkerne i ASFRCs og SFRCs bestemmes ud fra tre-punkts bøjning test er vist i figur 5. Bøjnings styrken ved ASFRCs er højere end de af SFRCs for alle fiber doser. ASFRCs bøjnings styrker var 88%, 71% og 57% højere end SFRCs på fiber volumenbrøkerne af 0,8%, 1,2% og 2,0%, henholdsvis. Disse resultater indebærer, at den justerede stål fiber styrker matrixen cementbundne mere effektivt end tilfældigt fordelte stål fibre.

Figur 6 viser den belastning-indbøjningskurve opnået fra de tre-punkts bøjning test. Området under belastning-afbøjning kurven er defineret som bøjnings sejhed, som afspejler evne til energioptagelse eller fuldbyrdelsen af modellen når sprunget. Sejhed af ASFRCs og SFRCs blev beregnet og resultaterne fremgår af tabel 2. Ligesom bøjningsstyrke var sejhed af ASFRCs højere end i SFRCs. Sejhed værdier af ASFRCs var 48%, 77% og 39% højere end SFRCs på fiber volumenbrøkerne af 0,8%, 1,2% og 2,0%, henholdsvis.

Tabel 3 viser fordelingen af stål fiber retningslinjer fastlagt efter måle vinklen på fibre på brækkede sektioner. ASFRC modellerne har langt flere fibre i 0-15 ° vinkel rækkevidde end i nogen anden vinkel vifte. De har også flere fibre i området 0-15 ° vinkel end SFRC prøver. Således styrer anvender et elektromagnetisk felt effektivt retningen af stål fibre. Tabel 3 viser også, at det samlede antal stål fibre på de brækkede afsnit af ASFRC enheder er større end de SFRC prøver, som indebærer, at ASFRC enheder har flere stål fibre bridging revner end SFRC prøver. Denne forskel kan være resultatet af nogle af fibrene i SFRC prøver at være tæt og parallel til afsnittet brækket; men disse stål fibre var ikke synlig under inspektionen. Tabel 3 giver også orienteringen effektivitet faktorer af stål fibre beregnet efter fordelingen af stål fiber retningslinjer fastlægges i testene. Resultaterne viser, at orientering effektivitet faktorer af alle ASFRC enheder er større end SFRC prøverne. Orientering effektivitet faktorer for ASFRC modellerne A-0.8%, A-1.2% og A-2.0% er 0,90, 0,94 og 0,95, henholdsvis. Til SFRC prøver, derimod er faktorer 0,75, 0,75 og 0,78 for R-0.8%, R-1.2% og R-2.0%, henholdsvis.

Som vist i Video 1 til prøver A-0.8% og Video 2 for R-0.8%, X-ray scanning og computertomografi producerer analyse tredimensionelle billeder viser fordelingen af stål fibre i modellerne. Billederne afslører at de fleste af stål fibrene i ASFRC eksemplarer er effektivt justeret og har de samme eller lignende orientering, mens dem i SFRC modellerne har en tilfældig retning. Fra X-ray beregnet tomografi testresultater, koordinaterne af fibre i modellen kan bestemmes og effektivitetsfaktor orientering af fibre i modellen kan beregnes. Som vist i tabel 4, stemmer orientering effektivitet faktorer fremstillet af X-ray beregnet tomografi overens med bestemt ved optælling på tværsnit.

Figure 1
Figur 1. Magnetventil magnetiske setup. Når tilsluttet DC, er en ensartet magnetfelt skabt i den hule kammer af magnetventilen. Dette magnetfelt bruges til at justere stål fibre i cement mørtel og forberede ASFRC prøver. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. Magnetisk induktion intensiteten-aktuelle forhold. Forholdet mellem magnetisk induktion intensiteten og nuværende er påvist gennem afprøvning. Forholdet bruges til at bestemme den aktuelle forpligtet til at justere stål fibre i frisk cement mørtel. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. Opsætning af rheometer. Ved hjælp af en rheometer, bestemmes forholdet mellem shear stress og shear rate af frisk cement mørtel eksperimentelt. Viskositet af mørtel kan derefter hentes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4. Lastning modellen for tre-punkts bøjning test. En tre-punkts bøjning belastning er anvendt til prøven med indlæsning rate på 0,2 mm/min. Belastning og deformation overvåges. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5. Bøjningsstyrke af ASFRCs og SFRCs. Bøjningsstyrke af hver blanding er gennemsnittet af tre prøver. Fejllinjer i figur er standardafvigelse (SD) og angive spredningen af testene. Resultaterne viser, at bøjningsstyrke af ASFRC er højere end i SFRC. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6. Belastning-afbøjning af ASFRC og SFRC prøver. (A) volumenfraktion stål fiber 0,8%, (B) volumenfraktion stål fiber 1,2%, c volumenfraktion stål fiber 2,0%. For hver blanding, tre prøveemner er afprøvet, og at tre enhederne er mærket med et tal i parentes. Resultaterne viser, at ASFRC prøver har højere belastning og sejhed spidsværdier (arealet under kurven) end SFRC prøver. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7. Justeret stål fibre på afsnittet brækket af en stål fiber jernbeton stikprøve. Selv om der findes en række grove aggregater, justeres den stål fibre i beton stadig effektivt. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Video 1
Video 1. Stål fiber distribution af A-0.8% fra X-ray beregnet tomografi tests. Resultaterne af X-ray beregnet tomografi tests giver den geografiske fordeling af stål fibre i overensstemmelse med modellen og bevise at den stål fibre i ASFRC eksemplarer er stærkt justeret. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at hente.)

Video 2
Video 2. Stål fiber distribution af R-0.8% fra X-ray beregnet tomografi tests. Resultaterne af X-ray beregnet tomografi tests giver den geografiske fordeling af stål fibre i overensstemmelse med modellen og bevise, at stål fibrene i ASFRC prøver meget justeres mens dem i SFRC enheder fordeles tilfældigt. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at hente.)

Mix nr. Vand (kg/m3) Cement (kg/m3) Sand (kg/m3) Stål Fiber (kg/m3) Superplasticizer (kg/m3)
A-0.8% 267 633 1266 62,4 0.267
A-1.2% 265 631 1261 støtte på 93,6 0,265
A-2.0% 263 627 1253 156,0 0.263

Tabel 1. Blande proportioner af cementbaserede kompositmaterialer med justeret stål fiber forstærkning (ASFRC). Materialet i hver linje er 1 m3 kompositter. SFRC modparter har præcis de samme proportioner.

Modellen Sejhed Gennemsnitlige sejhed Modellen Sejhed Gennemsnitlige sejhed
(× 105N•mm) (× 105N•mm) (× 105N•mm) (× 105N•mm)
A-0.8% (1) 2,047 R-0.8% (1) 1.495
A-0.8% (2) 1.945 2.073 R-0.8% (2) 1.344 1.396
A-0.8% (3) 2.226 R-0.8% (3) 1.349
A-1.2% (1) 2.323 R-1.2% (1) 1.738
A-1.2% (2) 3.707 3.148 R-1.2% (2) 1.476 1.783
A-1.2% (3) 3.414 R-1.2% (3) 2.136
A-2.0% (1) 3.125 R-2.0% (1) 1.692
A-2.0% (2) 3.998 3.568 R-2.0% (2) 2.807 2.575
A-2.0% (3) 3.582 R-2.0% (3) 3.227

Tabel 2. Sejhed af ASFRC og SFRC prøver. Sejhed af modellen er området under belastning-afbøjning kurve. ASFRC modellerne har højere værdier af sejhed end SFRC prøver.

Modellen Antallet af fibre i vinkel vifte I alt Orientering effektivitetsfaktor
0-15 ° 15-30 ° 30-45 ° 45-60 ° 60-75 ° 75-90 °
A-0.8% 367 80 39 27 15 22 550 0.90
R-0.8% 133 102 83 67 49 45 479 0,75
A-1.2% 668 65 34 16 20 13 816 0,94
R-1.2% 142 120 98 72 61 41 534 0,75
A-2.0% 887 162 45 28 20 11 1153 0,95
R-2.0% 236 207 151 129 54 61 838 0,78

Tabel 3. Antallet af stål fibre på brækkede mørtel sektioner. ASFRC modellerne med justeret stål fibre har langt flere fibre i 0-15 ° vinkel rækkevidde end i nogen anden vinkel vifte. De har også flere fibre i 0-15 ° vinkel rækkevidde end SFRC prøverne. Antallet af stål fiber var bestemt manuelt ved optælling af fibre på afsnittet brækkede af modellerne. Det samlede antal stål fibre på de brækkede afsnit af ASFRC enheder er større end SFRC prøverne.

Vf= 0,8% Vf= 1,2% Vf= 2,0%
ASFRC 0,91 0,93 0,94
SFRC 0,59 0.66 0,63

Tabel 4. Orientering effektivitetsfaktor stål fibre i mørtel fra X-ray beregnet tomografi analyse. Fra X-ray beregnet tomografi analyse bekræfter at stål fibrene i ASFRC eksemplarer er effektivt justeret og har højere orientering effektivitet faktorer end SFRC prøver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den elektromagnetiske magnetventil udviklet i denne undersøgelse har et kammer måling 250 × 250 × 750 mm og kan ikke rumme de strukturelle elementer i fuld størrelse. Selv om størrelsen af salen begrænser anvendelsen af opsætnings-konceptet og protokol, der foreslås i denne hvidbog vil inspirere den videre udvikling af en fuld størrelse setup til fremstilling af ASFRC elementer, især præfabrikerede elementer.

At opnå en passende viskositet af frisk mørtel er afgørende for at kontrollere kvaliteten af ASFRCs, fordi justeringen af stål fibre er drevet af en magnetisk kraft, der skal overvinde den viskøse modstand i frisk mørtel. Den viskøse modstand er underlagt viskositet af frisk mørtel. Jo lavere viskositet af mørtel, jo nemmere det er at justere stål fibre. På den anden side indflydelse viskositet af frisk mørtel også suspension af stål fibre. Meget høj viskositet af matrixen friske fører til vanskeligheder med at tilpasse den stål fibre, mens meget lav viskositet forårsager adskillelse af stål fibre. Derfor meget høje og meget lav viskositet reducere effektiviteten af fiber forstærkning. Derfor, i orden balance justering og suspension af stål fibre, viskositet af frisk mørtel kan empirisk styres ved at den synkende dybde af frisk almindeligt cement mørtel forbliver i 50-100 mm rækkevidde.

Selv om den protokol, der er beskrevet i denne hvidbog er brugt til at forberede stål fiber forstærket cement mørtel, gælder det også for stål fiber armeret beton. Figur 7 er et foto af justeret stål fiber armeret beton med grove aggregat tilberedt efter den protokol, der er skitseret ovenfor. Til beton, på grund af tilstedeværelsen af grove aggregat, intuitivt, stål fibrene ligger i kløften mellem grove aggregater og dermed kan ikke justeres. Men retssag testresultaterne viser at metoden virker godt og at de stål fibre i beton kan justeres effektivt. I virkeligheden, i beton er volumenfraktion af grove aggregat ca 35%; de andre fine partikler tegner sig for de resterende 65% volumenfraktion. Denne 65% volumen giver rigelig plads for fiber til at justere. Dette giver derfor den foreslåede protokol har bredere anvendelsesområder i både mørtel og beton.

I konklusion, 1) ved hjælp af opsætningen magnetventil elektromagnetiske felt udviklet i denne undersøgelse, stål fibrene i frisk mørtel var stærkt justeret og ASFRC prøver med maksimal størrelse på 150 × 150 × 550 mm var med held parat. 2) orientering effektivitet faktorer stål fibre i ASFRC prøver overskredet 0,90, mens de af SFRC prøver var omkring 0,60. Desuden var antallet af stål fibre bridging afsnittene halvtosset af ASFRC enheder større end SFRC prøverne. Højere orientering effektivitet faktorer og mere stål fibre på tværs af krakket sektioner konto for stigning i styrke effektiviteten af ASFRC. 3) bøjningsstyrke og bøjnings sejhed af ASFRC er væsentligt højere end SFRC på fiber volumenbrøkerne af 0,8%, 1,2% og 2,0%. Endelig, 4) selv om den protokol, der er beskrevet i denne hvidbog blev brugt til at forberede stål fiber forstærket cement mørtel, det gælder også for stål fiber armeret beton. Den foreslåede protokol har derfor større anvendelsesområder i både mørtel og beton.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Forfatterne parlamentsarbejdet finansielle understøtter fra den nationale karakter Science Foundation of China (Grant nr. 51578208), Hebei provinsen natur Science Foundation (Grant nr. E2017202030 og E2014202178), og nøglen projekt af University Science og Technology Research af Hebei provinsen (Grant nr. ZD2015028).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cement Tangshan Jidong Cement Co., Ltd. P×O 42.5 Oridnary Portland Cement
Sand River sand Fineness modulus is 2.4
Superplasticizer Subote New Materials Co., Ltd. PCA-III Polycarboxylated type, water reducing ratio is 35%
Steel fiber Tianjin Hengfeng Xuxiang New Metal Materials Co., Ltd. Round straight Diameter 0.5mm, length 25mm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zollo, R. F. Fiber-reinforced concrete: an overview after 30 years of development. Cem. Concr. Compos. 19 (2), 107-122 (1997).
  2. Bentur, A., Mindess, S. Fiber reinforced cementitious composites. , 2nd Edition, Taylor & Francis. London and New York. (2014).
  3. Deeb, R., Karihaloo, B. L., Kulasegaram, S. Reorientation of short steel fibres during the flow of self-compacting concrete mix and determination of the fiber orientation factor. Cem. Concr. Res. 56 (1), 112-120 (2013).
  4. Soroushian, P., Lee, C. D. Distribution and orientation of fibers in steel fiber reinforced concrete. ACI Mater. J. 87 (5), 433-439 (1990).
  5. Sebaibi, N., Benzerzour, M., Abriak, N. E. Influence of the distribution and orientation of fibres in a reinforced concrete with waste fibers and powders. Constr. Build. Mater. 65 (1), 254-263 (2014).
  6. Lee, C., Kim, H. Orientation factor and number of fibers at failure plane in ring-type steel fiber reinforced concrete. Cem. Concr. Res. 40 (5), 810-819 (2010).
  7. 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).
  8. Process for producing a prepreg with aligned short fibres. US patent. Bayer, A. G. , 3,641,828 (1988).
  9. Building material, especially concrete or mortar, contains magnetically or electrically aligned parallel fibers. US patent. Arman, E. , 19,750,746 (1975).
  10. 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).
  11. Xu, X. A new type of steel fiber reinforced concrete. Architecture Technology. 20 (4), 240-241 (1993).
  12. Rotondo, P. L., Weiner, K. H. Aligned steel fibers in concrete poles. Con. Int. 8 (12), 22-27 (1986).
  13. Michels, J., Gams, M. Preliminary study on the influence of fibre orientation in fibre reinforced mortars. Gradevinar. 68 (8), 645-655 (2016).
  14. Mu, R., Li, H., Qing, L., Lin, J., Zhao, Q. Aligning steel fibers in cement mortar using electro-magnetic field. Constr. Build. Mater. 131 (1), 309-316 (2017).
  15. Jones, D. S. The theory of electromagnetism. , Pergamon Press. Oxford-London-New York-Paris. (1964).
  16. Liu, J., Li, C., Liu, J., Cui, G., Yang, Z. Study on 3D spatial distribution of steel fibers in fiber reinforced cementitious composites through micro-CT technique. Constr. Build. Mater. 48 (2), 656-661 (2013).
  17. Schnell, J., Schladitz, K., Schuler, F. Direction analysis of fibres in concrete on basis of computed tomography. Betonund Stahlbetonbau. 105 (2), 72-77 (2010).
  18. Wuest, J., Denarié, E., Brühwiler, E., Tamarit, L., Kocher, M., Gallucci, E. Tomography analysis of fiber distribution and orientation in ultra high-performance fiber reinforced composites with high fiber dosages. Experimental Techniques. 33 (5), 50-55 (2009).
  19. JGJ/T70-2009 Chinese standard for test method of performance on building mortar. , Building Press. Beijing, China. (2009).
  20. Roussel, N. Understanding the Rheology of Concrete. , Woodhead Publishing Limited. Cambridge. (2012).
  21. Roussel, N. Steady and transient flow behaviour of fresh cement pastes. Cem. Concr. Res. 35 (9), 1656-1664 (2005).

Tags

Engineering sag 136 stål fiber armeret beton justeret stål fibre cementbaserede kompositmaterialer elektromagnetisk felt sejhed bøjningsstyrke fiber distribution orientering effektivitetsfaktor mørtel
Forberedelse af justeret stål Fiber forstærket cementbundne Composite og dets bøjnings opførsel
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Mu, R., Wei, L., Wang, X., Li, H.,… More

Mu, R., Wei, L., Wang, X., Li, H., Qing, L., Zhou, J., Zhao, Q. Preparation of Aligned Steel Fiber Reinforced Cementitious Composite and Its Flexural Behavior. J. Vis. Exp. (136), e56307, doi:10.3791/56307 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter