Waiting
Login processing...

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

Engineering

Voorbereiding van uitgelijnde stalen vezel versterkt cementgebonden composiet en haar belastbaarheid gedrag

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

Dit protocol beschrijft een aanpak voor het vervaardigen van uitgelijnde stalen glasvezel versterkte cementgebonden samengesteld door het toepassen van een uniforme elektromagnetisch veld. Uitgelijnde stalen glasvezel versterkte cementgebonden composiet vertoont superieure mechanische eigenschappen aan gewone glasvezel gewapend beton.

Abstract

Het doel van dit werk wil presenteren een aanpak, geïnspireerd door de manier waarop een kompas naald een consequente oriëntatie onder invloed van het aardmagnetisch veld onderhoudt, voor het vervaardigen van een cementgebonden composiet, versterkt met uitgelijnde stalen vezels. Uitgelijnde stalen vezel versterkt cementgebonden composieten (ASFRC) werden voorbereid door het toepassen van een uniforme elektromagnetisch veld op verse mortel met korte stalen vezels, waarbij de korte stalen vezels werden gedreven om te draaien in afstemming met het magnetisch veld. De mate van aanpassing van de stalen vezels in geharde ASFRC werd beoordeeld zowel door het tellen van stalen vezels in gebroken dwarsdoorsneden X-ray berekend tomografie analyse. De resultaten van de twee methoden blijkt dat de vezels in ASFRC waren zeer uitgelijnd terwijl de stalen vezels in niet-magnetisch composieten behandeld staal werden willekeurig verdeeld. De uitgelijnde stalen vezels hebben een veel hogere versterken efficiëntie en de composieten, tentoongesteld daarom aanzienlijk verbeterde buigsterkte en taaiheid. De ASFRC is dus superieur aan SFRC in dat het kan weerstaan meer treksterkte stress en meer effectief weerstaan kraken.

Introduction

Opnemen van stalen vezels in beton is een effectieve manier om te overwinnen de inherente zwakte van de broosheid en ter verbetering van de treksterkte van concrete1. Tijdens de afgelopen decennia, is stalen glasvezel gewapend beton uitgebreid onderzocht en op grote schaal gebruikt in het veld. Stalen glasvezel gewapend beton is superieur aan concrete in termen van kraken weerstand, treksterkte, breuk-taaiheid, fractuur energie, etc.2 In stalen glasvezel gewapend beton, staal vezels zijn willekeurig verspreid, waardoor gelijkmatig verspreiden de versterken efficiëntie van de vezels in elke richting. Echter, onder bepaalde voorwaarden laden slechts enkele van de stalen vezels in beton bijdragen aan de prestaties van de structurele elementen omdat de versterken efficiëntie van de vezels vereist dat ze worden uitgelijnd met het beginsel treksterkte onderstreept in het structuur. Bijvoorbeeld, bij het gebruik van stalen glasvezel gewapend beton met willekeurig verdeelde stalen vezels te bereiden een straal, sommige van de stalen vezels, vooral die parallel aan de richting van de belangrijkste treksterkte stress, zal belangrijke bijdrage leveren aan versterking van de efficiëntie, terwijl die loodrecht op de richting van de belangrijkste treksterkte stress zal geen bijdrage leveren aan versterking van de efficiëntie. Bijgevolg, het vinden van een aanpak voor het uitlijnen van de stalen vezels met de richting van de belangrijkste treksterkte stress in beton nodig is om de hoogste versterken efficiëntie van de stalen vezels.

De afdrukstand efficiëntiefactor, gedefinieerd als de verhouding van de geprojecteerde lengte in de richting van de treksterkte stress aan de werkelijke lengte van vezels, wordt meestal gebruikt om aan te geven van de efficiëntie van de versterking van stalen vezels3,4 . Volgens deze definitie is de efficiëntiefactor van de oriëntatie van de vezels uitgelijnd met de richting van de treksterkte stress 1.0; dat van de vezels die op de treksterkte stress loodrecht is 0. Geneigd vezels hebben een oriëntatie efficiëntiefactor tussen 0 en 1.0. De analytische resultaten blijkt dat de efficiëntiefactor van de geaardheid van willekeurig verdeelde stalen vezels in beton 0.4054, terwijl dat uit tests van gewone stalen glasvezel gewapend beton in de range van 0.167 aan 0,5005,6 is . Klaarblijkelijk, als alle de korte stalen vezels in beton zijn uitgelijnd en dezelfde afdrukstand als de treksterkte stress hebben, de stalen vezels zal hebben de hoogste versterken efficiëntie en de specimens zal de optimale treksterkte gedrag hebben.

Sommige succesvolle pogingen te bereiden uitgelijnde stalen glasvezel gewapend beton zijn uitgevoerd sinds de jaren 1980. In 1984, Shen7 toegepast een elektromagnetisch veld op de onderste laag van stalen vezel versterkt cementgebonden composiet (SFRC) balken tijdens casting en X-ray detectie analyse kwam naar voren dat de stalen vezels werden goed uitgelijnd. In 1995, Bayer8 en Arman9 gepatenteerd de aanpak voor het opstellen van uitgelijnde stalen glasvezel gewapend beton met behulp van een magnetisch veld. Yamamoto et al. 10 als de richting van stalen vezels in beton worden voornamelijk beïnvloed door de benadering van het gieten en probeerde te verkrijgen uitgelijnde stalen glasvezel gewapend beton door het bijhouden van vers beton stroomt in de bekisting uit een constante richting beschouwd. Xu11 probeerde te stalen vezels in spuitbeton uitlijnen door te besproeien stalen vezels uit een constante richting. Rotondo en Wiener12 proberen te maken van betonnen palen met uitgelijnde lang stalen vezels door centrifugaal gieten. Deze experimentele studies blijkt dat uitgelijnde stalen glasvezel gewapend beton belangrijke voordelen ten opzichte van willekeurig verdeelde stalen glasvezel gewapend beton heeft.

Onlangs, Michels et al. 13 en Mu et al. 14 hebben met succes ontwikkeld voor een groep van uitgelijnde stalen vezel versterkt cementgebonden composieten (ASFRCs) met behulp van elektromagnetische velden. In deze studies, werden verschillende elektromagneten gemaakt om te voorzien in een uniforme magnetisch veld uitlijnen stalen vezels in mortel exemplaren van verschillende grootte. De magneetklep heeft een holle de zogenaamde kamer, die is geschikt voor specimens van vooraf gedefinieerde grootte. Wanneer de magneetklep is verbonden met direct current (DC), ontstaat een uniforme magnetisch veld in de zaal met een vaste oriëntatie, die is uitgelijnd met de as van de spoel. Volgens het principe van elektromagnetisme15, kan magnetische velden rijden Ferromagnetische vezels te roteren en uitlijnen in de verse mortel. Passende werkbaarheid van de mortel is essentieel voor het toestaan van stalen vezels om te draaien in de verse mortel. Een hoge viscositeit kan problemen geven bij de aanpassing van de stalen vezels in de mortel, terwijl lage viscositeit tot de scheiding van de vezels leiden kan.

Deze paper beschrijft de details van de voorbereiding van ASFRC specimens en tests van de buigsterkte eigenschappen van ASFRC en SFRC. Verwacht wordt dat ASFRC een hogere buigsterkte en taaiheid dan SFRC heeft. Dus, ASFRC heeft potentieel voordelen ten opzichte van SFRC in het weerstaan van de treksterkte stress en verzet tegen kraken als gebruikt als cover beton, bestrating, enz.

Met behulp van de gebroken exemplaren na buigsterkte tests, de oriëntatie van de stalen vezels in de specimens wordt onderzocht door het observeren van de gebroken kruissecties en met behulp van X-ray scanning berekend tomografie analyse16,17 , 18. de mechanische eigenschappen van ASFRCs, met inbegrip van hun buigsterkte en taaiheid, gerapporteerd en vergeleken met die van niet-elektromagnetisch behandelde SFRCs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Spoel magnetisch veld Setup

Opmerking: Het magnetisch veld wordt gegenereerd door een solenoïde met een holle kamer. De setup is een polybutyleen polyethyleentereftalaat (PBT) bestuur solenoïde skelet spiraalsnoer met 4-6 lagen glazuur geïsoleerd koperdraad en omwikkeld met een kunststof isolerende laag voor bescherming (Figuur 1). Na het aansluiten van de spoel aan DC, creëert de stroom in de spoel een uniforme elektromagnetisch veld binnen de solenoïde zaal met een vaste richting en intensiteit van de constante magnetische inductie. Gebruik het magnetisch veld uitlijnen stalen vezels in de verse mortel en voorbereiden van de ASFRC specimens. In deze studie bereid wij 150 × 150 × 550 mm prism exemplaren een solenoïde met een grootte van de kamer van 250 × 250 × 750 mm.

  1. De intensiteit van de magnetische inductie om de elektrische stroom van de solenoïde correleren.
    1. De magneetklep sluit aan op DC en huidige gelden van 0 naar 10 A met een slaglengte van 1 A. maatregel en de intensiteit van de magnetische inductie in de zaal van de spoel met behulp van een tesla meter record.
    2. De magnetische inductie intensiteit-current curve (Figuur 2), die worden gebruikt in latere stappen voor het bepalen van de nodige stroom van de solenoïde uitzetten.
      Opmerking: Volg zorgvuldig elektrische veiligheidsprocedures bij het aansluiten van de solenoïde op de stroombron en alle andere operatie procedures relevant zijn voor elektrische stroom.

2. de werkbaarheid van de verse mortel

  1. Bereiden drie mortel mixen met stalen vezel volume breuken 0,8%, 1,2% en 2,0%, respectievelijk (tabel 1). De drie mixen hebben dezelfde matrix samenstelling met een water tot aan de verhouding van 0.42:1:2 zand cement. Volgens de mengverhouding, 0.5 kg cement, zand, 1.0 kg wegen en 0.21 kg water voor uitvoerbaarheid test.
  2. Water eerst aan de mortel mixer toevoegen. Voeg vervolgens de cement. Meng het water en cement voor 30 s. Meng voor nog eens 30 s, en tijdens deze 30 s van het mengen, geleidelijk zand toevoegen op de mixer. Meng voor een andere 60 s.
  3. Test de zinkende diepte van het mengsel met behulp van een zinkende diepte meter na de Chinese standaard voor testmethode van prestaties op het opbouwen van de mortel (JGJ/T70-2009)19.
  4. Herhaal stap 2.2 en 2.3, aanpassing van de dosering van de superplasticizer totdat de zinkende diepte in de 50-100 mm bereik valt. De dosering van de superplasticizer die de gewenste werkbaarheid produceert opnemen en aan te vullen als onderdeel van het aandeel van de mix in tabel 1. Ook test de specifieke dichtheid van de verse mortel nadat de uitvoerbaarheid wordt bereikt. De optimale dosering van een superplasticizer van de polycarboxylate van de bovengenoemde tests is 0,10% (massaverhouding tot cement), en de specifieke dichtheid van verse mortel is 2186 kg/m3.
  5. Test de viscositeit van de verse mortel met behulp van een co-axiale rotatie mortel rheometer (Figuur 3). De rheometer heeft een waterbad dat de temperatuur van de monsterrecipiënt bij 20 ° C. houden kan
    1. 300 mL verse mortel gemengd binnen de voorgaande 5 min in de monsterrecipiënt plaatsen
    2. De viscositeit test beginnen. De sonde geleidelijk druppels in de verse mortel in de container en de container begint te draaien. Naarmate de verse mortel binnen de roterende container, past het een schuintrekken kracht op de sonde. In het proces, de rheometer records de schuifspanning en schuintrekken stem en percelen van de curve van shear stress wilt schuintrekken tarief. De helling van de curve is de viscositeit van de mortel20,21. In dit onderzoek is de viscositeit van de verse mortel uit tests 0.82 Pas.

3. model voorbereiding

  1. Bepaal de magnetische inductie-intensiteit van het magnetisch veld en de stroom van de spoel.
    1. Met behulp van de viscositeit van het cement mortel bepaald in stap 2.5.2, berekenen de magnetische inductie-intensiteit van het magnetisch veld vereist voor het uitlijnen van stalen vezels in cement mortel met behulp van vergelijking (1):13
      Equation 1(1)
      waar is B intensiteit van magnetische inductie, η is de viscositeit van de verse mortel, lf is de lengte van stalen vezel, m = de massa van een individuele stalen vezel, rf is de straal van stalen vezels, μ is de doorlaatbaarheid van stalen vezels, μ0 is de permeabiliteit van het vacuüm Δt is tijdsinterval en α(t + Δt) is de angular versnelling op de volgende tijdsinterval. Volgens de viscositeit en de parameters van de stalen vezel gebruikt in proeven, is de intensiteit van de vereiste magnetische inductie 9,83 mT.
    2. Bepalen van de elektrische stroom van de solenoïde vereist voor het maken van een voldoende intensiteit van magnetische inductie volgens Figuur 2 of vergelijking (2):14
      Equation 2(2)
      waar ik is de vereiste stroom, N is het aantal solenoïde bochten en L de lengte van de spoel is.
      Met behulp van vergelijking (2), is de vereiste huidige 8.3 A, terwijl het uit Figuur 2 ongeveer 8,5 A.
  2. Bereiden van ASFRC specimens
    1. Gebruik een 15 L mortel mixer om te mengen verse mortel. Voor elke partij mix 7.5 L mortel volgens de verhoudingen van de mix in tabel 1genoemde. Tabel 1 geeft de ASFRC mixen als A-Vf, waar A geeft dat de stalen vezels worden uitgelijnd en Vf geeft aan de Fractie van de volume van stalen vezel. Dienovereenkomstig, de SFRC-mixen worden aangeduid, ter vergelijking, als R-Vf, waar R geeft aan dat de stalen vezels willekeurig zijn verdeeld. Het mixen van de SFRC niet zijn vermeld in tabel 1 , maar hebben dezelfde verhoudingen als ASFRC.
    2. Weeg de grondstoffen en meng de stalen vezel versterkt cement mortel routine procedures volgen.
    3. Giet de verse mortel in een kunststof mal met duidelijke grootte van 150 × 150 × 550 mm. Cast de specimens onmiddellijk na het mengen om te voorkomen dat verliezen van uitvoerbaarheid. Duurt het ongeveer 25 min te werpen een ASFRC prisma uit het contact tussen cement en water.
    4. Verplaatsen van de mal op een comprimeren tafel, en schakel de tabel comprimeren voor 30 s. toevoegen meer mortel zo nodig om ervoor te zorgen dat dat de schimmel volledig is gevuld.
    5. Zet de schimmel in de kamer van de spoel.
    6. Zet de solenoïde en comprimeren tabel voor 50 s.
      Opmerking: Voor gewone beton is de redelijke comprimeren tijd rond 60-120-s. In deze test wordt getracht om de totale comprimeren tijd binnen dit bereik. Meer comprimeren tijd kan verbeteren de uitlijning van de vezels van het staal; echter kan het comprimeren en bijgevolg de segregatie (het zinken van stalen vezels en grof aggregaten als er zijn). Minder comprimeren tijd kan leiden tot slechte uitlijning van stalen vezels en niet-geconsolideerde beton.
    7. Schakel de tabel comprimeren.
    8. Schakel de solenoïde nadat het comprimeren tabel volledig is gestopt.
    9. Zachtjes Neem uit de mal van de solenoïde en glad van de oppervlaktelaag van de mortel met een troffel. Vermijd het verstoren van de stalen vezels in de buurt van de oppervlaktelaag.
  3. Voorbereiden voor elke mix, drie elektromagnetisch behandelde specimens (na stappen 3.2.2-3.2.9) en drie niet-elektromagnetisch behandelde exemplaren (na stappen 3.2.2-3.2.4 en 3.2.9). Bij de opstelling van niet-elektromagnetisch behandelde specimens, was de totale comprimeren tijd 80 s — dezelfde zijn als die bij de voorbereiding van elektromagnetisch behandelde specimens.
  4. Laat de exemplaren binnenshuis en in hun mallen gedurende 24 uur. Dan demold en genezen van de specimens in een kamer mist totdat ze worden gebruikt voor mechanische tests.

4. drie-punt buigen Test

  1. Na 28 dagen, neem de specimens van de uithardende kamer en mark de posities voor het laden van (A), (B) ondersteunt halverwege span doorbuiging (C) en LVDT bevestigingspunten (D) (Figuur 4).
  2. Plaats van het model op de drie-punt buigende test rig (Figuur 4) van de testmachine MTS en monteren van een LVDT aan de Midden-reeks met behulp van een LVDT houder op elk oppervlak van de kant van het model (Figuur 4).
  3. De LVDT verbinden met een datalog. Stel de frequentie van de overname gegevens betreffende de beheersing van PC van de testmachine.
  4. Geleidelijk verhogen het model door het verhogen van dat de bodem ondersteunt, zodat de bovenste cel van de testmachine laden is heel dicht bij, maar niet aanraken, het bovenvlak van het proefstuk.
  5. De eerste keer wordt geladen, halverwege span doorbuiging (LVDT) en verplaatsing (belasting cel) waarden nul.
  6. Start de test en een drie-punt buigende belasting gelden voor het model met een verplaatsing besturingselement met een snelheid van 0,2 mm/min. Record de volledige geschiedenis van de laad- en mid-spanwijdte uitwijking van het specimen.
  7. Bekijk de belasting en vervorming van het model. Na de piekwaarde, wanneer de verplaatsing groter dan 30 mm is, stopt de test. Meestal, het model is gebarsten en de lading is minder dan 1.0 kN.
  8. Herhaal stap 4.1-4.7 voor het testen van alle exemplaren.

5. stalen Fiber oriënterende analyse

  1. Het aantal stalen vezels op de gebroken sectie.
    1. Scheiden van de specimens in twee gedeelten op de gebarsten sectie.
    2. Meten en registreren van de oriëntatie van de stalen vezels op de gebroken dwarsdoorsnede van het cement mortel model. De afdrukstand is de hoek tussen een stalen vezel en de as van het model. Omdat handmatig meten de oriëntaties van de stalen vezels moeilijk is en onjuiste metingen produceren kan, oriëntaties kunnen worden gecategoriseerd als een van de zes hoek bereiken: 0 - 15 °, 15-30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 ° en 75-90 °. Registreren van het aantal stalen vezels in elke groep, en vervolgens berekent de gemiddelde vezel oriëntatie efficiëntiefactor van het model met behulp van vergelijking (3):
      Equation 3(3)
      waar ηθ is de efficiëntiefactor van de gemiddelde stand van de stalen vezels, lf is de lengte van een afzonderlijke stalen vezel, n is het totale aantal stalen vezels op de gebarsten sectie en θik is de hoek tussen een stalen vezel- en richting van het magnetisch veld toegepast op het model (bij de berekening, de middelste waarde van het bereik van de hoek wordt vastgesteld voor alle stalen vezels in elke groep).
  2. X-ray berekend tomografie analyses uit te voeren.
    1. Snijd een 75 mm kubus van elk specimen van de mortel.
    2. De X-ray scanning van de kubus met behulp van een röntgenfoto berekend tomografie-systeem uitvoeren Plaats een specimen op de test platform en beginnen met het scannen. Het model draait 360 ° geleidelijk en de machine neemt de demping van de x-stralen, veroorzaakt door het model bij elke roterende stap. Het computertomografie systeem genereert een driedimensionale digitale structuur van de kubus.
    3. De stalen vezels in de structuur van de digitale kubus identificeren met zwart-wit binaire verwerking. Dan krijgen de digitale afbeelding met een beschrijving van de verdeling van de stalen vezels.
    4. Het bepalen van de coördinaten van alle stalen vezels door beeldanalyse.
    5. De richting van elke stalen vezel volgens de coördinaten berekenen.
    6. Bereken de efficiëntiefactor van de oriëntatie van de vezels met behulp van vergelijking (3).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De buigsterkte sterke punten van de ASFRCs en de SFRCs bepaald op basis van drie-punt buigende tests zijn afgebeeld in Figuur 5. De buigsterkte troeven van ASFRCs zijn hoger dan die van SFRCs voor alle doseringen van de vezel. De buigsterkte sterke punten van ASFRCs waren 88%, 71% en 57% hoger dan die van SFRCs aan de volumegehalten van de vezel van 0,8%, 1,2% en 2,0%, respectievelijk. Deze resultaten impliceren dat de uitgelijnde stalen vezel de cementgebonden matrix effectiever dan willekeurig verdeelde stalen vezels versterkt.

Figuur 6 toont de belasting-deflectie curven verkregen uit de drie-punt buigende testen. Het gebied onder de belasting-uitwijkingskromme wordt gedefinieerd als de buigsterkte taaiheid, waarin het vermogen van absorptie of voleinding van het specimen wanneer gebroken. De taaiheid van ASFRCs en SFRCs werd berekend en de resultaten zijn vermeld in tabel 2. Zoals de buigsterkte was de taaiheid van ASFRCs hoger dan die van SFRCs. De waarden van de taaiheid van ASFRCs waren respectievelijk 48%, 77% en 39% hoger dan die van SFRCs aan de volumegehalten van de vezel van 0,8%, 1,2% en 2,0%.

Tabel 3 toont de verdeling van de oriëntaties van de stalen vezel bepaald na het meten van de hoek van de vezels op gebroken secties. De ASFRC exemplaren hebben veel meer vezels in het 0-15 ° hoek bereik dan in elke andere hoek-bereik. Ze hebben ook meer vezels in het bereik 0-15 ° hoek dan de SFRC specimens. Dus bepaalt effectief toepassen van een elektromagnetisch veld de richting van stalen vezels. Tabel 3 toont ook aan dat het totale aantal stalen vezels op de gebroken delen van de stalen ASFRC groter dan die van de specimens van SFRC, wat inhoudt dat ASFRC exemplaren hebben meer stalen vezels overbruggen de scheuren dan SFRC exemplaren. Dit verschil kan zijn het resultaat van een aantal van de vezels in de SFRC specimens worden nauwe en evenwijdig aan de gebroken sectie; Deze stalen vezels waren echter niet zichtbaar tijdens inspectie. Tabel 3 geeft de oriëntatie ook efficiëntie factoren van stalen vezels berekend op basis van de verdeling van de stalen vezel richtsnoeren bepaald in de tests. De resultaten wijzen erop dat de oriëntatie efficiëntie factoren van alle ASFRC specimens groter dan die van de specimens van de SFRC zijn. De afdrukstand efficiëntie factoren voor de ASFRC specimens A-0.8%, A-1.2% en A-2.0% zijn 0.90, 0.94 en 0.95, respectievelijk. Voor SFRC de specimens, in tegenstelling, zijn de factoren 0,75, 0,75 en 0.78 voor R-0.8%, R-1.2% en R-2.0%, respectievelijk.

Zoals in de Video 1 voor specimens A-0.8% en Video 2 voor R-0.8%, de X-ray scanning en computertomografie produceert analyse driedimensionale beelden waarin de verdeling van stalen vezels in de specimens. De beelden openbaren dat de meeste van de stalen vezels in de ASFRC specimens effectief worden uitgelijnd en de dezelfde of vergelijkbare oriëntatie, hebben terwijl die in het SFRC exemplaren een willekeurige oriëntatie hebben. Uit de testresultaten X-ray berekend tomografie, de coördinaten van de vezels in het monster kunnen worden bepaald en de efficiëntiefactor van de oriëntatie van de vezels in het monster kan worden berekend. Zoals blijkt uit tabel 4, wordt de afdrukstand efficiëntie factoren verkregen X-ray berekend tomografie stroken met die bepaald door te tellen op doorsneden.

Figure 1
Figuur 1. Magneetklep magnetische setup. Wanneer aangesloten op de DC, ontstaat er een uniforme magnetisch veld in de holle kamer van de solenoïde. Dit magnetische veld wordt gebruikt voor aanpassing van de stalen vezels in cement mortel en bereiden van ASFRC exemplaren. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. Magnetische inductie intensiteit-huidige relatie. De relatie tussen de intensiteit van magnetische inductie en huidige heeft aangetoond door middel van testen. Deze relatie wordt gebruikt voor het bepalen van de huidige vereist stalen vezels in verse cement mortel worden uitgelijnd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3. Rheometer setup. Met behulp van een rheometer, wordt de relatie tussen schuifspanning en schuintrekken tarief van verse cement mortel experimenteel bepaald. De viscositeit van de mortel kan vervolgens worden verkregen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4. Laden specimen voor drie-punt buigende test Een drie-punt buigende belasting wordt toegepast op het model met het laden van de snelheid van 0,2 mm/min. De belasting en de doorbuiging worden bewaakt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5. Buigsterkte van ASFRCs en SFRCs. De buigsterkte van elke mix is het gemiddelde van de drie monsters. Foutbalken in de figuur zijn standaarddeviatie (SD) en geven de spreiding van de tests. Uit de resultaten blijkt dat de buigsterkte van ASFRC hoger dan die van SFRC is. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6. Belasting-doorbuiging van specimens van ASFRC en SFRC. (A) volume Fractie van stalen vezel 0,8%, Volume (B) breuk van stalen vezel 1,2%, (C) Volume Fractie van stalen vezel 2,0%. Voor elke mix, drie monsters worden getest, en de drie specimens worden gemerkt met een nummer tussen haakjes. Uit de resultaten blijkt dat ASFRC exemplaren hogere belasting en taaiheid piekwaarden (het gebied onder de curve) dan SFRC exemplaren hebben. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7. Stalen vezels op de gebroken sectie van een stalen glasvezel gewapend beton monster uitgelijnd. Hoewel een aantal grof aggregaten bestaan, zijn nog steeds effectief de stalen vezels in beton uitgelijnd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Video 1
Video 1. Stalen vezel verdeling van de A-0.8% van de X-ray berekend tomografie testen. Resultaten van X-ray berekend tomografie tests geven de ruimtelijke spreiding van stalen vezels in het monster en bewijzen dat de stalen vezels in ASFRC specimens zeer worden uitgelijnd. Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

Video 2
Video 2. Stalen vezel verdeling van de R-0.8% van de X-ray berekend tomografie testen. Resultaten van X-ray berekend tomografie tests geven de ruimtelijke spreiding van stalen vezels in het monster en bewijzen dat de stalen vezels in ASFRC specimens zeer worden uitgelijnd, terwijl die in SFRC exemplaren willekeurig zijn verdeeld. Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

Mix Nr. Water (kg/m3) Cement (kg/m3) Zand (kg/m3) Stalen Fiber (kg/m3) Superplasticizer (kg/m3)
A-0.8% 267 633 1266 62,4 0.267
A-1.2% 265 631 1261 93,6 0.265
A-2.0% 263 627 1253 156.0 0.263

Tabel 1. Meng verhoudingen van cementgebonden composieten met uitgelijnde stalen glasvezel versterking (ASFRC). Het bedrag van het materiaal in elke lijn is voor 1 m3 composieten. De tegenhangers van de SFRC hebben precies dezelfde verhoudingen.

Specimen Taaiheid Gemiddelde taaiheid Specimen Taaiheid Gemiddelde taaiheid
(10 ×5N•mm) (10 ×5N•mm) (10 ×5N•mm) (10 ×5N•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. Taaiheid van specimens van ASFRC en SFRC. De taaiheid van het specimen is het gebied onder de belasting-uitwijkingskromme. De ASFRC monsters hebben hogere waarden van taaiheid dan de SFRC specimens.

Specimen Aantal vezels in hoek bereik Totaal Oriëntatie efficiëntiefactor
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. Aantal stalen vezels op gebroken mortel secties. De ASFRC monsters met uitgelijnde stalen vezels hebben veel meer vezels in 0-15 ° hoek assortiment dan in elke andere hoek-bereik. Ze hebben ook meer vezels in 0-15 ° hoek bereik dan de SFRC specimens. Het aantal stalen vezel werd handmatig bepaald door de telling van de vezels op de gebroken sectie van de specimens. Het totale aantal stalen vezels op de gebroken delen van de ASFRC specimens is groter dan die van de SFRC specimens.

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. Oriëntatie efficiëntiefactor van stalen vezels in mortel van X-ray berekend tomografie analyse. De resultaten van x-stralen berekend tomografie analyse bevestigen dat de stalen vezels in de ASFRC specimens effectief worden uitgelijnd en hogere oriëntatie efficiëntie factoren dan de SFRC specimens hebben.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De elektromagnetische solenoïde ontwikkeld in deze studie heeft een kamer meten 250 × 250 × 750 mm en kan niet geschikt voor de volledige grootte structurele elementen. Hoewel de grootte van de kamer de toepassing van de setup, het concept beperkt en protocol in dit document voorgesteld de verdere ontwikkeling van een volledige grootte setup voor het vervaardigen van ASFRC elementen zal inspireren, met name prefab elementen.

Het bereiken van een juiste viscositeit van verse mortel is essentieel voor het beheersen van de kwaliteit van ASFRCs, omdat de uitlijning van stalen vezels wordt gedreven door een magnetische kracht die moet de viskeuze weerstand in de verse mortel overwinnen. De viskeuze weerstand wordt beheerst door de viscositeit van de verse mortel. Hoe lager de viscositeit van de mortel, de hoe makkelijker het is om uit te lijnen stalen vezels. Aan de andere kant, beïnvloedt de viscositeit van de verse mortel ook de opschorting van de stalen vezels. Zeer hoge viscositeit van de verse matrix leidt tot moeilijkheden bij de aanpassing van de stalen vezels, terwijl de zeer lage viscositeit zorgt ervoor dat de segregatie van stalen vezels. Zeer hoge en zeer lage viscositeit verminderen dus de efficiëntie van glasvezel versterking. Bijgevolg in bestelling balans de uitlijning en schorsing van de stalen vezels, de viscositeit van de verse mortel empirisch controleerbaar door ervoor te zorgen dat de zinkende diepte van verse gewone cement mortel in de 50-100 mm bereik blijft.

Hoewel het protocol beschreven in dit document wordt gebruikt voor het bereiden van stalen vezel versterkt cement mortel, is het ook van toepassing op staal van gewapend beton van de vezel. Figuur 7 is een foto van uitgelijnde stalen glasvezel gewapend beton met grof aggregaat bereid volgens het protocol hierboven beschreven. Voor beton, als gevolg van de aanwezigheid van grof aggregaat, intuïtief, de stalen vezels bevinden zich in de kloof tussen grof aggregaten en dus niet kunnen worden uitgelijnd. De proef testresultaten blijkt echter dat de aanpak goed werkt en dat de stalen vezels in beton effectief kunnen worden uitgelijnd. In feite, in beton is de Fractie van de volume van grof aggregaat ongeveer 35%; de andere fijne deeltjes account voor de resterende 65% volume-Fractie. Deze 65% volume biedt voldoende ruimte voor de vezel worden uitgelijnd. Hierdoor kan daarom dat het voorgestelde protocol heeft bredere toepassingsgebieden in zowel mortel en beton.

In conclusie, 1) met behulp van de solenoïde elektromagnetisch veld setup ontwikkeld in deze studie, werden de stalen vezels in de verse mortel zeer uitgelijnd en ASFRC exemplaren met een maximale grootte van 150 × 150 × 550 mm met succes bereid waren. 2) de afdrukstand efficiëntie factoren van stalen vezels in ASFRC specimens overschreden 0.90, terwijl die van SFRC exemplaren rond 0,60 waren. Bovendien, was het aantal stalen vezels overbruggen de gebarsten secties van de specimens van de ASFRC groter dan die van de SFRC specimens. Hogere oriëntatie efficiëntie factoren en meer stalen vezels over gebarsten secties account voor de toename van de efficiëntie van ASFRC te versterken. 3) de buigsterkte en buigsterkte taaiheid van ASFRC zijn aanzienlijk hoger dan die van SFRC aan de volumegehalten van de vezel van 0,8%, 1,2% en 2,0%. Tot slot, 4) Hoewel het protocol beschreven in dit document is gebruikt ter voorbereiding van de stalen vezel versterkt cement mortel, het is ook van toepassing op staal van gewapend beton van de vezel. Het voorgestelde protocol heeft dus bredere toepassingsgebieden in zowel mortel en beton.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs mijn dankbaarheid uitspreken voor financiële steun uit de nationale aard Science Foundation van China (Grant nr. 51578208), Hebei provinciale natuur Science Foundation (Grant nr. E2017202030 en E2014202178), en belangrijke Project van de Universiteit van wetenschap en onderzoek van de technologie van de noordoostelijke provincie Hebei (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 kwestie 136 staal glasvezel gewapend beton staal vezels cementgebonden composieten elektromagnetisch veld taaiheid buigsterkte vezel distributie afdrukstand efficiëntiefactor mortel uitgelijnd
Voorbereiding van uitgelijnde stalen vezel versterkt cementgebonden composiet en haar belastbaarheid gedrag
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