Waiting
Login processing...

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

Engineering

הכנת מיושר פלדה סיבים מחוזק מורכב Cementitious והתנהגות Flexural שלה

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

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

Abstract

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

Introduction

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

הגורם יעילות כיוון, מוגדרת כיחס של אורך המתוכנן לאורך הכיוון של הלחץ מתיחה האורך בפועל של סיבים, משמש בדרך כלל כדי לציין את היעילות של חיזוק של סיבי פלדה3,4 . על פי הגדרה זו, הגורם יעילות כיוון של סיבי מיושר עם הכיוון של הלחץ מתיחה הוא 1.0; זה של סיבי הנמצאים בניצב הלחץ מתיחה הוא 0. סיבי נוטה להיות גורם היעילות התמצאות בין 0 ל- 1.0. התוצאות האנליטיות מראים כי הגורם יעילות כיוון של סיבי פלדה מפוזרות באקראי בבטון הוא 0.4054, בעוד מבדיקות מבטון רגיל פלדה סיבים זה בטווח של 0.167 עד 0.5005,6 . אין ספק, אם כל סיבי פלדה קצר בבטון מיושרים ויש באופן הלחץ מתיחה, סיבי פלדה יהיה חיזוק היעילות הגבוהה ביותר של דגימות יכללו ההתנהגות מתיחה האופטימלי.

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

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

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

באמצעות דגימות שבורה לאחר בדיקות flexural, הכיוון של הסיבים פלדה דגימות נחקר על ידי התבוננות על חתכי רוחב שבורה ו ניצול רנטגן סריקת טומוגרפיה ניתוח16,17 , 18. התכונות המכאניות של ASFRCs, כולל שלהם flexural חוזק, קשיחות, דיווחו, לעומת אלה של מטופלים שאינם אלקטרומגנטי SFRCs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ברז חשמלי הגדרת שדה מגנטי

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

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

2. עבידות של פצצות מרגמה טריים

  1. להכין שלוש פצצות מרגמה מתערבב עם פלדה סיבים נפח שברים 0.8%, 1.2% ו- 2.0%, בהתאמה (טבלה 1). תערובות שלוש יש הרכב מטריקס אותו עם מים מלט לחול יחס של 0.42:1:2. על פי היחס מיקס, שוקלים 0.5 ק ג של מלט, 1.0 ק ג חול ו- 0.21 ק ג מים לבדיקות עבידות.
  2. להוסיף מים המיקסר מרגמה קודם. לאחר מכן להוסיף את הבטון. מערבבים את המים ואת בטון ב-30 s. ואז מערבבים במשך שלושים s, ובמהלך 30 זה s של ערבוב, מוסיפים בהדרגה חול המיקסר. ואז מערבבים עבור עוד 60 s.
  3. בדוק את עומק טובעת התערובת בעזרת מד עומק טובעת בעקבות תקן הסינית מתודת בדיקה של ביצועי לבניית פצצות מרגמה (JGJ/T70-2009)19.
  4. חזור על שלבים 2.2 ו- 2.3, התאמת המינון של superplasticizer עד עומק טובעת נופל לתוך הטווח 50-100 מ מ. להקליט את המינון של superplasticizer שמייצר את עבידות הרצוי, משלימים את זה כחלק היחס מיקס בטבלה1. גם בודק צפיפות מסוימת של חומר המליטה טריים לאחר עבידות מושגת. המינון אופטימיזציה של superplasticizer polycarboxylate הבדיקות הנ ל הוא 0.10% (מסת יחס מלט), הצפיפות ספציפי של פצצות מרגמה טריים 2186 kg/m3.
  5. מבחן צמיגות של חומר המליטה טריים באמצעות rheometer של מרגמה המסתובבת co-צירית (איור 3). Rheometer יש לאמבט מים יכולים לשמור על הטמפרטורה של המיכל מדגם ב 20 º C.
    1. לשים 300 מ של פצצות מרגמה טריים, במרחק 5 דקות קודמות מעורבבות הדגימה.
    2. התחל את הבדיקה צמיגות. החללית בהדרגה כשבסופו המליטה טרי במכולה, ומתחיל המיכל לסובב. כפי המליטה טריים נע בתוך המיכל מסתובבת, היא חלה כוח הטיה על החללית. בתהליך, הרשומות rheometer גזירה של הטיה לדרג ומתכנן העקומה של גזירה להטיית קצב. השיפוע של העקומה הוא צמיגות של פצצות מרגמה20,21. בחקירה הזו, צמיגות של חומר המליטה טריים מבדיקות היא 0.82 Pas.

3. הדגימה הכנה

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

4. 3 נקודות כיפוף מבחן

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

5. פלדה סיבים התמצאות ניתוח

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

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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

איור 6 מציגה עומס-סטיה עקומות המתקבל הבדיקות כיפוף 3 נקודות. השטח מתחת העקומה עומס-סטיה מוגדר קשיחות flexural, אשר משקף את היכולת של בליעת אנרגיה או לשלמות של הדגימה כאשר שבר. הקשיחות של ASFRCs ו- SFRCs חושבה ניתנת התוצאות בטבלה מס ' 2. כמו כוח flexural, הקשיחות של ASFRCs היה גבוה מזה של SFRCs. ערכי הקשיחות של ASFRCs היו 48%, 77% ו- 39% גבוה יותר מאשר אלו של SFRCs-סיבים שברים נפח של 0.8%, 1.2% ו- 2.0%, בהתאמה.

טבלה 3 מציג את ההתפלגות של אוריינטציות פלדה סיבים שנקבעו לאחר מדידת הזווית של סיבי במקטעי שבורה. דגימות ASFRC יש יותר סיבים בטווח 0-15 מעלות זווית יותר בטווח זווית אחרת. יש להם גם סיבים יותר בטווח זווית ° 0-15 יותר דגימות SFRC. לפיכך, החלת שדה אלקטרומגנטי ביעילות קובעת את הכיוון של סיבי פלדה. טבלה 3 מראה גם כי המספר הכולל של סיבי פלדה במקטעי שבר של דגימות ASFRC הוא גדול יותר מזה של דגימות SFRC, ממנה משתמע כי דגימות ASFRC יש יותר סיבי פלדה גישור הסדקים יותר דגימות SFRC. ההבדל הזה עשוי להיות התוצאה של חלק הסיבים דגימות SFRC להיות קרוב, מקביל לסעיף שבר; עם זאת, סיבי פלדה אלה לא היו גלוי במהלך הבדיקה. טבלה 3 גם נותן הכיוון גורמים יעילות של סיבי פלדה מחושבת על-פי ההתפלגות של אוריינטציות פלדה סיבים נחוש בבדיקות. התוצאות מצביעות על כי הגורמים יעילות כיוון של כל דגימות ASFRC הם גדולים יותר מאלה של דגימות SFRC. מקדמי יעילות כיוון דגימות ASFRC A-0.8%, A-1.2% ו- A-2.0% הן 0.90, 0.94 ו- 0.95, בהתאמה. עבור דגימות SFRC, לעומת זאת, הגורמים הם 0.75 0.75, 0.78 עבור R-0.8%, R-1.2% ו- R-2.0%, בהתאמה.

כפי שמוצג Video 1 עבור דגימות A-0.8% סרטון 2 עבור R-0.8%, סריקת רנטגן ואת טומוגרפיה ניתוח מייצרת תמונות תלת-ממדית מציג את ההתפלגות של סיבי פלדה ב דגימות. התמונות חושפים כי רוב הסיבים פלדה דגימות ASFRC מיושרים ביעילות, יש כיוון זהה או דומה, אלה דגימות SFRC יש כיוון אקראי. תוצאות הבדיקה של פוזיטרונים טומוגרפיה הממחושבת, ניתן לקבוע את הקואורדינטות של סיבי הדגימה, הגורם יעילות כיוון של הסיבים הדגימה ניתן לחשב. כפי שמוצג בטבלה 4, הגורמים יעילות כיוון המתקבל פוזיטרונים טומוגרפיה הממחושבת הם עקביים עם אלה נקבעים על-ידי בונה על חתכי רוחב.

Figure 1
איור 1. התקנת ברז חשמלי מגנטי. כאשר מחובר DC, נוצר שדה מגנטי אחיד בקנה חלול של ברז חשמלי. שדה מגנטי זה משמש כדי ליישר סיבי פלדה בטיט צמנט ולהכין ASFRC דגימות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
באיור 2. עוצמת זרם אינדוקציה מגנטית הקשר. היחס בין עוצמת אינדוקציה ועדכניים הוכח באמצעות בדיקות. מערכת היחסים הזאת משמשת כדי לקבוע את הזרם הנדרש ליישור סיבי פלדה בטיט צמנט טריים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3. הגדרת rheometer. שימוש של rheometer, היחס בין מאמץ גזירה וקצב הטיה של טיח צמנט טריים נקבע השפעול. לאחר מכן ניתן להשיג את צמיגות של חומר המליטה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
באיור 4. טעינה הדגימה עבור ילדי כיפוף השלשה עומס כיפוף השלשה מוחל על הדגימה עם טעינת בשיעור של 0.2 מ מ/דקה. העומס ואת סטיה מנוטרים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5. כוח flexural של ASFRCs, SFRCs. עוצמת flexural לערבב כל הוא הממוצע של שלוש דוגמאות. קווי השגיאה באיור סטיית תקן (SD), מציינים את הפיזור של הבדיקות. התוצאות מציגות כי הכוח flexural של ASFRC הוא גבוה מזה של SFRC. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6. עומס-סטיה של דגימות ASFRC ו- SFRC. (א) נפח שבריר פלדה סיבים 0.8%, (ב) אמצעי האחסון שבריר פלדה סיבים 1.2%, (ג) אמצעי האחסון שבר של פלדה סיבים 2.0%. עבור כל תערובת, דגימות שלושה נבדקים, דגימות שלושה מסומנים מספר בסוגריים. התוצאות להראות שיש דגימות ASFRC שיא העומס ואת הקשיחות ערכים גבוהים (השטח מתחת לעקומה) מאשר SFRC דגימות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7. מיושר סיבי פלדה בחלק שבר של מדגם בטון פלדה סיבים. אמנם קיימים מספר של אגרגטים גסים, סיבי פלדה בבטון עדיין ביעילות מיושרים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Video 1
וידאו 1. פלדה סיבים הפצה של A-0.8% מ- x מחושב בדיקות טומוגרפיה. תוצאות רנטגן שחושב בדיקות טומוגרפיה לתת את התפוצה המרחבית של סיבי פלדה הדגימה ולהוכיח סיבי פלדה ב ASFRC דגימות מיושרים מאוד. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)

Video 2
וידאו 2. פלדה סיבים הפצה של R-0.8% מ- x מחושב בדיקות טומוגרפיה. תוצאות רנטגן שחושב בדיקות טומוגרפיה לתת את התפוצה המרחבית של סיבי פלדה הדגימה ולהוכיח סיבי פלדה ב ASFRC דגימות מיושרים מאוד בעוד אלו דגימות SFRC מופצים באופן אקראי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)

תערובת מס מים (3ק ג/מ') מלט (3ק ג/מ') חול (3ק ג/מ') פלדה סיבים (3ק ג/מ') Superplasticizer (3ק ג/מ')
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

טבלה 1. מערבבים את הפרופורציות של cementitious ללא הפרדות צבע עם חיזוק פלדה סיבים מיושר (ASFRC). הסכום של החומר בכל שורה הוא להגהות3 1 מ'. עמיתיהם SFRC יש בדיוק באותו היחס.

הדגימה קשיחות קשיחות ממוצע הדגימה קשיחות קשיחות ממוצע
(N•mm5× 10) (N•mm5× 10) (N•mm5× 10) (N•mm5× 10)
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

בטבלה 2. הקשיחות של דגימות ASFRC ו- SFRC. הקשיחות של הדגימה הוא האזור תחת עקומת עומס-סטיה. דגימות ASFRC יש ערכים גבוהים יותר של קשיחות יותר דגימות SFRC.

הדגימה מספר סיבים בטווח זווית סה מקדם יעילות כיוון
0-15 ° 15-30 מעלות 30-45 מעלות 45-60 מעלות 60-75 מעלות 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

בטבלה 3. מספר סיבי פלדה במקטעי מרגמה שבורה. דגימות ASFRC בסיבי פלדה מיושר יש יותר סיבים בטווח 0-15 מעלות זווית יותר בטווח זווית אחרת. יש להם גם סיבים יותר בטווח 0-15 מעלות זווית יותר דגימות SFRC. המספר של פלדה סיבים נקבע באופן ידני על ידי ספירת הסיבים בחלק שבר של דגימות. המספר הכולל של סיבי פלדה במקטעי שבר של דגימות ASFRC גדול יותר מזה של דגימות SFRC.

Vf= 0.8 %) Vf= 1.2% Vf= 2.0%
ASFRC 0.91 0.93 0.94
SFRC 0.59 0.66 0.63

בטבלה 4. התמצאות מקדם יעילות של סיבי פלדה של חומר המליטה רנטגן שחושב טומוגרפיה ניתוח. התוצאות של ניתוח פוזיטרונים טומוגרפיה הממחושבת לאשר כי הסיבים פלדה דגימות ASFRC מיושרים באופן יעיל ויש גורמים יעילות כיוון גבוה יותר מאשר דגימות SFRC.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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

להשגת של צמיגות המתאים של פצצות מרגמה טריים הוא גורם חיוני לבקרת האיכות של ASFRCs, כי היישור של סיבי פלדה הוא מונע על ידי כוח מגנטי צריך להתגבר על ההתנגדות צמיגה שבחומר המליטה טריים. ההתנגדות צמיגה נשלטת על פי צמיגות המליטה טריים. צמיגות נמוכה יותר של חומר המליטה, כך קל ליישר סיבי פלדה. מצד שני, צמיגות של חומר המליטה טריים משפיעה גם על השעיית סיבי פלדה. צמיגות גבוהה מאוד של המטריקס טריים מוביל הקושי יישור את סיבי פלדה, בעוד צמיגות נמוכה מאוד גורם ההפרדה של סיבי פלדה. לכן, צמיגות גבוהה מאוד, נמוך מאוד להפחית את היעילות של חיזוק סיבים. כתוצאה מכך, הסדר איזון היישור, השעיה של סיבי פלדה, צמיגות של פצצות מרגמה טרי יכול להיות מדעית נשלט על-ידי הבטחת כי העומק טובעת מלט צמנט רגיל טריים נשאר בטווח של 50-100 מ מ.

למרות הפרוטוקול המתואר במאמר זה משמש להכנת טיט צמנט פלדה סיבים מחוזק, הוא גם ישים פלדה בטון מזוין סיבים. איור 7 הוא צילום בטון מחוזק פלדה סיבים מיושר עם צבירה גס שהוכנו לפי הפרוטוקול שפורטו לעיל. בטון, בשל נוכחותם של הצבירה גס, באופן אינטואיטיבי, סיבי פלדה ממוקמים על הפער בין אגרגטים גסים, ולכן לא יכול להיות מיושרים. עם זאת, תוצאות הבדיקה הניסיון להראות כי הגישה עובד היטב, כי הסיבים פלדה בטון ניתן ביעילות ליישר. למעשה, בבטון, השבר נפח של צבירה גס הוא בערך 35%; חלקיקים אחרים חשבון השבר נפח 65% הנותרים. אמצעי אחסון זה 65% מספק מקום מספיק סיבים ליישר. לכן, זה מאפשר שהפרוטוקול המוצע יש שדות רחב יותר של יישום חומר מליטה והן בטון.

לסיכום, 1) באמצעות הגדרת השדה האלקטרו-מגנטי סולנואיד שפותחו במחקר זה, סיבי פלדה במרגמה טריים היו מאוד ויישור דגימות ASFRC עם הגודל המרבי של 150 × 150 × 550 מ מ היו מוכנים בהצלחה. 2) גורמים יעילות כיוון של סיבי פלדה ב ASFRC דגימות חריגה 0.90, בעוד אלה של דגימות SFRC היו מסביב 0.60. בנוסף, המספר של סיבי פלדה גישור הסעיפים סדוק מהדוגמאות ASFRC היה גדול מזה של דגימות SFRC. גורמים יעילות גבוהה יותר של התמצאות, סיבי פלדה יותר על פני מקטעים סדוק חשבון הגדלה חיזוק היעילות של ASFRC. 3) כוח flexural flexural הקשיחות של ASFRC הם גבוהות משמעותית מאלו של SFRC-סיבים שברים נפח של 0.8%, 1.2% ו- 2.0%. לבסוף, 4) על פי הפרוטוקול המתואר במאמר זה שימש להכנת טיט צמנט פלדה סיבים מחוזק, גם הוא ישים פלדה בטון מזוין סיבים. הפרוטוקול המוצע לכן יש שדות רחב יותר של היישום בטיט ובטון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים בתודה להכיר תומך פיננסיים מסין נבחרת טבע המדע קרן של (מענק מס 51578208), הביי מחוזי הטבע למדע (מענק מס ' E2017202030, E2014202178), את המפתח פרוייקט של אוניברסיטת המדע והמחקר טכנולוגיה של מחוז הביי (מענק מס ' 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

הנדסה גיליון 136 פלדה סיבים בטון מזוין מיושר סיבי פלדה cementitious ללא הפרדות צבע השדה האלקטרו-מגנטי קשיחות כוח flexural סיבים הפצה התמצאות יעילות פקטור פצצות מרגמה
הכנת מיושר פלדה סיבים מחוזק מורכב Cementitious והתנהגות Flexural שלה
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