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Engineering

गठबंधन स्टील फाइबर की तैयारी प्रबलित Cementitious समग्र और उसके वंक व्यवहार

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

इस प्रोटोकॉल एक समान विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र लागू करने के द्वारा गठबंधन स्टील फाइबर प्रबलित cementitious कंपोजिट के निर्माण के लिए एक दृष्टिकोण का वर्णन । गठबंधन स्टील फाइबर प्रबलित cementitious समग्र प्रदर्शन बेहतर यांत्रिक गुणों को साधारण फाइबर प्रबलित कंक्रीट ।

Abstract

इस काम का उद्देश्य एक दृष्टिकोण प्रस्तुत करना है, जिस तरह से प्रेरित एक कम्पास सुई पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत एक सुसंगत अभिविन्यास का कहना है, एक cementitious समग्र गठबंधन स्टील फाइबर के साथ प्रबलित के निर्माण के लिए. गठबंधन स्टील फाइबर प्रबलित cementitious कंपोजिट (ASFRC) ताजा मोर्टार लघु इस्पात फाइबर युक्त करने के लिए एक समान विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र लागू करने के द्वारा तैयार किए गए थे, जिससे कम इस्पात फाइबर चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखण में घुमाने के लिए प्रेरित किया गया. कठोर ASFRC में इस्पात फाइबर के संरेखण की डिग्री दोनों खंडित पार वर्गों में इस्पात फाइबर गिनती और एक्स-रे गणना टोमोग्राफी विश्लेषण द्वारा मूल्यांकन किया गया था । दो तरीकों से परिणाम बताते है कि ASFRC में इस्पात फाइबर उच्च गठबंधन किया गया, जबकि गैर चुंबकीय इलाज कंपोजिट में इस्पात फाइबर बेतरतीब ढंग से वितरित किया गया । गठबंधन इस्पात फाइबर एक बहुत अधिक मजबूत दक्षता था, और कंपोजिट, इसलिए, काफी बढ़ाया वंक शक्ति और क्रूरता का प्रदर्शन किया । ASFRC इस प्रकार है कि यह अधिक से अधिक तंयता तनाव झेलने और अधिक प्रभावी ढंग से खुर का विरोध कर सकते में SFRC के लिए बेहतर है ।

Introduction

कंक्रीट में इस्पात फाइबर शामिल एक प्रभावी तरीका भंगुरता की अंतर्निहित कमजोरी को दूर करने के लिए और कंक्रीट की तंयता ताकत1में सुधार है । पिछले दशकों के दौरान, इस्पात फाइबर प्रबलित कंक्रीट बड़े पैमाने पर जांच की गई है और व्यापक रूप से क्षेत्र में इस्तेमाल किया । स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट प्रतिरोध, तन्यता ताकत, फ्रैक्चर क्रूरता, फ्रैक्चर ऊर्जा, आदि2 इस्पात फाइबर प्रबलित कंक्रीट के मामले में कंक्रीट से बेहतर है, इस्पात फाइबर बेतरतीब ढंग से फैलाया जाता है, जिससे समान रूप से हर दिशा में तंतुओं की मजबूत क्षमता फैलाने । हालांकि, कुछ लदान शर्तों के तहत, केवल ठोस में इस्पात फाइबर के कुछ संरचनात्मक तत्वों के प्रदर्शन के लिए योगदान है क्योंकि फाइबर की मजबूत क्षमता की आवश्यकता है कि वे सिद्धांत तन्यता में तनाव के साथ गठबंधन किया जा संरचना. उदाहरण के लिए, जब इस्पात फाइबर प्रबलित बेतरतीब वितरित इस्पात फाइबर युक्त कंक्रीट एक बीम तैयार करने के लिए, इस्पात फाइबर के कुछ, विशेष रूप से प्रमुख तंयता तनाव की दिशा में उन समानांतर, प्रमुख योगदान करना होगा दक्षता मजबूत है, जबकि प्रमुख तन्य तनाव की दिशा के लिए उन सीधा दक्षता मजबूत करने के लिए कोई योगदान कर देगा. नतीजतन, एक दृष्टिकोण खोजने के लिए ठोस में प्रमुख तंयता तनाव की दिशा के साथ इस्पात फाइबर संरेखित करने के लिए इस्पात फाइबर की सबसे मजबूत दक्षता प्राप्त करने के लिए आवश्यक है ।

अभिविन्यास दक्षता कारक, फाइबर की वास्तविक लंबाई के लिए तंयता तनाव की दिशा के साथ अनुमानित लंबाई के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है, आमतौर पर इस्पात फाइबर3,4 के सुदृढीकरण की दक्षता का संकेत करने के लिए इस्तेमाल . इस परिभाषा के अनुसार, तन्य तनाव की दिशा के साथ गठबंधन फाइबर के अभिविन्यास क्षमता कारक १.० है; फाइबर कि तंयता तनाव को सीधा कर रहे है की है 0 । झुका फाइबर 0 और १.० के बीच एक अभिविन्यास दक्षता कारक है. विश्लेषणात्मक परिणाम बताते हैं कि कंक्रीट में बेतरतीब ढंग से वितरित इस्पात फाइबर की अभिविन्यास क्षमता कारक ०.४०५4है, जबकि कि साधारण इस्पात फाइबर प्रबलित कंक्रीट के परीक्षणों से ०.५००5,6 करने के लिए ०.१६७ की सीमा में है . जाहिर है, अगर कंक्रीट में सभी लघु इस्पात फाइबर गठबंधन कर रहे है और तन्य तनाव के रूप में एक ही अभिविन्यास है, इस्पात फाइबर सबसे मजबूत दक्षता होगा और नमूनों इष्टतम तन्यता व्यवहार होगा ।

कुछ सफल गठबंधन स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट तैयार करने के प्रयास 1980 के दशक के बाद से आयोजित किया गया है । १९८४ में, शेन7 इस्पात फाइबर के नीचे परत करने के लिए एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र लागू किया cementitious समग्र पुष्ट (SFRC) कास्टिंग के दौरान मुस्कराते हुए, और एक्स-रे का पता लगाने विश्लेषण से पता चला कि इस्पात फाइबर अच्छी तरह से संरेखित थे । १९९५ में, बायर8 और अरमाँ9 एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग कर संरेखित स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट की तैयारी के लिए दृष्टिकोण पेटेंट कराया । यामामोटो एट अल. 10 कंक्रीट में इस्पात फाइबर के उंमुखीकरण माना मुख्य रूप से कास्टिंग दृष्टिकोण से प्रभावित हो और गठबंधन स्टील फाइबर को प्राप्त करने का प्रयास किया ताजा एक निरंतर दिशा से formwork में बह कंक्रीट रखने के द्वारा कंक्रीट प्रबलित । Xu11 एक निरंतर दिशा से इस्पात फाइबर छिड़काव द्वारा shotcrete में इस्पात फाइबर संरेखित करने का प्रयास किया । रोटोंडो और वीनर12 केंद्रापसारक कास्टिंग द्वारा गठबंधन लंबे इस्पात फाइबर के साथ ठोस डंडे बनाने की मांग की । इन प्रयोगात्मक अध्ययन से पता चलता है कि गठबंधन स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट से अधिक महत्वपूर्ण लाभ है बेतरतीब ढंग से वितरित इस्पात फाइबर प्रबलित कंक्रीट ।

हाल ही में, मिशेल्स एट अल । 13 और ंयू एट अल । 14 सफलतापूर्वक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का उपयोग कर गठबंधन स्टील फाइबर प्रबलित cementitious कंपोजिट (ASFRCs) का एक समूह विकसित किया है । इन अध्ययनों में, विभिंन solenoids विभिंन आकारों के मोर्टार नमूनों में संरेखित इस्पात तंतुओं के लिए एक समान चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करने के लिए किए गए थे । solenoid एक खोखले घनाभ कक्ष है, जो पूर्वनिर्धारित आकार के नमूनों को समायोजित कर सकते हैं । जब solenoid प्रत्यक्ष वर्तमान (DC) से कनेक्टेड है, एक समान चुंबकीय क्षेत्र कक्ष में एक निश्चित अभिविंयास के साथ बनाया गया है, जो solenoid की धुरी के साथ संरेखित करता है । विद्युत चुम्बकीय15के सिद्धांत के अनुसार, चुंबकीय क्षेत्र ferromagnetic फाइबर को घुमाएगी और ताजा मोर्टार में संरेखित करने के लिए ड्राइव कर सकते हैं । मोर्टार के उपयुक्त कार्य स्टील फाइबर ताजा मोर्टार में बारी-बारी से करने के लिए अनुमति देने के लिए महत्वपूर्ण है । एक उच्च चिपचिपापन मोर्टार में इस्पात फाइबर के संरेखण में कठिनाई का कारण हो सकता है, जबकि कम चिपचिपापन फाइबर के अलगाव के लिए नेतृत्व कर सकते हैं ।

इस कागज ASFRC नमूनों की तैयारी के विवरण का वर्णन करता है और ASFRC और SFRC के वंक गुण परीक्षण । यह उम्मीद की जाती है कि ASFRC में SFRC से ज्यादा वंक ताकत और कड़क होती है । इस प्रकार, ASFRC संभावित तन्य तनाव को झेलने में SFRC पर लाभ है और खुर का विरोध अगर कवर कंक्रीट, फुटपाथ, आदि के रूप में इस्तेमाल किया

वंक परीक्षणों के बाद खंडित नमूनों का प्रयोग, नमूनों में इस्पात फाइबर के उंमुखीकरण खंडित पार वर्गों को देख कर जांच की है और एक्स-रे स्कैनिंग का उपयोग गणना टोमोग्राफी विश्लेषण16,17 , 18. ASFRCs के यांत्रिक गुणों, जिनमें उनकी वंक शक्ति और क्रूरता शामिल है, की सूचना दी जाती है और गैर-विद्युतीय SFRCs के उन लोगों के साथ तुलना की जाती है ।

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Protocol

1. Solenoid चुंबकीय क्षेत्र सेटअप

नोट: चुंबकीय क्षेत्र एक खोखले चैंबर के साथ एक solenoid द्वारा उत्पंन होता है । सेटअप एक polybutylene terephthalate (PBT) बोर्ड solenoid कंकाल तांबा तार अछूता के 4-6 परतों के साथ कुंडलित और संरक्षण के लिए एक प्लास्टिक की परत को अछूता (1 चित्रा) के साथ लिपटे है । डीसी के लिए कुंडल जोड़ने के बाद, कुंडल में वर्तमान एक निश्चित दिशा और लगातार चुंबकीय प्रेरण तीव्रता के साथ solenoid कक्ष के भीतर एक समान विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाता है. ताजा मोर्टार में स्टील फाइबर संरेखित और ASFRC नमूनों को तैयार करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करें । इस अध्ययन में, हम 150 × 150 × 550 mm चश्मे 250 × 250 × 750 मिमी के एक कक्ष के आकार के साथ एक solenoid का उपयोग कर नमूने तैयार किया ।

  1. solenoid के विद्युत वर्तमान को चुंबकीय प्रेरण तीव्रता सहसंबंधी बनाना ।
    1. डीसी के लिए solenoid कनेक्ट और 1 के एक कदम लंबाई के साथ 0 से 10 a. उपाय और solenoid चैंबर में एक tesla मीटर का उपयोग कर चुंबकीय प्रेरण तीव्रता रिकॉर्ड के साथ वर्तमान लागू होते हैं ।
    2. साजिश चुंबकीय प्रेरण तीव्रता वर्तमान वक्र (चित्रा 2), जो बाद में solenoid की आवश्यक वर्तमान निर्धारित करने के लिए चरणों में इस्तेमाल किया जाएगा ।
      नोट: बिजली के स्रोत के लिए और विद्युत शक्ति के लिए प्रासंगिक सभी अन्य ऑपरेशन प्रक्रियाओं में solenoid को जोड़ने जब ध्यान से विद्युत सुरक्षा प्रक्रियाओं का पालन करें.

2. ताजा मोर्टार की कार्यता

  1. स्टील फाइबर मात्रा अंशों ०.८%, १.२%, और २.०%, क्रमशः (तालिका 1) के साथ तीन मोर्टार घोला जा सकता है तैयार करें । तीन घोला जा सकता है एक ही मैट्रिक्स संरचना के लिए एक पानी के साथ सीमेंट के लिए 0.42 की रेत अनुपात: 1:2. मिश्रण अनुपात के अनुसार, वजन ०.५ किलो सीमेंट, १.० किलो रेत का, और ०.२१ किलो पानी की कार्यता परीक्षणों के लिए ।
  2. पहले मोर्टार मिक्सर में पानी डालें । फिर उसमें सीमेंट डालें । 30 एस के लिए पानी और सीमेंट मिलाएं । फिर एक और 30 एस के लिए मिश्रण है, और मिश्रण के इस 30 एस के दौरान, धीरे-धीरे मिक्सर के लिए रेत जोड़ने. फिर एक और ६० एस के लिए मिश्रण ।
  3. परीक्षण के निर्माण मोर्टार (JGJ/T70-2009)19पर प्रदर्शन के परीक्षण विधि के लिए चीनी मानक के बाद एक डूब गहराई मीटर का उपयोग मिश्रण की गहराई डूब ।
  4. दोहराएं चरण २.२ और २.३, superplasticizer की खुराक को समायोजित जब तक डूब गहराई 50-100 mm श्रेणी में आता है । superplasticizer की खुराक है कि वांछित कार्य का उत्पादन और 1 तालिकामें मिश्रण अनुपात के भाग के रूप में यह पूरक रिकॉर्ड. इसके अलावा ताजा मोर्टार के विशिष्ट घनत्व का परीक्षण करने के बाद काम की हासिल की है । aforementioned परीक्षण से एक polycarboxylate superplasticizer की अनुकूलित खुराक ०.१०% (सीमेंट के लिए बड़े पैमाने पर अनुपात), और ताजा मोर्टार के विशिष्ट घनत्व है २१८६ किलो/
  5. परीक्षण एक सह के अक्षीय घूर्णन मोर्टार rheometer (चित्रा 3) का उपयोग कर ताजा मोर्टार की चिपचिपाहट । rheometer एक पानी स्नान है कि 20 डिग्री सेल्सियस पर नमूना कंटेनर के तापमान को बनाए रखने कर सकते है ।
    1. नमूना कंटेनर में पिछले 5 मिनट के भीतर मिश्रित ताजा मोर्टार के ३०० मिलीलीटर रखो ।
    2. चिपचिपापन परीक्षण शुरू करते हैं । जांच के कंटेनर में ताजा मोर्टार में धीरे से गिरता है, और कंटेनर को घुमाएगी शुरू होता है । के रूप में ताजा मोर्टार घूर्णन कंटेनर के भीतर ले जाता है, यह जांच पर एक कतरनी बल लागू होता है । इस प्रक्रिया में, rheometer कतरनी तनाव और कतरनी दर और भूखंडों कतरनी दर के लिए कतरनी तनाव की वक्र रिकॉर्ड । वक्र के ढलान20,21मोर्टार की चिपचिपाहट है । इस जांच में परीक्षणों से ताजा मोर्टार की चिपचिपाहट ०.८२ क़दम है.

3. नमूना तैयारी

  1. चुंबकीय क्षेत्र और solenoid के वर्तमान के चुंबकीय प्रेरण तीव्रता का निर्धारण ।
    1. सीमेंट मोर्टार की चिपचिपाहट का प्रयोग चरण 2.5.2 में निर्धारित, चुंबकीय क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण तीव्रता की गणना सीमेंट मोर्टार में इस्पात फाइबर संरेखित करने के लिए आवश्यक समीकरण का उपयोग (1):13
      Equation 11
      जहां बी चुंबकीय प्रेरण तीव्रता है, η ताजा मोर्टार की चिपचिपापन है, एलएफ स्टील फाइबर की लंबाई है, एम एक व्यक्ति स्टील फाइबर के द्रव्यमान है, आरएफ इस्पात फाइबर की त्रिज्या है, μ इस्पात फाइबर की पारगम्यता है, 0 μ वैक्यूम की पारगम्यता है, Δटी समय अंतराल है, और α(टी + Δt) अगले समय अंतराल पर कोणीय त्वरण है. चिपचिपाहट और इस्पात फाइबर परीक्षण में इस्तेमाल के मापदंडों के अनुसार, आवश्यक चुंबकीय प्रेरण तीव्रता ९.८३ मीट्रिक टन है ।
    2. solenoid के विद्युत वर्तमान का निर्धारण करने के लिए एक पर्याप्त चुंबकीय प्रेरण तीव्रता बनाने के लिए आवश्यक के अनुसार चित्रा 2 या समीकरण (2):14
      Equation 22
      जहां मैं वर्तमान आवश्यक है, N solenoid की संख्या बदल जाता है, और एल solenoid की लंबाई है ।
      (2) समीकरण, आवश्यक वर्तमान का उपयोग कर ८.३ है, जबकि चित्रा 2 से यह ८.५ a के बारे में है ।
  2. तैयार ASFRC नमूनों
    1. ताजा मोर्टार मिश्रण करने के लिए एक 15 एल मोर्टार मिक्सर का प्रयोग करें । प्रत्येक बैच के लिए, 1 तालिकामें सूचीबद्ध मिश्रण अनुपात के अनुसार मोर्टार के ७.५ एल मिश्रण । तालिका 1 ASFRC एक-vf, के रूप में घोला जा सकता है, जहां एक इंगित करता है कि इस्पात फाइबर गठबंधन कर रहे है और वीएफ स्टील फाइबर की मात्रा अंश इंगित करता है । तदनुसार, SFRC घोला जा सकता है चिह्नित, तुलना के लिए, के रूप में आर वीएफ, जहां आर इंगित करता है कि इस्पात फाइबर बेतरतीब ढंग से वितरित कर रहे हैं । SFRC घोला जा सकता है तालिका 1 में सूचीबद्ध नहीं हैं, लेकिन ASFRC के रूप में एक ही अनुपात है ।
    2. कच्चे माल का वजन और इस्पात फाइबर मिश्रण नियमित प्रक्रियाओं के बाद सीमेंट मोर्टार प्रबलित ।
    3. 150 × 150 × 550 मिमी. के स्पष्ट आकार के साथ एक प्लास्टिक मोल्ड में ताजा मोर्टार डालो तुरंत काम करने के लिए खोने से बचने के लिए मिश्रण के बाद नमूनों डाली । यह सीमेंट और पानी के बीच संपर्क से एक ASFRC चश्मे कास्ट करने के लिए लगभग 25 मिनट लगते हैं ।
    4. एक कॉम्पैक्टिंग टेबल पर मोल्ड ले जाएँ, और 30 एस के लिए कॉम्पैक्टिंग टेबल पर स्विच करने के लिए सुनिश्चित करें कि मोल्ड पूरी तरह से भर जाता है की जरूरत के रूप में और अधिक मोर्टार जोड़ें ।
    5. solenoid के चैंबर में मोल्ड रखो ।
    6. ५० s के लिए solenoid और संकुचित तालिका पर स्विच करें ।
      नोट: साधारण कंक्रीट के लिए उचित समय संकुचित करने के आसपास है 60-120 एस । इस परीक्षण में, यह इस श्रेणी के भीतर कुल संकुचित समय को नियंत्रित करने का प्रयास किया है । लंबे समय तक संकुचित स्टील फाइबर के संरेखण में सुधार हो सकता है; हालांकि, यह अधिक संकुचित करने के कारण हो सकता है और फलस्वरूप अलगाव (इस्पात फाइबर और मोटे समुच्चय के डूबने अगर वहां हैं) । कम समय संकुचित स्टील फाइबर और समेकित कंक्रीट के गरीब संरेखण का कारण हो सकता है ।
    7. बंद करने के लिए संकुचित तालिका स्विच करें ।
    8. कॉम्पैक्टिंग तालिका पूरी तरह से बंद कर दिया है के बाद solenoid स्विच करें ।
    9. धीरे solenoid से मोल्ड बाहर ले और एक trowel के साथ मोर्टार के शीर्ष सतह चिकनी । शीर्ष सतह के पास इस्पात तंतुओं परेशान से बचें ।
  3. प्रत्येक मिश्रण के लिए, तीन विद्युत चुंबकीय उपचार तैयार (कदम 3.2.2-3.2.9 निंनलिखित) और तीन गैर विद्युत चुंबकीय नमूनों का इलाज (निंनलिखित कदम 3.2.2-3.2.4 और 3.2.9) । गैर की तैयारी में विद्युत चुंबकीय नमूनों का इलाज, कुल कॉंपैक्ट समय था ८० s-के रूप में एक ही है कि विद्युत चुंबकीय नमूनों का इलाज की तैयारी में ।
  4. नमूने के घर के अंदर और उनके मोल्ड में 24 घंटे के लिए छोड़ दें । फिर मोल्ड और एक कोहरे कमरे में नमूनों का इलाज जब तक वे यांत्रिक परीक्षणों के लिए उपयोग किया जाता है ।

4. तीन सूत्री झुकने की परीक्षा

  1. 28 दिनों के बाद, बाहर इलाज के कमरे से नमूनों ले और लोड करने के लिए पदों के निशान (एक), का समर्थन करता है (ख), मध्य अवधि के विक्षेप (सी), और LVDT फिक्सिंग अंक (D) (चित्रा 4) ।
  2. तीन बिंदु झुकने परीक्षण रिग पर नमूना प्लेस (4अंक परीक्षण मशीन के) और मध्य अवधि के लिए एक LVDT तय नमूना (चित्रा 4) के प्रत्येक पक्ष की सतह पर एक LVDT धारक का उपयोग कर ।
  3. LVDT को datalog से कनेक्ट करें । उसके बाद परीक्षण मशीन के नियंत्रण पीसी पर डेटा प्राप्ति आवृत्ति सेट करें ।
  4. धीरे से नीचे स्थापना का समर्थन करता है इतना है कि परीक्षण मशीन के ऊपरी लोड हो रहा है सेल के बहुत करीब है, लेकिन छू नहीं, नमूना के शीर्ष सतह को बढ़ाने के द्वारा नमूना बढ़ा ।
  5. शूंय प्रारंभिक लोड, मध्य अवधि के विक्षेपन (LVDT), और विस्थापन (लोड सेल) मूल्यों ।
  6. परीक्षण शुरू करने और ०.२ mm/min. Record की गति से एक विस्थापन नियंत्रण के साथ नमूना के लिए एक तीन सूत्री झुकने लोड लागू करने के लिए लोड हो रहा है और मध्य अवधि के विक्षेपन का पूरा इतिहास नमूना ।
  7. लोड और नमूना के विरूपण देखो । चोटी के मूल्य के बाद, जब विस्थापन 30 मिमी से अधिक है, परीक्षण बंद करो । आमतौर पर, नमूना फटा है और लोड १.० से कम है केएन ।
  8. दोहराएँ चरण 4.1-4.7 सभी नमूनों का परीक्षण करने के लिए.

5. स्टील फाइबर अभिविन्यास विश्लेषण

  1. खंडित अनुभाग पर इस्पात तंतुओं की संख्या गिनती ।
    1. टूट अनुभाग में दो भागों में नमूनों अलग ।
    2. मापने के लिए और सीमेंट मोर्टार नमूना के खंडित पार अनुभाग पर इस्पात फाइबर के उंमुखीकरण रिकॉर्ड । अभिविंयास एक इस्पात फाइबर और नमूना की धुरी के बीच कोण है । क्योंकि मैंयुअल रूप से इस्पात फाइबर के झुकाव को मापने मुश्किल है और गलत माप का उत्पादन कर सकते हैं, झुकाव छह कोण पर्वतमाला में से एक के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है: 0-15 °, 15-30 °, 30-45 °, ४५-६० °, ६०-७५ ° और ७५-९० ° । प्रत्येक समूह में इस्पात फाइबर की संख्या रिकॉर्ड, और फिर समीकरण (3) का उपयोग कर नमूना के औसत फाइबर अभिविन्यास दक्षता कारक की गणना:
      Equation 33
      जहां ηθ इस्पात फाइबर की औसत अभिविन्यास क्षमता कारक है, एलएफ एक व्यक्ति स्टील फाइबर की लंबाई है, n टूट अनुभाग पर इस्पात फाइबर की कुल संख्या है, और θमैं एक स्टील फाइबर और चुंबकीय क्षेत्र के नमूने के लिए लागू की दिशा के बीच कोण (गणना में, कोण श्रेणी के मध्य मूल्य प्रत्येक समूह में सभी इस्पात तंतुओं के लिए अपनाया जाता है) ।
  2. प्रदर्शन एक्स-रे गणना टोमोग्राफी विश्लेषण ।
    1. प्रत्येक मोर्टार नमूना से एक ७५ mm घन में कटौती ।
    2. एक्स-रे गणना टोमोग्राफी प्रणाली का उपयोग कर घन की एक्स-रे स्कैनिंग प्रदर्शन । परीक्षण मंच पर एक नमूना प्लेस और स्कैनिंग शुरू करते हैं । नमूना ३६० ° धीरे-बारी से घुमाता है और मशीन प्रत्येक घूर्णन कदम पर नमूना के कारण एक्स-रे के क्षीणन रिकॉर्ड । गणना टोमोग्राफी प्रणाली घन के एक तीन आयामी डिजिटल संरचना उत्पंन करता है ।
    3. काले और सफेद द्विआधारी प्रसंस्करण द्वारा डिजिटल घन संरचना में इस्पात फाइबर की पहचान । तो डिजिटल इस्पात फाइबर के वितरण का वर्णन छवि प्राप्त करें ।
    4. छवि विश्लेषण के द्वारा सभी इस्पात तंतुओं के निर्देशांक निर्धारित करते हैं.
    5. अपने निर्देशांक के अनुसार प्रत्येक इस्पात फाइबर के उन्मुखीकरण की गणना.
    6. समीकरण (3) का उपयोग कर फाइबर के अभिविन्यास दक्षता कारक की गणना.

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Representative Results

तीन सूत्री झुकने परीक्षण से निर्धारित ASFRCs और SFRCs की वंक ताकत चित्रा 5में दिखाया गया है । ASFRCs की वंक ताकत सभी फाइबर खुराकों के लिए SFRCs की तुलना में अधिक हैं. ASFRCs की वंक ताकत ८८%, ७१% थे, और ५७% ०.८%, १.२%, और २.०%, क्रमशः के फाइबर मात्रा अंशों पर SFRCs की तुलना में अधिक है । इन परिणामों का मतलब है कि गठबंधन स्टील फाइबर cementitious मैट्रिक्स और अधिक प्रभावी ढंग से प्रबलित से वितरित इस्पात तंतुओं ।

चित्रा 6 तीन सूत्री झुकने परीक्षणों से प्राप्त लोड-विक्षेपन घटता दिखाता है । लोड-विक्षेपन वक्र के तहत क्षेत्र वंक क्रूरता के रूप में परिभाषित किया गया है, जो खंडित होने पर ऊर्जा के अवशोषण या नमूनों की क्षमता को दर्शाता है । ASFRCs और SFRCs की मुश्किलों की गणना की गई और तालिका 2में परिणाम दिए गए हैं । वंक ताकत की तरह, ASFRCs की मुश्किल SFRCs की तुलना में अधिक था । ASFRCs की क्रूरता मूल्यों ४८%, ७७% थे, और ३९% ०.८%, १.२%, और २.०%, क्रमशः के फाइबर मात्रा भागों में SFRCs की तुलना में अधिक है ।

3 तालिका इस्पात फाइबर खंडित वर्गों पर फाइबर के कोण को मापने के बाद निर्धारित झुकाव के वितरण से पता चलता है । ASFRC नमूनों में किसी भी अन्य कोण रेंज की तुलना में 0-15 ° कोण रेंज में बहुत अधिक फाइबर है. वे भी SFRC नमूनों की तुलना में 0-15 डिग्री कोण रेंज में अधिक फाइबर है । इस प्रकार, एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र लागू प्रभावी रूप से इस्पात फाइबर के अभिविन्यास को नियंत्रित करता है. तालिका 3 भी पता चलता है कि ASFRC नमूनों की खंडित वर्गों पर इस्पात फाइबर की कुल संख्या SFRC नमूनों की तुलना में अधिक है, जो तात्पर्य है कि ASFRC नमूनों और अधिक इस्पात SFRC नमूनों से दरारें पाटन फाइबर है । यह अंतर SFRC नमूनों में तंतुओं में से कुछ का परिणाम हो सकता है करीब जा रहा है और खंडित अनुभाग के समानांतर; हालांकि निरीक्षण के दौरान ये स्टील के फाइबर नहीं दिख रहे थे । तालिका 3 भी स्टील फाइबर परीक्षण में निर्धारित झुकाव के वितरण के अनुसार गणना इस्पात फाइबर के अभिविन्यास दक्षता कारकों देता है. परिणाम संकेत मिलता है कि सभी ASFRC नमूनों की अभिविन्यास क्षमता कारकों SFRC नमूनों की तुलना में अधिक कर रहे हैं. ASFRC नमूनों के लिए ओरिएंटेशन क्षमता कारक a-०.८%, a-१.२%, और a-२.०% क्रमशः ०.९०, ०.९४, और ०.९५ हैं । SFRC नमूनों के लिए, इसके विपरीत, कारक है ०.७५, ०.७५, और आर के लिए ०.७८-०.८%, आर-१.२%, और आर-२.०%, क्रमशः ।

के रूप में एक-०.८% और आर के लिए वीडियो 2 -०.८%, एक्स-रे स्कैनिंग और गणना टोमोग्राफी विश्लेषण तीन आयामी नमूनों में इस्पात फाइबर का वितरण दिखा छवियों का उत्पादन के लिए 1 वीडियो में दिखाया गया है । छवियां पता चलता है कि ASFRC नमूनों में इस्पात फाइबर के सबसे प्रभावी ढंग से गठबंधन कर रहे है और एक ही है या इसी तरह के अभिविंयास, जबकि उन SFRC नमूनों में एक यादृच्छिक अभिविंयास है । एक्स-रे गणना टोमोग्राफी परीक्षण के परिणाम से, नमूने में फाइबर के निर्देशांक निर्धारित किया जा सकता है और नमूने में फाइबर के अभिविन्यास दक्षता कारक गणना की जा सकती. तालिका 4में दिखाए गए के रूप में, X-ray गणना टोमोग्राफी से प्राप्त अभिविन्यास दक्षता कारकों क्रॉस वर्गों पर गिनती द्वारा निर्धारित उन लोगों के साथ संगत कर रहे हैं.

Figure 1
चित्र 1. Solenoid चुंबकीय सेटअप । जब डीसी से जुड़ा है, एक समान चुंबकीय क्षेत्र solenoid के खोखले चैंबर में बनाया जाता है । इस चुंबकीय क्षेत्र सीमेंट मोर्टार में इस्पात फाइबर संरेखित और ASFRC नमूनों तैयार करने के लिए प्रयोग किया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. चुंबकीय प्रेरण तीव्रता-वर्तमान संबंध । चुंबकीय प्रेरण तीव्रता और वर्तमान के बीच संबंध परीक्षण के माध्यम से प्रदर्शन किया गया है । इस रिश्ते को ताजा सीमेंट मोर्टार में इस्पात फाइबर संरेखित करने के लिए आवश्यक वर्तमान निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. Rheometer सेटअप । एक rheometer का प्रयोग, कतरनी तनाव और ताजा सीमेंट मोर्टार के कतरनी दर के बीच संबंध प्रयोगात्मक निर्धारित किया जाता है । इसके बाद मोर्टार की चिपचिपाहट प्राप्त की जा सकती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4. तीन सूत्री झुकने परीक्षण के लिए नमूना लोड हो रहा है । एक तीन सूत्री झुकने लोड ०.२ mm/मिनट की दर लदान के साथ नमूना करने के लिए लागू किया जाता है । लोड और विक्षेपन पर नजर रखी जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5. ASFRCs और SFRCs की वंक ताकत । प्रत्येक मिश्रण की वंक ताकत तीन नमूनों की औसत है । चित्रा में त्रुटि सलाखों के मानक विचलन (एसडी) कर रहे हैं और परीक्षणों के फैलाव का संकेत. परिणाम बताते हैं कि ASFRC की वंक ताकत SFRC की तुलना में अधिक है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6. लोड-ASFRC और SFRC नमूनों का झुकाव । (क) इस्पात फाइबर ०.८% की मात्रा अंश, (ख) इस्पात फाइबर १.२% की मात्रा अंश, (ग) इस्पात फाइबर २.०% की मात्रा अंश । प्रत्येक मिश्रण के लिए, तीन नमूनों का परीक्षण कर रहे हैं, और तीन नमूनों कोष्ठकों में एक संख्या के साथ चिह्नित कर रहे हैं. परिणाम बताते है कि ASFRC नमूनों उच्च पीक लोड और क्रूरता मूल्यों (वक्र के तहत क्षेत्र) SFRC नमूनों की तुलना में है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7. एक इस्पात फाइबर के खंडित अनुभाग पर गठबंधन स्टील फाइबर ठोस नमूना प्रबलित । हालांकि मोटे समुच्चय के एक नंबर मौजूद हैं, कंक्रीट में इस्पात फाइबर अभी भी प्रभावी ढंग से गठबंधन कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Video 1
वीडियो 1. एक्स-रे गणना टोमोग्राफी परीक्षणों से एक-०.८% की स्टील फाइबर वितरण । एक्स-रे गणना टोमोग्राफी परीक्षणों के परिणाम नमूने में इस्पात फाइबर के स्थानिक वितरण दे और साबित होता है कि ASFRC नमूनों में इस्पात फाइबर उच्च गठबंधन कर रहे हैं । कृपया इस वीडियो को देखने के लिए यहां क्लिक करें । (डाउनलोड करने के लिए राइट-क्लिक करें.)

Video 2
वीडियो 2. एक्स-रे गणना टोमोग्राफी परीक्षणों से आर-०.८% की स्टील फाइबर वितरण । एक्स-रे गणना टोमोग्राफी परीक्षणों के परिणाम नमूने में इस्पात फाइबर के स्थानिक वितरण दे और साबित होता है कि ASFRC नमूनों में इस्पात फाइबर अत्यधिक गठबंधन कर रहे हैं, जबकि SFRC नमूनों में उन बेतरतीब ढंग से वितरित कर रहे हैं । कृपया इस वीडियो को देखने के लिए यहां क्लिक करें । (डाउनलोड करने के लिए राइट-क्लिक करें.)

मिक्स नं. पानी (kg/ सीमेंट (किग्रा/ रेत (किग्रा/ स्टील फाइबर (किलो/ Superplasticizer (kg/
A-०.८% २६७ ६३३ १२६६ ६२.४ ०.२६७
A-१.२% २६५ ६३१ १२६१ ९३.६ ०.२६५
A-२.०% २६३ ६२७ १२५३ १५६.० ०.२६३

तालिका 1. गठबंधन स्टील फाइबर सुदृढीकरण (ASFRC) के साथ cementitious कंपोजिट के अनुपात में मिश्रण । प्रत्येक पंक्ति में सामग्री की मात्रा 1 मीटर3 कंपोजिट के लिए है । SFRC समकक्षों बिल्कुल एक ही अनुपात है ।

नमूना क्रूरता औसत क्रूरता नमूना क्रूरता औसत क्रूरता
(× 105N • मिमी) (× 105N • मिमी) (× 105N • मिमी) (× 105N • मिमी)
A-०.८% (1) २.०४७ आर-०.८% (1) १.४९५
A-०.८% (2) १.९४५ २.०७३ R-०.८% (2) १.३४४ १.३९६
A-०.८% (3) २.२२६ आर-०.८% (3) १.३४९
A-१.२% (1) २.३२३ आर-१.२% (1) १.७३८
A-१.२% (2) ३.७०७ ३.१४८ R-१.२% (2) १.४७६ १.७८३
A-१.२% (3) ३.४१४ आर-१.२% (3) २.१३६
A-२.०% (1) ३.१२५ आर-२.०% (1) १.६९२
A-२.०% (2) ३.९९८ ३.५६८ R-२.०% (2) २.८०७ २.५७५
A-२.०% (3) ३.५८२ आर-२.०% (3) ३.२२७

तालिका 2. ASFRC और SFRC नमूनों की मुश्किलें । नमूना की मुश्किल लोड-विक्षेपन वक्र के तहत क्षेत्र है । ASFRC नमूनों SFRC नमूनों की तुलना में कठिनता के उच्च मूल्यों है ।

नमूना कोण रेंज में फाइबर की संख्या कुल ओरिएंटेशन दक्षता फ़ैक्टर
0-15 ° 15-30 ° 30-45 ° 45-60 ° 60-75 ° 75-90 °
A-०.८% ३६७ ८० ३९ 27 15 22 ५५० ०.९०
आर-०.८% १३३ १०२ ८३ ६७ ४९ ४५ ४७९ ०.७५
A-१.२% ६६८ ६५ ३४ 16 20 13 ८१६ ०.९४
आर-१.२% १४२ १२० ९८ ७२ ६१ ४१ ५३४ ०.७५
A-२.०% ८८७ १६२ ४५ 28 20 11 ११५३ ०.९५
आर-२.०% २३६ २०७ १५१ १२९ ५४ ६१ ८३८ ०.७८

तालिका 3. खंडित मोर्टार वर्गों पर इस्पात फाइबर की संख्या । गठबंधन स्टील फाइबर के साथ ASFRC नमूनों में किसी भी अन्य कोण रेंज की तुलना में 0-15 ° कोण रेंज में बहुत अधिक फाइबर है. वे भी SFRC नमूनों की तुलना में 0-15 डिग्री कोण रेंज में अधिक फाइबर है । स्टील फाइबर की संख्या नमूनों की खंडित अनुभाग पर तंतुओं की गिनती द्वारा मैन्युअल रूप से निर्धारित किया गया था. ASFRC नमूनों की खंडित वर्गों पर इस्पात तंतुओं की कुल संख्या SFRC नमूनों की तुलना में अधिक है ।

Vच= ०.८% Vच= १.२% Vच= २.०%
ASFRC ०.९१ ०.९३ ०.९४
SFRC ०.५९ ०.६६ ०.६३

तालिका 4. एक्स-रे गणना टोमोग्राफी विश्लेषण से मोर्टार में इस्पात फाइबर की अभिविन्यास क्षमता कारक. एक्स-रे गणना टोमोग्राफी विश्लेषण से परिणाम की पुष्टि करें कि ASFRC नमूनों में इस्पात फाइबर प्रभावी ढंग से गठबंधन कर रहे हैं और SFRC नमूनों की तुलना में उच्च अभिविन्यास क्षमता कारक है.

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Discussion

इस अध्ययन में विकसित विद्युत चुम्बकीय solenoid एक चैंबर 250 × 250 × 750 mm को मापने और पूर्ण आकार संरचनात्मक तत्वों को समायोजित नहीं कर सकता है । हालांकि चैंबर के आकार सेटअप के आवेदन सीमा, अवधारणा और इस पत्र में प्रस्तावित प्रोटोकॉल ASFRC तत्वों, विशेष रूप से कच्चा तत्वों के निर्माण के लिए एक पूर्ण आकार सेटअप के आगे विकास को प्रेरित करेगा ।

ताजा मोर्टार की एक उपयुक्त चिपचिपापन को प्राप्त करने ASFRCs की गुणवत्ता को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक कारक है, क्योंकि इस्पात फाइबर के संरेखण एक चुंबकीय बल है कि ताजा मोर्टार में चिपचिपा प्रतिरोध को दूर करने की जरूरत से प्रेरित है । चिपचिपा प्रतिरोध ताजा मोर्टार की चिपचिपाहट से नियंत्रित होता है । कम मोर्टार की चिपचिपाहट, आसान यह स्टील फाइबर संरेखित करने के लिए है । दूसरी ओर, ताजा मोर्टार की चिपचिपाहट भी इस्पात फाइबर के निलंबन को प्रभावित करती है । ताजा मैट्रिक्स की बहुत उच्च चिपचिपापन इस्पात फाइबर संरेखित करने में कठिनाई की ओर जाता है, जबकि बहुत कम चिपचिपापन इस्पात फाइबर के अलगाव का कारण बनता है । इसलिए, बहुत अधिक है और बहुत कम चिपचिपापन फाइबर सुदृढीकरण की क्षमता को कम । नतीजतन, आदेश में संरेखण और इस्पात फाइबर के निलंबन संतुलन, ताजा मोर्टार की चिपचिपापन सुनिश्चित करना है कि ताजा सादे सीमेंट मोर्टार के डूबने की गहराई 50-100 mm रेंज में रहता है द्वारा नियंत्रित empirically जा सकता है ।

हालांकि इस पत्र में वर्णित प्रोटोकॉल स्टील फाइबर प्रबलित सीमेंट मोर्टार तैयार करने के लिए प्रयोग किया जाता है, यह भी इस्पात फाइबर के लिए लागू ठोस प्रबलित है । चित्रा 7 संरेखित स्टील फाइबर की एक तस्वीर मोटे ऊपर उल्लिखित प्रोटोकॉल के अनुसार तैयार कुल के साथ ठोस प्रबलित है । कंक्रीट के लिए, मोटे समग्र की उपस्थिति के कारण, सहज रूप से, स्टील फाइबर मोटे समुच्चय के बीच की खाई में स्थित हैं और इस तरह गठबंधन नहीं किया जा सकता । हालांकि, परीक्षण परीक्षण के परिणाम बताते है कि दृष्टिकोण अच्छी तरह से काम करता है और है कि कंक्रीट में इस्पात फाइबर प्रभावी ढंग से गठबंधन किया जा सकता है । वास्तव में, ठोस में, मोटे कुल की मात्रा अंश लगभग ३५% है; शेष ६५% मात्रा अंश के लिए अंय ठीक कणों खाते । यह ६५% मात्रा फाइबर के लिए पर्याप्त स्थान प्रदान करता है संरेखित करने के लिए । इसलिए, यह प्रस्तावित प्रोटोकॉल दोनों मोर्टार और कंक्रीट में आवेदन के व्यापक क्षेत्रों की अनुमति देता है ।

अंत में, 1) solenoid विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र इस अध्ययन में विकसित सेटअप का उपयोग करके, ताजा मोर्टार में इस्पात फाइबर उच्च गठबंधन और 150 × 150 × 550 मिमी के अधिकतम आकार के साथ ASFRC नमूनों थे सफलतापूर्वक तैयार थे. 2) ASFRC नमूनों में इस्पात फाइबर के उंमुखीकरण दक्षता कारकों ०.९० से अधिक है, जबकि SFRC नमूनों की उन ०.६० के आसपास थे । इसके अलावा, ASFRC नमूनों की टूट वर्गों को पाटने इस्पात फाइबर की संख्या SFRC नमूनों की तुलना में अधिक था । उच्च अभिविन्यास क्षमता कारकों और ASFRC की क्षमता मजबूत में वृद्धि के लिए टूट वर्गों के खाते में और अधिक इस्पात तंतुओं । 3) वंक शक्ति और ASFRC की वंक क्रूरता काफी अधिक है SFRC की फाइबर मात्रा अंशों पर ०.८%, १.२%, और २.०% की तुलना में अधिक है । अंत में, 4) हालांकि इस पत्र में वर्णित प्रोटोकॉल स्टील फाइबर प्रबलित सीमेंट मोर्टार तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, यह भी इस्पात फाइबर के लिए लागू ठोस प्रबलित है । प्रस्तावित प्रोटोकॉल इसलिए दोनों मोर्टार और कंक्रीट में आवेदन के व्यापक क्षेत्र है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक कृतज्ञता राष्ट्रीय प्रकृति विज्ञान फाउंडेशन ऑफ चाइना (अनुदान सं ५१५७८२०८), हेबै प्रांतीय प्रकृति विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान सं. से वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं । E2017202030 और E2014202178), और हेबै प्रांत के विश्वविद्यालय विज्ञान और प्रौद्योगिकी अनुसंधान के प्रमुख परियोजना (अनुदान सं. 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

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References

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गठबंधन स्टील फाइबर की तैयारी प्रबलित Cementitious समग्र और उसके वंक व्यवहार
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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).

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