Waiting
Login processing...

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

Engineering

Utarbeidelse av justert stål Fiber forsterket sementbaserte kompositt og virkemåten Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk

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

Summary

Denne protokollen beskriver en tilnærming for produksjon justert stål fiber forsterket sementbaserte kompositt ved å bruke en enhetlig elektromagnetiske felt. Justert stål fiber forsterket sementbaserte kompositt utstillinger overlegen mekaniske egenskaper til vanlige fiber armert betong.

Abstract

Formålet med dette arbeidet er å presentere en tilnærming, inspirert av måten der en kompassnål vedlikeholder en konsekvent retning under handlingen av jordens magnetfelt, for produksjon av sementbaserte sammensatt med justerte stål fiber. Justert stål fiber forsterket sementbaserte kompositter (ASFRC) ble utarbeidet ved å bruke en enhetlig elektromagnetiske felt frisk mørtel inneholder korte stål fibre, der kort stål fibrene ble drevet til å rotere i tråd med det magnetiske feltet. Graden av justering av stål fibrene i herdet ASFRC ble vurdert etter teller stål fibre i fractured tverrsnitt og X-ray beregnet tomografi analyse. Resultatene fra de to metodene viser at stålet fibre i ASFRC var svært justert mens stål fibrene i ikke-magnetisk behandlet kompositter ble tilfeldig fordelt. Justert stål fibrene hadde en mye høyere forsterkende effektivitet, og kompositter, viser derfor betydelig økt Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrke og seighet. ASFRC er dermed overordnet SFRC den tåler større strekk stress og mer effektivt motstå sprengning.

Introduction

Innlemme stål fiber i betong er en effektiv måte å overvinne iboende svakhet skjørhet og forbedre strekkstyrke betong1. I løpet av de siste tiårene, er stål fiber armert betong grundig undersøkt og mye brukt i feltet. Stål fiber armert betong er bedre enn betong sprengning motstand, strekkstyrke, Slagseighet, brudd energi, etc.2 i stål fiber armert betong, stål fiber er tilfeldig spredt, og dermed jevnt spre forsterkende effektiviteten av fibrene i alle retninger. Men i enkelte lasting bidra bare noen av stål fibrene i betong på ytelsen til de strukturelle elementene fordi forsterkende effektiviteten av fibrene krever at de justeres med prinsippet strekk spenninger i det struktur. For eksempel når du bruker stål fiber armert betong som inneholder tilfeldig fordelte stål fibre for å forberede en bjelke, noen av stål fibrene, vil særlig de som er parallell i retning av det viktigste strekk stresset, gjøre store bidrag til forsterkende effektivitet, mens de gjør vinkelrett retning av rektor strekk stress ingen bidrag til forsterkende effektivitet. Derfor er finne tilnærming til stål fibrene med retningen av rektor strekk stress i betong nødvendig for å oppnå høyeste forsterkende effektiviteten av stål fibrene.

Effektivitetsfaktoren retning, definert som forholdet mellom planlagte retning strekk stress til den faktiske lengden på fiber, brukes vanligvis til å angi effektiviteten av forsterkning av stål fiber3,4 . Ifølge denne definisjonen er retning effektivitet faktor av fibrene linje med retning av strekk stress 1.0; som av fibrene som er vinkelrett strekk stress er 0. Tilbøyelig fiber har en orientering effektivitet faktor mellom 0 og 1.0. Analytiske resultatene viser at retningen effektivitetsfaktoren av tilfeldig fordelte stål fibre i betong er 0.4054, mens det fra tester av vanlig stål fiber armert betong er i området 0.167 til 0.5005,6 . Tydeligvis, hvis alle kort stål fibrene i betong justeres og i samme retning som strekk stress, stål fibrene har høyeste forsterkende effektiviteten og de vil ha optimal strekk virkemåten.

Noen vellykkede forsøk på å forberede justert stål fiber armert betong er utført siden 1980-tallet. I 1984, Shen7 brukt et elektromagnetisk felt det nederste laget av stål fiber forsterket sementbaserte kompositt (SFRC) bjelker under støping og X-ray oppdagelsen analyse viste at stål fibre ble også justert. I 1995 patenterte Bayer8 og Arman9 tilnærming for å forberede justert stål fiber armert betong ved hjelp av et magnetfelt. Yamamoto et al. 10 vurdert retningen på stål fiber i betong hovedsakelig påvirket av støping tilnærming og forsøkte å få justert stål fiber armert betong ved å holde friske betong strømmer ned i forskalingen fra en konstant retning. Xu11 forsøkte å justere stål fibre i shotcrete ved sprøyting stål fiber fra en konstant retning. Rotondo og Wiener12 forsøkte å gjøre konkrete polakkene med justerte lange stål fiber ved sentrifugal støping. Disse eksperimentelle studier avslører at justert stål fiber armert betong har betydelige fordeler fremfor tilfeldig fordelte stål fiber armert betong.

Nylig Michels et al. 13 og Mu et al. 14 har utviklet en gruppe justert stål fiber forsterket sementbaserte sammensetninger (ASFRCs) med elektromagnetiske felt. I disse studiene, ble ulike solenoider laget å gi en ensartet magnetiske felt for å justere stål fibre i mørtel eksemplarer av forskjellige størrelser. Releet har en hul cuboid kammer, som rommer av forhåndsdefinerte størrelser. Når releet er koblet direkte gjeldende (DC), opprettes en ensartet magnetiske felt i kammeret i fast retning, som justerer med aksen av releet. I henhold til elektromagnetisme15, kan magnetiske felt kjøre ferromagnetisk fibre til å rotere og justere i frisk morter. Aktuelle workability av mørtelen er avgjørende for at stål fibre å rotere i frisk mørtel. En høy viskositet kan forårsake problemer med justeringen av stål fibrene i mørtelen, mens lav viskositet kan føre til segregering av fiber.

Dette dokumentet beskriver detaljer om utarbeidelse av ASFRC og tester Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk egenskapene til ASFRC og SFRC. Det forventes at ASFRC har en høyere Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrke og seighet enn SFRC. Dermed ASFRC har potensielt fordeler over SFRC i tåler strekk stress og motstå sprengning hvis brukt som dekker betong fortau, osv.

Bruke i fractured prøver etter Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk tester, retningen på stål fibrene i de er undersøkt ved å observere i fractured tverrsnitt og utnytte X-ray skanning beregnet tomografi analyse16,17 , 18. de mekaniske egenskapene av ASFRCs, inkludert Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrke og seighet, rapporteres og sammenlignet med de ikke-elektromagnetisk behandlet SFRCs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. solenoid magnetfelt oppsett

Merk: Det magnetiske feltet genereres en solenoid med en hul kammer. Er en polybutylene terephthalate (PBT) styret solenoid skjelett sammenrullet med 4-6 lag av emalje isolert kobbertråd og pakket med en plast isolerende lag for beskyttelse (figur 1). Etter tilkobling spolen til DC, oppretter gjeldende i CoILen en enhetlig elektromagnetiske felt innenfor solenoid kammeret med fast retning og konstant magnetisk induksjon intensitet. Bruk det magnetiske feltet Juster stål fiber i frisk morter og forberede de ASFRC prøvene. I denne studien forberedt vi 150 × 150 × 550 mm prisme prøver ved hjelp av en magnetventil kammer størrelse 250 × 250 × 750 mm.

  1. Relatere magnetisk induksjon intensiteten av elektrisk strøm av releet.
    1. Koble releet til DC og bruke gjeldende fra 0 til 10 A med skrittlengde 1 A. og post magnetisk induksjon intensiteten i magnetventil kammeret bruker en tesla meter.
    2. Tegne magnetisk induksjon intensiteten aktuelle kurven (figur 2), som skal brukes i senere trinn for å fastslå den nødvendige nåværende releet.
      Merk: Følg nøye elsikkerhet prosedyrene ved tilkobling releet til strømnettet og i alle andre operasjonen prosedyrer gjelder for elektrisk kraft.

2. workability frisk mørtel

  1. Forberede tre mørtel mikser med stål fiber volum fraksjoner 0,8%, 1,2% og 2.0%, henholdsvis (tabell 1). Tre mikser har samme matrise sammensetning med vann å sementere til sand forholdet mellom 0.42:1:2. Etter blandingsforhold, veie 0,5 kg sement, 1.0 kg sand og 0.21 kg vann for workability tester.
  2. Tilsett vann til mørtel blandebatteri først. Deretter Legg sement. Bland vann og sement for 30 s. Bland for en annen 30 s, og under denne 30 s blanding, gradvis legge sand på mikseren. Bland i en annen 60 s.
  3. Teste synkende dybden av blandingen bruker en synkende dybde meter etter kinesisk standard for testmetode ytelse på bygning morter (JGJ/T70-2009)19.
  4. Gjenta 2.2 og 2.3, justere dosering av superplasticizer til synkende dybden faller inn i 50-100 mm-serien. Registrere dosering av superplasticizer som produserer den ønskede workability og supplere det som del av miksen andelen i tabell 1. Også teste spesifikke tettheten av fersk mørtelen etter workability er oppnådd. Optimal dosering av en polycarboxylate superplasticizer fra nevnte testene er 0,10% (masse forholdet til sement) bestemt tettheten av fersk mørtel er 2186 kg/m3.
  5. Teste viskositeten av den friske mørtelen med en co-aksial roterende mørtel rheometer (Figur 3). Rheometer har et vannbad som kan opprettholde temperaturen på prøven beholderen på 20 ° C.
    1. Sette 300 mL frisk mørtel blandet i forrige 5 min inn prøven beholderen.
    2. Starte viskositet testen. Sonden faller gradvis inn frisk mørtel i beholderen, og beholderen begynner å rotere. Som fersk mørtelen beveger seg i roterende beholderen, gjelder det et skjær kraft på sonden. I prosessen, rheometer postene skjær stress og skjær rate og tomter kurven av skjæring stress å skråstille rate. Skråningen av kurven er viskositeten av mørtel20,21. I denne undersøkelsen er viskositeten av fersk mørtelen fra tester 0,82 Pas.

3. prøven forberedelse

  1. Bestemme magnetisk induksjon intensiteten av det magnetiske feltet og nåværende releet.
    1. Bruke viskositeten av sement mørtel i trinn 2.5.2, beregne magnetisk induksjon intensiteten av det magnetiske feltet kreves for å justere stål fibre i sement mørtel med formel (1):13
      Equation 1(1)
      hvor B er magnetisk induksjon intensitet, η er viskositeten av fersk mørtel, lf er stål fiber, m er massen av en individuell stål fiber, rf er radius av stål fibre, μ er permeabilitet av stål fiber, μ0 er permeabilitet av vakuum, Δt er tidsintervallet og î±(t + Δt) er angular akselerasjon med neste tidsintervall. Ifølge viskositeten og parameterne for stål fiber som brukes i testene, nødvendige magnetisk induksjon intensiteten er 9.83 mT.
    2. Bestemme den elektriske strømmen av releet kreves for å opprette en tilstrekkelig magnetisk induksjon intensitet ifølge figur 2 eller formel (2):14
      Equation 2(2)
      hvor jeg er en nødvendig, N er antall solenoid snur og L er lengden på releet.
      Bruke ligningen (2), er må gjeldende 8.3 A, mens figur 2 det er omtrent 8.5 A.
  2. Forberede ASFRC eksemplarer
    1. Bruk en 15 L mørtel blandebatteri for å blande frisk mørtel. For hver bunke, blande 7.5 L mørtel etter blanding proporsjonene i tabell 1. Tabell 1 angir ASFRC mikser som en-Vf, der A angir at stål fibrene er justert og Vf angir volum brøkdel av stål fiber. Følgelig er SFRC mikser merket, til sammenligning som R-Vf, hvor R angir at stål fibrene er tilfeldig fordelt. SFRC mikser er ikke oppført i tabell 1 , men har samme proporsjoner som ASFRC.
    2. Veie råvarene og bland stål fiber forsterket sement mørtel etter rutinemessige prosedyrer.
    3. Hell frisk mørtelen i plast mold med klart størrelse på 150 × 150 × 550 mm. felles de umiddelbart etter blanding for å unngå å miste workability. Det tar ca 25 min å kaste en ASFRC-prisme fra kontakten mellom sement og vann.
    4. Flytt mold på en komprimering tabell, og slå på tabellen komprimering for 30 s. legge mer mørtel for å sikre at at formen er helt fylt.
    5. Sett mugg inn i kammeret til releet.
    6. Slå på solenoid og komprimere tabell 50 s.
      Merk: For vanlige betong rimelig komprimering tiden er rundt 60-120 s. I denne testen, gjøres det forsøk på å kontrollere komprimering totaltiden innenfor dette området. Lenger komprimering tid kan forbedre justering av stål fiber; Det kan imidlertid føre over komprimering og dermed segregering (senkingen av stål fibre og grovt tilslag hvis det finnes). Mindre komprimering tid kan forårsake dårlig justering av stål fiber og løse betong.
    7. Slå av tabellen komprimering.
    8. Slå på solenoid etter tabellen komprimering har sluttet helt.
    9. Forsiktig ta mold fra releet og glatte overflaten av mørtelen med en sparkel. Unngå å forstyrre stål fibrene nær overflaten.
  3. For hver blanding, forberede tre elektromagnetisk behandlet eksemplarer (etter trinn 3.2.2-3.2.9) og tre ikke-elektromagnetisk behandlet eksemplarer (etter trinn 3.2.2-3.2.4 og 3.2.9). I utarbeidelsen av ikke-elektromagnetisk behandlet, komprimere totaltiden var 80 s-den samme som i utarbeidelsen av elektromagnetisk behandlet.
  4. La de innendørs og i sine former for 24 timer. Deretter demold og kurere prøver en tåke rommet før de brukes for mekanisk tester.

4. tre-punkts bøying Test

  1. Etter 28 dager ta prøver fra herding rommet og Merk stillingene for lasting (A) støtter (B), midt span nedbøyning (C) og LVDT festepunkter (D) (Figur 4).
  2. Plasser prøven på tre-punkts bøying testriggen (Figur 4) av MTS test maskinen og fikse en LVDT til midten av span med en LVDT holder på hver side overflaten av prøven (Figur 4).
  3. Koble til LVDT til en datalog. Angi deretter dataene oppkjøpet frekvensen på kontroll PC test maskinen.
  4. Gradvis øke prøven heve bunnen støtter slik at den øvre lasting cellen test maskinen er svært nær, men ikke røre, overflaten av prøven.
  5. Null i første Last, midt span nedbøyning (LVDT) og forskyvning (Last celle) verdier.
  6. Start testen og en tre-punkts bøying Last gjelder prøven med en forskyvning kontroll med en hastighet på 0.2 mm/min. post til hele historien om lasting og midt span nedbøyning av prøven.
  7. Se laste og deformasjon av prøven. Etter toppverdien, forskyvning er større enn 30 mm, stoppe testen. Vanligvis prøven er sprukket og lasten er mindre enn 1,0 kN.
  8. Gjenta 4.1-4.7 å teste alle prøvene.

5. stål Fiber retning analyse

  1. Telle antall stål fiber i fractured delen.
    1. Skille de i to deler på sprakk delen.
    2. Mål og registrere retningen på stål fibrene i fractured tverrsnitt av sement mørtel prøven. Retningen er vinkelen mellom en stål fiber og aksen av prøven. Fordi manuelt måle retningene av stål fibrene er vanskelig og kan gi unøyaktig målinger, orientering kan kategoriseres som en av seks vinkel områder: 0 - 15 °, 15-30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 ° og 75-90 °. Registrere antall stål fiber i hver gruppe, og deretter beregne gjennomsnittlig fiber retning effektivitet faktor på prøven ved hjelp ligningen (3):
      Equation 3(3)
      hvor ηθ er den gjennomsnittlige retning effektivitetsfaktoren for stål fiber, lf er en personlige stål fiber, n er antall stål fiber på delen sprakk og θjeg er den vinkelen mellom en stål fiber og retning av det magnetiske feltet på prøven (i beregningen, den midterste verdien i vinkel-området er adoptert for alle stål fiber i hver gruppe).
  2. Utføre X-ray beregnet tomografi analyse.
    1. Kuttet en 75 mm kube fra hver mørtel prøven.
    2. Utføre X-ray skanning av kuben ved hjelp av en X-ray beregnet tomografi system. Plasser en prøve på test-plattformen og starte skanningen. Prøven roterer 360 ° gradvis og maskinen registrerer demping av x-stråler forårsaket av prøven på hvert roterende trinn. Beregnet tomografi systemet genererer en tredimensjonal digital struktur av kuben.
    3. Identifisere stål fibrene i digital kube strukturen av svarte og hvite binære behandling. Deretter hente det digitale bildet som beskriver fordelingen av stål fiber.
    4. Bestemme koordinatene til alle stål fiber ved bildeanalyser.
    5. Beregne retningen på hver stål fiber i henhold til lokasjonens koordinater.
    6. Beregne retning effektivitetsfaktoren av fibre med formel (3).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrkene i ASFRCs og SFRCs bestemmes fra tre-punkts bøying tester er vist i figur 5. Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrkene i ASFRCs er høyere enn SFRCs for alle fiber doser. Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrkene i ASFRCs var 88% og 71% 57% høyere enn SFRCs på fiber volum fraksjoner 0,8%, 1,2% og 2.0%, henholdsvis. Disse resultatene antyde at justert stål fiber forsterker sementbaserte matrix mer effektivt enn tilfeldig fordelte stål fiber.

Figur 6 viser den load-nedbøyning kurver innhentet fra tre-punkts bøying testene. Området under belastning-nedbøyning kurven defineres som Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk seighet, som gjenspeiler evne til energi absorpsjon eller fullbyrdelsen av prøven når brukket. Seighet av ASFRCs og SFRCs ble beregnet og resultatene er gitt i tabell 2. Som Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrke var seighet av ASFRCs høyere enn SFRCs. Seighet verdiene for ASFRCs var 48%, 77% og 39% høyere enn SFRCs på fiber volum fraksjoner 0,8%, 1,2% og 2.0%, henholdsvis.

Tabell 3 viser fordelingen av stål fiber orientering bestemmes etter måle vinkelen på fiber i fractured deler. De ASFRC prøvene har mye mer fiber i 0-15 ° vinkel området enn i noen annen innfallsvinkel omfang. De har også mer fiber i området 0-15 ° vinkel enn de SFRC prøvene. Dermed styrer bruker et elektromagnetisk felt effektivt retningen av stål fibre. Tabell 3 viser også at antall stål fiber i fractured delene av de ASFRC prøvene er større enn den SFRC prøver, som innebærer at ASFRC eksemplarer har flere stål fiber bro sprekker enn SFRC prøver. Denne forskjellen kan være et resultat av noen av fibrene i SFRC prøver å være nært og parallelt i fractured delen; men var disse stål fibrene ikke synlig under inspeksjon. Tabell 3 gir også retningen effektivitet faktorer av stål fibre beregnet i henhold til distribusjon av stål fiber orientering i testene. Resultatene indikerer at retningen effektivitet faktorer av alle ASFRC er større enn de SFRC prøvene. Orientering effektivitet faktorene for ASFRC prøver A-0.8%, A-1.2% og A-2.0% er 0.90 0,94 og 0,95, henholdsvis. For SFRC prøver, derimot er faktorene 0,75 0,75 og 0.78 for R-0.8%, R-1.2% og R-2.0%, henholdsvis.

Som vist i videoen 1 for prøver A-0.8% og Video 2 for R-0.8%, X-ray skanning og beregnede tomografi gir analyse tredimensjonale bilder viser fordelingen av stål fiber i de. Bildene viser at de fleste av stål fibrene i de ASFRC prøvene justeres effektivt og har samme eller lignende orientering, mens de i de SFRC prøvene har en tilfeldig orientering. X-ray beregnet tomografi testresultatene, koordinatene til Fibre i prøven kan bestemmes og orientering effektivitetsfaktoren av fibrene i prøven kan beregnes. Som vist i Tabell 4, er retning effektivitet faktorene fra X-ray beregnet tomografi konsistent bestemmes av regner tverrsnitt.

Figure 1
Figur 1. Magnetventil magnetiske oppsett. Når koblet til DC, opprettes et ensartet magnetiske felt i hule Mysteriekammeret releet. Denne magnetfelt brukes til å justere stål fibre i sement mørtel og forberede ASFRC eksemplarer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2. Magnetisk induksjon intensiteten aktuelle forholdet. Forholdet mellom magnetisk induksjon intensitet og gjeldende har vist gjennom testing. Dette forholdet brukes til å bestemme dagens krevde å justere stål fibre i frisk sement mørtel. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3. Rheometer oppsettet. Bruker en rheometer, bestemmes forholdet mellom skjæring stress og skjær på fersk sement mørtel eksperimentelt. Viskositeten av mørtelen kan deretter hentes. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4. Lasting prøven for tre-punkts bøying test En tre-punkts bøying Last brukes prøven med lasting hastighet på 0.2 mm/min. Last og nedbøyning overvåkes. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5. Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrke av ASFRCs og SFRCs. Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrken til hver blanding er gjennomsnittet av tre prøvene. Feilfeltene i figuren er standardavviket (SD) og angi spredningen av testene. Resultatene viser at Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrken på ASFRC er høyere enn SFRC. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6. Last-utslag av ASFRC og SFRC. (A) volumet brøkdel av stål fiber 0,8%, (B) volum brøkdel av stål fiber 1,2%, (C) volum brøkdel av stål fiber 2.0%. For hver blanding, tre eksemplarer er testet, og de tre prøvene er merket med en antallet inne parenteser. Resultatene viser at ASFRC eksemplarer har høyere topp Beregnigner og seighet verdier (området under kurven) enn SFRC prøver. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7. Justert stål fiber på brukket delen av en stål fiber-armert betong eksempel. Selv om en rekke grovt tilslag eksisterer, justeres fortsatt effektivt stål fibrene i betong. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Video 1
Video 1. Stål fiber distribusjon av A-0.8% fra X-ray beregnet tomografi tester. Resultatene av X-ray beregnet tomografi tester gir den romlige fordelingen av stål fiber i prøven og bevise at stål fibrene i ASFRC eksemplarer er svært justert. Vennligst klikk her å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)

Video 2
Video 2. Stål fiber distribusjon av R-0.8% fra X-ray beregnet tomografi tester. Resultatene av X-ray beregnet tomografi tester gir den romlige fordelingen av stål fiber i prøven og bevise at stål fibrene i ASFRC eksemplarer er svært justert mens de i SFRC prøver distribueres tilfeldig. Vennligst klikk her å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)

Mix nr. Vann (kg/m3) Sement (kg/m3) Sand (kg/m3) Stål Fiber (kg/m3) Superplasticizer (kg/m3)
A-0.8% 267 633 1266 62,4 0.267
A-1.2% 265 631 1261 93.6 0.265
A-2.0% 263 627 1253 156.0 0.263

Tabell 1. Bland andelen sementbaserte sammensetninger med justerte stål fiber forsterkning (ASFRC). Mengden av materiale i hver linje er for 1 m3 kompositter. SFRC kolleger har nøyaktig samme proporsjoner.

Prøven Seighet Gjennomsnittlig seighet Prøven Seighet Gjennomsnittlig seighet
(× 105N•mm) (× 105N•mm) (× 105N•mm) (× 105N•mm)
A-0.8% (1) 2.047 R-0.8% (1) 1.495
A-0.8% (2) 1.945 2.073 R-0.8% (2) 1.344 1.396
A-0.8% (3) 2.226 R-0.8% (3) 1.349
A-1.2% (1) 2.323 R-1.2% (1) 1.738
A-1.2% (2) 3.707 3.148 R-1.2% (2) 1.476 1.783
A-1.2% (3) 3.414 R-1.2% (3) 2.136
A-2.0% (1) 3.125 R-2.0% (1) 1.692
A-2.0% (2) 3.998 3.568 R-2.0% (2) 2.807 2.575
A-2.0% (3) 3.582 R-2.0% (3) 3.227

Tabell 2. Seighet av ASFRC og SFRC. Seighet av prøven er området under belastning-nedbøyning kurven. De ASFRC prøvene har høyere verdier av seighet enn de SFRC prøvene.

Prøven Antall fibre i innfallsvinkel omfang Totalt Orientering effektivitet faktor
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

Tabell 3. Antall stål fiber i fractured mørtel delene. De ASFRC prøvene med justerte stål fiber har mye mer fiber i 0-15 ° vinkel område enn i noen annen innfallsvinkel omfang. De har også mer fiber i 0-15 ° vinkel rekkevidde enn de SFRC prøvene. Antall stål fiber identifiserte manuelt ved å telle fibrene i fractured delen av de. Totalt antall stål fiber i fractured delene av de ASFRC prøvene er større enn de SFRC prøvene.

Vf= 0,8% Vf= 1,2% Vf= 2.0%
ASFRC 0,91 0.93 0,94
SFRC 0,59 0,66 0,63

Tabell 4. Orientering effektivitet faktor av stål fibrene i mørtel fra X-ray beregnet tomografi analyse. Resultatene fra X-ray beregnet tomografi analyse bekrefter at stål fibrene i de ASFRC prøvene justeres effektivt og har høyere retning effektivitet faktorer enn de SFRC prøvene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Elektromagnetisk releet utviklet i denne studien har et kammer måler 250 × 250 × 750 mm og plass ikke i full størrelse strukturelle elementer. Selv om størrelsen på kammeret begrenser anvendelsen av stilling, konseptet og protokollen foreslått i denne artikkelen vil inspirere den videre utviklingen av en full størrelse oppsett for produksjon av ASFRC elementer, spesielt precast elementer.

Oppnå en passende viskositet av fersk mørtel er viktig faktor for å kontrollere kvaliteten på ASFRCs, fordi justeringen av stål fiber er drevet av en magnetisk kraft som må overvinne tyktflytende motstanden i frisk mørtelen. Tyktflytende motstanden er underlagt viskositeten av fersk mørtelen. Jo lavere viskositet av mørtelen, jo enklere det er å justere stål fiber. På den annen side, påvirker viskositeten av fersk mørtelen også suspensjon av stål fiber. Svært høy viskositet av fersk matrix fører til problemer med å justere stål fibrene, mens svært lav viskositet forårsaker segregering av stål fibre. Derfor svært høy og svært lav viskositet redusere effektiviteten av fiber forsterkning. Derfor i rekkefølge balanse justering og suspensjon av stål fiber kontrolleres viskositeten av fersk mørtel empirisk ved å sikre at senkingen dybden av fersk vanlig sement mørtel forblir i området 50-100 mm.

Selv om protokollen beskrevet i dette dokumentet brukes til å forberede stål fiber forsterket sement mørtel, er det også gjelder stål fiber armert betong. Figur 7 er et bilde av justert stål fiber armert betong med grov samlet utarbeidet etter protokollen skissert ovenfor. For betong, av grovt tilslag, intuitivt, stål fibrene ligger gapet mellom grovt tilslag, og dermed kan ikke justeres. Men viser prøve testresultatene at tilnærmingen fungerer bra og at stål fibrene i betong kan justeres effektivt. Faktisk, i betong er volum brøkdel av grovt tilslag omtrent 35%. den andre fine partikler kontoen for de resterende 65% volum Brøkdelen. 65% volumet gir rikelig med plass for fiber justere. Derfor kan den foreslåtte protokollen har bredere anvendelsesområde både mørtel og betong.

I konklusjonen, 1) bruker solenoid elektromagnetiske feltoppsettet utviklet i denne studien, stål fibrene i frisk morter ble svært justert og ASFRC prøver med maksimal størrelse på 150 × 150 × 550 mm var vellykket forberedt. 2) i retning effektivitet faktorer av stål fibre i ASFRC eksemplarer overskredet 0.90, mens de av SFRC var rundt 0.60. I tillegg var antall stål fiber bro sprakk delene av de ASFRC prøvene større enn de SFRC prøvene. Høyere retning effektivitet faktorer og mer stål fibre over sprakk deler konto for økningen i forsterkende effektiviteten av ASFRC. 3) Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrke og Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk seighet av ASFRC er betydelig høyere enn SFRC på fiber volum fraksjoner 0,8%, 1,2% og 2.0%. Til slutt, 4) om protokollen beskrevet i dette dokumentet ble brukt til å forberede stål fiber forsterket sement mørtel, er det også gjelder stål fiber armert betong. Den foreslåtte protokollen har derfor større anvendelsesområde både mørtel og betong.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne anerkjenner takknemlig økonomisk støtte fra National natur Science Foundation av Kina (Grant nr. 51578208), Hebei provinsielle natur Science Foundation (Grant nr. E2017202030 og E2014202178), og prosjektet University vitenskap og teknologiforskning provinsen 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 problemet 136 stål fiber armert betong justert stål fiber sementbaserte sammensetninger elektromagnetiske felt seighet Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk styrke fiber distribusjon retning effektivitet faktor mørtel
Utarbeidelse av justert stål Fiber forsterket sementbaserte kompositt og virkemåten Prøvelegemers bøyestrekkfasthet språk
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