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Engineering

Preparación de fibra de acero alineada reforzado compuesto de cemento y su comportamiento a la flexión

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

Este protocolo describe un método para la fabricación de compuesto de cemento reforzado de fibra de acero alineado mediante la aplicación de un campo electromagnético uniforme. Compuesto de cemento reforzado de fibra de acero alineado exhibe propiedades mecánicas superiores para el concreto reforzado fibra ordinaria.

Abstract

El objetivo de este trabajo es presentar un enfoque, inspirado por la forma en que la aguja de una brújula mantiene una orientación constante bajo la acción del campo magnético de la tierra, para la fabricación de un cemento compuesto reforzado con fibras de acero alineadas. Compuestos de cemento reforzado fibra de acero alineado (ASFRC) fueron preparados aplicando un campo electromagnético uniforme al mortero fresco que contiene las fibras cortas de acero, por el que las fibras cortas de acero fueron conducidas en alineación con el campo magnético. El grado de alineación de las fibras de acero en ASFRC endurecido se evaluó contando las fibras de acero en sección transversal fracturada y por análisis de tomografía computarizada de rayos x. Los resultados de los dos métodos muestran que el acero fibras en ASFRC fueron altamente alineadas mientras que las fibras de acero en trataron no magnéticamente compuestos se distribuyeron al azar. Las fibras de acero alineadas tenían una mucho mayor eficiencia refuerza y los compuestos, por lo tanto, exhibieron dureza y significativamente mejorada resistencia a la flexión. El ASFRC así es superior a SFRC en que él puede soportar mayor tensión y más efectivamente resisten agrietarse.

Introduction

Incorporación de fibras de acero en concreto es una forma efectiva para superar la debilidad inherente de fragilidad y para mejorar la resistencia a la tracción de concreto1. Durante las últimas décadas, fibra de acero de hormigón ha sido ampliamente investigado y ampliamente utilizado en el campo. Fibra de acero de hormigón es superior al concreto en términos de resistencia a la fisuración, resistencia a la tracción, resistencia a la fractura, energía de fractura, etc.2 en hormigón armado, acero de acero fibras son aleatoriamente dispersa, así dispersar uniformemente la eficacia refuerza de las fibras en cada dirección. Sin embargo, bajo ciertas condiciones de carga, sólo algunas de las fibras de acero en concreto contribuyen al funcionamiento de los elementos estructurales debido a la eficacia refuerza de las fibras requiere que ser alineado con el principio de tensiones de tracción en la estructura. Por ejemplo, al utilizar fibra de acero de hormigón que contiene fibras de acero distribuidas al azar para preparar una viga, algunas de las fibras de acero, especialmente aquellos paralelos a la dirección de la tensión principal de tracción, hará contribución importante a la no reforzar la eficacia, mientras que los perpendicular a la dirección de la tensión principal de tracción hará ninguna contribución a reforzar la eficacia. Por lo tanto, encontrar un enfoque para alinear las fibras de acero con la dirección de la tensión principal en concreto es necesario para lograr la mayor eficiencia refuerza de las fibras de acero.

El factor de eficiencia de la orientación, definido como el cociente de la longitud proyectada a lo largo de la dirección de la tensión extensible a la longitud real de las fibras, se utiliza generalmente para indicar la eficacia del refuerzo de fibras de acero3,4 . Según esta definición, el factor de eficiencia de la orientación de las fibras alineadas con la dirección de la tensión extensible es 1.0; de las fibras perpendiculares a la tensión es de 0. Las fibras inclinadas tienen un factor de eficiencia de la orientación entre 0 y 1.0. Los resultados analíticos demuestran que el factor de eficiencia de la orientación de las fibras de acero distribuidos al azar en concreto es 0.4054, mientras de las pruebas de concreto reforzado de fibra de acero ordinario está en la gama de 0,167 a 0.5005,6 . Evidentemente, si todas las fibras cortas de acero en concreto están alineadas y tienen la misma orientación que la tensión extensible, las fibras de acero tienen una mejor eficiencia de refuerza y las muestras tendrán el comportamiento a la tracción óptima.

Se han realizado algunos intentos exitosos para preparar el concreto reforzado fibra acero alineado desde la década de 1980. En 1984, Shen7 aplicar un campo electromagnético a la capa inferior de fibra de acero reforzada con vigas de cemento compuesto (SFRC) durante el vaciado y análisis de detección de rayos x reveló que las fibras de acero estaban bien alineadas. En 1995, Bayer8 y Arman9 patentó el método para la preparación de concreto reforzado de fibra de acero alineado usando un campo magnético. Yamamoto et al. 10 considera la orientación de las fibras de acero en concreto principalmente influenciado por el método de fundición y trató de obtener el concreto reforzado fibra acero alineado al mantener el concreto fresco que fluye en el encofrado de una dirección constante. Xu11 intentó alinear las fibras de acero en el hormigón proyectado por aspersión las fibras de acero de una dirección constante. Rotondo y Wiener12 intentaron hacer postes de hormigón con fibras de acero largo alineados por Fundición centrífuga. Estos estudios experimentales revelan que el concreto reforzado fibra acero alineado tiene ventajas significativas sobre el concreto reforzado fibra acero distribuidos al azar.

Recientemente, Michels et al. 13 y Mu et al. 14 han desarrollado con éxito un grupo de alineado fibra de acero reforzada con cemento materiales compuestos (ASFRCs) mediante campos electromagnéticos. En estos estudios, se hicieron varios solenoides para proporcionar un campo magnético uniforme para alinear las fibras de acero en las muestras de mortero de diferentes tamaños. El solenoide tiene un hueco cuboides del compartimiento, que puede dar cabida a ejemplares de tamaños predefinidos. Cuando el solenoide está conectado a corriente directa (DC), se crea un campo magnético uniforme en la cámara con una orientación fija, que se alinea con el eje del solenoide. Según el principio de electromagnetismo15, campos magnéticos puede conducir fibras ferromagnéticas para girar y alinear en el mortero fresco. Adecuada trabajabilidad del mortero es crítica para permitir que las fibras de acero en mortero fresco. Alta viscosidad puede provocar dificultad en la alineación de las fibras de acero en el mortero, mientras que baja viscosidad puede conducir a la segregación de fibras.

Este artículo describe los detalles de la preparación de las muestras ASFRC y pruebas de las propiedades flexurales de ASFRC y HRFA. Se espera que ASFRC tiene una mayor resistencia a la flexión y la dureza de HRFA. Así, ASFRC potencialmente tiene ventajas sobre el HRFA en soportar la tensión de tracción y resistencia agrietamiento si utilizado como tapa de hormigón, pavimento, etc.

Usando a los especimenes fracturados después de pruebas de resistencia a la flexión, la orientación de las fibras de acero en los especímenes se investiga mediante la observación de las secciones transversales fracturadas y utilizando rayos x análisis computado tomografía análisis16,17 , 18. las propiedades mecánicas de ASFRCs, incluyendo su resistencia a la flexión y dureza, son registradas y comparadas con los de SFRCs no sean tratadas.

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Protocol

1. configuración de campo magnético del solenoide

Nota: El campo magnético es generado por un solenoide con una cámara hueca. La configuración es un esqueleto de polibutileno tereftalato (PBT) Junta solenoide en espiral con 4-6 capas de esmalte del alambre de cobre con aislamiento y envuelven con una capa aislante plástico para protección (figura 1). Después de conectar la bobina a DC, la corriente en la bobina crea un campo electromagnético uniforme dentro de la cámara de solenoide con una dirección fija y constante de la inducción magnética intensidad. Utilice el campo magnético para alinear las fibras de acero en mortero fresco y preparar a las muestras ASFRC. En este estudio, hemos preparado a 150 × 150 × 550 mm prisma las muestras usando un solenoide con un tamaño de cámara de 250 × 250 × 750 mm.

  1. Correlacionar la intensidad de la inducción magnética a la corriente eléctrica del solenoide.
    1. Conectar el solenoide a DC y se aplica corriente de 0 a 10 A con una longitud de paso de 1 a. Mida y anote la intensidad de inducción magnética en el compartimiento de solenoide utilizando un medidor de tesla.
    2. Trazar la curva de intensidad de corriente de inducción magnética (figura 2), que se utilizará en pasos posteriores para determinar la corriente necesaria del solenoide.
      Nota: Siga los procedimientos de seguridad eléctrica al conectar el solenoide a la fuente de alimentación y en todos los otros procedimientos de operación pertinentes a la alimentación eléctrica.

2. trabajabilidad del mortero fresco

  1. Preparar tres mezclas de mortero con acero fibra de fracciones volumen 0.8%, 1.2% y 2.0%, respectivamente (tabla 1). Las tres mezclas tienen la misma composición de la matriz con agua cemento arena proporción de 0.42:1:2. Según la proporción de mezcla, peso 0,5 kg de cemento, 1.0 kg de arena y 0,21 kg de agua para las pruebas de trabajabilidad.
  2. Añadir agua a la mezcladora de mortero primero. Luego agregar el cemento. Mezclar el agua y el cemento por 30 s. Luego mezcle durante otros 30 s y durante este 30 s de la mezcla, poco a poco añadir arena a la mezcladora. Luego se mezclan para otro 60 s.
  3. Prueba de la profundidad que se hunde de la mezcla usando un medidor de profundidad que se hunde tras el chino estándar método de prueba de rendimiento en la construcción de mortero (JGJ/T70-2009)19.
  4. Repita los pasos 2.2 y 2.3, ajustando la dosificación de los superplastificantes hasta la profundidad que se hunde cae en el rango de 50-100 mm. Grabar la dosificación de los superplastificantes que produce la trabajabilidad deseada y completar como parte de la proporción de mezcla en la tabla 1. También prueba de la densidad del mortero fresco después de la trabajabilidad. La dosificación optimizada de un policarboxilato superplastificante de las pruebas mencionadas es 0.10% (relación entre la masa de cemento), y la densidad del mortero fresco es 2186 kg/m3.
  5. Prueba de la viscosidad del mortero fresco usando un reómetro de mortero rotacional coaxial (figura 3). El Reómetro dispone de un baño de agua que puede mantener la temperatura del recipiente a 20 ° C.
    1. Poner 300 mL de mortero fresco mezclado dentro de los anteriores 5 minutos en el recipiente de la muestra.
    2. Comenzar la prueba de la viscosidad. La sonda cae poco a poco en el mortero fresco en el recipiente, y el contenedor comienza a girar. Mientras que el mortero fresco se mueve dentro del contenedor giratorio, se aplica una fuerza de esquileo en la sonda. En el proceso, los registros del reómetro para la tensión de cizalla y corte tasa de parcelas y la curva de esfuerzo cortante a velocidad de cizalla. La pendiente de la curva es la viscosidad del mortero20,21. En esta investigación, la viscosidad del mortero fresco de pruebas es 0,82 Pas.

3. PREPARACION

  1. Determinar la intensidad de inducción magnética del campo magnético y la corriente del solenoide.
    1. La viscosidad del mortero de cemento en paso 2.5.2, calcular la inducción magnética intensidad de campo magnético para alinear las fibras de acero en mortero de cemento utilizando la ecuación (1):13
      Equation 1(1)
      donde B es la intensidad de inducción magnética, η es la viscosidad del mortero fresco, lf es la longitud de la fibra de acero, m es la masa de una fibra de acero individual, f de r es el radio de las fibras de acero, μ es la permeabilidad de las fibras de acero, μ0 es la permeabilidad del vacío, Δt es el intervalo de tiempo y α(t + Δt) es la aceleración angular en el siguiente intervalo de tiempo. De acuerdo con la viscosidad y los parámetros de la fibra de acero utilizado en las pruebas, la intensidad requerida de la inducción magnética es 9.83 MT.
    2. Determinar la corriente eléctrica del solenoide necesario para crear una suficiente intensidad de inducción magnética según figura 2 o la ecuación (2):14
      Equation 2(2)
      donde I es la corriente requerida, N es el número de vueltas del solenoide, y L es la longitud del solenoide.
      Utilizando la ecuación (2), la corriente requerida es 8.3 A, mientras que el de la figura 2 es aproximadamente 8.5 A.
  2. Preparar a muestras ASFRC
    1. Utilice una mezcladora de mortero de 15 L para mezclar mortero fresco. Por cada lote, mezclar 7.5 L de mortero según las proporciones de mezcla que figuran en la tabla 1. Tabla 1 indica las mezclas ASFRC A Vf, donde A indica que las fibras de acero se alinean y Vf indica la fracción de volumen de la fibra de acero. Por consiguiente, las mezclas de HRFA se indican, para la comparación, como R-Vf, donde R indica que las fibras de acero se distribuyen al azar. Las mezclas de HRFA no aparecen en la tabla 1 pero tienen las mismas proporciones como ASFRC.
    2. Pesar las materias primas y mezcle el mortero de cemento reforzado con fibra de acero siguiendo procedimientos de rutina.
    3. Verter el mortero fresco en un molde de plástico transparente tamaño de 150 × 150 × 550 mm. fundición a las muestras inmediatamente después de mezclar para evitar la pérdida de trabajabilidad. Tarda unos 25 minutos a un prisma ASFRC del contacto entre cemento y agua.
    4. Mover el molde sobre una mesa de compactación y encender la mesa de compactación para agregar s. 30 más mortero según sea necesario para asegurar que el molde esté totalmente lleno.
    5. Ponga el molde en la cámara del solenoide.
    6. Interruptor de solenoide y mesa de compactación de 50 s.
      Nota: Para el concreto ordinario el tiempo de compactación razonable es alrededor de 60-120 s. En esta prueba, se intenta controlar el tiempo total de compactación dentro de esta gama. Vez más compactación puede mejorar el alineamiento de las fibras de acero; sin embargo, puede causar compactación y, en consecuencia, la segregación (el hundimiento de las fibras de acero y agregados gruesos si hay). Menos tiempo de compactación puede causar mala alineación de la fibra de acero y hormigón sin consolidar.
    7. Apague la mesa de compactación.
    8. Desconectar el solenoide después la mesa de compactación se ha detenido completamente.
    9. Con cuidado sacar el molde del solenoide y alisar la superficie superior del mortero con una llana. Evitar molestar a las fibras de acero cerca de la superficie.
  3. Para cada mezcla, preparar tres especímenes sean tratados (siguiendo los pasos 3.2.2-3.2.9) y tres especímenes no sean tratados (siguiendo los pasos 3.2.2-3.2.4 y 3.2.9). En la preparación de las muestras no sean tratadas, el tiempo total de compactación fue 80 s, el mismo que en la preparación de las muestras sean tratadas.
  4. Dejar a los especímenes en el interior y en sus moldes durante 24 h. Luego demold y curar a las probetas en un cuarto de niebla hasta que son utilizados para los ensayos mecánicos.

4. tres puntos prueba de flexión

  1. Después de 28 días, saque las muestras de la sala de curado y marque las posiciones para la carga (A), soportes (B), Mid-span desviación (C) y puntos (D) (figura 4) de fijación del LVDT.
  2. Coloque al espécimen en la plataforma de prueba de flexión de tres puntos (figura 4) de la máquina de prueba MTS y fijar un LVDT en el Mid-span con un soporte LVDT en cada superficie lateral de la muestra (figura 4).
  3. Conecte el LVDT a una base de datos. Entonces establecer la frecuencia de adquisición de datos en el PC de control de la máquina de prueba.
  4. Poco a poco levantar a la muestra levantando que el fondo apoya para que la parte superior de la máquina de prueba de la célula de carga está muy cerca, pero no tocar, la superficie superior del espécimen.
  5. Cero la carga inicial, Mid-span deformación (LVDT) y los valores de desplazamiento (celda de carga).
  6. Iniciar la prueba y una carga de flexión de tres puntos se aplican a la muestra con un control de desplazamiento a una velocidad de 0.2 mm/min registro la historia completa de la carga y Mid-span desviación de la muestra.
  7. Ver la carga y la deformación de la muestra. Después de valor pico, cuando el desplazamiento es superior a 30 mm, pare la prueba. Generalmente, la pieza está agrietada y la carga es menos de 1.0 kN.
  8. Repita los pasos 4.1-4.7 para probar a todas las muestras.

5. Análisis de la orientación de fibra acero

  1. Contar el número de fibras de acero en la sección fracturada.
    1. Separar a las muestras en dos porciones en la sección agrietada.
    2. Mida y anote la orientación de las fibras de acero en la sección fracturada del espécimen de mortero de cemento. La orientación es el ángulo entre una fibra de acero y el eje del espécimen. Porque medir manualmente las orientaciones de las fibras de acero es difícil y puede producir mediciones inexactas, orientaciones pueden calificarse como uno de seis rangos de ángulo: 0 - 15 °, 15 y 30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 º y 75-90 °. Anote el número de fibras de acero en cada grupo y luego calcular el factor de eficiencia orientación de fibra media de la muestra con la ecuación (3):
      Equation 3(3)
      donde ηθ es el factor de eficiencia promedio de la orientación de las fibras de acero, lf es la longitud de una fibra de acero individual, n es el número total de fibras de acero en la sección agrietada y θ es la ángulo entre una fibra de acero y la dirección del campo magnético aplicado a la muestra (en el cálculo, el valor medio de la gama del ángulo se adopta para todas las fibras de acero en cada grupo).
  2. Realizar análisis de tomografía computarizada de rayos x.
    1. Cortar un cubo de 75 mm de cada espécimen de mortero.
    2. Realizar el análisis de rayos x del cubo mediante un sistema de tomografía computarizada de rayos x. Coloque a un ejemplar en la plataforma de la prueba y empezar a escanear. La muestra gira 360 ° poco a poco y la máquina registra la atenuación de los rayos x causada por la muestra a cada paso giratorio. El sistema de tomografía computada genera una estructura tridimensional digital del cubo.
    3. Identificar las fibras de acero en la estructura del cubo digital blanco y negro proceso binario. Obtener la imagen digital que describe la distribución de las fibras de acero.
    4. Determinar las coordenadas de todas las fibras de acero por análisis de imagen.
    5. Calcular la orientación de cada fibra de acero según sus coordenadas.
    6. Calcular el factor de eficiencia de la orientación de las fibras mediante la ecuación (3).

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Representative Results

Las fortalezas a la flexión de ASFRCs y SFRCs determinadas pruebas de flexión de tres puntos se muestran en la figura 5. Las fuerzas de flexión de ASFRCs son superiores a los de SFRCs para todas las dosis de fibra. Las fuerzas de resistencia a la flexión de ASFRCs fueron 88%, 71% y 57% más alto que los de SFRCs en las fracciones de volumen de la fibra de 0.8%, 1.2% y 2.0%, respectivamente. Estos resultados implican que la fibra de acero alineada refuerza la matriz de cementosa más eficazmente que las fibras de acero distribuidas al azar.

Figura 6 muestra las curvas carga-deflexión obtienen de las pruebas de flexión de tres puntos. El área bajo la curva carga-deformación se define como la resistencia a la flexión, que refleja la capacidad de absorción de energía o la consumación de la muestra cuando fractura. Se calculó la dureza de ASFRCs y SFRCs y los resultados se dan en la tabla 2. Como resistencia a la flexión, la dureza de ASFRCs era más alta que el de SFRCs. Los valores de dureza de ASFRCs fueron de 48%, 77% y 39% mayor que el de SFRCs en las fracciones de volumen de la fibra de 0.8%, 1.2% y 2.0%, respectivamente.

La tabla 3 muestra la distribución de orientaciones de fibra de acero determinada después de medir el ángulo de las fibras en secciones fracturadas. Los especímenes ASFRC tienen fibras mucho más en el rango de ángulo de 0-15 ° que en cualquier otro rango de ángulo. También tienen más fibras en la gama del ángulo 0-15 ° que los especímenes de HRFA. Así, aplicando un campo electromagnético efectivamente controla la orientación de las fibras de acero. Cuadro 3 también muestra que el número total de fibras de acero en las secciones fracturadas de las muestras ASFRC es mayor que la de los ejemplares SFRC, que implica que ASFRC ejemplares tienen más de las fibras de acero, tendiendo un puente sobre las grietas que especímenes de HRFA. Esta diferencia puede ser el resultado de algunas de las fibras en los especímenes de HRFA siendo cercano y paralelo a la sección fracturada; sin embargo, estas fibras de acero no eran visibles durante la inspección. La tabla 3 también da la orientación factores de eficiencia de las fibras de acero calculadas según la distribución de orientaciones de fibra de acero, determinado en las pruebas. Los resultados indican que los factores de eficiencia de la orientación de todas las muestras ASFRC son mayores que los de los especímenes de HRFA. Los factores de eficiencia de orientación para las muestras ASFRC A-0.8%, A-1.2% y A-2.0% son 0.90 0.94 y 0.95, respectivamente. Para las muestras SFRC, en cambio, los factores son 0,75 0,75 y 0,78 para R-0.8%, R-1.2% y R-2.0%, respectivamente.

Como se muestra en el Video 1 para muestras A-0.8% y Video 2 para R-0.8%, el análisis de rayos x y tomografía computada Análisis producen imágenes tridimensionales que muestran la distribución de las fibras de acero en las muestras. Las imágenes revelan que la mayoría de las fibras de acero en los especímenes ASFRC efectivamente está alineada y tiene la orientación de la misma o similar, mientras que ésos en los especímenes de HRFA tienen una orientación aleatoria. De los resultados de radiografía computarizada la tomografía, se pueden determinar las coordenadas de las fibras en la muestra y se puede calcular el factor de eficiencia de la orientación de las fibras en la muestra. Como se muestra en la tabla 4, los factores de eficiencia de orientación de la tomografía computada de la radiografía son consistentes con los determinados por contar con secciones transversales.

Figure 1
Figura 1. Configuración magnética del solenoide. Conectado al DC, se crea un campo magnético uniforme en el hueco del compartimiento del solenoide. Este campo magnético se utiliza para alinear las fibras de acero en mortero de cemento y preparar a especímenes ASFRC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2. Relación de intensidad de corriente de inducción magnética. Se ha demostrado la relación entre intensidad de inducción magnética y corriente a través de pruebas. Esta relación se utiliza para determinar la corriente necesaria para alinear las fibras de acero en mortero de cemento fresco. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3. Configuración de reómetro. Experimentalmente se determina usando un reómetro, la relación entre esfuerzo cortante y la tarifa del esquileo del mortero del cemento fresco. Entonces se puede obtener la viscosidad del mortero. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4. Carga de muestras para test de flexión de tres puntos Una carga de flexión de tres puntos se aplica a la muestra con una carga de 0,2 mm/min. La carga y la deflexión son monitoreados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5. Resistencia a la flexión de ASFRCs y SFRCs. La resistencia a la flexión de cada mezcla es el promedio de tres muestras. Las barras de error en la figura son de desviación estándar (SD) e indican la dispersión de las pruebas. Los resultados muestran que la resistencia a la flexión de ASFRC es mayor que la del HRFA. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6. Carga-deflexión de muestras ASFRC y HRFA. (A) fracción de volumen de fibra de acero 0.8%, fracción de (B) volumen de fibra de acero 1.2%, (C) volumen fracción de fibra de acero 2.0%. Para cada mezcla, tres especímenes son probados, y los tres especímenes están marcados con un número entre paréntesis. Los resultados muestran que las muestras ASFRC tienen mayor dureza y carga valores máximos (el área bajo la curva) que muestras de HRFA. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7. Alineado de las fibras de acero en la sección fracturada de una muestra de concreto reforzado de fibra de acero. Aunque existe un número de agregados gruesos, fibras de acero en el hormigón aún efectivamente están alineadas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Video 1
Video de 1. Distribución de la fibra de acero de A-0.8% de rayos x computada tomografía pruebas. Resultados de la radiografía computan tomografía pruebas dan la distribución espacial de las fibras de acero en la muestra y demuestran que las fibras de acero en las muestras ASFRC se alinean altamente. Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)

Video 2
Video 2. Distribución de la fibra de acero de R-0.8% de rayos x computada tomografía pruebas. Resultados de la radiografía computan tomografía pruebas dan la distribución espacial de las fibras de acero en la muestra y demuestran que las fibras de acero en las muestras ASFRC se alinean altamente mientras que los especímenes de HRFA se distribuyen al azar. Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)

No mezcla. Agua (kg/m3) Cemento (kg/m3) Arena (kg/m3) Fibra de acero (kg/m3) Superplastificante (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

Tabla 1. Mezclar proporciones de materiales compuestos de cementosos con refuerzo de fibra de acero alineados (ASFRC). La cantidad del material en cada línea es de 1 m3 compuestos. Las contrapartes de HRFA tienen exactamente las mismas proporciones.

Muestra Dureza Dureza promedio Muestra Dureza Dureza promedio
(× 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

Tabla 2. Dureza de las muestras ASFRC y HRFA. La dureza de la muestra es el área bajo la curva carga-deformación. Los especímenes ASFRC tienen valores más altos de dureza que los especímenes de HRFA.

Muestra Número de fibras en ángulo Total Factor de eficacia de la orientación
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

Tabla 3. Número de fibras de acero en secciones de mortero fracturado. Los especímenes ASFRC con fibras de acero alineados tienen fibras mucho más en gama de ángulo de 0-15 ° que en cualquier otro rango de ángulo. También tienen más fibras en gama del ángulo 0-15 ° que los especímenes de HRFA. Se determinó el número de fibra de acero manualmente contando las fibras en la sección fracturada de las muestras. El número total de fibras de acero en las secciones fracturadas de las muestras ASFRC es mayor que la de los especímenes de HRFA.

Vf= 0,8% Vf= 1,2% Vf= 2.0%
ASFRC 0.91 0,93 0.94
SFRC 0,59 0.66 0,63

Tabla 4. Factor de eficacia de la orientación de las fibras de acero en mortero de radiografía computada Análisis tomografía. Los resultados del análisis de tomografía computarizada de rayos x confirman que las fibras de acero en los especímenes ASFRC están alineadas con eficacia y tienen mayor orientación factores de eficiencia que los especímenes de HRFA.

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Discussion

Electrovalvulas solenoide desarrollado en este estudio tiene una cámara de medición de 250 × 250 × 750 mm y no puede dar cabida a los elementos estructurales de tamaño completo. Aunque el tamaño de la cámara limita la aplicación de la configuración, el concepto y protocolo propuesto en este documento inspire el desarrollo de una configuración de tamaño completo para la fabricación de elementos ASFRC, especialmente prefabricados de elementos.

Lograr una adecuada viscosidad del mortero fresco es factor esencial para el control de la calidad de ASFRCs, porque la alineación de las fibras de acero es accionada por una fuerza magnética que debe vencer la resistencia viscosa en el mortero fresco. La resistencia viscosa depende de la viscosidad del mortero fresco. Cuanto más baja la viscosidad del mortero, más fácil es alinear las fibras de acero. Por otro lado, la viscosidad del mortero fresco también influye en la suspensión de las fibras de acero. Viscosidad muy alta de la nueva matriz conduce a dificultad para alinear las fibras de acero, mientras que la viscosidad muy baja provoca la segregación de las fibras de acero. Por lo tanto, muy alta y muy baja viscosidad reducirá la eficiencia de un refuerzo de fibra. Por lo tanto, en equilibrio de orden la alineación y suspensión de las fibras de acero, la viscosidad del mortero fresco empíricamente controlables por asegurar que la profundidad que se hunde de mortero de cemento liso fresco permanece en el rango de 50-100 mm.

Aunque el protocolo descrito en este documento se utiliza para preparar mortero de cemento reforzada con fibra de acero, también es aplicable al acero concreto reforzado fibra. Figura 7 es una foto de fibra de acero alineado de hormigón con agregado grueso preparado según el protocolo descrito anteriormente. Para el concreto, debido a la presencia de agregado grueso, intuitivamente, las fibras de acero se encuentran en la brecha entre los agregados gruesos y así no pueden ser alineadas. Sin embargo, los resultados del ensayo muestran que el enfoque funciona bien y que las fibras de acero en concreto se pueden alinear con eficacia. De hecho, en concreto, la fracción de volumen de árido grueso es aproximadamente 35%; las otras partículas finas representan la fracción de volumen del 65% restante. Este volumen de 65% ofrece un amplio espacio para la fibra alinear. Por lo tanto, esto permite que el protocolo propuesto tiene más campos de aplicación en morteros y hormigones.

En conclusión, 1) mediante el uso de la configuración del campo electromagnético de solenoide desarrollada en este estudio, las fibras de acero en mortero fresco fueron altamente alineadas y muestras de ASFRC con el tamaño máximo de 150 × 150 × 550 mm estaban correctamente dispuestas. 2) los factores de eficiencia de orientación de las fibras de acero en especímenes ASFRC excedieron 0,90, mientras que los de ejemplares de HRFA eran alrededor de 0.60. Además, el número de fibras de acero puente las secciones agrietadas de los especímenes ASFRC fue mayor que la de los especímenes de HRFA. Factores de eficiencia de mayor orientación y más fibras de acero a través de la cuenta para el aumento de eficiencia de ASFRC de refuerzo de secciones agrietadas. 3) la resistencia a la flexión y resistencia a la flexión de ASFRC son significativamente mayores que los de HRFA en las fracciones de volumen de la fibra de 0.8%, 1.2% y 2.0%. Por último, 4) aunque el protocolo descrito en este trabajo se utilizó para preparar mortero de cemento reforzada con fibra de acero, también es aplicable a concreto reforzado fibra de acero. El protocolo propuesto por lo tanto tiene más campos de aplicación en morteros y hormigones.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Los autores agradece ayudas económicas de la naturaleza ciencia Fundación de China nacional (Grant no. 51578208), Hebei Provincial Natural Science Foundation (Grant no. E2017202030 y E2014202178) y los principales proyecto de Universidad de ciencia y tecnología de investigación de la provincia de Hebei (Grant no. 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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Preparación de fibra de acero alineada reforzado compuesto de cemento y su comportamiento a la flexión
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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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