Summary
Det här protokollet beskriver en metod för att tillverka anpassade stål fiber cementbaserade komposit genom att tillämpa en enhetlig elektromagnetiska fält. Justerad stål fiber cementbaserade komposit uppvisar överlägsna mekaniska egenskaper till ordinarie fiber armerad betong.
Abstract
Syftet med detta arbete är att presentera en strategi, inspirerade förresten som en kompassnål upprätthåller en konsekvent inriktning under inverkan av jordens magnetfält, för att tillverka en cementbaserade composite förstärkt med justerad stål fibrer. Justerad stål glasfiberarmerad cementbaserade kompositmaterial (ASFRC) var förberedda genom att tillämpa en enhetlig elektromagnetiska fältet färska murbruk som innehåller kort stål fibrer, whereby kort stål fibrerna drevs att rotera i linje med det magnetiska fältet. Graden av anpassning av stål fibrer i härdat ASFRC bedömdes både räknar stål fibrer i sprucket tvärsnitt och Röntga beräknas tomografi analys. Resultaten från de två metoderna visar att stålet fibrer i ASFRC anpassades högt medan stål fibrerna i icke-magnetiskt behandlat kompositer fördelades slumpmässigt. Justerad stål fibrerna hade mycket högre förstärkande effektivitet och kompositer, uppvisade därför avsevärt förbättrad böjhållfasthet och seghet. ASFRC är därmed överlägsen SFRC däri det tål högre brytmoment och mer effektivt motstå sprickbildning.
Introduction
Införliva stål fibrer i betong är ett effektivt sätt att övervinna den inneboende svagheten i sprödhet och förbättra den tänjbara styrkan av konkreta1. Under de senaste decennierna, har stål fiber armerad betong utförligt undersökt och används allmänt i fältet. Stål fiber armerad betong är överlägsen konkret när det gäller sprickbildning motstånd, draghållfasthet, brottseghet, fraktur energi, etc.2 i stål fiber armerad betong, stål fibrer är slumpmässigt spridda, därmed enhetligt dispergering förstärka effektiviteten av fibrerna i varje riktning. Dock för vissa belastningsfall endast några av stål fibrerna i betong bidrar till utförandet av de strukturella element eftersom fibrerna förstärkande effektivitet kräver att de anpassas principen draghållfasthet betonar i den struktur. Exempelvis när du använder stål fiber armerad betong som innehåller slumpmässigt distribuerade stål fibrer för att förbereda en balk, några av stål fibrerna, kommer att särskilt de som är parallellt med riktningen av den huvudsakliga DRAGSPÄNNING, göra stora bidrag till förstärka effektiviteten, medan de gör vinkelrätt mot riktningen av den huvudsakliga DRAGSPÄNNING inga bidrag till att förstärka effektiviteten. Följaktligen är att hitta en metod att anpassa stål fibrerna med riktningen av den huvudsakliga DRAGSPÄNNING i betong nödvändigt för att uppnå högsta förstärkande effektivitet av stål fibrerna.
Den orientering effektivitetsfaktor, definieras som förhållandet mellan den beräknade längden längs riktningen av DRAGSPÄNNING till den faktiska längden på fibrerna, används vanligen för att ange effektiviteten i förstärkningen av stål fibrer3,4 . Enligt denna definition är den orientering effektivitet faktorn av fibrerna i linje med riktning mot DRAGSPÄNNING 1,0; fibrerna som är vinkelrät mot DRAGSPÄNNING är 0. Lutande fibrerna har en orientering effektivitetsfaktor mellan 0 och 1.0. Analysresultaten visar att den orientering effektivitetsfaktor slumpmässigt distribuerade stål fibrer i betong är 0.4054, medan den från tester av vanliga stål fiber armerad betong är i spänna av 0,167 till 0.5005,6 . Uppenbarligen om alla kort stål fibrer i betong är i linje och har samma riktning som DRAGSPÄNNING, stål fibrerna kommer att ha högsta förstärkande effektivitet och exemplaren har optimal draghållfasthet beteendet.
Några lyckade försök att förbereda justerad stål fiber armerad betong har bedrivits sedan 1980-talet. 1984, Shen7 tillämpas ett elektromagnetiskt fält på det nedersta lagret av stål glasfiberarmerad cementbaserade komposit (SFRC) balkar under gjutning, och röntgen upptäckt analys visade att stål fibrer var väl i linje. 1995 patenterade Bayer8 och Arman9 metoden för att förbereda justerad stål fiber armerad betong med hjälp av ett magnetfält. Yamamoto et al. 10 ansåg orientering stål fibrer i betong ska främst påverkad av metoden för gjutning och försökt få arrangera i rak linje stål fiber armerad betong genom att hålla färsk betong rinner till formsättning från en konstant riktning. Xu11 försökte justera stål fibrer i sprutbetong genom sprutning stål fibrer från en konstant riktning. Rotondo och Wiener12 försökte göra konkreta stolpar med justerad långa stålprodukter fibrer av centrifugalgjutning. Dessa experimentella studier avslöja att arrangera i rak linje stål fiber armerad betong har betydande fördelar framför slumpmässigt distribuerade stål fiber armerad betong.
Nyligen, Michels o.a. 13 och Mu o.a. 14 har framgångsrikt utvecklat en grupp av justerad stål glasfiberarmerad cementbaserade kompositmaterial (ASFRCs) med hjälp av elektromagnetiska fält. I dessa studier gjordes olika solenoider att tillhandahålla en enhetlig magnetfält för att rikta stål fibrer i murbruk exemplar av olika storlekar. Solenoiden har en ihålig cuboid kammare, som rymmer exemplar av fördefinierade storlekar. När solenoiden är ansluten till likström (DC), skapas en enhetlig magnetfält i kammaren med en fast läggning, vilket ligger i linje med axeln av solenoiden. Enligt principen om elektromagnetism15, kan magnetiska fält köra ferromagnetiska fibrer att rotera och justera i färska mortel. Lämpliga användbarhet av murbruk är kritisk för att tillåta stål fibrer att rotera i färska mortel. En hög viskositet kan orsaka svårigheter i anpassningen av stål fibrerna i morteln, medan låg viskositet kan leda till segregeringen av fibrer.
Denna uppsats beskriver detaljerna för utarbetandet av ASFRC prover och tester böjhållfasthet egenskaper ASFRC och SFRC. Det förväntas att ASFRC har en högre böjhållfasthet och seghet än SFRC. Således ASFRC har potentiellt fördelar över SFRC i tåla dragpåkänning och motstånd mot sprickbildning om används som täcker betong, trottoaren, osv
De splittrade prover efter böj tester, orienteringen av stål fibrerna i exemplaren utreds genom att Observera de sprucket tvärsnitt och utnyttja X-ray scanning beräknas tomografi analys16,17 , 18. de mekaniska egenskaperna hos ASFRCs, inklusive sin böjhållfasthet och seghet, rapporteras och jämfört med de icke-elektromagnetiskt behandlade SFRCs.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. magnetventil magnetfält Setup
Obs: Det magnetiska fältet genereras av en solenoid med en ihålig kammare. Installationen är en polyvinylklorid polyetentereftalat (PBT) styrelsen magnetventil skelett lindad med 4-6 lager av emalj isolerad koppartråd och svepte med ett isolerande plastskikt för skydd (figur 1). Efter att ansluta spolen till DC, skapar strömmen i spolen ett enhetligt elektromagnetiska fält inom magnetventil kammaren med en fast riktning och konstant magnetisk induktion intensitet. Använda magnetfältet att justera stål fibrer i färska mortel och förbereda de ASFRC exemplaren. I denna studie beredda vi 150 × 150 × 550 mm Prisma preparat med en solenoid med en kammare storlek 250 × 250 × 750 mm.
- Korrelera magnetisk induktion intensiteten till den elektriska strömmen av solenoiden.
- Anslut solenoiden till DC och applicera nuvarande från 0 till 10 A med steglängd 1 A. mäta och registrera magnetisk induktion intensiteten i magnetventil kammaren med en tesla-mätare.
- Rita magnetisk induktion intensitet-aktuella kurvan (figur 2), som kommer att användas i senare steg för att fastställa nödvändiga strömmen av solenoiden.
Obs: Följ noga elsäkerhet förfaranden när du ansluter solenoiden till strömkällan och i alla andra operation förfaranden som är relevanta till elnätet.
2. användbarhet av färska murbruk
- Förbered tre murbruk blandas med stål fiber volym fraktioner 0,8%, 1,2% och 2,0%, respektive (tabell 1). De tre blandar har samma matris sammansättning med en vatten och cement till sand förhållandet mellan 0.42:1:2. Enligt blandningsförhållandet, väg 0,5 kg cement, 1,0 kg sand och 0.21 kg vatten för användbarhet tester.
- Tillsätt vatten till murbruk mixern först. Lägg sedan till cement. Blanda vatten och cement för 30 s. Blanda sedan för ytterligare 30 s, och under denna 30 s av blandning, tillsätt sand till mixern. Blanda sedan för en annan 60 s.
- Testa det sjunkande djupet av blandningen med en sjunkande djupmätare efter den kinesiska standarden för provmetoden i prestanda på att bygga murbruk (JGJ T70-2009)19.
- Upprepa steg 2.2 och 2.3, justera doseringen av superplasticizer tills det sjunkande djupet faller i intervallet 50-100 mm. Spela in doseringen av den superplasticizer som producerar den önska workabilityen och komplettera det som del av mix andel i tabell 1. Även testa specifika densiteten av de färska murbruket efter workabilityen uppnås. Optimerad doseringen av en polykarboxylat superplasticizer från de ovannämnda testerna är 0,10% (massa förhållandet till cement) och specifika densiteten av färska murbruk är 2186 kg/m3.
- Testa viskositeten hos färska mortel med en co-axial roterande murbruk reometer (figur 3). Reometer har ett vattenbad som kan hålla temperaturen på provbehållaren vid 20 ° C.
- Sätta 300 mL färsk murbruk blandas inom de föregående 5 min i provbehållaren.
- Börja testet viskositet. Sonden droppar gradvis in färska mortel i behållaren, och behållaren börjar rotera. Som färsk mortel flyttningar inom roterande behållare, gäller det en tvärkraft på sonden. I processen, reometer posterna shear stress och skjuvning Betygsätt och tomter bukta av skjuvspänning till shear rate. Lutningen på kurvan är viskositeten av murbruk20,21. I denna undersökning är viskositeten hos det färska murbruket från tester 0,82 Pas.
3. prov förberedelse
- Bestämma magnetisk induktion intensiteten i magnetfältet och strömmen av solenoiden.
- Beräkna med hjälp av viskositeten hos det cementbruk som anges i steg 2.5.2, magnetisk induktion intensiteten i det magnetiska fältet krävs för att anpassa stål fibrer i cementbruk med hjälp av ekvation (1):13
(1)
där B är magnetisk induktion intensitet, η är viskositeten hos färska murbruk, lf är längden av stål fiber, m är massan av en enskild stål fiber, rf är radien av stål fibrer, μ är permeabiliteten av stål fibrer, μ0 är permeabiliteten i vakuum, Δt ligger tidsintervallet och α(t + Δt) är vinkelformig acceleration på nästa tidsintervall. Enligt viskositet och parametrarna för den stål fiber som används i testerna, krävs magnetisk induktion intensitet är 9,83 mT. - Avgöra den elektriska strömmen av solenoiden krävs för att skapa en tillräcklig magnetisk induktion intensiteten enligt figur 2 eller ekvation (2):14
(2)
där jag är den nödvändiga strömmen, N är antalet magnetventil varv och L är längden av solenoiden.
Med hjälp av ekvation (2), är det krävda aktuellt 8,3 A, medan från figur 2 är ca 8,5 A.
- Beräkna med hjälp av viskositeten hos det cementbruk som anges i steg 2.5.2, magnetisk induktion intensiteten i det magnetiska fältet krävs för att anpassa stål fibrer i cementbruk med hjälp av ekvation (1):13
- Förbereda ASFRC exemplar
- Använd en 15 L murbruk mixer för att blanda färsk murbruk. För varje parti blanda 7,5 L av murbruk enligt mix proportionerna som anges i tabell 1. Tabell 1 betecknar ASFRC mixar som A-Vf, där A anger att stål fibrerna är justerade och Vf anger volymfraktionen av stål fiber. Följaktligen betecknas SFRC mixar, för jämförelse, som R-Vf, där R anger att stål fibrerna är slumpmässigt fördelad. SFRC mixar anges inte i tabell 1 men har samma proportioner som ASFRC.
- Väger de rå materialen och blanda stål glasfiberarmerad cement mortel efter rutinförfaranden.
- Häll färsk mortel i en plast mögel med tydlig storlek på 150 × 150 × 550 mm. gjuten exemplaren omedelbart efter blandning för att undvika nedsatt användbarhet. Det tar ca 25 min att kasta en ASFRC Prisma från kontakten mellan cement och vatten.
- Flytta mögel på en komprimering tabell och slår på tabellen komprimerande för 30 s. Lägg till fler murbruk som behövs för att säkerställa att att mögel är helt fylld.
- Sätt formen i kammaren av solenoiden.
- Slå på solenoiden och komprimering tabell för 50 s.
Obs: För vanlig betong rimliga komprimerande tiden är runt 60-120 s. I det här testet är det försökte styra den totala komprimering tid inom detta intervall. Längre komprimerande tid kan förbättra anpassningen av stål fibrer; Det kan dock orsaka över komprimering och följaktligen segregation (sänkningen av stål fibrer och grova aggregat om det finns). Mindre komprimering tid kan orsaka dålig anpassning av stål fiber och okonsoliderad betong. - Stäng tabellen komprimering.
- Stäng av solenoiden efter tabellen komprimerande har stannat helt.
- Försiktigt ta ut formen från solenoiden och släta ovansidan av mortel med en murslev. Undvik störande stål fibrerna nära den övre ytan.
- För varje blandning, förbereda tre elektromagnetiskt behandlade prover (efter steg 3.2.2-3.2.9) och tre icke-elektromagnetiskt behandlade prover (efter steg 3.2.2-3.2.4 och 3.2.9). I beredning av icke-elektromagnetiskt behandlade prover, var den totala komprimering tid 80 s — samma som i utarbetandet av elektromagnetiskt behandlade prover.
- Lämna exemplaren inomhus och i sina formar för 24 h. Sedan demold och bota exemplaren i en dimma rum tills de används för mekaniska tester.
(1)
(2)4. tre-punkt bockning Test
- Efter 28 dagar, ta ut exemplaren från härdning rummet och märk ut placeringen för lastning (A), stöder (B), mitten av span nedböjning (C) och LVDT infästnings (D) (figur 4).
- Placera preparatet på trepunkts böjande testriggen (figur 4) av MTS test maskinen och fixa en LVDT till mitten av intervallet med en LVDT hållare på varje sida ytan av preparatet (figur 4).
- Anslut LVDT till en datalog. Sedan ange data förvärv frekvensen på en styr-PC testmaskiner.
- Höj gradvis preparatet genom att höja botten stöder så att den övre lastning cell av test maskinen är mycket nära till, men inte röra, den övre ytan av preparatet.
- Noll den första belastningen, mitten av span nedböjning (LVDT) och deplacement (lastcell) värden.
- Starta testet och applicera en trepunkts böjande belastning preparatet med en förskjutning kontroll med en hastighet på 0,2 mm/min. post hela historien om lastning och mitt span avböjningen av preparatet.
- Titta på belastning och deformation av preparatet. Efter toppvärdet, när förskjutningen är större än 30 mm, avbryta testet. Vanligtvis, preparatet är spräckt och belastningen är mindre än 1,0 kN.
- Upprepa steg 4.1-4,7 till alla provkroppar.
5. stål Fiber orientering analys
- Räkna antalet stål fibrer på avsnittet fractured.
- Separata exemplaren i två delar på avsnittet knäckt.
- Mäta och registrera orienteringen av stål fibrerna på ett sprucket tvärsnitt av cement mortel preparatet. Orienteringen är vinkeln mellan en stål fiber och axeln av preparatet. Eftersom manuellt mäta riktlinjerna från stål fibrer är svårt och kan producera felaktiga mätningar, orienteringar kan kategoriseras som ett av sex vinkel intervall: 0 - 15 °, 15-30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 ° och 75-90 °. Registrera antalet stål fibrer i varje grupp, och sedan beräkna den genomsnittliga fiber orientering effektivitetsfaktor preparatet med hjälp av ekvation (3):
(3)
där ηθ är den genomsnittliga orientering effektivitet faktorn av stål fibrerna, lf är längden av en enskild stål fiber, n är det totala antalet stål fibrer på avsnittet knäckt och θjag är den vinkeln mellan en stål fiber och riktningen på magnetfältet tillämpas på preparatet (i beräkningen, det mittersta värdet i intervallet vinkel antas för alla stål fibrer i varje grupp).
- Utför röntgen beräknas tomografi analysen.
- Skär en 75 mm-kub från varje murbruk prov.
- Utför röntgen skanning av kuben med hjälp av en röntgen beräknas tomografi system. Placera ett exemplar på testplattformen och börja skanna. Preparatet roterar 360 ° gradvis och maskinen registrerar dämpning av röntgenstrålarna orsakas av preparatet vid varje roterande steg. Datortomografi systemet genererar en tredimensionell digital struktur av kuben.
- Identifiera stål fibrerna i den digitala kub strukturen av svartvit binära bearbetning. Sedan få den digitala bilden beskriver distributionen av stål fibrer.
- Bestäm koordinaterna för alla stål fibrer genom bildanalys.
- Beräkna orientering i varje stål fiber enligt dess koordinater.
- Beräkna den orientering effektivitet faktorn av fibrerna med hjälp av ekvation (3).
(3)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Böjhållfasthet styrkan i ASFRCs och SFRCs bestäms från trepunkts böjande tester visas i figur 5. Böjhållfasthet styrkan i ASFRCs är högre än de av SFRCs för alla fiber doseringar. ASFRCs böj styrkor var 88%, 71% och 57% högre än de av SFRCs vid de fiber volymfraktioner 0,8%, 1,2% och 2,0%, respektive. Dessa resultat innebär att arrangera i rak linje stål fibern förstärker cementbaserade matrisen mer effektivt än slumpmässigt distribuerade stål fibrer.
Figur 6 visar den Last-deformationskurvorna erhålls från de tre-punkt böjande testerna. Området under den belastning-deformationskurva definieras som böj seghet, vilket återspeglar förmågan hos energiabsorption eller fullbordan av preparatet när brutna. Segheten av ASFRCs och SFRCs beräknades och resultaten redovisas i tabell 2. Liksom böjhållfasthet var segheten av ASFRCs högre än för SFRCs. Seghet värdena av ASFRCs var 48%, 77% respektive 39% högre än de av SFRCs vid de fiber volymfraktioner 0,8%, 1,2% och 2,0%.
Tabell 3 visar fördelningen av stål fiber riktlinjer fastställs efter mäta vinkeln på fibrerna på fractured sektioner. ASFRC exemplaren har mycket mer fibrer i 0-15 ° vinkel intervallet än i någon annan vinkel intervall. De har också mer fibrer i intervallet 0-15 ° vinkel än SFRC exemplaren. Således, tillämpa ett elektromagnetiskt fält effektivt kontrollerar orienteringen av stål fibrer. Tabell 3 visar också att det totala antalet stål fibrer på de brutna delarna av ASFRC exemplaren är större än SFRC exemplar, vilket innebär att ASFRC exemplar har mer stål fibrer överbrygga sprickor än SFRC exemplar. Denna skillnad kan bero på några av fibrerna i SFRC exemplaren att vara nära och parallellt med den brutna delen; dessa stål fibrer var dock inte synliga vid inspektionen. Tabell 3 ger också orientering effektivitet faktorer av stål fibrer beräknas enligt fördelningen av stål fiber riktlinjer fastställs i testerna. Resultaten visar att de orientering effektivitet faktorerna av alla ASFRC exemplar är större än de av SFRC exemplar. De orientering effektivitet faktorerna för ASFRC exemplar A-0.8%, A-1.2% och A-2.0% är 0,90 0,94 och 0,95, respektive. För SFRC exemplar, däremot är faktorerna 0,75 0,75 och 0,78 för R-0.8%, R-1.2% och R-2.0%, respektive.
Som visas i Video 1 för exemplar A-0.8% och Video 2 för R-0.8%, X-ray scanning och datortomografi ger analys tredimensionella bilder visar fördelningen av stål fibrer i exemplaren. Bilderna visar att de flesta av stål fibrerna i ASFRC exemplaren är effektivt i linje och har samma eller liknande riktning, medan de i SFRC exemplaren har en slumpmässig orientering. Från röntgen beräknas tomografi testresultaten, koordinaterna för fibrer i preparatet kan fastställas och den orientering effektivitetsfaktor fibrerna i preparatet kan beräknas. I tabell 4visas de orientering effektivitet faktorer erhålls från röntgen beräknade datortomografi är förenliga med dem som bestäms genom räkning på tvärsnitt.
Figur 1. Magnetventil magnetiska setup. När ansluten till DC, skapas en enhetlig magnetfält i den ihåliga kammaren av solenoiden. Detta magnetfält används för att justera stål fibrer i cementbruk och förbereda ASFRC exemplar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Magnetisk induktion intensitet-nuvarande relation. Förhållandet mellan magnetisk induktion intensitet och nuvarande har påvisats genom tester. Denna relation används för att bestämma den ström som krävs för att anpassa stål fibrer i färska cementbruk. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. Reometer setup. Använder en reometer, bestäms förhållandet mellan skjuvspänning och skjuvning andelen färska cementbruk experimentellt. Viskositeten hos murbruk kan sedan erhållas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. Lastning förlagan för trepunkts böjande test. En tre-punkt böjande belastningen med förlagan med lastning hastighet på 0,2 mm/min. Belastning och deformation övervakas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5. Böjhållfasthet av ASFRCs och SFRCs. Böjhållfasthet av varje mix är ett genomsnitt av tre prover. Felstaplar i figuren är standardavvikelsen (SD) och ange spridningen av testerna. Resultaten visar att böjhållfasthet av ASFRC är högre än för SFRC. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6. Belastning-omläggning av ASFRC och SFRC exemplar. (A) volymfraktion av stål fiber 0,8%, (B) volymfraktion av stål fiber 1,2%, (C) volymfraktion av stål fiber 2,0%. För varje blandning, tre prover testas, och de tre exemplaren är märkta med ett nummer inom parentes. Resultaten visar att ASFRC exemplar har högre belastning och seghet toppvärden (området under kurvan) än SFRC exemplar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7. Justerad stål fibrer på den brutna delen av ett stål fiber armerad betong prov. Även om det finns ett antal grova aggregat, justeras fortfarande effektivt stål fibrerna i betong. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Video 1. Stål fiber spridning av A-0.8% från röntgen beräknas tomografi tester. Resultat av röntgen beräknade datortomografi tester ge den rumsliga fördelningen av stål fibrer i preparatet och bevisa att stål fibrerna i ASFRC exemplar är mycket inriktade. Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ner.)
Video 2. Stål fiber spridning av R-0.8% från röntgen beräknas tomografi tester. Resultat av röntgen beräknade datortomografi tester ge den rumsliga fördelningen av stål fibrer i preparatet och bevisa att stål fibrerna i ASFRC exemplar är mycket inriktade medan de i SFRC exemplar distribueras slumpmässigt. Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ner.)
| Blanda No. | Vatten (kg/m3) | Cement (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. Blanda proportioner av cementbaserade kompositmaterial med justerad stål fiber förstärkning (ASFRC). Beloppet av materialet i varje rad är för 1 m3 kompositer. De SFRC motsvarigheterna har exakt samma proportioner.
| Preparatet | Seghet | Genomsnittliga seghet | Preparatet | Seghet | Genomsnittliga seghet |
| (× 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. Segheten hos ASFRC och SFRC exemplar. Segheten av preparatet är området under den belastning-deformationskurva. ASFRC exemplaren har högre värden av seghet än SFRC exemplaren.
| Preparatet | Antal fibrer i vinkel intervall | Totalt | Läggning effektivitetsfaktor | |||||
| 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. Antal stål fibrer på fractured murbruk sektioner. ASFRC exemplaren med justerad stål fibrer har mycket mer fibrer i 0-15 ° vinkel sortiment än i någon annan vinkel intervall. De har också mer fibrer i 0-15 ° vinkel sortiment än SFRC exemplaren. Numrera av stål fiber var beslutsam manuellt genom att räkna fibrerna på den brutna delen av exemplaren. Det totala antalet stål fibrer på de brutna delarna av ASFRC exemplaren är större än SFRC exemplaren.
| 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. Läggning effektivitetsfaktor stål fibrer i mortel från röntgen beräknas tomografi analys. Resultaten från röntgen beräknas tomografi analys bekräfta att stål fibrerna i ASFRC exemplaren är effektivt i linje och har högre orientering effektivitet faktorer än SFRC exemplaren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den elektromagnetiska magnetventil som utvecklats i denna studie har en kammare som mäter 250 × 250 × 750 mm och inte kan ta emot full storlek strukturella elementen. Även om storleken på kammaren begränsar tillämpningen av installationen, konceptet och protokoll som föreslås i denna uppsats kommer att inspirera vidareutvecklingen av en full storlek setup för tillverkning av ASFRC element, särskilt förtillverkade element.
Att uppnå en lämplig viskositet av färska murbruk är avgörande för att kontrollera kvaliteten på ASFRCs, eftersom anpassningen av stål fibrer drivs av en magnetisk kraft som måste övervinna trögflytande motståndet i det färska murbruket. Trögflytande motståndet regleras av viskositeten hos det färska murbruket. Ju lägre viskositet av murbruk, desto enklare är det att anpassa stål fibrer. Däremot, påverkar viskositeten hos det färska murbruket också upphävandet av stål fibrer. Mycket hög viskositet matrisens färska leder till svårigheter att anpassa stål fibrerna, medan mycket låg viskositet orsakar segregeringen av stål fibrer. Därför mycket höga och mycket låga viskositet minskar effektiviteten i fiber förstärkning. Följaktligen, i ordning balans justering och suspension av stål fibrerna, viskositeten hos färska murbruk kan empiriskt styras genom att säkerställa att sjunkande djupet av färska vanligt cementbruk förblir i intervallet 50-100 mm.
Även om det protokoll som beskrivs i detta dokument används för att förbereda stål fiberförstärkt cementbruk, är det också tillämpliga på stål fiber armerad betong. Figur 7 är ett foto av justerad stål fiber armerad betong med grov sammanvägning beredd enligt protokollet som beskrivs ovan. För betong, på grund av förekomsten av grova aggregat, intuitivt, stål fibrerna ligger i klyftan mellan grov ballast och således inte kan anpassas. Prov resultaten visar dock att metoden fungerar väl och att stål fibrerna i betong effektivt kan anpassas. I själva verket i betong är volymfraktionen av grov ballast ungefär 35%. de andra fina partiklar står för resterande 65% volymfraktionen. Denna 65% volym ger gott om utrymme för fibern att anpassa. Detta tillåter därför föreslagna protokollet har bredare användningsområde i både murbruk och betong.
Sammanfattningsvis, 1) genom att använda inställningen magnetventil elektromagnetiska fältet utvecklas i denna studie, anpassades mycket stål fibrerna i färska murbruk och ASFRC exemplar med maximal storlek på 150 × 150 × 550 mm var framgångsrikt beredda. 2) orientering effektivitet faktorer stål fibrer i ASFRC exemplar överskred 0,90, medan de av SFRC exemplar var runt 0,60. Dessutom var antalet stål fibrer överbrygga avsnitten knäckt av ASFRC exemplar större än SFRC exemplaren. Högre orientering effektivitet faktorer och mer stål fibrer hela knäckt sektioner-kontot för att förstärka effektiviteten i ASFRC. 3) böjhållfasthet och böjhållfasthet segheten hos ASFRC är betydligt högre än de av SFRC på de fiber volymfraktioner 0,8%, 1,2% och 2,0%. Slutligen, 4) även om det protokoll som beskrivs i denna uppsats användes för att förbereda stål fiberförstärkt cementbruk, det gäller även för stål fiber armerad betong. Föreslagna protokollet har därför bredare användningsområde i både murbruk och betong.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Författarna erkänna tacksamt finansiella stöd från nationella natur Science Foundation i Kina (Grant nr 51578208), Hebei provinsiella natur Science Foundation (Grant nr. E2017202030 och E2014202178), och viktiga projekt av universitetet vetenskap och teknik forskning av Hebei-provinsen (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 |
References
- Zollo, R. F. Fiber-reinforced concrete: an overview after 30 years of development. Cem. Concr. Compos. 19 (2), 107-122 (1997).
- Bentur, A., Mindess, S. Fiber reinforced cementitious composites. , 2nd Edition, Taylor & Francis. London and New York. (2014).
- 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).
- Soroushian, P., Lee, C. D. Distribution and orientation of fibers in steel fiber reinforced concrete. ACI Mater. J. 87 (5), 433-439 (1990).
- 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).
- 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).
- 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).
- Process for producing a prepreg with aligned short fibres. US patent. Bayer, A. G. , 3,641,828 (1988).
- Building material, especially concrete or mortar, contains magnetically or electrically aligned parallel fibers. US patent. Arman, E. , 19,750,746 (1975).
- 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).
- Xu, X. A new type of steel fiber reinforced concrete. Architecture Technology. 20 (4), 240-241 (1993).
- Rotondo, P. L., Weiner, K. H. Aligned steel fibers in concrete poles. Con. Int. 8 (12), 22-27 (1986).
- Michels, J., Gams, M. Preliminary study on the influence of fibre orientation in fibre reinforced mortars. Gradevinar. 68 (8), 645-655 (2016).
- 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).
- Jones, D. S. The theory of electromagnetism. , Pergamon Press. Oxford-London-New York-Paris. (1964).
- 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).
- Schnell, J., Schladitz, K., Schuler, F. Direction analysis of fibres in concrete on basis of computed tomography. Betonund Stahlbetonbau. 105 (2), 72-77 (2010).
- 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).
- JGJ/T70-2009 Chinese standard for test method of performance on building mortar. , Building Press. Beijing, China. (2009).
- Roussel, N. Understanding the Rheology of Concrete. , Woodhead Publishing Limited. Cambridge. (2012).
- Roussel, N. Steady and transient flow behaviour of fresh cement pastes. Cem. Concr. Res. 35 (9), 1656-1664 (2005).
