إعداد محاذاة الألياف الصلب عزز مركب إسمنتي وسلوكها العاطفة

Summary

ويصف هذا البروتوكول نهج لصناعة الألياف الفولاذية الانحياز مركب إسمنتي معززة بتطبيق حقل الكهرومغناطيسية موحدة. معارض مركب إسمنتي عززت الانحياز ألياف الفولاذ متفوقة الخواص الميكانيكية للخرسانة المسلحة الألياف العادية.

Abstract

والهدف من هذا العمل هو تقديم نهج، مستوحاة من جانب الطريق الذي يحافظ إبرة بوصلة اتجاه يتسق إطار العمل للمجال المغناطيسي للأرض، لتصنيع مركب إسمنتي معززة بألياف الصلب تمت محاذاته. أعدت الانحياز ألياف الصلب عزز إسمنتي المركبة (أسفرك) بتطبيق حقل الكهرومغناطيسية موحدة لقذائف الهاون الطازجة التي تحتوي على ألياف الفولاذ قصيرة، حيث تم طرد ألياف الفولاذ قصيرة لتدوير في محاذاة مع المجال المغناطيسي. تم تقييم درجة المواءمة بين ألياف الفولاذ في تصلب أسفرك كل من عد ألياف الفولاذ في المقاطع العرضية مكسور وتحليل التصوير المقطعي بالأشعة السينية المحسوبة. إظهار النتائج من هاتين الطريقتين أن الصلب كانت شديدة الانحياز الألياف في أسفرك بينما ألياف الفولاذ في معاملة غير مغناطيسيا المركبة كانت موزعة بشكل عشوائي. ألياف الصلب تمت محاذاته كفاءة يعزز أعلى كثيرا، والمركبة، لذلك، أظهرت زيادة قوة الكسر والمتانة. أسفرك هكذا متفوقة على سفرك في ذلك ويمكن أن تحمل الإجهاد الشد أكبر وأكثر فعالية مقاومة التصدع.

Introduction

إدراج الألياف الفولاذية في الخرسانة طريقة فعالة للتغلب على الضعف المتأصل لهشاشة وتحسين قوة الشد ملموسة¹. خلال العقود الماضية، تم التحقيق فيها على نطاق واسع وتستخدم على نطاق واسع في المجال الألياف الفولاذية من الخرسانة المسلحة. ألياف الفولاذ من الخرسانة المسلحة متفوقة على ملموسة فيما يتعلق بتكسير المقاومة، قوة الشد، المتانة الكسر، كسر الطاقة، إلخ² في ألياف الخرسانة المسلحة، الفولاذ الصلب الألياف عشوائياً مشتتة، وبالتالي شكل موحد تفريق يعزز كفاءة الألياف في كل اتجاه. ومع ذلك، تحت شروط تحميل معينة، سوى بعض من الألياف الفولاذية في الخرسانة تسهم في أداء العناصر الهيكلية لأنه يتطلب تعزيز كفاءة الألياف أنها تترافق مع المبدأ الشد تشدد في الهيكل. على سبيل المثال، عند استخدام الخرسانة المسلحة الألياف الفولاذية التي تحتوي على ألياف الفولاذ موزعة عشوائياً لإعداد شعاع، بعض من ألياف الفولاذ، وبخاصة موازية لاتجاه الإجهاد الشد الرئيسية، سيجعل إسهاما رئيسيا في تعزيز الكفاءة، بينما سيجعل خط عمودي على اتجاه إجهاد الشد الرئيسية لا يسهم في تعزيز الكفاءة. ونتيجة لذلك، العثور على نهج لمحاذاة ألياف الفولاذ مع الاتجاه لإجهاد الشد الرئيسية في الخرسانة ضروري لتحقيق كفاءة أعلى بعضا من ألياف الفولاذ.

عامل الكفاءة التوجه، يعرف بأنه النسبة لطول المسقط على طول اتجاه إجهاد الشد للطول الفعلي للألياف، عادة ما يستخدم للإشارة إلى فعالية تعزيز ألياف الفولاذ^3،4 . ووفقا لهذا التعريف، هو عامل الكفاءة التوجه من الألياف تتماشى مع اتجاه إجهاد الشد 1.0؛ وهذا من الألياف التي عمودي لإجهاد الشد 0. وقد يميل ألياف عامل كفاءة توجه بين 0 و 1، 0. وتظهر نتائج التحليل أن عامل الكفاءة التوجه من ألياف الفولاذ موزعة عشوائياً في الخرسانة هو 0.405⁴، في حين أن من اختبارات الخرسانة المسلحة العادية ألياف الفولاذ هذا في نطاق 0.167 إلى 0.500^5،6 . من الواضح، إذا جميع ألياف الفولاذ قصيرة ملموسة تتماشى والتوجه نفسه إجهاد الشد، ألياف الفولاذ سوف يعزز كفاءة أعلى والعينات سيكون السلوك الشد الأمثل.

وأجريت بعض المحاولات الناجحة لإعداد الخرسانة المسلحة الانحياز ألياف الفولاذ منذ الثمانينات. في عام 1984، شين⁷ تطبيق مجال الكهرومغناطيسي للطبقة السفلي من ألياف الصلب عزز مركب إسمنتي (سفرك) عوارض أثناء الصب، وكشف تحليل الكشف عن الأشعة السينية أن ألياف الفولاذ تتمشى أيضا. وفي عام 1995، براءة باير⁸ و⁹ من عرمان النهج المتبع في إعداد محاذاة الألياف الفولاذية من الخرسانة المسلحة باستخدام حقل مغناطيسي. ياماموتو et al. ¹⁰ النظر في اتجاه الألياف الفولاذية في الخرسانة يكون أساسا تتأثر بالنهج الصب وحاولت الحصول على الخرسانة المسلحة ألياف الفولاذ محاذاة عن طريق الحفاظ على ملموسة جديدة تتدفق على صندقة من اتجاه ثابت. شو¹¹ حاولت محاذاة الألياف الفولاذية في الخرسانة المرشوشة برش ألياف الفولاذ من اتجاه ثابت. Rotondo وينر¹² تسعى إلى جعل أقطاب ملموسة مع محاذاة ألياف الصلب الطويلة بالطرد المركزي الصب. وتكشف هذه الدراسات التجريبية أن الخرسانة المسلحة الانحياز ألياف الفولاذ مزايا هامة أكثر من الخرسانة المسلحة ألياف الفولاذ موزعة عشوائياً.

ومؤخرا، ميشيل et al. ¹³ ومو et al. ¹⁴ نجحت في تطوير مجموعة من ألياف الفولاذ الانحياز عززت إسمنتي المركبة (أسفركس) باستخدام الحقول الكهرومغناطيسية. في هذه الدراسات، وقدمت لولبية المختلفة لتوفير مجال مغناطيسي موحد لمحاذاة ألياف الفولاذ في عينات قذائف الهاون ذات أحجام مختلفة. وقد الملف اللولبي دائرة cuboid جوفاء، التي يمكن أن تستوعب عينات ذات أحجام محددة مسبقاً. عندما يكون الملف اللولبي متصلاً بالتيار المباشر (DC)، يتم إنشاء حقل مغناطيسي موحد في الدائرة باتجاه ثابت، الذي ينسجم مع محور الملف اللولبي. وفقا لمبدأ الكهرومغناطيسية¹⁵، يمكن أن تدفع الحقول المغنطيسية ألياف المغناطيسية لتدوير ومحاذاة في هاون الطازجة. قابلية التشغيل المناسب من قذائف الهاون ضروري للسماح لألياف الفولاذ لتدوير في هاون جديدة. لزوجة عالية قد يسبب صعوبة في المواءمة بين ألياف الفولاذ في الهاون، بينما اللزوجة منخفضة يمكن أن تؤدي إلى عزل الألياف.

هذا الكتاب يصف تفاصيل إعداد العينات أسفرك واختبارات الخصائص العاطفة أسفرك وسفرك. ومن المتوقع أن أسفرك لديه قوة العاطفة أعلى والمتانة من سفرك. وهكذا، أسفرك مزايا محتملة أكثر من سفرك في تحمل الإجهاد الشد ومقاومة التصدع إذا استخدمت كغطاء الخرسانة والأرصفة و غيرها

استخدام العينات كسر بعد الاختبارات العاطفة، برصد المقاطع العرضية مكسور التحقيق في اتجاه ألياف الفولاذ في العينات واستخدام الأشعة السينية المسح يحسب التصوير المقطعي تحليل^{16،17 , 18}-الإبلاغ عن الخواص الميكانيكية أسفركس، بما في ذلك قوتها العاطفة والصلابة، ومقارنة مع تلك التي سفركس غير الكهرمغنطيسية المعالجة.

Protocol

1-ملف لولبي الإعداد المجال المغناطيسي

ملاحظة: تولد المجال المغناطيسي الملف لولبي دائرة مجوفة. الإعداد هو بوليبوتيليني ايثلين (PBT) مجلس لولبي هيكل عظمى ملفوف مع 4-6 طبقات من المينا معزول الأسلاك النحاسية ومغلفة بطبقة عازلة بلاستيكية للحماية (الشكل 1). بعد الاتصال لفائف بالعاصمة، يخلق الحالية في اللولب حقل الكهرومغناطيسية موحدة داخل قاعة اللولبي باتجاه ثابت وشدة الحث المغناطيسي المستمر. استخدام المجال المغناطيسي لمحاذاة ألياف الفولاذ في هاون جديدة وإعداد العينات أسفرك. في هذه الدراسة، ونحن على استعداد 150 × 150 × 550 مم بريزم العينات باستخدام الملف لولبي مع حجم دائرة من 250 × 250 × 750 ملم.

1. ترتبط شدة الحث المغناطيسي للتيار الكهربائي في الملف اللولبي.
   1. ربط الملف اللولبي إلى العاصمة وتطبيق الحالية من 0 إلى 10 ألف بطول خطوة التدبير ألف-1 وسجل كثافة الحث المغناطيسي في الملف اللولبي الدائرة باستخدام مقياس تسلا.
   2. ارسم منحنى الكثافة الحالية الحث المغناطيسي (الشكل 2)، التي ستستخدم في خطوات لاحقة لتحديد الحالية اللازمة للملف اللولبي.
      ملاحظة: اتبع بعناية إجراءات السلامة الكهربائية عند توصيل الملف اللولبي إلى مصدر للطاقة وفي جميع الإجراءات العملية الأخرى ذات الصلة بالطاقة الكهربائية.

2-قابلية لقذائف هاون جديدة

1. إعداد ثلاثة قذائف هاون يمزج مع الصلب الألياف حجم الكسور 0.8%، 1.2% ومن 2.0 في المائة، على التوالي (الجدول 1). وقد يمزج ثلاثة نفس تكوين مصفوفة مع مياه الأسمنت إلى الرمل نسبة 0.42:1:2. وفقا لنسبة مزيج، وزن 0.5 كجم من الأسمنت، 1.0 كجم من الرمل، واختبارات 0.21 كجم من الماء لقابلية التشغيل.
2. إضافة المياه إلى خلاط الهاون أولاً. قم بإضافة الأسمنت. مزيج الماء والأسمنت لمدة 30 ثانية. ثم مزيج لآخر 30 ق، وأثناء هذا 30 s الاختلاط، تدريجيا إضافة الرمل إلى الخلاط. ثم مزيج لآخر 60 ثانية.
3. اختبار عمق غرق المخلوط باستخدام مقياس عمق غرق أثر المعيار الصيني لأسلوب اختبار الأداء على بناء هاون (الساعة T70-2009)¹⁹.
4. كرر الخطوات من 2-2 و 2-3، ضبط جرعة سوبيربلاستيسيزير حتى عمق غرق يندرج في نطاق 50-100 مم. سجل جرعة سوبيربلاستيسيزير التي تنتج قابلية المرجوة وتكملة لها كجزء من نسبة مزيج في الجدول 1. أيضا اختبار محددة كثافة قذائف هاون جديدة بعد أن يتحقق قابلية. الجرعة الأمثل من سوبيربلاستيسيزير بوليكاربوكسيلاتي من الاختبارات المذكورة آنفا هو 0.10% (نسبة الشامل الأسمنت)، وكثافة قذائف هاون جديدة محددة 2186 كغ/م³.
5. اختبار اللزوجة من قذائف الهاون جديدة باستخدام رهيوميتير هاون تناوب co-محوري (الشكل 3). وقد رهيوميتير حمام مائي ويمكن الحفاظ على درجة حرارة العينة الحاوية عند 20 درجة مئوية.
   1. وضع 300 مل من قذائف هاون جديدة مختلطة داخل السابقة مدة 5 دقائق في وعاء العينة.
   2. بدء اختبار اللزوجة. قطرات المسبار تدريجيا في هاون جديدة في الحاوية، ويبدأ الحاوية لتدوير. وقذائف هاون جديدة تتحرك داخل الحاوية الدورية، فإنه يطبق قوة قص في التحقيق. في هذه العملية، معدل السجلات رهيوميتير إجهاد القص والقص ويرسم منحنى الإجهاد القص لقص معدل. هو انحدار المنحنى اللزوجة من^20،هاون²¹. في هذا التحقيق، هو لزوجة هاون جديدة من اختبارات الأداء 0.82.

3. إعداد عينة

1. تحديد كثافة الحث المغناطيسي المجال المغناطيسي والحالي للملف اللولبي.
   1. استخدام اللزوجة من الأسمنت هاون تحديد في الخطوة 2.5.2، حساب الحث المغناطيسي شدة المجال المغناطيسي اللازمة لمواءمة ألياف الفولاذ في هاون الأسمنت باستخدام المعادلة (1):¹³
      (1)
      حيث B كثافة الحث المغناطيسي، هو η اللزوجة من قذائف الهاون الطازجة، l_و هو طول ألياف الفولاذ، m هو كتلة ألياف الفولاذ الفردية، r_و هي شعاع ألياف الفولاذ، μ هو نفاذية ألياف الفولاذ وهو μ₀ نفاذية الفراغ، Δتي هو الفاصل الزمني و α(t + Δt) هو التسارع الزاوي في الفاصل الزمني التالي. طبقاً اللزوجة والمعلمات من ألياف الفولاذ المستخدمة في التجارب، هو شدة الحث المغناطيسي المطلوبة 9.83 mt.
   2. تحديد التيار الكهربائي في الملف اللولبي المطلوبة لإنشاء شدة الحث المغناطيسي كافية وفقا الرقم 2 أو المعادلة (2):¹⁴
      (2)
      الأول هو الحالي المطلوب، N هي عدد لفات الملف اللولبي، حيث L هو طول الملف اللولبي.
      باستخدام المعادلة (2)، الحالي المطلوب هو 8.3 ألف، بينما من الشكل 2 من حوالي 8.5 ألف
2. إعداد العينات أسفرك
   1. استخدام خلاط هاون ل 15 لخلط هاون الطازجة. لكل دفعة، مزيج ل 7.5 من قذائف الهاون وفقا لنسب المزيج المدرجة في الجدول 1. يدل الجدول 1 يمزج أسفرك ألف فولت_و، حيث يشير A إلى أن يتم محاذاة الألياف الفولاذية والخامس_و يشير إلى حجم جزء صغير من ألياف الفولاذ. وبناء على ذلك، يمزج سفرك هي تتم الإشارة إليها، للمقارنة، R-V_و، حيث تشير R إلى أن ألياف الفولاذ هي موزعة بشكل عشوائي. يمزج سفرك ليست مدرجة في الجدول 1 ولكن لها نفس النسب أسفرك.
   2. وزن المواد الخام وخلط هاون الأسمنت الألياف الصلب عزز اتباع الإجراءات الروتينية.
   3. صب هاون جديدة إلى قالب بلاستيك مع حجم واضحة من 150 × 150 × 550 مم. يلقي العينات فورا بعد الخلط لتجنب فقدان القابلية للتنفيذ. ويستغرق حوالي 25 دقيقة ليلقي المنشور أسفرك واحد من الاتصال بين الأسمنت والماء.
   4. نقل القالب إلى جدول ضغط، والتحول عن ضغط الجدول لإضافة 30 س. الهاون أكثر حسب الحاجة لضمان أن العفن تماما أن شغلها.
   5. وضع القالب في الدائرة للملف اللولبي.
   6. تبديل الملف اللولبي وضغط الجدول لمدة 50 ثانية.
      ملاحظة: للخرسانة العادية ضغط الوقت المعقول حول 60-120 ثانية. في هذا الاختبار، فإنه تتم محاولة للتحكم في ضغط الوقت الإجمالي ضمن هذا النطاق. يعد ضغط الوقت قد تحسين المواءمة بين ألياف الصلب؛ ومع ذلك، قد يسبب على مدى ضغط وبالتالي الفصل (غرق ألياف الفولاذ والمجاميع الخشنة إذا كان هناك). قد يسبب وقتاً أقل ضغط محاذاة الفقراء من ألياف الصلب والخرسانة غير موحدة.
   7. إيقاف تشغيل ضغط الجدول.
   8. إيقاف تشغيل الملف اللولبي بعد ضغط الجدول قد توقفت تماما.
   9. بلطف إخراج القالب من الملف اللولبي والسطح العلوي لقذائف الهاون على نحو سلس مع مجرفة. تجنب الإخلال بألياف الفولاذ قرب السطح العلوي.
3. لكل مزيج، إعداد العينات المعالجة الكهرمغنطيسية الثلاثة (في أعقاب الخطوات 3.2.2-3.2.9) وثلاث عينات غير الكهرمغنطيسية المعالجة (في أعقاب الخطوات 3.2.2-3.2.4 و 3.2.9). في إعداد العينات المعالجة غير الكهرمغنطيسية، كان إجمالي الوقت ضغط 80 s – نفس في إعداد العينات المعالجة الكهرمغنطيسية.
4. ترك العينات في الداخل وفي قوالب بهم ح 24. ثم ديمولد وعلاج العينات في غرفة ضباب حتى يتم استخدامها للاختبارات الميكانيكية.

4-ثلاث نقاط اختبار الانحناء

1. بعد 28 يوما، أخذ العينات من غرفة المعالجة ووضع علامة المواقع لتحميل (A)، ويدعم (ب)، وتمتد منتصف انحراف (ج)، و LVDT تحديد النقاط (د) (الشكل 4).
2. ضع العينة على منصة اختبار الانحناء ثلاث نقاط (الشكل 4) آلة اختبار النظام التجاري المتعدد الأطراف وإصلاح لفدت إلى فترة منتصف باستخدام حامل لفدت على كل جانب سطح العينة (الشكل 4).
3. الاتصال لفدت datalog. قم بتعيين تكرار اقتناء البيانات المتعلقة بمراقبة جهاز الكمبيوتر جهاز الاختبار.
4. رفع العينة تدريجيا برفع يدعم الأسفل بحيث الجزء العلوي تحميل خلية جهاز الاختبار من مسافة قريبة جداً من، ولكن عدم لمس، السطح العلوي للعينة.
5. صفر التحميل الأولى وتمتد منتصف انحراف (LVDT) وقيم التشرد (تحميل الخلية).
6. بدء الاختبار وتطبيق حمولة ثلاث نقاط الانحناء للعينة مع عنصر تحكم تشرد بسرعة قدرها 0.2 مم/دقيقة سجل التاريخ الكامل لانحراف التحميل وفترة منتصف للعينة.
7. مشاهدة تحميل وتشوه من العينة. بعد قيمة الذروة، عندما التشرد أكبر من 30 ملم، إيقاف الاختبار. عادة، هو تصدع العينة والحمل هو أقل من 1.0 kN.
8. كرر الخطوات من 4.1-4.7 لاختبار جميع العينات.

5-تحليل اتجاه الألياف الصلب

1. حساب عدد ألياف الفولاذ في المقطع مكسور.
   1. فصل العينات إلى جزأين في المقطع متصدع.
   2. قياس وتسجيل اتجاه ألياف الفولاذ في المقطع العرضي مكسور من العينة هاون الأسمنت. التوجه هو الزاوية بين ألياف فولاذية والمحور للعينة. نظراً لأن قياس يدوياً لتوجهات ألياف الفولاذ من الصعب ويمكن أن تنتج القياسات غير دقيقة، توجهات يمكن تصنيفها على أنها واحدة من ست زاوية النطاقات: 0-15 °، 15-30 درجة مئوية، 30-45 °، 45-60 °، 60-75 درجة مئوية و 75-90 °. سجل عدد ألياف الفولاذ في كل مجموعة، ومن ثم حساب عامل الكفاءة اتجاه الألياف متوسط العينة باستخدام المعادلة (3):
      (3)
      η_θ هو عامل الكفاءة التوجه متوسط من ألياف الفولاذ، l_و هو طول ألياف الفولاذ الفردية، n هو العدد الإجمالي لألياف الفولاذ في المقطع متصدع، حيث θ_أنا زاوية بين الألياف الفولاذية واتجاه المجال المغناطيسي المطبق للعينة (في الحساب، واعتماد القيمة المتوسطة لنطاق زاوية لجميع ألياف الفولاذ في كل مجموعة).
2. القيام بتحليل التصوير المقطعي بالأشعة السينية المحسوبة.
   1. قطع عيار 75 ملم مكعب من كل عينة قذائف الهاون.
   2. إجراء فحص بالأشعة السينية المكعب باستخدام نظام التصوير المقطعي بالأشعة سينية المحسوبة. وضع عينة على منصة الاختبار وبدء المسح الضوئي. الجهاز سجلات التوهين من الأشعة السينية الناتجة عن العينة في كل خطوة الدورية والعينة تدور 360 درجة تدريجيا. ينشئ النظام المقطعي بنية رقمية ثلاثية الأبعاد للمكعب.
   3. تحديد ألياف الفولاذ في بنية مكعب الرقمية عن طريق تجهيز ثنائية الأبيض والأسود. ثم الحصول على الصور الرقمية التي تصف توزيع ألياف الفولاذ.
   4. تحديد إحداثيات جميع ألياف الفولاذ بتحليل الصور.
   5. حساب اتجاه كل الألياف الفولاذية وفقا لإحداثيات بها.
   6. حساب معامل الكفاءة التوجه من الألياف باستخدام المعادلة (3).

النتائج

قوة العاطفة أسفركس وسفركس العزم من الاختبارات الانحناء ثلاث نقاط تظهر في الشكل 5. قوة العاطفة أسفركس أعلى من تلك التي سفركس لجميع الألياف جرعات. وكانت قوة العاطفة أسفركس 88%، 71%، و 57 في المائة أعلى من تلك التي سفركس في كسور حجم الألياف 0.8%، 1.2%، و 2.0 في المائة، ?...

Discussion

الملف اللولبي الكهرومغناطيسية المتقدمة في هذه الدراسة دائرة قياس 250 × 250 × 750 ملم ولا يمكن استيعاب عناصر هيكلية كاملة الحجم. على الرغم من أن حجم الدائرة يحد من تطبيق الإعداد، المفهوم والبروتوكول المقترح في هذه الورقة سوف تلهم المزيد من تطوير إعداد الحجم الكامل لتصنيع عناصر أسفرك، لا سيما ا?...

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