Les auteurs remercient les soutiens financiers de la Nature Science Fondation nationale de Chine (Grant no 51578208), Hebei Provincial Nature Science Foundation (Grant No. E2017202030 et E2014202178) et des clés de projet de la Science de l’Université et la recherche technologique de la Province du Hebei (subvention no ZD2015028).

1. installation de champ magnétique solénoïde
Remarque : Le champ magnétique est généré par un solénoïde avec une creuse de la chambre. Le programme d’installation est un squelette de solénoïde polybutylène téréphtalate (PBT) Conseil enroulé avec 4 à 6 couches d’émail des câbles cuivre et enveloppé d’une couche isolante en plastique de protection (Figure 1). Après raccordement de la bobine à DC, le courant dans la bobine crée un champ électromagnétique uniforme au sein de la chambre de solénoïde avec une direction fixe et une intensité constante induction magnétique. Utilisez le champ magnétique pour aligner les fibres d’acier dans le mortier frais et préparer les spécimens ASFRC. Dans cette étude, nous avons préparé 150 × 150 × 550 mm prism spécimens à l’aide d’un solénoïde avec un volume de chambre de 250 × 250 × 750 mm.
<ol><li>Corrélation entre l’intensité de l’induction magnétique au courant électrique de l’électrovanne.<ol>
<li>Raccorder l’électrovanne à DC et appliquer le courant de 0 à 10 A avec une longueur de l’étape de 1 a. mesurer et noter l’intensité de l’induction magnétique dans la chambre de solénoïde à l’aide d’un compteur de tesla.</li>
		<li>Tracer la courbe d’intensité courant induction magnétique (Figure 2), qui sera utilisée dans les étapes ultérieures afin de déterminer le courant nécessaire du solénoïde. Remarque : Respecter scrupuleusement les procédures de sécurité électrique lors de la connexion du solénoïde de la source d’alimentation et dans toutes les autres procédures de fonctionnement pertinents à l’alimentation électrique.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. la maniabilité du mortier frais
<ol><li>Préparer trois mélanges de mortier avec acier fibre volume fractions 0,8 % et 1,2 % 2,0 %, respectivement (tableau 1). Les trois mélanges ont la même composition de matrice avec une eau à ciment au ratio de 0.42:1:2 de sable. Selon le ratio de mélange, poids 0,5 kg de ciment, 1,0 kg de sable et 0,21 kg d’eau pour les essais de maniabilité.</li>
	<li>Ajouter de l’eau tout d’abord au malaxeur de mortier. Puis ajouter le ciment. Mélanger l’eau et le ciment pendant 30 s. Mélangez ensuite pour un autre 30 s et au cours de cette 30 s de mélange, ajouter graduellement le sable à la table de mixage. Mélangez ensuite pour un autre 60 s.</li>
	<li>Tester la profondeur d’enfoncement du mélange à l’aide d’un mètre de profondeur naufrage suivant la norme chinoise pour la méthode de test de performance sur la construction de mortier (JGJ/T70-2009)19.</li>
	<li>Répétez les étapes 2.2 et 2.3, ajustant le dosage de la superplastifiants jusqu'à ce que la profondeur d’enfoncement se trouve dans la fourchette de 50 à 100 mm. Enregistrer la posologie de la superplastifiant qui produit l’ouvrabilité désirée et de compléter celle-ci dans le cadre de la proportion de mélange dans le tableau 1. Également tester la densité spécifique du mortier frais une fois réalisée l’ouvrabilité. Le dosage optimisé d’un superplastifiant polycarboxylate des essais susmentionnés est 0,10 % (rapport de masse de ciment), et la densité spécifique de mortier frais est 2186 kg/m3.</li>
	<li>Tester la viscosité du mortier frais à l’aide d’un rhéomètre de mortier rotation coaxiale (Figure 3). Le rhéomètre a un bain d’eau qui peut maintenir la température du récipient échantillon à 20 ° C.<ol>
<li>Mettre 300 mL de mortier frais mélangé dans le précédent 5 min dans le récipient à échantillon.</li>
		<li>Commencer le test de viscosité. La sonde tombe peu à peu dans le mortier frais dans le conteneur et le conteneur se met à tourner. Comme le mortier frais se déplace dans le conteneur de rotation, elle applique une force de cisaillement sur la sonde. Dans le processus, les enregistrements de rhéomètre la contrainte de cisaillement et de cisaillement note et trace la courbe de contrainte de cisaillement à taux de cisaillement. La pente de la courbe est la viscosité du mortier20,21. Dans le cadre de cette enquête, la viscosité du mortier frais d’essais est Pas 0,82.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. préparation des échantillons
<ol><li>Déterminer l’intensité de l’induction magnétique du champ magnétique et le courant de l’électro-aimant.<ol>
<li>À l’aide de la viscosité du mortier ciment déterminé à l’étape 2.5.2, calculer l’intensité d’induction magnétique du champ magnétique nécessaire pour aligner les fibres d’acier en mortier de ciment à l’aide de l’équation (1) :13 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56307/56307eq1v2.jpg">(1) où B est l’intensité magnétique induction, η est la viscosité du mortier frais, lf est la longueur de fibre acier, m est la masse d’une fibre d’acier individuelle, rf est le rayon de fibres d’acier, μ est la perméabilité des fibres d’acier, μ0 est la perméabilité du vide, Δt est intervalle de temps, et α(t + Δt) est l’accélération angulaire au prochain intervalle de temps. Selon la viscosité et les paramètres de la fibre d’acier utilisées dans les essais, l’intensité requise induction magnétique est 9,83 Mt.</li>
		<li>Déterminer le courant électrique du solénoïde nécessaire à la création d’une intensité suffisante d’induction magnétique selon Figure 2 ou l’équation (2) :14 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56307/56307eq2v2.jpg">(2) où I est le courant requis, N est le nombre de spires du solénoïde et L est la longueur du solénoïde. Utilisant l’équation (2), le courant nécessaire est 8.3 A, tandis que la Figure 2, c’est environ 8,5 A.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Préparer des échantillons ASFRC<ol>
<li>Utilisez un mélangeur de mortier de 15 L pour mélanger le mortier frais. Pour chaque lot, mélanger 7,5 L de mortier selon les proportions de mélange énumérés au tableau 1. Tableau 1 indique les mélanges ASFRC, V, Af, où A indique que les fibres d’acier sont alignés et Vf indique la fraction volumique de fibres en acier. En conséquence, les mélanges de BRF sont notés, à titre de comparaison, R-Vf, où R indique que les fibres d’acier sont distribuées au hasard. Les mélanges de BRF ne figurent pas dans le tableau 1 , mais ont les mêmes proportions que ASFRC.</li>
		<li>Peser les matières premières et mélanger le mortier de ciment renforcé de fibres en acier suivant les procédures de routine.</li>
		<li>Verser le mortier frais dans un moule en plastique avec claire taille de 150 × 150 × 550 mm. monter les spécimens promptement après le mélange pour éviter de perdre de maniabilité. Il faut environ 25 min à caster un prisme ASFRC du contact entre l’eau et de ciment.</li>
		<li>Déplacer le moule sur une table de compactage et mettre la table compactage pendant 30 s. Ajouter mortier plus que nécessaire pour vous assurer que que le moule soit complètement rempli.</li>
		<li>Mettre le moule dans la chambre de l’électroaimant.</li>
		<li>Allumez le solénoïde et le compactage table pour 50 s. Remarque : Pour le béton ordinaire le délai raisonnable de compactage est d’environ 60-120 s. Dans ce test, il est tenté de contrôler le temps total de compactage dans cet intervalle. Temps plus compactage peut améliorer l’alignement des fibres d’acier ; Toutefois, il peut causer au compactage et, par conséquent, la ségrégation (le naufrage de fibres d’acier et agrégats grossiers s’il existe). Moins de temps compactage peut provoquer de mauvais alignement des fibres en acier et béton non consolidé.</li>
		<li>Eteindre le tableau de compactage.</li>
		<li>Éteindre le solénoïde d’après que le tableau de compactage a cessé complètement.</li>
		<li>Doucement, sortir le moule de l’électrovanne et lisser la surface supérieure du mortier avec une truelle. Éviter de déranger les fibres en acier près de la surface supérieure.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Pour chaque mélange, préparer les trois spécimens d’électromagnétiquement traités (après les étapes 3.2.2-3.2.9) et trois électromagnétiquement non traitées (à la suite des mesures 3.2.2-3.2.4 et 3.2.9). Dans la préparation des spécimens électromagnétiquement non traitées, la durée totale de compactage était 80 s — identique à celui dans la préparation des échantillons traités aux ondes électromagnétiques.</li>
	<li>Laisser les spécimens à l’intérieur et dans leurs moules pendant 24 h. Puis le demold et guérir les spécimens dans une chambre de brouillard jusqu'à ce qu’ils sont utilisés pour les essais mécaniques.</li>
</ol>4. trois points essai de flexion
<ol><li>Après 28 jours, retirez les spécimens de la salle de séchage et marquer les positions pour le chargement (A), prise en charge (B), mi-distance déflexion (C) et LVDT points (D) (Figure 4) de fixation.</li>
	<li>Placer l’échantillon sur le banc d’essai flexion trois points (Figure 4) de la machine de test MTS et fixer un LVDT à la mi-portée utilise un dérouleur LVDT sur la surface de chaque côté de l’échantillon (Figure 4).</li>
	<li>Connecter le LVDT à un datalog. Puis définissez la fréquence d’acquisition de données sur le PC de contrôle de la machine de test.</li>
	<li>Augmentez progressivement le spécimen en soulevant de que le bas prend en charge afin que le supérieur cellule de l’appareil d’essai de chargement est très proche, mais sans le toucher, la surface supérieure de l’échantillon.</li>
	<li>Zéro la charge initiale, déviation de mi-portée (LVDT) et valeurs de déplacement (cellule de pesage).</li>
	<li>Démarrez le test et d’appliquer une charge en flexion trois points au modèle de formulaire avec un contrôle du déplacement à une vitesse de 0,2 mm/min. enregistrement de l’historique complet de la déviation de chargement et de mi-portée du spécimen.</li>
	<li>Regardez la charge et la déformation de l’échantillon. Après la valeur de crête, lorsque le déplacement est supérieur à 30 mm, arrêter le test. Habituellement, le spécimen est fissuré et la charge est inférieur à 1,0 kN.</li>
	<li>Répétez les étapes 4.1 à 4.7 pour tester tous les spécimens.</li>
</ol>5. acier fibre Orientation analyse
<ol><li>Compter le nombre de fibres d’acier sur la section fracturée.<ol>
<li>Les spécimens se divisent en deux portions à la section fissurée.</li>
		<li>Mesurer et noter l’orientation des fibres en acier sur la section fracturée du spécimen de mortier de ciment. L’orientation est l’angle entre une fibre d’acier et de l’axe de l’échantillon. Car mesurer manuellement les orientations des fibres d’acier est difficile et peut produire des mesures inexactes, orientations peuvent être classées comme une des six plages d’angle : 0 - 15 °, 15 à 30 °, 30-45 °, 45-60 °, 75 ° - 60 et 75-90 °. Enregistre le nombre de fibres d’acier dans chaque groupe et ensuite calculer le facteur d’efficacité de l’orientation fibre moyenne de l’échantillon utilisant l’équation (3) : <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56307/56307eq3v2.jpg">(3) où ηθ est le facteur d’efficacité moyenne de l’orientation des fibres en acier, lf est la longueur d’une fibre d’acier individuelle, n est le nombre total de fibres d’acier sur la section fissurée et θj’ai est la angle entre une fibre acier et la direction du champ magnétique appliqué au modèle de formulaire (dans le calcul, la valeur médiane de la fourchette d’angle est adoptée pour toutes les fibres d’acier dans chaque groupe).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Effectuer la diffraction Tomographie calculée.<ol>
<li>Couper un cube de 75 mm de chaque échantillon de mortier.</li>
		<li>Effectuer la radioscopie du cube à l’aide d’un système de tomographie aux rayons x calculée. Placer un spécimen sur la plateforme de test et commence l’analyse. Le spécimen pivote à 360 ° peu à peu et la machine enregistre l’atténuation des rayons x causée par l’échantillon à chaque étape de rotation. Le système de tomographie par ordinateur génère une structure numérique en trois dimensions du cube.</li>
		<li>Identifier les fibres d’acier dans la structure du cube numérique en noir et blanc traitement binaire. Puis obtenir l’image numérique qui décrit la distribution des fibres d’acier.</li>
		<li>Déterminer les coordonnées de toutes les fibres d’acier par analyse d’image.</li>
		<li>Calculer l’orientation de chaque fibre acier selon ses coordonnées.</li>
		<li>Calculer le facteur d’efficacité de l’orientation des fibres à l’aide d’équation (3).</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Zollo, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber-reinforced+concrete:+an+overview+after+30+years+of+development.">Fiber-reinforced concrete: an overview after 30 years of development.</a> Cem. Concr. Compos. 19 (2), 107-122 (1997).</li><li>Bentur, A., Mindess, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fiber reinforced cementitious composites. , (2014).</li><li>Deeb, R., Karihaloo, B. 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Mater. 48 (2), 656-661 (2013).</li><li>Schnell, J., Schladitz, K., Schuler, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direction+analysis+of+fibres+in+concrete+on+basis+of+computed+tomography.">Direction analysis of fibres in concrete on basis of computed tomography.</a> Betonund Stahlbetonbau. 105 (2), 72-77 (2010).</li><li>Wuest, J., Denari&#233;, E., Br&#252;hwiler, E., Tamarit, L., Kocher, M., Gallucci, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomography+analysis+of+fiber+distribution+and+orientation+in+ultra+high-performance+fiber+reinforced+composites+with+high+fiber+dosages.">Tomography analysis of fiber distribution and orientation in ultra high-performance fiber reinforced composites with high fiber dosages.</a> Experimental Techniques. 33 (5), 50-55 (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> JGJ/T70-2009 Chinese standard for test method of performance on building mortar. , (2009).</li><li>Roussel, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Understanding the Rheology of Concrete. , (2012).</li><li>Roussel, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steady+and+transient+flow+behaviour+of+fresh+cement+pastes.">Steady and transient flow behaviour of fresh cement pastes.</a> Cem. Concr. Res. 35 (9), 1656-1664 (2005).</li></ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Le solénoïde électromagnétique développé dans cette étude comporte une chambre de mesure 250 × 250 × 750 mm et ne peut pas accueillir les éléments structuraux de pleine grandeur. Bien que la taille de la chambre limite l’application de la configuration, le concept et le protocole proposé dans ce livre inspirera la poursuite du développement d’une installation de taille pour la fabrication d’éléments ASFRC, particulièrement préfabriqués en éléments.
Atteindre une visco...

Incorporant des fibres d’acier dans le béton est un moyen efficace de surmonter la faiblesse inhérente de fragilité et d’améliorer la résistance à la traction du béton1. Au cours des dernières décennies, béton renforcé de fibres en acier a été largement étudiée et largement utilisé dans le domaine. Béton renforcé de fibres en acier est supérieur au béton en termes de résistance à la traction, ténacité, énergie de rupture, résistance aux craquelures, etc.2 dans les fibres de béton armé, acier acier fibre sont aléatoirement dispersés, ainsi uniformément disperser l’efficacité se renforcent des fibres dans toutes les directions. Cependant, dans certaines conditions de charge, seulement certains des fibres en acier dans le béton contribuent à la performance des éléments structuraux parce que l’efficacité se renforcent des fibres exige qu’ils soit alignée avec le principe des contraintes de traction dans la structure. Par exemple, lors de l’utilisation de béton armé de fibres en acier contenant des fibres d’acier distribués aléatoirement pour préparer un faisceau, certains des fibres en acier, en particulier celles parallèles à la direction de la contrainte principale de traction, apportera une contribution majeure à ne renforcer l’efficacité, tandis que ceux perpendiculairement à la direction de la contrainte principale de traction fera aucune contribution au renforcement de l’efficacité. Par conséquent, trouver une approche d’aligner les fibres en acier avec la direction de la contrainte principale de traction dans le béton est nécessaire pour atteindre le plus haut rendement de renfort des fibres en acier.
Le facteur d’efficacité de l’orientation, défini comme le rapport de la longueur projetée le long de la direction de la contrainte de traction à la longueur réelle des fibres, est généralement utilisé pour indiquer l’efficacité du renforcement de fibres d’acier3,4 . Selon cette définition, le facteur d’efficacité de l’orientation des fibres alignées avec la direction de la contrainte de traction est de 1,0 ; que des fibres perpendiculaires à la contrainte de traction est 0. Inclinée de fibres ont un facteur d’efficacité de l’orientation entre 0 et 1,0. Les résultats des analyses montrent que le facteur d’efficacité de l’orientation des fibres d’acier distribués aléatoirement dans le béton est 0,4054, tandis que celle des essais de béton renforcé de fibres en acier ordinaire est de l’ordre de 0,167 à 0,5005,6 . Evidemment, si toutes les fibres courtes en acier dans le béton sont alignés et ont la même orientation que la contrainte de traction, les fibres d’acier aura la plus grande efficacité de renfort et les spécimens auront le comportement de traction optimal.
Quelques tentatives réussies pour préparer le béton renforcé de fibres en acier alignés ont été menées depuis les années 1980. En 1984, Shen7 appliqué un champ électromagnétique à la couche inférieure des poutres en acier renforcé de fibres composites cimentaires (BRF) lors de la coulée, et analyse de détection aux rayons x a révélé que les fibres d’acier ont été bien alignées. En 1995, Bayer8 et Arman9 breveté l’approche pour la préparation de béton armé de fibre acier aligné en utilisant un champ magnétique. Yamamoto et al. 10 a examiné l’orientation des fibres d’acier dans le béton pour être principalement influencé par l’approche de la coulée et a tenté d’obtenir le béton renforcé de fibres en acier alignés en gardant frais concrets qui se jettent dans le coffrage d’une direction constante. Xu11 a tenté d’aligner les fibres d’acier dans le béton projeté par projection de fibres d’acier d’une direction constante. Rotondo et Wiener12 a cherché à faire des poteaux de béton avec des fibres aciers longs alignés par coulée centrifuge. Ces études expérimentales montrent que le béton renforcé de fibres en acier alignés a des avantages significatifs sur le béton renforcé de fibres en acier distribués aléatoirement.
Récemment, Michels et al. 13 et Mu et al. 14 ont développé avec succès un groupe de composites cimentaires renforcés par fibres alignées en acier (ASFRCs) à l’aide de champs électromagnétiques. Dans ces études, solénoïdes divers ont tenté de fournir un champ magnétique uniforme pour l’alignement des fibres d’acier dans des échantillons de mortier de différentes tailles. L’électrovanne a une chambre cuboïde creuse qui peut accueillir des échantillons de tailles prédéfinies. Quand l’électrovanne est reliée à courant continu (DC), un champ magnétique uniforme est créé dans la chambre avec une orientation fixe, qui s’aligne sur l’axe du solénoïde. Selon le principe de l’électromagnétisme15, champs magnétiques peuvent conduire ferromagnétiques fibres pour faire pivoter et s’alignent dans le mortier frais. Maniabilité appropriée du mortier est essentielle pour permettre aux fibres d’acier faire pivoter dans le mortier frais. Une viscosité élevée peut entraîner des difficultés dans l’alignement des fibres en acier dans le mortier, tandis que la basse viscosité peut conduire à la séparation des fibres.
Cet article décrit les détails de la préparation des spécimens ASFRC et teste les propriétés en flexion des ASFRC et BRF. Il est prévu que ASFRC a une résistance plus élevée à la flexion et l’endurance que le BRF. Ainsi, ASFRC a potentiellement des avantages sur BRF à résister à des contraintes de traction et fissuration résister si utilisé comme couverture de béton, trottoir, etc.
En utilisant les spécimens fracturées après essais de flexion, l’orientation des fibres en acier dans les prélèvements est étudiée en observant les coupes fracturées et utilisant des rayons x à balayage calculé tomographie analyse16,17 , 18. les propriétés mécaniques des ASFRCs, y compris leur résistance à la flexion et la dureté, sont rapportées et comparées avec celles des SFRCs électromagnétiquement non traitées.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >Cement</td>
			<td >Tangshan Jidong Cement Co., Ltd.</td>
			<td >P&#215;O 42.5</td>
			<td >Oridnary Portland Cement</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sand</td>
			<td ></td>
			<td >River sand</td>
			<td>Fineness modulus is 2.4</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Superplasticizer</td>
			<td >Subote New Materials Co., Ltd.</td>
			<td >PCA-III</td>
			<td>Polycarboxylated type, water reducing ratio is 35%</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Steel fiber</td>
			<td >Tianjin Hengfeng Xuxiang New Metal Materials Co., Ltd.</td>
			<td >Round straight</td>
			<td>Diameter 0.5mm, length 25mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of aligned steel fiber reinforced cementitious composite and its flexural behavior

Le but de ce travail est de présenter une approche, inspirée par la manière dans laquelle une aiguille de la boussole maintient une orientation cohérente sous l’action du champ magnétique de la terre, pour la fabrication d’un composite cimentaire renforcé avec des fibres en acier alignés. Composites cimentaires renforcés par fibres alignées en acier (ASFRC) ont été préparés en appliquant un champ électromagnétique uniform à mortier frais contenant des fibres courtes en acier, par lequel les fibres courtes en acier ont été chassés pour faire pivoter dans l’alignement du champ magnétique. Le degré d’alignement des fibres en acier trempé ASFRC a été évalué par comptage de fibres d’acier en sections fracturées et diffraction Tomographie calculée. Les résultats des deux méthodes montrent que l’acier, fibres en ASFRC étaient fortement alignés tandis que les fibres d’acier en traitement non magnétique composites ont été distribuées au hasard. Les fibres en acier alignés avaient un rendement beaucoup plus élevé qui se renforcent et les composites, par conséquent, exposées ténacité et sensiblement renforcée résistance à la flexion. Le ASFRC est donc supérieur au BRF en ce qu’il peut supporter des contraintes de traction supérieure et plus efficacement résister à la fissuration.

Les forces en flexion des ASFRCs et SFRCs, déterminés à partir des essais de flexion trois points sont indiqués à la Figure 5. Les forces de flexion des ASFRCs sont plus élevés que ceux des SFRCs pour tous les dosages de fibre. Les forces de flexion des ASFRCs étaient de 88 %, 71 % et 57 % plus élevés que ceux de SFRCs à la fraction volumique de fibre de 0,8 %, 1,2 % et 2,0 %, respectivement. Ces résultats impliquent que la fibre acier alignée re...

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Preparation of Aligned Steel Fiber Reinforced Cementitious Composite and Its Flexural Behavior

Ce protocole décrit une méthode de fabrication composite cimentaire renforcé fibre acier alignés en appliquant un champ électromagnétique uniform. Composite cimentaire renforcé fibre acier alignés présente des propriétés mécaniques supérieures au béton renforcé de fibres ordinaires.

Préparation des fibres en acier alignés renforcés composites cimentaires et son comportement en flexion

The aim of this work is to present an approach, inspired by the way in which a compass needle maintains a consistent orientation under the action of the ...

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11.0K vues.  Hebei University of Technology. Ce protocole décrit une méthode de fabrication composite cimentaire renforcé fibre acier alignés en appliquant un champ électromagnétique uniform. Composite cimentaire renforcé fibre acier alignés présente des propriétés mécaniques supérieures au béton renforcé de fibres ordinaires.

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Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

Expansion mécanique de tubes en acier en tant que solution de puits de forage qui fuient

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

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Ingénierie

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs and condition-based maintenance. These materials are adopted in a wide range of engineering applications, from aircraft and ship structures, to bridges, wind turbine blades, biomaterials and biomedical implants. Polymers are viscoelastic materials, and their response may be highly nonlinear and thus make it challenging to predict and monitor their in-service performance. The laboratory-scale testing platform presented herein assists the investigation of the influence of concurrent mechanical loadings and environmental conditions on these materials. The platform was designed to be low-cost and user-friendly. Its chemically resistant materials make the platform adaptable to studies of chemical degradation due to in-service exposure to fluids. An example of experiment was conducted at RT on closed-cell polyurethane foam samples loaded with a weight corresponding to ~50% of their ultimate static and dry load. Results show that the testing apparatus is appropriate for these studies. Results also highlight the larger vulnerability of the polymer under concurrent loading, based on the higher mid-point displacements and lower residual failure loads. Recommendations are made for additional improvements to the testing apparatus.

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites in service is a critical aspect for their designs and condition-based maintenance. We present a novel low-cost laboratory testing platform for the investigation of the influence of concurrent mechanical and environmental loadings, and may help design more efficient yet safer composite structures.

Une plate-forme d&#39;essais pour une durabilité études de polymères renforcés de fibres et polymères Composites sous stimuli Concurrent Hygrothermo-mécanique

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are proposed to create the electrical network in this work: (a) the incorporation of the nanoplatelets into the epoxy matrix and (b) the coating of the glass fabric with a sizing filled with the same nanoplatelets. Both types of multiscale composite materials, with an in-plane electrical conductivity of ~10-3 S/m, showed an exponential growth of the electrical resistance as the strain increases due to distancing between adjacent functionalized graphene nanoplatelets and contact loss between overlying ones. The sensitivity of the materials analyzed during this research, using the described procedures, has been shown to be higher than commercially available strain gauges. The proposed procedures for self-sensing of the structural composite material would facilitate the structural health monitoring of components in difficult to access emplacements such as offshore wind power farms. Although the sensitivity of the multiscale composite materials was considerably higher than the sensitivity of metallic foils used as strain gauges, the value reached with NH2 functionalized graphene nanoplatelets coated fabrics was nearly an order of magnitude superior. This result elucidated their potential to be used as smart fabrics to monitor human movements such as bending of fingers or knees. By using the proposed method, the smart fabric could immediately detect the bending and recover instantly. This fact permits precise monitoring of the time of bending as well as the degree of bending.

The integration of conductive nanoparticles, such as graphene nanoplatelets, into glass fiber composite materials creates an intrinsic electrical network susceptible to strain. Here, different methods to obtain strain sensors based on the addition of graphene nanoplatelets into the epoxy matrix or as a coating on glass fabrics are proposed.

Strain Sensing Basé sur Multiscale Composite Materials Renforcé avec graphène nanoplaquettes

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A typical anti-wetting superhydrophobic surface easily fails when exposed to a high-temperature liquid. Recently, Nepenthes-inspired slippery surfaces demonstrated a new way to solve the adhesion problem. A lubricant layer on the slippery surface can act as a barrier between the repelled materials and the surface structure. However, the slippery surfaces in previous studies rarely showed high-temperature resistance. Here, we describe a protocol for the preparation of slippery surfaces with high-temperature resistance. A photolithography-assisted method was used to fabricate pillar structures on stainless steel. By functionalizing the surface with saline, a slippery surface was prepared by adding silicone oil. The prepared slippery surface maintained the anti-wetting property for water, even when the surface was heated to 300 &#176;C. Also, the slippery surface exhibited great anti-adhesion effects on soft tissues at high temperatures. This type of slippery surface on stainless steel has applications in medical devices, mechanical equipment, etc.

Slippery surfaces provide a new way to solve the adhesion problem. This protocol describes how to fabricate slippery surfaces at high temperatures. The results demonstrate that the slippery surfaces showed anti-wetting for liquids and a remarkable anti-adhesion effect on soft tissues at high temperatures.

Comportement contre les adhérences préparation et haute température d’une Surface glissante sur acier inoxydable

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

Installation Method to Enhance Quality Control for Fiber Reinforced Polymer Spike Anchors

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they can delay or even prevent debonding failure. However, a major concern faced by designers is the premature failure of the anchors due to stress concentration. Poor installation quality and preparation of the clearance holes can result in stress concentration that provokes this premature failure. This paper deals with an installation method that aims to reduce the impact of the stress concentration and to provide a proper quality control of the preparation of the drill hole. The method involves three parts: the drilling and cleaning of the holes, the smoothing of the hole edges with a customized drill bit, and the installation of the anchor itself, including the impregnation of the anchor dowel and its insertion. Anchor fans (the free length of the spikes) are then bonded to the external FRP reinforcement. For the end anchorage, and in the case of reinforcements with multiple plies, it is recommended that the anchor fan be inserted between two plies to assist the stress-transfer mechanism. 
The proposed procedure is complemented with a design approach for spike anchors, based on an extensive database. It is proposed that the design follow a number of steps, namely: selection of the anchor diameter and subsequent tensile strength of the connector (that is to say, the anchor before fanning out the free end), evaluation of the reduction in the tensile strength due to bending, provision of enough embedment to prevent slippage failure, and consideration of the number and spacing of anchors for a given reinforcement. In this sense, it should be noted that further research is needed in order to obtain a general expression for the contribution of spike anchors to overall bond strength of FRP reinforcements.

This manuscript presents a method for controlling the quality of installation for spike anchors designed to delay delamination of externally bonded fiber reinforced polymers. The protocol includes the preparation of the drill hole and the insertion process. The most influential parameters on the efficiency of the anchors are discussed.

Méthode d’installation afin d’améliorer le contrôle de la qualité des fibre renforcé polymère piquets d’ancrage

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they ...

Applicability Analysis of Assessment Methods for Morphological Parameters of Corroded Steel Bars

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly dominate the safety and performance of an existing concrete structure. As a result, it is important to measure the geometry and amount of corrosion of a steel bar in a structure properly to assess the residual bearing capacity and service life of the structure. This paper introduces and compares five different methods for measuring the geometry and amount of corrosion of a steel bar. A single 500 mm long and 14 mm diameter steel bar is the specimen that is subjected to accelerated corrosion in this protocol. Its morphology and the amount of corrosion were carefully measured before and after using mass loss measurements, a Vernier caliper, drainage measurements, 3D scanning, and X-ray micro-computed tomography (XCT). The applicability and suitability of these different methods were then evaluated. The results show that the Vernier caliper is the best choice for measuring the morphology of a non-corroded bar, while 3D scanning is the most suitable for quantifying the morphology of a corroded bar.

This paper measures the geometry and the amount of corrosion of a steel bar using different methods: mass loss, calipers, drainage measurements, 3D scanning, and X-ray micro-computed tomography (XCT).

Analyse de l’applicabilité des méthodes d’évaluation des paramètres morphologiques des barres d’acier corrodé

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly ...

Expression of Cementitious Pore Solution and the Analysis of Its Chemical Composition and Resistivity Using X-ray Fluorescence

The goal of this method is to determine the chemical composition and electrical resistivity of cementitious pore solution expressed from a fresh paste sample. The pore solution is expressed from a fresh paste sample using a pressurized nitrogen gas system. The pore solution is then immediately transferred to a syringe to minimize evaporation and carbonation. After that, assembled testing containers are used for the X-ray fluorescence (XRF) measurement. These containers consist of two concentric plastic cylinders and a polypropylene film which seals one of the two open sides. The pore solution is added into the container immediately prior to the XRF measurement. The XRF is calibrated to detect the main ionic species in the pore solution, in particular, sodium (Na+), potassium (K+), calcium (Ca2+), and sulfide (S2-), to calculate sulfate (SO42-) using stoichiometry. The hydroxides (OH-) can be calculated from a charge balance. To calculate the electrical resistivity of the solution, the concentrations of the main ionic species and a model by Snyder et al. are used. The electrical resistivity of the pore solution can be used, along with the electrical resistivity of concrete, to determine the formation factor of concrete. XRF is a potential alternative to current methods to determine the composition of pore solution, which can provide benefits in terms of reduction in time and costs.

This protocol describes the procedure to express fresh pore solution from cementitious systems and the measurement of its ionic composition using X-ray fluorescence. The ionic composition can be used to calculate pore solution electrical resistivity, which can be used, together with concrete electrical resistivity, to determine the formation factor.

Expression de la Solution interstitielle cimentaire et l’analyse de sa Composition chimique et de la résistivité à l’aide de Fluorescence x

The goal of this method is to determine the chemical composition and electrical resistivity of cementitious pore solution expressed from a fresh paste ...

Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry application was found in the automotive industry in 2003 for the aluminum alloy that was used in the rear doors of automobiles. Friction stir spot welding is mostly used in Al alloys to create lap joints. The benefits of friction stir spot welding include a nearly 80% melting temperature that lowers the thermal deformation welds without splashing compared to resistance spot welding. Friction stir spot welding includes 3 steps: plunging, stirring, and retraction. In the present study, other materials including high strength steel are also used in the friction stir welding method to create joints. DP780, whose traditional welding process involves the use of resistance spot welding, is one of several high strength steel materials used in the automotive industry. In this paper, DP780 was used for friction stir spot welding, and its microstructure and microhardness were measured. The microstructure data showed that there was a fusion zone with fine grain and a heat effect zone with island martensite. The microhardness results indicated that the center zone exhibited a greater degree of hardness compared with the base metal. All data indicated that the friction stir spot welding used in dual phase steel 780 can create a good lap joint. In the future, friction stir spot welding can be used in high-strength steel welding applied in industrial manufacturing processes.

Here, we present a friction stir spot welding (FSSW) protocol on dual phase 780 steel. A tool pin with high-speed rotation generates heat from friction to soften the material, and then, the pin plunges into 2 sheet joints to create the lap joint.

Génération de joints de tour par le soudage de tache de friction sur l'acier dp780

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry ...

Artificial Thermal Ageing of Polyester Reinforced and Polyvinyl Chloride Coated Technical Fabric

Architectural fabric AF9032 has been subjected to artificial thermal ageing to determine changes of the material parameters of the fabric. The proposed method is based on the accelerated ageing approach proposed by Arrhenius. 300 mm x 50 mm samples were cut in the warp and fill directions and placed in a thermal chamber at 80 &#176;C for up to 12 weeks or at 90 &#176;C for up to 6 weeks. Then after one week of conditioning at ambient temperature, the samples were uniaxially tensioned at a constant strain rate. Experimentally, the parameters were determined for the non-linear elastic (linear piecewise) and viscoplastic (Bodner&#8211;Partom) models. Changes in these parameters were studied with respect to the ageing temperature and ageing period. In both cases, the linear approximation function was successfully applied using the simplified methodology of Arrhenius. A correlation was obtained for the fill direction between experimental results and the results from the Arrhenius approach. For the warp direction, the extrapolation results exhibited some differences. Increasing and decreasing tendencies have been observed at both temperatures. The Arrhenius law was confirmed by the experimental results only for the fill direction. The proposed method makes it possible to predict real fabric behavior during long term exploitation, which is a critical issue in the design process.

Here, we simulate accelerated thermal ageing of technical fabric and see how this ageing process influences the mechanical properties of the fabric.

Vieillissement thermique artificiel du polyester renforcé et du tissu technique enduit de chlorure de polyvinyle

Architectural fabric AF9032 has been subjected to artificial thermal ageing to determine changes of the material parameters of the fabric. The proposed ...

Advanced Self-Healing Asphalt Reinforced by Graphene Structures: An Atomistic Insight

Graphene can improve the self-healing properties of asphalt with high durability. However, the self-healing behaviors of graphene-modified asphalt nanocomposite and the role of incorporated graphene are still unclear at this stage. In this study, the self-healing properties of pure asphalt and graphene-modified asphalt are investigated through molecular dynamics simulations. Asphalt bulks with two crack widths and locations for graphene are introduced, and the molecular interactions among asphalt components and the graphene sheet are analyzed. The results show that the location of graphene significantly affects the self-healing behaviors of asphalt. Graphene near the crack surface can greatly accelerate the self-healing process by interacting with the aromatic molecules through &#960;-&#960; stacking, while graphene at the top area of the crack tip has a minor impact on the process. The self-healing process of asphalt goes through the reorientation of asphaltene, polar aromatic, and naphthene aromatic molecules, and the bridging of saturate molecules between crack surfaces. This in-depth understanding of the self-healing mechanism contributes to the knowledge of the enhancement for self-healing properties, which will help to develop durable asphalt pavements.

Graphene-modified asphalt nanocomposite has shown an advanced self-healing ability compared to pure asphalt. In this protocol, molecular dynamics simulations have been applied in order to understand the role of graphene in the self-healing process and to explore the self-healing mechanism of asphalt components from the atomistic level.