Gli autori riconoscono con gratitudine supporti finanziari da Nature Science Foundation della Cina nazionale (Grant No. 51578208), Hebei Provinciale Nature Science Foundation (Grant No. E2017202030 ed E2014202178) e chiave progetto della Università di scienza e tecnologia di ricerca della provincia di Hebei (Grant No. ZD2015028).

1. installazione di campo magnetico solenoide
Nota: Il campo magnetico è generato da un solenoide con una cavità. L'installazione è uno scheletro di solenoide polibutilene tereftalato (PBT) bordo arrotolato con 4-6 strati di smalto rame filo isolato e avvolto con uno strato isolante di plastica per la protezione (Figura 1). Dopo aver collegato la bobina DC, la corrente nella bobina crea un campo elettromagnetico uniforme all'interno della camera di solenoide con una direzione fissa e l'intensità di induzione magnetica costante. Utilizzare il campo magnetico per allineare le fibre d'acciaio nella malta fresca e preparare gli esemplari ASFRC. In questo studio, abbiamo preparato 150 × 150 × 550 mm Prisma esemplari usando un solenoide con una camera con dimensioni di 250 × 250 × 750 mm.
<ol><li>Correlare l'intensità di induzione magnetica per la corrente elettrica del solenoide.<ol>
<li>Collegare il solenoide a DC e applicare corrente da 0 a 10 A con una lunghezza di passo di 1 a. misurare e registrare l'intensità di induzione magnetica nella camera di solenoide utilizzando un misuratore di tesla.</li>
		<li>Tracciare la curva di intensità corrente di induzione magnetica (Figura 2), che verrà utilizzata nei passaggi successivi per determinare la corrente necessaria del solenoide. Nota: Seguire attentamente le procedure di sicurezza elettrica durante la connessione il solenoide alla fonte di alimentazione e in tutte le altre procedure di funzionamento pertinenti alla rete elettrica.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. lavorabilità della malta fresca
<ol><li>Preparare tre miscele di mortaio con acciaio fibra volume frazioni dello 0,8%, 1,2% e 2,0%, rispettivamente (tabella 1). Le tre miscele hanno la stessa composizione di matrice con un acqua per cementare alla sabbia rapporto di 0.42:1:2. Secondo il rapporto di miscelazione, peso 0,5 kg di cemento, 1,0 kg di sabbia e 0,21 kg d'acqua per i test di lavorabilità.</li>
	<li>Aggiungere acqua al miscelatore mortaio prima. Quindi aggiungere il cemento. Mescolare acqua e cemento per 30 s. Poi mescolare per altri 30 s e durante questo 30 s di miscelazione, aggiungere gradualmente la sabbia al mixer. Poi mescolare per altri 60 s.</li>
	<li>Prova la profondità d'abbassamento della miscela utilizzando un metro di profondità d'abbassamento seguendo lo standard cinese per metodo di test di performance sulla costruzione mortaio (JGJ/T70-2009)19.</li>
	<li>Ripetere i passaggi da 2.2 e 2.3, regolando il dosaggio del superplastificanti fino a quando la profondità d'abbassamento cade nella gamma 50-100 mm. Registrare il dosaggio di Superfluidificante che produce la lavorabilità desiderata e integrarla come parte della proporzione di miscela nella tabella 1. Anche testare la densità specifica della malta fresca dopo aver raggiunto la lavorabilità. Il dosaggio ottimizzato di un Superfluidificante policarbossilato dai test di cui sopra è 0,10% (rapporto massa di cemento), e la densità specifica della malta fresca è 2186 kg/m3.</li>
	<li>Testare la viscosità della malta fresca utilizzando un reometro rotazionale co-axial mortaio (Figura 3). Il reometro dispone di una vasca di acqua che può mantenere la temperatura del contenitore del campione a 20 ° C.<ol>
<li>Mettere 300 mL della malta fresca miscelato entro il precedente 5 min nel contenitore del campione.</li>
		<li>Iniziare la prova di viscosità. La sonda scende gradualmente nella malta fresca nel contenitore e il contenitore comincia a ruotare. Come la malta fresca si muove all'interno del contenitore rotante, si applica una forza di taglio sulla sonda. Nel processo, i record di reometro la sollecitazione di taglio e taglio votare e tracciata la curva di sollecitazione di taglio a taglio tasso. La pendenza della curva è la viscosità del mortaio20,21. In questa indagine, la viscosità della malta fresca dalle prove è 0,82 Pas.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. preparazione
<ol><li>Determinare l'intensità di induzione magnetica del campo magnetico e la corrente del solenoide.<ol>
<li>Utilizzando la viscosità del mortaio cemento determinato al punto 2.5.2, calcolare l'intensità di induzione magnetica del campo magnetico necessario per l'allineamento delle fibre d'acciaio in Malta di cemento utilizzando l'equazione (1):13 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56307/56307eq1v2.jpg">(1) dove B è intensità di induzione magnetica, η è la viscosità della malta fresca, lf è la lunghezza della fibra d'acciaio, m è la massa di una singola fibra d'acciaio, rf è il raggio di fibre d'acciaio, μ è la permeabilità delle fibre d'acciaio, μ0 è la permeabilità del vuoto, Δt è l'intervallo di tempo e α(t + Δt) è l'accelerazione angolare al successivo intervallo di tempo. Secondo la viscosità e i parametri della fibra d'acciaio utilizzati nei test, l'intensità di induzione magnetica necessaria è 9,83 mt.</li>
		<li>Determinare la corrente elettrica del solenoide necessari per creare una sufficiente intensità di induzione magnetica secondo Figura 2 o l'equazione (2):14 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56307/56307eq2v2.jpg">(2) dove I è la corrente richiesta, N è il numero di spire del solenoide e L è la lunghezza del solenoide. Utilizzando l'equazione (2), la corrente richiesta è 8.3 A, mentre dalla Figura 2 è circa 8.5 A.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparare gli esemplari ASFRC<ol>
<li>Usare un mixer di mortaio 15L per miscelare Malta fresca. Per ogni batch, mescolare 7,5 L di Malta secondo le proporzioni di miscela elencati nella tabella 1. Tabella 1 denota le miscele ASFRC come A-Vf, dove A indica che le fibre d'acciaio sono allineate e Vf indica la frazione di volume di fibra d'acciaio. Di conseguenza, le miscele di elementi sono indicate, per il confronto, come R-Vf, dove R indica che le fibre d'acciaio sono distribuite in modo casuale. Il mix di elementi non è elencato nella tabella 1 , ma ha le stesse proporzioni come ASFRC.</li>
		<li>Pesare le materie prime e mescolare la Malta di cemento rinforzato con fibra in acciaio seguendo le procedure di routine.</li>
		<li>Pour la malta fresca in uno stampo in plastica con chiaro dimensioni di 150 × 150 × 550 mm. Cast i campioni immediatamente dopo la miscelazione per evitare la perdita di lavorabilità. Ci vogliono circa 25 minuti per lanciare uno prisma ASFRC dal contatto tra cemento e acqua.</li>
		<li>Spostare lo stampo su un tavolo di compattazione e passare sul tavolo compattazione per 30 s. Add mortaio più come necessario per garantire che che lo stampo è completamente riempito.</li>
		<li>Mettere lo stampo nella camera del solenoide.</li>
		<li>Accendere il solenoide e compattazione tabella per 50 s. Nota: Per calcestruzzo ordinario il tempo ragionevole di compattazione è intorno 60-120 s. In questo test, si è tentato di controllare il tempo totale di compattazione all'interno di questa gamma. Compattazione più tempo può migliorare l'allineamento delle fibre d'acciaio; Tuttavia, essa può causare in compattazione e di conseguenza la segregazione (l'affondamento di fibre d'acciaio e aggregati grossi se ci sono). Meno tempo di compattazione può causare scarso allineamento delle fibre di acciaio e calcestruzzo non consolidata.</li>
		<li>Spegnere la tabella di compattazione.</li>
		<li>Spegnere il solenoide dopo la compattazione tabella ha fermato completamente.</li>
		<li>Delicatamente prendere la muffa dal solenoide e lisciare la superficie superiore del mortaio con un trowel. Evitare di disturbare le fibre d'acciaio vicino alla superficie superiore.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Per ogni miscela, preparare tre elettromagneticamente trattate (seguendo la procedura 3.2.2-3.2.9) e tre provini non elettromagneticamente trattate (dopo 3.2.2-3.2.4 passaggi e 3.2.9). Nella preparazione di campioni non-elettromagneticamente trattati, il tempo totale di compattazione era 80 s — lo stesso di quello nella preparazione dei campioni trattati elettromagneticamente.</li>
	<li>Lasciare i campioni interni ed in loro stampi per 24 h. Quindi sformatura e curare gli esemplari in una camera a nebbia, fino a quando non sono usati per prove meccaniche.</li>
</ol>4. tre punti prova di piegatura
<ol><li>Dopo 28 giorni, togliere i campioni dalla camera polimerizzazione e segnare le posizioni per il caricamento (A), supporti (B), mid-span deflessione (C) e LVDT punti (D) (Figura 4) di fissaggio.</li>
	<li>Posizionare il campione sul banco di prova piegamento del tre-punto (Figura 4) della macchina di prova MTS e fissare un LVDT per il mid-span utilizzando un supporto LVDT su ogni superficie laterale del provino (Figura 4).</li>
	<li>Collegare il LVDT un datalog. Quindi impostare la frequenza di acquisizione dei dati su PC di controllo del computer del test.</li>
	<li>Aumentare gradualmente l'esemplare di sollevare a che il fondo supporta in modo che la tomaia cella di macchina per il test di carico è molto vicino, ma non toccare, la superficie superiore del provino.</li>
	<li>Zero il caricamento iniziale, il mid-span deflessione (LVDT) e valori di spostamento (cella di carico).</li>
	<li>Avviare il test e applicare un carico di flessione di tre punti al provino con un controllo di spostamento ad una velocità di 0,2 mm/min Record la storia completa della deflessione carico e mezza campata dell'esemplare.</li>
	<li>Guarda il carico e la deformazione del provino. Dopo il valore di picco, quando lo spostamento è maggiore di 30 mm, interrompere la prova. Solitamente, il provino è rotto e il carico è inferiore a 1,0 kN.</li>
	<li>Ripetere i passaggi da 4.1-4.7 per testare tutti gli esemplari.</li>
</ol>5. analisi di orientamento della fibra acciaio
<ol><li>Contare il numero di fibre d'acciaio sulla sezione fratturata.<ol>
<li>Separare gli esemplari in due porzioni a sezione incrinata.</li>
		<li>Misurare e registrare l'orientamento delle fibre in acciaio sulla sezione trasversale fratturata dell'esemplare di Malta di cemento. L'orientamento è l'angolo tra una fibra di acciaio e l'asse del provino. Perché misurare manualmente gli orientamenti delle fibre d'acciaio è difficile e può produrre misurazioni imprecise, orientamenti possono essere classificati come uno dei sei gamme di angolo: 0 - 15 °, 15-30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 ° e 75-90 °. Registrare il numero di fibre d'acciaio in ogni gruppo e quindi calcolare il fattore di efficienza di orientamento della fibra media del campione usando l'equazione (3): <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56307/56307eq3v2.jpg">(3) dove ηθ è il fattore di efficienza media orientamento delle fibre d'acciaio, lf è la lunghezza di una singola fibra d'acciaio, n è il numero totale di fibre d'acciaio sulla sezione cracking e θio è il angolo tra una fibra di acciaio e la direzione del campo magnetico applicato al provino (nel calcolo, il valore medio dell'intervallo angolo è adottato per tutte le fibre in acciaio in ogni gruppo).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eseguire analisi di tomografia a raggi x computato.<ol>
<li>Tagliare un cubo di 75 mm da ciascun campione di mortaio.</li>
		<li>Eseguire la scansione a raggi x del cubo utilizzando un sistema di tomografia a raggi x computato. Collocare un campione sulla piattaforma di prova e avviare la scansione. Il campione ruota di 360 ° gradualmente e la macchina registra l'attenuazione dei raggi x causata da esemplare ad ogni passo di rotazione. Il sistema di tomografia computata genera una struttura tridimensionale digitale del cubo.</li>
		<li>Identificare le fibre d'acciaio nella struttura del cubo digitale di elaborazione binario bianco e nero. Quindi ottenere l'immagine digitale che descrive la distribuzione delle fibre d'acciaio.</li>
		<li>Determinare le coordinate di tutte le fibre in acciaio da analisi dell'immagine.</li>
		<li>Calcolare l'orientamento di ogni fibra di acciaio secondo le sue coordinate.</li>
		<li>Calcolare il fattore di efficienza di orientamento delle fibre utilizzando l'equazione (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. L., Kulasegaram, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reorientation+of+short+steel+fibres+during+the+flow+of+self-compacting+concrete+mix+and+determination+of+the+fiber+orientation+factor.">Reorientation of short steel fibres during the flow of self-compacting concrete mix and determination of the fiber orientation factor.</a> Cem. Concr. Res. 56 (1), 112-120 (2013).</li><li>Soroushian, P., Lee, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+and+orientation+of+fibers+in+steel+fiber+reinforced+concrete.">Distribution and orientation of fibers in steel fiber reinforced concrete.</a> ACI Mater. J. 87 (5), 433-439 (1990).</li><li>Sebaibi, N., Benzerzour, M., Abriak, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+the+distribution+and+orientation+of+fibres+in+a+reinforced+concrete+with+waste+fibers+and+powders.">Influence of the distribution and orientation of fibres in a reinforced concrete with waste fibers and powders.</a> Constr. Build. Mater. 65 (1), 254-263 (2014).</li><li>Lee, C., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orientation+factor+and+number+of+fibers+at+failure+plane+in+ring-type+steel+fiber+reinforced+concrete.">Orientation factor and number of fibers at failure plane in ring-type steel fiber reinforced concrete.</a> Cem. Concr. Res. 40 (5), 810-819 (2010).</li><li>Shen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+compaction+methods+on+fibre+orientation,+flexural+strength+and+toughness+of+steel+fiber+reinforced+concrete.">Effect of compaction methods on fibre orientation, flexural strength and toughness of steel fiber reinforced concrete.</a> J. of the Chinese Ceramic Society. 12 (1), 21-31 (1984).</li><li>Bayer, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+for+producing+a+prepreg+with+aligned+short+fibres.">Process for producing a prepreg with aligned short fibres.</a> US patent. , (1988).</li><li>Arman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Building+material,+especially+concrete+or+mortar,+contains+magnetically+or+electrically+aligned+parallel+fibers.">Building material, especially concrete or mortar, contains magnetically or electrically aligned parallel fibers.</a> US patent. , (1975).</li><li>Yamamoto, T., Gasawara, N., Ohashi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+construction+method+and+directional+dispersion+of+steel+fiber+reinforced+concrete.">The construction method and directional dispersion of steel fiber reinforced concrete.</a> Advances in Science and Technology of Water Resource. (4), 188-197 (1983).</li><li>Xu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+type+of+steel+fiber+reinforced+concrete.">A new type of steel fiber reinforced concrete.</a> Architecture Technology. 20 (4), 240-241 (1993).</li><li>Rotondo, P. L., Weiner, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aligned+steel+fibers+in+concrete+poles.">Aligned steel fibers in concrete poles.</a> Con. Int. 8 (12), 22-27 (1986).</li><li>Michels, J., Gams, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preliminary+study+on+the+influence+of+fibre+orientation+in+fibre+reinforced+mortars.">Preliminary study on the influence of fibre orientation in fibre reinforced mortars.</a> Gradevinar. 68 (8), 645-655 (2016).</li><li>Mu, R., Li, H., Qing, L., Lin, J., Zhao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aligning+steel+fibers+in+cement+mortar+using+electro-magnetic+field.">Aligning steel fibers in cement mortar using electro-magnetic field.</a> Constr. Build. Mater. 131 (1), 309-316 (2017).</li><li>Jones, D. 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> The theory of electromagnetism. , (1964).</li><li>Liu, J., Li, C., Liu, J., Cui, G., Yang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+on+3D+spatial+distribution+of+steel+fibers+in+fiber+reinforced+cementitious+composites+through+micro-CT+technique.">Study on 3D spatial distribution of steel fibers in fiber reinforced cementitious composites through micro-CT technique.</a> Constr. Build. 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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Il solenoide elettromagnetico sviluppato in questo studio ha una camera di misura 250 × 250 × 750 mm e non può contenere gli elementi strutturali di dimensioni complete. Anche se la dimensione della camera limita l'applicazione del programma di installazione, il concetto e protocollo proposta nel presente libro ispirerà l'ulteriore sviluppo di un setup di dimensioni complete per la produzione di elementi ASFRC, in particolare prefabbricati di elementi.
Conseguire un'adeguata viscosità del...

Incorporando le fibre d'acciaio nel calcestruzzo è un modo efficace per superare la debolezza intrinseca di fragilità e migliorare la resistenza alla trazione del calcestruzzo1. Durante i decenni passati, fibra d'acciaio cemento armato è stato studiato estesamente e ampiamente usato nel campo. Acciaio cemento armato è superiore al calcestruzzo in termini di resistenza fendentesi, resistenza alla trazione, resistenza alla frattura, energia di frattura, ecc.2 nelle fibre di cemento armato, acciaio di fibra d'acciaio sono casualmente dispersi, quindi uniformemente disperdendo l'efficienza di rinforzo delle fibre in ogni direzione. Tuttavia, in determinate condizioni di carico, solo alcune delle fibre d'acciaio nel calcestruzzo contribuiscono alle prestazioni degli elementi strutturali perché l'efficienza di rinforzo delle fibre richiede che essi siano allineati con il principio di sollecitazioni di trazione nella struttura. Per esempio, quando si utilizza cemento armato d'acciaio contenenti fibre d'acciaio distribuiti casualmente per preparare un fascio, alcune delle fibre d'acciaio, soprattutto quelli paralleli alla direzione di trazione principale, farà grande contributo alla non rafforzare l'efficienza, mentre quelli perpendicolare alla direzione dello sforzo di trazione principale farà alcun contributo a rafforzare l'efficienza. Di conseguenza, trovare un approccio per allineare le fibre d'acciaio con la regia della sollecitazione di trazione principale in calcestruzzo è necessario per raggiungere la massima efficienza di rinforza delle fibre d'acciaio.
Il fattore di efficienza di orientamento, definito come il rapporto tra la lunghezza proiettata lungo la direzione della trazione alla lunghezza effettiva delle fibre, viene solitamente utilizzato per indicare l'efficienza del rinforzo di fibre d'acciaio3,4 . Secondo questa definizione, il fattore di efficienza di orientamento delle fibre allineati con la direzione dello sforzo di trazione è 1.0; che delle fibre che sono perpendicolari alla trazione è 0. Inclinato di fibre hanno un fattore di efficienza di orientamento tra 0 e 1.0. I risultati analitici indicano che il fattore di efficienza di orientamento delle fibre in acciaio distribuiti casualmente nel calcestruzzo è 0,4054, mentre che da prove di cemento armato d'acciaio ordinario è nella gamma di 0,167 a 0.5005,6 . Evidentemente, se tutte le fibre in acciaio breve in calcestruzzo sono allineate e hanno lo stesso orientamento come la sollecitazione di trazione, le fibre in acciaio avrà la massima efficienza di rinforza e gli esemplari avrà il comportamento a trazione ottima.
Alcuni tentativi riusciti di preparare allineati in acciaio cemento armato sono stati condotti dal 1980. Nel 1984, Shen7 applicato un campo elettromagnetico per lo strato inferiore del rinforzo d'acciaio di fibra cementizia composito (elementi) travi durante il casting, e analisi di rilevazione dei raggi x ha rivelato che fibre d'acciaio erano ben allineate. Nel 1995, Bayer8 e Arman9 brevettato l'approccio per la preparazione di allineati in acciaio cemento armato usando un campo magnetico. Yamamoto et al. 10 considerato l'orientamento delle fibre d'acciaio in calcestruzzo per essere principalmente influenzata dai casting e ha tentato di ottenere sul cemento armato d'acciaio allineati mantenendo fresco calcestruzzo sfociano la cassaforma da una direzione costante. Xu11 tentò di allineare le fibre d'acciaio nel calcestruzzo proiettato spruzzando fibre d'acciaio da una direzione costante. Rotondo e Wiener12 cercarono di rendere pali in cemento con fibre di acciaio lunghe allineate da colata centrifuga. Questi studi sperimentali rivelano che sul cemento armato d'acciaio allineato ha vantaggi significativi rispetto sul cemento armato d'acciaio distribuiti casualmente.
Recentemente, Michels et al. 13 e Mu et al. 14 hanno sviluppato con successo un gruppo di compositi cementizi di allineati rinforzati con fibre d'acciaio (ASFRCs) utilizzando campi elettromagnetici. In questi studi, sono stati fatti vari elettromagneti per fornire un campo magnetico uniforme per l'allineamento delle fibre d'acciaio negli esemplari di mortaio di diverse dimensioni. Il solenoide è una cavità Cuboide, che può ospitare esemplari di dimensioni predefinite. Quando il solenoide è collegato alla corrente continua (DC), viene creato un campo magnetico uniforme in aula con un orientamento fisso, che si allinea con l'asse del solenoide. Secondo il principio dell'elettromagnetismo15, campi magnetici può guidare ferromagnetici fibre per ruotare e allineare nella malta fresca. Lavorabilità appropriato del mortaio è critica per permettendo fibre d'acciaio a ruotare nella malta fresca. Una viscosità elevata può causare difficoltà nell'allineamento delle fibre d'acciaio nel mortaio, mentre bassa viscosità può condurre alla segregazione delle fibre.
Questo articolo descrive i dettagli della preparazione degli esemplari ASFRC e verifica la proprietà di ASFRC ed elementi flessione. Si prevede che ASFRC ha una maggiore resistenza alla flessione e la costituzione di elementi. Così, ASFRC potenzialmente ha vantaggi rispetto elementi a sopportare sollecitazioni a trazione e resistenza al cracking se utilizzato come copertura in cemento, pavimentazione, ecc.
Usando gli esemplari fratturati dopo prove di flessione, l'orientamento delle fibre in acciaio negli esemplari è studiato osservando le sezioni trasversali fratturate e che utilizzano raggi x scansione computato tomografia analisi16,17 , 18. le proprietà meccaniche del ASFRCs, compresa la loro resistenza alla flessione e durezza, sono segnalate e confrontate con quelli di SFRCs non-elettromagneticamente trattate.

<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

Lo scopo di questo lavoro è di presentare un approccio, ispirato dal modo in cui un ago di bussola mantiene un orientamento coerente sotto l'azione del campo magnetico terrestre, per la produzione di un cementizio composito rinforzato con fibre di acciaio allineate. Allineati in acciaio fibra rinforzata cementizi compositi (ASFRC) sono stati preparati mediante l'applicazione di un campo elettromagnetico uniforme a Malta fresca contenente brevi fibre d'acciaio, per cui il breve fibre d'acciaio sono state cacciate per ruotare in allineamento con il campo magnetico. Il grado di allineamento delle fibre in acciaio temprato ASFRC è stato valutato sia di analisi a raggi x computato tomografia di conteggio fibre d'acciaio in sezioni trasversali fratturate. I risultati dei due metodi mostrano che l'acciaio fibre in ASFRC altamente sono stati stati allineati mentre le fibre d'acciaio in trattamento non magneticamente compositi sono stati distribuiti in modo casuale. Le fibre d'acciaio allineate avevano un'efficienza molto maggiore rinforzo e i compositi, pertanto, ha esibito la tenacità e resistenza alla flessione significativamente migliorata. Il ASFRC è superiore a elementi così che può sostenere una maggiore trazione e più efficacemente resistere alla fessurazione.

I punti di forza di flessione di ASFRCs e SFRCs determinata da prove di flessione di tre punti sono mostrati in Figura 5. I punti di forza di flessione di ASFRCs sono superiori a quelli di SFRCs per tutti i dosaggi di fibra. I punti di forza di flessione del ASFRCs erano 88%, 71% e 57% superiori a quelli di SFRCs presso le frazioni volumetriche di fibre di 0,8%, 1,2% e 2,0%, rispettivamente. Questi risultati implicano che la fibra d'acciaio allineata rafforza...

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

Questo protocollo descrive un metodo per la produzione di composito cementizia rinforzato in fibra di acciaio allineato applicando un campo elettromagnetico uniforme. Composito cementizia rinforzato in fibra di acciaio allineato esibisce Proprietà meccaniche superiori al cemento armato ordinario.

Preparazione di allineati fibra d'acciaio rinforzato cementizia composito e il relativo comportamento flessionale

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 Views.  Hebei University of Technology. Questo protocollo descrive un metodo per la produzione di composito cementizia rinforzato in fibra di acciaio allineato applicando un campo elettromagnetico uniforme. Composito cementizia rinforzato in fibra di acciaio allineato esibisce Proprietà meccaniche superiori al cemento armato ordinario.

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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.

Espansione meccanica dei tubi d&#39;acciaio come una soluzione per i pozzi che perde

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

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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.

Una piattaforma di prova per una durata Studi di polimeri e fibra-Reinforced Polymer Composites sotto Stimoli Concurrent Hygrothermo-meccanico

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 Sulla base multiscala materiali compositi rinforzati con grafene Nanoplatelets

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.

Comportamento di anti-adesione preparazione e ad alta temperatura di una superficie scivolosa su acciaio inossidabile

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.

Metodo di installazione per migliorare il controllo di qualità per fibra rinforzata polimero Spike ancore

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).

Analisi di applicabilità dei metodi di valutazione per i parametri morfologici di barre di acciaio corroso

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.

Espressione di soluzione cementizia poro e l'analisi della sua composizione chimica e la resistività mediante fluorescenza a raggi 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.

Generazione di giunti a giro tramite saldatura spot di attrito su ACCIAIO 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.

Invecchiamento termico artificiale del poliestere rinforzato e del tessuto tecnico rivestito di poligono in polivinile

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.