Cementitious kompozit ve bükülme davranışının hazırlık hizalanmış çelik fiber takviyeli

Özet

Bu protokol Tekdüzen bir elektromanyetik alan uygulama tarafından hizalanmış çelik fiber takviyeli cementitious Kompozit üretimi için bir yaklaşım açıklar. Hizalanmış çelik fiber takviyeli cementitious kompozit sıradan lif takviyeli beton için üstün mekanik özellikler sergiler.

Özet

Bu çalışmanın amacı, bir pusula iğnesi tutarlı bir yönlendirme Dünya'nın manyetik alanı ile hizalanmış çelik elyaf takviyeli cementitious Kompozit üretimi için eylem altında tutar bu arada ilham bir yaklaşım, sunmaktır. Hizalanmış çelik fiber takviyeli cementitious kompozit (ASFRC) taze harç sayede kısa Çelik fiberler manyetik alan ile uyum içinde döndürmek için tahrik edildi kısa Çelik fiberler içeren tek tip bir elektromanyetik alan uygulayarak hazırlanmıştır. Sertleştirilmiş ASFRC çelik lifler hizalamasını derecesini çatlamış kesit çelik lifler sayma tarafından ve x-ışını bilgisayarlı tomografi Analizi tarafından değerlendirildi. İki yöntem sonuçlarından Çelik fiberler manyetik olarak sigara ve kompozitler tedavi ederken ASFRC lifler son derece uyumlu çelik dağıtıldı rastgele olduğunu göster. Bir daha yüksek fazla takviye verimlilik hizalanmış Çelik fiberler vardı ve kompozitler, bu nedenle, önemli ölçüde geliştirilmiş bükülme gücü ve tokluk sergiledi. ASFRC böylece büyük gerilmesi dayanabilir ve daha etkili bir şekilde çatlama karşı SFRC için üstün olmamasıdır.

Giriş

Çelik fiberler beton birleşmeyle kırılganlık doğal zayıflık üstesinden gelmek ve gerilme direnci beton¹artırmak için etkili bir yoldur. Son yıllarda, çelik fiber takviyeli beton yoğun olarak incelenmiş ve alanında yaygın olarak kullanılan. Çelik fiber takviyeli beton üstün çatlama direnç, çekme dayanımı, kırık tokluk, kırık enerji vb.açısından Beton çelik fiber takviyeli beton, çelik lifler² rastgele dağınık, böylece aynı şekilde her yöne liflerinin takviye verimlilik malzemeleri. Çünkü onlar çekme dayanımı gerilmeler ilkesi ile uyumlu hale getirilmesi liflerinin takviye verimlilik gerektirir ancak, belirli yükleme koşullar altında Beton Çelik fiberler yalnızca bazılarını yapı elemanlarının performans için katkıda yapısı. Örneğin, çelik fiber takviyeli beton rastgele dağıtılmış Çelik fiberler içeren bir ışın, bazı Çelik fiberler hazırlamak için kullanırken özellikle de asıl gerilmesi, yönünü paralel yapacak büyük katkı takviye verimlilik, süre asıl gerilmesi yönüne dik takviye verimlilik için hiçbir katkı sağlayacaktır. Sonuç olarak, asıl gerilmesi beton yönünü ile Çelik fiberler hizalamak için bir yaklaşım bulma Çelik fiberler en yüksek takviye verimlilik sağlamak gereklidir.

Öngörülen uzunluğu boyunca gerilmesi lifleri, gerçek uzunluğunu için yönünü oranı olarak tanımlanan yönlendirme verimlilik çarpanını genellikle Çelik fiberler^{3,4 takviye verimlilik belirtmek için kullanılır} . Bu tanımına göre 1.0 Yönlendirme verimlilik çarpanını liflerinin gerilmesi yönü ile uyumlu olduğunu; Bu gerilmesi için dik liflerinin 0'dır. Eğimli lifleri 0 ile 1.0 arasında bir yönlendirme verimlilik çarpanını var. Oryantasyon verimlilik çarpanını rastgele dağıtılmış çelik lifler beton 0.405⁴, ise sıradan çelik fiber takviyeli beton testleri bu 0.167-0.500^{5,6 aralıkta analitik sonuçları göster} . Belli ki, tüm kısa çelik lifler beton hizalanır ve gerilmesi olarak aynı yönlendirme varsa, Çelik fiberler-ecek-si olmak yüksek takviye verimlilik ve numuneler optimum gerilme davranış olacaktır.

1980'lerden beri hizalanmış çelik fiber takviyeli beton hazırlamak için bazı başarılı girişimler yapılmıştır. 1984, Shen⁷ bir elektromanyetik alan çelik fiber takviyeli cementitious kompozit (SFRC) kirişler alt katmana döküm sırasında uygulanan ve x-ışını algılama analiz Çelik fiberler de uyumlu ortaya koydu. 1995 yılında, Bayer⁸ ve Arman⁹ hizalanmış çelik fiber takviyeli beton bir manyetik alanını kullanarak hazırlamak için yaklaşım patentli. Yamamoto vd. ¹⁰ esas olarak döküm yaklaşım tarafından etkilenmiş ve taze beton kalıp sürekli bir yönden içine akan tutarak hizalanmış çelik fiber takviyeli beton elde etmek için çalıştı için beton Çelik fiberler yönünü kabul. Xu¹¹ sürekli bir yönden Çelik fiberler püskürtülerek Püskürtme Beton çelik lifler hizalamak için çalıştı. Rotondo ve Wiener¹² ile hizalanmış uzun çelik lifler beton Polonyalılar tarafından savurma döküm yapmak istedi. Bu deneysel çalışmalar ortaya hizalanmış çelik fiber takviyeli beton rastgele dağıtılmış çelik fiber takviyeli beton önemli avantajlar vardır.

Son zamanlarda, Michels vd. ¹³ ve Mu vd. ¹⁴ başarılı bir şekilde hizalanmış çelik fiber takviyeli cementitious ve kompozitler (ASFRCs) elektromanyetik alanlar kullanarak bir grup geliştirdik. Bu çalışmalarda çeşitli Solenoid Çelik fiberler harç örnekler farklı boyutlarda hizalamak için Tekdüzen bir manyetik alan sağlamak için yapılmıştır. Solenoid önceden tanımlanmış boyutları örnekleri kalabileceği bir oyuk küboid odası vardır. Solenoid doğrudan akım (DC) bağlandığınızda, tek tip bir manyetik alan solenoid ekseni ile hizalar sabit bir yönelim ile odasında oluşturulur. Elektromanyetik¹⁵ilkesine göre manyetik alanlar döndürmek ve taze harç hizalamak için ferromanyetik lifleri sürebilirim. Harç uygun işlenebilirlik taze harç döndürmek Çelik fiberler izin verdiği için önemlidir. Düşük viskozite lifleri ayrımı için neden olabilir iken yüksek viskozite havanda Çelik fiberler hizalamasını zorluk neden olabilir.

Bu kağıt ASFRC numunelerin hazırlanması ayrıntılarını açıklar ve ASFRC ve SFRC bükülme özelliklerini sınar. Bu ASFRC bir daha yüksek bükülme gücü ve tokluk SFRC daha vardır bekleniyor. Bu nedenle, ASFRC potansiyel olarak gerilmesi dayanıklı SFRC avantajları vardır ve eğer dirençli çatlama kullanılan kapak beton, kaldırım, vb

Kırık örnekler kullanarak bükülme testlerden sonra numune Çelik fiberler yönünü çatlamış kesit gözlemci tarafından incelenmiş ve tarama kullanarak x-ışını bilgisayarlı tomografi Analizi^{16,17 , 18}. ASFRCs bükülme güçleri ve tokluk, dahil olmak üzere, mekanik özelliklerini bildirdi ve bu elektromanyetik olarak sigara tedavi SFRCs ile karşılaştırıldığında.

Protokol

1. solenoid manyetik alan kurulumu

Not: Manyetik alan içi boş bir oda bir solenoid tarafından oluşturulur. 4-6 kat emaye bakır tel yalıtılmış ve koruma (Şekil 1) için bir plastik yalıtkan tabaka ile sarılmış kıvrılmış bir polybutylene terephthalate (PBT) Yönetim Kurulu solenoid iskelet kurulumudur. Bobin DC'ye bağlantı kurduktan sonra bobin mevcut sabit yön ve sabit manyetik indüksiyon yoğunluğu ile solenoid odası içinde tek tip bir elektromanyetik alan oluşturur. Çelik fiberler taze harç hizalayın ve ASFRC numuneler hazırlamak için manyetik alan kullanır. Bu çalışmada, bobini 250 × 250 × 750 mm ile bir oda boyutu kullanarak 150 × 150 × 550 mm prizma örnekleri hazırladık.

1. Manyetik indüksiyon yoğunluğu solenoid elektrik akımı için aralarındaki ilişkileri belirlemektir.
   1. Solenoid DC'ye bağlanmak ve 0 ile 10 A 1 A. ölçü ve kayıt manyetik indüksiyon yoğunluğu tesla metre kullanılarak solenoid odasında adım uzunluğu ile geçerli uygulanır.
   2. Sonraki adımda solenoid gerekli geçerli belirlemek için kullanılan (resim 2), manyetik indüksiyon yoğunluğu akım eğrisi çizmek.
      Not: Solenoid güç kaynağı ve tüm diğer operasyon yöntemleri elektrik için bağlanırken elektrik güvenliği yordamları dikkatlice takip edin.

2. taze harç işlenebilirlik

1. Üç hazırlamak harç karışımları ile çelik fiber birim kesirler %0,8, % 1,2 ve %2.0, sırasıyla (Tablo 1). Üç karışımları bir su 0.42:1:2 oranını kum çimento ile aynı matris kompozisyon var. Karışım oranı göre 0,5 kg çimento, kum, 1,0 kg ağırlığında ve 0,21 kg su işlenebilirlik için sınar.
2. Su için harç mikseri önce ekleyin. Sonra çimento ekleyin. Mix su ve çimento 30 s. Sonra karıştırmak için başka bir 30 s ve bu 30 sırasında s karıştırma, yavaş yavaş karıştırıcı için kum ekleyin. Başka bir 60 için mix s.
3. Harç (JGJ/T70-2009)¹⁹bina performans test yöntemi için Çin standart takip batan bir derinlik metre kullanılarak karışımı batan derinliği sınayın.
4. 2.2 ve 2.3, batan Derinlik 50-100 mm aralığı içine düşüyor kadar Süperakışkanlaştırıcı doz ayarlama adımları yineleyin. İstenen işlenebilirlik üretir Süperakışkanlaştırıcı doz kaydetmek ve Tablo 1' deki mix oranı parçası olarak ekleyin. İşlenebilirlik elde sonra da taze harç belirli yoğunluğu sınayın. Yukarıda belirtilen testlerden polycarboxylate Süperakışkanlaştırıcı en iyi duruma getirilmiş doz %0.10 (Çimento için kütle oranı) ve taze harç belirli yoğunluğu 2186 kg/m³.
5. Bir koaksiyel dönme harç rheometer (Şekil 3) kullanarak taze harç viskozite sınayın. Rheometer sıcaklığı 20 ° C'de örnek kapsayıcısının koruyabilirsiniz bir su banyosu vardır
   1. 300 mL taze harç önceki 5 dk içinde karışık örnek konteyner içine koymak.
   2. Viskozite test başlar. Sonda kapsayıcısında taze harç içine yavaş yavaş düşer ve konteyner döndürmek başlar. Taze harç dönen kapsayıcı içinde hareket ederken, sonda üzerinde kesme kuvveti uygular. Süreç içinde rheometer kayıtları kesme stres ve kayma oranı ve kesme hızı yamultmak için stres eğrisi çizer. Eğrinin eğimini harç^20,21viskozite var. Bu araştırmada, testlerden taze harç viskozite 0,82 Pas var.

3. numune hazırlama

1. Manyetik alan manyetik indüksiyon yoğunluğunu ve solenoid geçerli belirler.
   1. Adım 2.5.2, belirlenen çimento harç viskozite kullanarak hesaplama denklemi (1) kullanarak çimento harç çelik lifler hizalamak için gerekli manyetik alan manyetik indüksiyon yoğunluğu:¹³
      (1)
      B manyetik indüksiyon yoğunluğu, nerede η taze harç viskozite l_f çelik lif uzunluğudur, m bireysel bir çelik elyaf kütlesinin, Çelik fiberler, μ yarıçapı r_f Çelik fiberler geçirgenliği, μ₀ ' dır vakum geçirgenliği, Δt olduğu zaman aralığı ise α(t + Δt) Açısal ivme sonraki zaman aralığında. Viskozite ve testlerde kullanılan çelik fiber parametreleri göre gerekli manyetik indüksiyon yoğunluğu 9.83 olduğunu mT.
   2. Şekil 2 veya Denklem (2) göre yeterli bir manyetik indüksiyon yoğunluğu oluşturmak için gereken solenoid elektrik akımı belirlemek:¹⁴
      (2)
      Burada gerekli geçerli olduğunu , N bobinli döner sayısıdır ve L solenoid uzunluğudur.
      Denklem (2) kullanarak, gerekli geçerli Şekil 2 ' den yaklaşık 8.5 A. olmakla 8.3 A, olduğunu
2. ASFRC numune hazırlama
   1. Taze harç karıştırmak için bir 15 L harç mikseri kullanın. Her toplu işlem için Tablo 1' de listelenen mix oranlara göre harç 7.5 L karıştırın. Tablo 1 ASFRC karışımları burada A Çelik fiberler hizalanır ve V_f çelik fiber birim kesir gösterir gösterir A-V_f, ifade eder. Buna göre SFRC karışımları, karşılaştırma için burada R Çelik fiberler rasgele dağıtıldığını gösterir R-V_f, belirtilir. SFRC karışımları Tablo 1 ' de listelenen değil ama ASFRC olarak aynı boyutlara sahip.
   2. Hammadde tartmak ve rutin prosedürleri takip çelik elyaf takviyeli çimento harç karışımı.
   3. Pour net ölçü, 150 × 150 × 550 mm. ile plastik kalıp içine taze harç numuneler derhal işlenebilirlik kaybetmemek için karıştırma sonra döküm. İlgili kişiden, çimento ve su arasında bir ASFRC prizma döküm için yaklaşık 25 dakika sürer.
   4. Kalıp sıkıştırma bir tablo üzerine taşıyın ve sıkıştırma masaya 30 s. eklemek için kalıp tamamen olduğunu dolu emin olmak için gerektiği gibi daha fazla harç geçin.
   5. Kalıp solenoid odanın içine koymak.
   6. Solenoid ve sıkıştırma tablo 50 için geçiş s.
      Not: sıradan beton için makul sıkıştırma süre civarındadır 60-120 s. Bu denemede, bu Aralık içindeki toplam sıkıştırma zamanı kontrol denemesi yapılır. Artık bu sıkıştırma zaman Çelik fiberler hizalamasını artırabilir; Ancak, sıkıştırma ve (varsa Çelik fiberler ve kaba agrega batan) ayrımı üzerinde sonuç olarak neden olabilir. Daha az sıkıştırma zaman zavallı hizalama dalgalarca beton ve çelik fiber neden olabilir.
   7. Sıkıştırma masadan geçin.
   8. Sıkıştırma tablo tamamen durduktan sonra solenoid geçin.
   9. Yavaşça solenoid kalıptan çıkarmak ve bir mala ile harç üst yüzeyi pürüzsüz. Çelik fiberler üst yüzeye yakın rahatsız edici kaçının.
3. Her karıştırmak için üç elektromanyetik olarak işlenmiş örnekler (aşağıdaki adımları 3.2.2-3.2.9) ve üç elektromanyetik olarak sigara işlenmiş örnekler (aşağıdaki adımları 3.2.2-3.2.4 ve 3.2.9) hazırlayın. Elektromanyetik olarak sigara tedavi numunelerin hazırlanmasında, toplam sıkıştırma kez 80 oldu s — ki elektromanyetik olarak tedavi numunelerin hazırlanmasında aynı.
4. Numuneler kapalı ve 24 saat için onların kalıplar bırakıyorum. Daha sonra demold ve mekanik testler için kullanıldıkları kadar örnek bir sis odada tedavi.

4. üç nokta bükme testi

1. 28 gün sonra numune kür odadan çıkar ve pozisyonlar (A), (B) destekler, orta açıklıklı saptırma (C) ve LVDT puan (D) (Şekil 4) tespit yükleme için işaretlemek.
2. Örnek üç nokta bükme testi teçhizat (Şekil 4) MTS test makinesi yerleştirin ve bir LVDT LVDT sahibi her numune (Şekil 4) yan yüzeyine kullanarak orta açıklıklı için düzeltmek.
3. LVDT datalog için bağlayın. Sonra kontrol ve test makinesini PC veri toplama sıklığını belirleme.
4. Yavaş yavaş örnek böylece yükleme test makinesini hücrenin üst çok kapatmak için alt destekler yükselterek ama değil dokunmadan, numune üst yüzeyi yükseltmek.
5. İlk yük, orta açıklıklı saptırma (LVDT) ve deplasman (yük hücresi) değerleri sıfır.
6. Sınamayı başlatmak ve 0.2 mm/dak kayıt örnek yükleme ve orta açıklıklı saptırma tam tarihinin hızında bir deplasman kontrolü ile örnek bir üç nokta bükme yük uygulamak.
7. Seyretmek belgili tanımlık yük ve deformasyon örnek. Yerinden 30 mm daha büyük olduğunda, en yüksek değerden sonra sınamayı durdurmak. Genellikle, numune çatlamış ve yükü daha az 1.0 kN.
8. Tüm örnekleri test etmek için 4.1-4.7 adımları yineleyin.

5. Çelik Fiber yönelim Analizi

1. Çelik fiberler çatlak bölümünde saymak.
   1. İki porsiyon vasıl belgili tanımlık kırık parça içine numuneler ayırın.
   2. Ölçmek ve çimento harç numune çatlamış kesit üzerinde Çelik fiberler yönünü kaydetmek. Yönlendirmeyi çelik lif ve örnek eksen arasındaki açıdır. Çünkü el ile Çelik fiberler yönelimleri ölçmek zordur ve hatalı ölçümler üretebilir, yönelimleri altı açısı aralıkları biri olarak kategorize edilebilir: 0 - 15 °, 15-30 °, 30-45 °, 45-60 °, 60-75 ° ve 75-90 °. Çelik fiberler her grupta kaydedin ve sonra ortalama lif yönlendirme verimlilik çarpanını Denklem (3) kullanarak örnek hesaplamak:
      (3)
      nerede η_θ ortalama yönlendirme verimlilik çarpanını çelik lifler, l_f , bireysel bir çelik fiber uzunluğu, n kırık bölümünde Çelik fiberler, toplam sayısıdır ise _ben θ bir çelik lif ve numune için uygulanan manyetik alanın yönünü arasındaki açı (hesaplamada, açı aralığının orta değeri her gruptaki tüm Çelik fiberler için kabul edilen).
2. X-ışını bilgisayarlı tomografi çözümlemesi gerçekleştirin.
   1. Bir 75 mm küp her harç örneği kesti.
   2. X-ışını bir x-ışını bilgisayarlı tomografi sistemi kullanarak küp tarama gerçekleştirin. Bir örnek test platformu üzerinde yerleştirin ve taramaya başlamak. Makine zayıflama dönen her adımda numune neden röntgen kaydeder ve numune 360 ° yavaş yavaş döner. Bilgisayarlı tomografi sistemi bir üç boyutlu dijital küp yapısını oluşturur.
   3. Çelik fiberler dijital küp yapısı içinde siyah ve beyaz ikili işlem tarafından tanımlayın. Sonra Çelik fiberler dağıtım açıklayan dijital görüntü elde edilir.
   4. Tüm Çelik fiberler koordinatlarını görüntü analizi tarafından belirler.
   5. Her çelik fiber koordinatlarına göre yönünü hesaplayabilirsiniz.
   6. Oryantasyon verimlilik çarpanını liflerinin Denklem (3) kullanarak hesaplar.

Sonuçlar

ASFRCs ve SFRCs üç sayılık bükme testlerden belirlenen bükülme güçlü Şekil 5' te gösterilmektedir. ASFRCs bükülme gücü tüm lif dozlarda için bu SFRCs daha yüksektir. ASFRCs bükülme gücü % 88, %71 ve % 57 daha yüksek bu SFRCs daha % 0.8, % 1,2 ve %2.0, fiber birim kesirler sırasıyla idi. Bu sonuçlar hizalanmış çelik fiber cementitious matris rastgele dağıtılmış Çelik fiberler daha etkili bir şekilde pekiştiriyor ima.

<...

Tartışmalar

Bu çalışmada geliştirilen elektromanyetik bobinli 250 × 250 × 750 mm ölçme bir odası vardır ve tam boy yapısal öğeleri taşıyamaz. Kur, kavram uygulama odası boyutunu sınırlar ve bu raporda önerilen protokol ASFRC parçalarının üretimi için tam boy Kur daha da geliştirilmesi ilham kaynağı olacak olsa da, özellikle öğeleri Prefabrik konstrüksiyon.

Çelik fiberler hizalamasını taze harç viskoz direnci aşmak gerekir bir manyetik kuvvet tarafından tahrik edilmekte...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cement	Tangshan Jidong Cement Co., Ltd.	P×O 42.5	Oridnary Portland Cement
Sand		River sand	Fineness modulus is 2.4
Superplasticizer	Subote New Materials Co., Ltd.	PCA-III	Polycarboxylated type, water reducing ratio is 35%
Steel fiber	Tianjin Hengfeng Xuxiang New Metal Materials Co., Ltd.	Round straight	Diameter 0.5mm, length 25mm