Stáltrefjastyrkt steypa (SFRC) fyrir gangnaklæðningu
Útdráttarhegðun trefja er rannsökuð með tilraunum með hliðsjón af þáttum eins og lögun trefja, stærð og hallahorni. Ennfremur kynna eftirfarandi kaflar tilraunirnar og samsvarandi tölulegar líkön sem settar voru fram til að lýsa stáltrefjasteypufóðrinu að fullu.
2. Stáltrefjasteypa undir staðbundnu álagi
Eins og getið er um í inngangi eru fóðurhlutar háðir mjög samþjöppuðu álagi (þ.e. staðbundið álag) á meðan á byggingu og lokastigum stendur. Sprunguspennan sem myndast er oft afgerandi þáttur í hönnuninni og verður að standast hana með viðeigandi styrkingu. Notkun á stáltrefjastyrktri steinsteypu getur aukið burðargetu og haft jákvæð áhrif á brotahegðun við slíkar þéttar hleðsluaðstæður. Til þess að átta sig á bestu notkun stáltrefjasteypu, sérstaklega í fóðurhlutum, var gerð kerfisbundin tilrauna- og töluleg rannsókn á burðar- og brothegðun stáltrefjasteypu við hlutasvæðishleðslu.
(1) Tilraunarannsóknir á SFRC undir staðbundnu álagi
Til þess að einkenna burðar- og brothegðun SFRC við staðbundið svæðisbundið álag var gerð tilraun í fullri stærð sem innihélt ekki trefjatengda og trefjatengda mismunandi breytur. Ótrefjatengdar breytur eru meðal annars styrkur steypu, stærð sýnis, flatarmálshlutfall og sérvitringur álags. Ennfremur er tekið tillit til staðbundins yfirborðsálags sem er dreift í stað (þ.e. punktálag) og flatarmáls (þ.e. ræmaálag) að teknu tilliti til tveggja viðeigandi samþjappaðs álagsaðstæðna sem eiga sér stað í ummáls- og lengdarsamskeytum fóðurhluta. Trefjatengdir þættir eru trefjaeiginleikar (td styrkur, stærð, rúmfræði og stærðarhlutfall), trefjainnihald og stefnu og samsetningar mismunandi trefjategunda (þ.e. trefjablöndur).
Hönnun steypugrunnblöndunnar sem rannsökuð er er sú sama og almennt er notuð í fóðurhluta.
Með því að taka 150 mm x 150 mm x 300 mm sýni sem dæmi er sýnt fram á prófunarbúnaðinn fyrir hleðslu á staðnum.
Áhrif ýmissa þátta á burðar- og brothegðun voru könnuð með því að greina loka staðbundið þrýstiálag (þ.e. fullkomið burðarþol), spennu-tilfærsluviðbragð og bilunar- og sprungueiginleika. Næst eru nokkrar helstu niðurstöður og helstu niðurstöður kynntar.
(2) Flatarmálshlutfall og magn trefjaviðbótar
Undir áhrifum staðbundins álags í sammiðja rými, flatarmálshlutfallið (= /=2.25, 4, 9 og 16) og trefjaviðbót (60 kg/m3 krókenda stáltrefjar) hafa mismunandi áhrif á staðbundið þrýstiálag og lengdartengsl hástyrkrar steypu (=84,5 MPa). Áhrif tilfærsluviðbragða. Athugið að í eftirfarandi rannsóknum er staðbundið þrýstiálag skilgreint sem álag sem er notað deilt með álagssvæði.
Það má sjá á streitu-tilfærsluferlinum að með því að bæta við stáltrefjum getur það aukið endanlegt staðbundið þrýstiálag steypu verulega (allt að 47%). Í samanburði við venjulega steinsteypu má sjá að áhrif stáltrefja á burðarþol eru meiri við hærri flatarmálshlutföll.
Eins og búist var við eykst fullkomið staðbundið þrýstiálag sléttsteypu og stáltrefjasteypu einnig verulega með auknu flatarmáli, sem stafar af lokunaráhrifum steypu í kring. Þegar um er að ræða staðbundið álag í rýminu er hægt að ákvarða hlutfallslegt samband milli fullkomins staðbundins þrýstiálags og kvaðratrótar flatarhlutfallsins greinilega. Þar sem aðhaldsáhrifin eru ófullnægjandi þegar um er að ræða hleðslu flugvéla á staðbundnu svæði, er aukningin á endanlegu staðbundnu þrýstiálagi tiltölulega lítil. Í þessu tilviki kemur í ljós að það er í réttu hlutfalli við teningsrót svæðishlutfallsins. Þessar fylgnir gefa grunn til að reikna út staðbundin álag sem hástyrkt SFRC þolir.
Stuttu eftir að hámarksálagi var náð sýndi streitu-tilfærsluferill PC verulega lækkun, sem gefur til kynna að sýnishornið hafi skyndilega skemmst við prófunina. Aftur á móti sýnir SFRC þann eiginleika að minnka streitu smám saman með aukinni tilfærslu, sem samsvarar sveigjanlegri bilunarhegðun. Þegar um er að ræða flata dreifingu álags að hluta, eru þessi áhrif minna augljós vegna þess að þau eru ekki að fullu bundin.
Dæmigert beinbrotamáti á sterkum PC og SFRC sýnum, með samsvarandi streitu-tilfærsluferlum sem passa. Á heildina litið sást engin sýnileg sprunga eða sprunga fyrir PC og SFRC fyrr en nálægt endanlegu álagi. Skömmu síðar biluðu öll PC eintök við meira og minna sundurlausar aðstæður, sérstaklega þegar um er að ræða hástyrkta steinsteypu, með mikilli lækkun á álags-tilfærsluferli. Fyrir stór flatarmálshlutföll myndaðist ein meiriháttar klofningssprunga í gegnum prófunina og fór í gegnum hliðarflötinn til botns, en við lítil svæðishlutföll hrundi PC sýnishornið alveg saman. Aftur á móti héldu öll SFRC sýni heilleika sínum þar til prófinu lauk og sýndu mörg sprungumynstur. Undir stóru svæðishlutfalli komu sprungur ásamt lítilli steypuspilun aðallega fram í efri hluta SFRC sýnisins. Eftir því sem flatarmálið minnkar hafa sprungur og sprungur tilhneigingu til að myndast meira og meira í neðri helmingnum líka.
(3) Trefjagerð og blanda
Af rannsókn á útdráttarhegðun stáltrefja má álykta að eiginleikar trefjanna hafi einnig veruleg áhrif á burðar- og brothegðun SFRC við staðbundið hleðslu. Endanleg staðbundin þrýstispenna hástyrks SFRC framleidd með mismunandi gerðum af stáltrefjum með trefjainnihaldi 60 kg/m3 (rýmisálagsdreifing, δ=9) er sýnd. Í samanburði við PC er aukið hlutfall staðbundins þjöppunarálags á bilinu 28% til 51%. Eins og við var að búast virtust hástyrkir krókenda stórir trefjar (Lh60) vera áhrifaríkustu til að auka endanlegt burðarþol. Hins vegar kom í ljós að SFRC sem var búið til með því að nota hástyrktar stórar trefjar jók aðeins endanlega burðargetu um 15% samanborið við SFRC sem er búið til með eðlilegum sterkum stórum trefjum (L60), þó að niðurstöður úr Útdráttarpróf sýndi að endanlegt burðarþol hástyrktar trefja. Útdráttarálag er næstum tvöfalt meira en venjulega styrktar trefjar.
For SFRC prepared using fiber blends, positive synergistic effects can be observed for certain combinations of fiber types. In high-strength concrete, however, this effect is only evident at relatively high fiber contents (>80-100 kg/m3). Rannsóknir á mismunandi trefjablöndur sýndu að samsetning krókenda örtrefja og beinna trefja reyndist hagstæðast við slíkar hleðsluaðstæður. Þó endanlegt staðbundið þrýstiálag tveggja trefjablandna sem borið er saman sé nánast það sama, má sjá að SFRC með 50% stórum trefjum og 50% örtrefjum (SFRC L60+S60) hefur sveigjanlegri hegðun á stigi eftir sprungu (samanborið við SFRC L40+M40+S40). Vegna styrkingaráhrifa trefjablöndunnar eru jákvæð áhrif hennar á burðarþol og brotahegðun sérstaklega áberandi fyrir staðbundið sérvitringshleðslu.
(4) Trefjastefna
Það er vel þekkt að trefjar sem eru lagðar eftir togspennustefnu hafa bestu sprungubrúunargetu. Þegar um er að ræða hleðslu á staðnum takmarkar sprunguspennan hornrétt á hleðslustefnu venjulega þolanlega staðbundna þrýstiálag og ræður ríkjum í bilunarhamnum. Þess vegna má búast við að stefna trefja hafi veruleg áhrif á burðar- og brothegðun SFRC við staðbundið álag. Til að kanna þessi áhrif var stefnu trefja stjórnað með því að framleiða sýni í lóðréttri og láréttri mótun og staðbundin hleðslupróf voru gerðar á SFRC.
Hlutfall stáltrefja (60 kg/m3 krókaenda stórar trefjar) í þremur staðbundnum áttum (x, y, z) miðað við hleðslustefnu var mælt með rafsegulbúnaði og SFRC sýnin útbúin með lóðréttum og láréttum mótum voru bornar saman. (150 mm x 150 mm x 300 mm). Í lárétta moldsýninu voru um það bil 46% trefjanna stillt í hleðslustefnu. Þess vegna, samanborið við standandi sýni, eru færri trefjar stillt eftir tveimur áttum hornrétt á hleðslustefnu, sem samsvarar helstu togspennustefnu staðbundinnar álagsdreifingar. Niðurstöðurnar sýna að endanlegt staðbundið þrýstiálagsgildi sýnisins sem búið er til í láréttu mótinu er verulega lækkað (allt að 23%). Ennfremur, eftir að fullkomnu staðbundnu þjöppunarálagi er náð, einkennist streitu-tilfærsluferillinn af mikilli lækkun á streitu, sem sýnir minna sveigjanlega bilunarhegðun. Þessi áhrif komu einnig fram í tilraunatilfelli um óháð flatarmálshlutföll.
Þegar um er að ræða hleðslu á staðnum eru áhrifin á ríkjandi stefnu trefjanna eftir steypustefnu (lóðrétt/lárétt mótun) mikilvægari, þar sem í þessu tilviki verka helstu togspennur fyrst og fremst í þverstefnu (hornrétt á hleðslustefnu).
• Trefjastærð:
Á einstökum trefja- og fylkisstigum er útdráttarhegðun einstakra trefja stjórnað af viðmótsskilyrðum, lögun trefja og hallahorni trefja miðað við sprunguna. Þróað var hálfgreint líkan sem spáir fyrir um útdráttarkraft-tilfærslu samband eins trefja, sem fer eftir staðsetningu þyngdarmiðju trefja og hallahorni miðað við sprunguplanið. Líkanið er fær um að fanga helstu kerfi sem virkjast við útdráttarferli eins stáltrefjar sem er fellt inn í steypufylki (rétting krókaenda, steypulos og trefjabrot), að teknu tilliti til mismunandi stillinga á trefjagerð og styrkleika, steypustyrkur, hallahorn trefja og lengd innfellingar.
• Sprungustærð:
Á stigi sprungusprungna í trefjastyrktu steypusamsetningunni eru trefjar sem fara í gegnum sprungurnar virkjaðar og veita afgangsstyrk eftir sprungu sem er háð trefjainnihaldi og trefjastefnu. Í fjölþrepa SFRC líkaninu er svörun eftir sprungu náluð með teygju-aðskilnaðaraðferð sem gerir grein fyrir leiðum trefja anisotropy með því að samþætta útdráttarkraft-tilfærslu tengsl allra einstakra trefja sem fara í gegnum sprunguna.
• Byggingarmál:
Á byggingarkvarða er hegðun eftir rof tekin með stakri sprungulíkani sem byggir á þéttum tengiþáttum. Viðmótsþættir eru settir inn á milli venjulegra endanlegra þátta (rúmmálsþátta), sem gera kleift að kortleggja brotin stakur og veita beinlínis upplýsingar um sprungubreidd. Hegðun viðmótsþáttanna er stjórnað af reglum um teygjuaðskilnað sem fengnar eru úr fjölþrepa SFRC líkönum á sprungukvarða. Til að gera grein fyrir tilvist stálstanga var einnig þróuð möskvaóháð snertibundin framsetning stakra stálstanga. Stálstangirnar eru gerðar eins og truss þættir og tengdir við steypu fylkið með þvingunum sem staðsettar eru á milli stjórnpunkta á stálstönginni og útvarpspunkta þeirra í innbyggðu rúmmálsþáttunum. Binding-slip vélbúnaðurinn er veittur í þvingunum, og teygjanlegt-plast v.Mises ávöxtunaryfirborð og línuleg herðing stálsins eru tekin til greina.
