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

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’acier^3,4 . 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 0,500^5,6 . 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 analyse^{16,17 , 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.