Preparação de fibras de aço alinhada reforçado cimento compósito e seu comportamento à flexão

Incorporação de fibras de aço no concreto é uma maneira eficaz para superar a fraqueza inerente da fragilidade e melhorar a resistência à tração do concreto¹. Durante as últimas décadas, concreto reforçado com fibras de aço tem sido extensivamente investigado e amplamente utilizado no campo. Concreto reforçado com fibras de aço é superior ao concreto em termos de resistência de rachamento, resistência à tração, tenacidade à fratura, fratura de energia, etc.² nas fibras de concreto armado, aço fibra de aço são aleatoriamente dispersos, desse modo dispersar uniformemente a eficiência de reforço das fibras em todas as direções. No entanto, em determinadas condições de carregamento, apenas algumas das fibras de aço no concreto contribuem para o desempenho dos elementos estruturais porque a eficiência de reforço das fibras requer que eles ser alinhado com o princípio salienta elástica na estrutura. Por exemplo, quando usando concreto reforçado com fibras de aço contendo fibras de aço distribuídas aleatoriamente para preparar um feixe, algumas das fibras de aço, especialmente aqueles paralela à direção da principal tensão elástica, fará uma contribuição importante para Não reforçar a eficiência, enquanto aqueles perpendicular à direção da tensão tração principal fará nenhuma contribuição para o reforço da eficiência. Consequentemente, encontrar uma abordagem para alinhar as fibras de aço com a direção do principal stress elástico em concreto é necessário para atingir a máxima eficiência de reforço das fibras de aço.

O fator de eficiência de orientação, definido como a razão entre o comprimento projetado ao longo da direção do stress elástico para o comprimento real de fibras, geralmente é usado para indicar a eficiência do reforço de fibras de aço^3,4 . De acordo com esta definição, o fator de eficiência de orientação das fibras alinhadas com a direção do stress tênsil é 1.0; das fibras que são perpendiculares ao stress tênsil é 0. Inclinado de fibras têm um fator de eficiência de orientação entre 0 e 1,0. Os resultados analíticos mostram que o fator de eficiência de orientação das fibras de aço distribuídos aleatoriamente em concreto é 0.405⁴, enquanto que a partir de ensaios de concreto reforçado com fibras de aço ordinário é na faixa de 0.167 de 0,500^5,6 . Evidentemente, se todas as fibras curtas de aço no concreto são alinhadas e tem a mesma orientação como o estresse de tração, as fibras de aço terá a mais alta eficiência de reforço e os espécimes terá o comportamento elástico ideal.

Algumas tentativas bem sucedidas para preparar o concreto reforçado com fibras de aço alinhados têm sido realizadas desde a década de 1980. Em 1984, Shen⁷ aplicado a um campo eletromagnético para a camada inferior de vigas de cimento compósito (ALÇAPÃO) fibra de aço reforçada durante a fundição, e análise de detecção de raio-x revelou que as fibras de aço foram bem alinhadas. Em 1995, Bayer⁸ e Arman⁹ patenteou a abordagem para a preparação de concreto reforçado com fibras de aço alinhadas usando um campo magnético. Yamamoto et al . ¹⁰ considera-se a orientação das fibras de aço em concreto para ser principalmente influenciado pela abordagem fundição e tentou obter concreto reforçado com fibras de aço alinhado ao manter fluindo concreto fresco para a cofragem de uma direção constante. Xu¹¹ tentativa de alinhar as fibras de aço em concreto projetado por pulverização de fibras de aço de uma direção constante. Rotondo e Wiener¹² procuraram fazer postes de concretos com fibras de aço longo alinhadas por fundição centrífuga. Estes estudos experimentais revelam que o concreto reforçado com fibras de aço alinhado tem vantagens significativas sobre concreto reforçado com fibras de aço distribuídos aleatoriamente.

Recentemente, Michels et al ¹³ e Mu et al ¹⁴ tem desenvolvido com sucesso um grupo de compósitos cimentícios alinhados fibra de aço reforçado (ASFRCs) usando campos electromagnéticos. Nestes estudos, vários solenoides foram feitas para fornecer um campo magnético uniforme para o alinhamento de fibras de aço em amostras de argamassa de tamanhos diferentes. O solenoide tem uma câmara cuboide oca, que pode acomodar amostras de tamanhos predefinidos. Quando o solenoide é ligado a corrente contínua (DC), um campo magnético uniforme é criado na câmara com uma orientação fixa, que se alinha com o eixo do solenoide. De acordo com o princípio do eletromagnetismo¹⁵, campos magnéticos pode conduzir fibras ferromagnéticas para girar e alinhar na argamassa fresca. Trabalhabilidade adequada da argamassa é crítica para permitindo fibras de aço girar na argamassa fresca. Uma viscosidade elevada pode causar dificuldade no alinhamento das fibras de aço em argamassa, enquanto baixa viscosidade pode levar à segregação das fibras.

Este documento descreve os detalhes da preparação de espécimes ASFRC e testa as propriedades flexurais do ASFRC e do ALÇAPÃO. Espera-se que ASFRC tem uma maior resistência à flexão e dureza do ALÇAPÃO. Assim, ASFRC potencialmente tem vantagens sobre o ALÇAPÃO em suportar o estresse de tração e resistência à rachaduras, se usado como cobertura de concreto, asfalto, etc.

Usando os espécimes fraturados após testes de resistência à flexão, a orientação das fibras de aço nas amostras é investigada, observando as seções transversais fraturadas e utilizando raios-x de digitalização computadorizada tomografia computadorizada análise^{16,17 , 18}. as propriedades mecânicas do ASFRCs, incluindo a sua resistência à flexão e tenacidade, são relatadas e comparadas com os de SFRCs não-eletromagneticamente tratados.