Класс прочности бетона по прочности на сжатие в мпа таблица: Прочность бетона в мпа таблица

, где А — первоначальный вес в граммах, а В — сухой вес в граммах.

Удельная плотность

Образцы для измерения SD были приготовлены в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D2395-14 для определения плотности и удельного веса древесины и материалов на ее основе (ASTM International, 2014a).Из каждой подсекции случайным образом отбирали по 10 проб. Для каждого образца определяли ширину, длину и толщину для расчета объема ( V ). Начальная масса ( м ) каждого образца измерялась на весах Shimadzu BL320H с точностью 0,001 г. Плотность (ρ) и SD рассчитывали по следующим формулам:

, где K = 1000 мм ³ /г, ( m ) в граммах и ( V ) в мм ³ .

Прочность на растяжение вдоль волокна

Прочность образцов на растяжение была измерена в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D143-09 для небольших чистых образцов древесины с использованием машины для испытаний на растяжение Shimadzu AG-IC 100 кН (ASTM International, 2014b). Образцы были вырезаны из отрезков бамбуковых стеблей длиной 1 м и выбраны из различных радиальных мест вдоль участков, а затем подготовлены в форме собачьей кости. Средняя ширина и длина захватов образцов составляли 25 и 50 мм соответственно.Средняя калибровочная длина составляла 130 мм.

Образцы, приготовленные из толстых стеблей, сначала были разделены на секции одинаковой толщины по длине. Затем каждую секцию оклеивали бумагой в соответствии со стандартом ASTM D143-09, придавая ей форму собачьей кости, и тестировали.

Средние значения испытаний на растяжение двух секций затем использовались для анализа и оценки. Из междоузлий 1-метровых секций было отобрано 5 проб. Скорость нагружения была установлена ​​на уровне 1 мм/мин. Все испытания проводились при комнатной температуре и относительной влажности 65%.Прочность на растяжение (σ _t ) рассчитывали путем измерения предельной нагрузки при разрушении при испытании ( F _ult ) и затем деления ее на поперечное сечение образца по расчетной длине ( А ). Для определения прочности на растяжение использовалась следующая формула.

Модуль упругости при растяжении (E

Модуль упругости при растяжении измеряли на машине Shimadzu AG-IC 100 кН в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D143-09 для небольших чистых образцов древесины (ASTM International, 2014b). Для этого испытания использовали образцы прочности на растяжение в форме собачьей кости. Длина датчика была скорректирована для испытания на модуль упругости до 80 мм, а ширина и длина захвата остались неизменными. Осевой экстензометр Epsilon с измерительной длиной 80 мм использовали для измерения деформации образца во время испытания. Скорость нагружения была установлена ​​на уровне 1 мм/мин. Для каждого испытания были получены кривые нагрузка-деформация для измерения модуля упругости при растяжении. Модуль упругости рассчитывали по наклону начального линейного участка кривой напряжения-деформации, полученной из кривых нагрузка-деформация.

Модуль упругости (MOR)

или прочность на изгиб измеряли в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D3043-00 (2011) для конструкционных панелей на изгиб (ASTM International, 2011). В этом исследовании было проведено двухточечное испытание на изгиб. Преимущество испытания на изгиб в двух точках по сравнению с испытанием на изгиб в центральной точке заключается в том, что пиковому напряжению подвергается большая площадь образца, в отличие от испытания на изгиб в центральной точке, где пиковое напряжение прикладывается к изолированному месту. Таким образом, вероятность наличия какой-либо трещины или дефекта между двумя нагружающими опорами будет выше, а результаты будут более надежными при испытании на двухточечный изгиб.Пять образцов без узлов были приготовлены из 1 м частей каждой соломы. Скорость нагружения рассчитывали в соответствии со стандартом ASTM D3043 в зависимости от толщины и ширины образца.

Модуль упругости при изгибе (E

Модуль упругости при изгибе измеряли путем получения кривой деформация-нагрузка в испытании на прочность при изгибе. Экстензометр Epsilon с манометром 25 мм использовали для измерения среднего прогиба образцов во время испытания на прочность на изгиб.Измерение и расчет модуля упругости проводились согласно ASTM D3043-00(2011) при комнатной температуре и относительной влажности 65%. В этом исследовании были проведены множественные сравнения между несколькими толщинами стенок и диаметрами стебля.

Статистический анализ

Статистический анализ данных, полученных в этом исследовании, был проведен с использованием SPSS версии 22 (SPSS Inc. , Чикаго, Иллинойс). Коэффициенты корреляции Пирсона ( r ) были рассчитаны, чтобы найти взаимосвязь между геометрией стебля, SD, MC и механическими свойствами бамбука.Были определены три уровня корреляции (т. е. сильная, r > 0,5; умеренно сильная, 0,3 < r < 0,5; и слабая, r < 0,3). Для дальнейшего изучения взаимосвязи между геометрией стебля и механическими свойствами иерархической структуры натурального бамбука были выполнены пошаговые множественные линейные регрессии. Эффективность модели оценивалась с помощью скорректированного значения r ² , которое представляет процент вариаций, описываемых независимыми переменными. r ² в целом является статистическим параметром для демонстрации того, что результаты исследования близки к модели, полученной с помощью множественного регрессионного анализа. Значения r ² обычно находятся в диапазоне от 0 до 1; однако, если значения r ² ближе к 1, это указывает на то, что полученная модель может представлять больше точек данных.

Результаты и обсуждение

Содержание влаги (MC)

Содержание влаги было измерено при двух условиях относительной влажности: при 20°C при относительной влажности 65% и при 45°C при относительной влажности 80%.Результаты для образцов различных категорий бамбука Dendrocalamus asper показаны в таблице 2.

Таблица 2 . Влажность бамбука Петунг при двух режимах относительной влажности для разных классов.

При относительной влажности 80 % МС увеличивается для всех классов одинаково. Это условие было достигнуто через 6 дней при толщине стенки более 13 мм и всего через 3 дня при толщине стенки < 13 мм. Прирост МС для всех классов находится в пределах 25–35%.Изменение МС для классов 4–7 незначительно при условии относительной влажности 80 %. На рис. 1 показано сравнение средних значений MC вместе с планками погрешностей для каждого класса.

Рисунок 1 . Среднее сравнение MC для всех классов бамбукового петунга при двух условиях относительной влажности с планками погрешностей при двух стандартных отклонениях.

Хотя средняя МС при обоих условиях относительной влажности для классов 4–7 существенно не меняется, для классов 1–3 МС увеличивается с увеличением диаметра стебля.Стебли диаметром 100 мм или менее и с более тонкими стенками имеют более низкий процент лигниновой матрицы и более высокое содержание волокон целлюлозы по сравнению со стеблями диаметром более 100 мм, как показано в других исследованиях (Элвин и Мерфи, 1988; Мерфи и Элвин). , 1992; Мохмод и др., 1993).

Поскольку бамбук имеет иерархическую структуру, его лигниновая матрица образует водородные связи с водой, поэтому крупные стебли более стабильны при воздействии колебаний относительной влажности по сравнению с небольшими стеблями с более тонкими стенками.Более тонкая стенка стебля меньшего диаметра имеет более высокую плотность волокон и, следовательно, более низкий процент лигниновой матрицы по сравнению с крупным стеблем (Zou et al., 2009). В результате изменение относительной влажности будет оказывать большее влияние на МС небольших стеблей с тонкостенными секциями по сравнению с крупными стеблями с толстыми стенками. Несмотря на тенденцию, наблюдаемую в изменении МС в зависимости от диаметра стебля и толщины стенки стебля, различия в значениях МС различных классов бамбука Petung для каждого условия относительной влажности несущественны.

Для обработки необработанных бамбуковых стеблей в секции, подходящие для изготовления композита на основе бамбука, было важно тщательно проанализировать иерархическую структуру натурального бамбука в отношении изменения МС при различных диаметрах стеблей и толщине стенок. Средняя МС необработанных бамбуковых стеблей, выбранных для обработки, должна быть ниже 10%, чтобы уменьшить эффект чрезмерного расслаивания или долгосрочного воздействия на окружающую среду из-за деградации конечного композитного продукта.Путем измерения содержания влаги в выбранных бамбуковых стеблях для производства композита стала возможной предварительная оценка времени, необходимого для достижения определенного процентного содержания МС, пригодного для обработки необработанного бамбука и изготовления композита.

Удельная плотность (SD)

Результаты измерения SD представлены в таблице 3 для различных классов стеблей бамбука.

Таблица 3 . Сухой в печи SD для различных диаметров стебля и толщины стенок бамбука Petung.

Однофакторный ANOVA (дисперсионный анализ) показывает, что нет существенной разницы между значениями SD толщины стенок в пределах класса 1–3. SD для классов 5–7 уменьшается с увеличением диаметра стебля. Общая категория толщины стенки между классами 5, 6 и 7 составляет 11–12 мм. Стандартное отклонение для этой категории толщины стенки и для классов 5, 6 и 7 составило 0,741, 0,738 и 0,735 соответственно. С увеличением диаметра стебля для стебля диаметром 120–150 мм СО уменьшается.

Снижение SD крупных стеблей связано с характеристиками плотности волокон.Стебли большего диаметра с более толстыми стенками обычно находятся в нижней части стеблей, где плотность волокон ниже. Как правило, стебли бамбука имеют более высокую плотность волокон в верхней части, где волокна плотно упакованы, как показали другие исследования микроструктуры стеблей бамбука разных видов (Alvin and Murphy, 1988; Ray et al. , 2004). В результате SD будет ниже в нижних частях, где диаметр стебля и толщина стенки намного больше, чем в средней и верхней частях.

Прочность на растяжение вдоль волокна

Результаты испытаний образцов бамбука Petung на растяжение вдоль направления волокон представлены в таблице 4. Максимальный предел прочности на растяжение образцов класса 1 составляет 295 МПа при толщине стенки 7–8 мм. В одном классе категории толщины стенки 6–7 мм и 8–9 мм имеют одинаковую прочность на растяжение. Во 2-м классе образцы с толщиной стенки 7–8 мм имеют наибольшую прочность на растяжение 298 МПа. Другие категории толщины стенок имеют аналогичные свойства при растяжении, и между значениями нет существенной разницы.

Таблица 4 . Прочность на растяжение бамбука Petung для различных диаметров стебля и толщины стенок.

Как видно из рисунка 2, нет существенной разницы между средней прочностью на растяжение образцов классов 1–3. Однако средняя прочность на растяжение для классов 4–7 снижается с увеличением диаметра стебля. Взаимосвязь между диаметром стебля, удельной плотностью и пределом прочности выявляется при сравнении результатов измерения SD и предела прочности.Для классов 1–3 не происходит существенного изменения SD и прочности на разрыв при увеличении диаметра стебля. Для классов 4–7 при увеличении диаметра стебля снижается как предел прочности при растяжении, так и SD.

Рисунок 2 . Средняя прочность на растяжение бамбука Petung с планками погрешностей при двух стандартных отклонениях.

Для стеблей диаметром более 110 мм прочность на растяжение зависит от плотности волокон бамбука. Более крупные стебли, вероятно, имеют меньшее количество целлюлозных волокон и более высокое содержание лигнина.Следовательно, прочность на растяжение необработанного бамбука, которая в основном обусловлена ​​способностью на растяжение волокон целлюлозы, в значительной степени снижается. Это соответствует тенденции, наблюдаемой для SD бамбука Petung. Как упоминалось ранее, на SD главным образом влияет плотность волокна, поэтому уменьшение плотности волокна приводит к снижению SD, как показано также в предыдущем исследовании (Ray et al. , 2004). Корреляция между SD, прочностью на растяжение и плотностью волокна важна при выборе бамбуковых стеблей для обработки композита.Возможность различать стебли с различной прочностью на растяжение, измеряя только их SD, является ценным методом выбора наиболее подходящих стеблей для бамбуковых композитных материалов.

Модуль упругости при растяжении (E

Модуль упругости бамбука Petung при растяжении был измерен для различных классов бамбука Petung с разным диаметром стебля и толщиной стенки в соответствии со стандартом ASTM D143-14. Результаты суммированы в таблице 5.

Таблица 5 .Модуль упругости бамбукового петунга при растяжении для различных диаметров стебля и толщины стенки.

Модуль упругости бамбука является мерой жесткости бамбуковой матрицы и ее сопротивления упругой деформации. Наибольший модуль упругости наблюдается у образцов 4 класса с толщиной стенки от 9 до 10 мм при 28 230 МПа, а самый низкий модуль упругости у образцов 7 класса с толщиной стенки от 19 до 20 мм при 18 140 МПа.

Односторонний тест ANOVA не показал существенной разницы между модулем упругости стенок различной толщины в образцах класса 1.Модуль упругости образцов 4-го класса показал увеличение по сравнению с образцами 1, 2 и 3-го классов. В 4-м классе модуль упругости увеличивается с увеличением толщины стенки.

Из семи классов бамбука Petung класс 4 демонстрирует самый высокий средний модуль упругости. В классах с 5 по 7 модуль упругости уменьшается с увеличением толщины стенки. Аналогичные тенденции наблюдаются для образцов 6 и 7 классов. Это согласуется с тенденцией, наблюдаемой для прочности на растяжение образцов от класса 5 до класса 7, где увеличение толщины стенки снижает предел прочности на растяжение.Сравнение таблицы 5 с таблицей 4 показывает, что для классов 5, 6 и 7 прочность на растяжение и модуль упругости уменьшаются с увеличением толщины стенки.

Как упоминалось ранее, высокая способность бамбука к растяжению во многом зависит от способности волокон целлюлозы к растяжению в пределах естественной иерархической структуры бамбука. Это относится и к модулю упругости бамбука. Модуль упругости можно оценить, взяв сумму модуля целлюлозных волокон и модуля лигниновой матрицы, взвешенных по их объемным долям.Столбики диаметром <110 мм имеют почти одинаковые объемные соотношения волокон целлюлозы и лигнина, поэтому они показали одинаковый модуль упругости во всех категориях толщины стенок.

При увеличении диаметра стебля увеличивается и толщина стенки. С увеличением толщины стенок более крупных стеблей объемное соотношение волокон целлюлозы и лигнина также уменьшается, как это наблюдалось в других исследованиях (Alvin and Murphy, 1988; Murphy and Alvin, 1992). В результате в секциях с более толстыми стенками ожидается более высокий процент лигнина по сравнению с целлюлозными волокнами.Это приводит к более низкому модулю упругости более крупных стеблей бамбука по сравнению с стеблями меньшего размера, в которых объемное соотношение волокон целлюлозы и лигнина выше.

Модуль упругости (MOR)

Таблица 6 обобщает результаты испытаний MOR для различной толщины стенок и диаметров стебля бамбука Petung. Образцы класса 1 имеют самый высокий MOR с 209 МПа, а образцы класса 7 имеют самый низкий MOR с 121 МПа. Для образцов класса 1 увеличение толщины стенки с 6 до 9 мм приводит к снижению МДС с 209 до 198 МПа.Для образцов классов 2 и 3 достоверной зависимости между толщиной стенки и МДС не обнаружено. В образцах класса 4 увеличение толщины стенки с 6 до 10 мм снижает МДС со 166 до 155 МПа, что соответствует уменьшению на 6,7 %. Для класса 5 МДД при толщине стенки 10–11 мм является самым низким и составляет 149 МПа. МОД класса 5 находится в том же диапазоне, что и для толщины стенки 9–12 мм, со стандартным отклонением 5 %. Для образцов класса 6 наблюдается аналогичная тенденция по сравнению с классами 1, 4 и 5 бамбука Petung.

Таблица 6 . MOR из бамбукового петунга для семи классов.

Стандартное отклонение этих образцов в классе 6 было < 4%. МОД для образцов класса 7 снижается с увеличением толщины стенки. Стены толщиной от 19 до 20 мм имели самый низкий MOR 121 МПа. На рис. 3 показан средний показатель MOR для семи сортов бамбука Petung.

Рисунок 3 . Средняя MOR бамбука Petung.

Стебли большего диаметра имеют более толстые стенки, особенно в нижней части.Более толстая толщина стенки приводит к более высокому процентному содержанию лигнина и более низкой доле целлюлозных волокон. Как отмечалось ранее в отношении предела прочности при растяжении и его связи с плотностью волокна, аналогичные выводы можно сделать и в отношении MOR. Волокна целлюлозы плотно упакованы в верхних частях иерархической структуры бамбуковых стеблей, где преобладает меньший диаметр. MOR увеличивается с уменьшением диаметра стебля. За исключением образцов класса 2, MOR уменьшается с увеличением толщины стенки внутри класса.Это подчеркивает важность плотности волокна для механических свойств необработанного бамбука. Целлюлозные волокна способствуют высоким механическим свойствам натурального бамбука. Плотность целлюлозных волокон выше во внешнем слое стеновых секций и в верхних частях стеблей. Следовательно, MOR увеличивается с увеличением содержания волокон и уменьшением содержания лигнина в окружении волокон.

Модуль упругости при изгибе (E

Модуль упругости при изгибе берется из кривой прогиба под нагрузкой, полученной с помощью экстензометра.Влияние толщины стенки и диаметра стебля на модуль упругости при изгибе изучено для всех семи классов бамбука Petung.

В таблице 7 представлены результаты этого теста для диапазона толщин стенок и диаметров стебля, которые были протестированы в соответствии с ASTM D3043-00 (2011).

Таблица 7 . Модуль упругости при изгибе бамбука Petung.

Наибольший модуль упругости 14 279 МПа наблюдался у образцов 2 класса с толщиной стенки в диапазоне 9–10 мм.Наименьший модуль упругости 9375 МПа наблюдался у образцов 7 класса с толщиной стенки от 19 до 20 мм. Этот вывод сравним с результатами испытаний MOR, где образцы класса 7 показывают самый низкий MOR из всех образцов. При сравнении результатов различных толщин стенок наблюдались случайные изменения модуля упругости с увеличением толщины стенки. Однако, как показано в Таблице 7, бамбук Petung показывает снижение среднего модуля упругости при изгибе с увеличением диаметра стебля с 80 до 150 мм.Образцы с диаметром соломины менее 120 мм демонстрируют менее значительные изменения модуля упругости при изменении диаметра соломы. Тем не менее, для образцов с диаметром стебля 120 мм и более модуль упругости падает с увеличением диаметра стебля.

Влияние диаметра стебля на модуль упругости при изгибе аналогично MOR. С увеличением диаметра стебля средний модуль упругости уменьшается. Это наблюдение можно отнести к иерархической микроструктуре соломы.С увеличением диаметра стебля, в основном в нижней и средней частях бамбука, плотность волокна уменьшается из-за более высокого содержания лигнина по сравнению с содержанием волокна.

Как описано ранее, верхние части соломы имеют более высокую плотность волокон по сравнению с нижними частями. Такая высокая плотность волокон обуславливает сильные механические свойства бамбуковой стебли, особенно модуль упругости, MOR и прочность на растяжение.

В пределах одного класса бамбука изменение модуля упругости при различной толщине стенки не является линейным для всех образцов.Это происходит из-за пространственно изменяющейся микроструктуры стенок бамбукового стебля. Образцы, протестированные в этом исследовании, были случайным образом собраны в разных поперечных сечениях и на разной высоте. Поэтому изменение модуля упругости в зависимости от толщины стенки ожидалось от соломины к соломе.

Сравнение механических свойств бамбука Petung с доступными местными породами древесины, которые обычно используются в строительстве в Индонезии, демонстрирует превосходные свойства бамбука Petung по сравнению с древесиной.В таблице 8 представлены диапазоны удельной плотности, предела прочности на растяжение вдоль волокна, модуля упругости при растяжении и MOR для пород древесины, обычно используемых в строительных конструкциях, а также в композитных изделиях (Green et al. , 1999). В Индонезии обычно используются такие породы древесины, как балау, суматранская сосна и индонезийский палисандр.

Таблица 8 . Сравнение свойств обычных пород древесины в Индонезии и бамбука Petung (Green et al., 1999).

Средняя прочность на растяжение бамбука петунг выше, чем у балау, суматранской сосны и индонезийского палисандра.По модулю упругости бамбук Petung жестче всех пород древесины, указанных в Таблице 8, за исключением верхнего ряда Balau, модуль упругости которого близок к бамбуку Petung. Индонезийский палисандр имеет низкий модуль упругости по сравнению с бамбуком петунг и другими распространенными породами древесины в Индонезии. Балау имеет самый высокий диапазон MOR среди обычных пород древесины. Однако бамбук Petung имеет более высокие значения MOR по сравнению со всеми породами древесины. Секции бамбука Petung с самыми низкими механическими свойствами по-прежнему превосходят некоторые из наиболее распространенных пород древесины конструкционного класса, встречающихся в Индонезии, как показано в Таблице 8.

Корреляционные исследования и статистическое моделирование физико-механических свойств

Для измерения прочности любого возможного соотношения между механическими свойствами, диаметром соломы, толщиной стенки, удельной плотностью и содержанием влаги рассчитываются коэффициенты корреляции Пирсона ( r ). В таблице 9 приведены коэффициенты корреляции только для статистически значимых корреляций со значением p <0,05 по двустороннему t -тесту между механическими и физическими свойствами, измеренными в этом исследовании.Как показано в Таблице 9, толщина стенки стеблей и удельная плотность (SD) имеют отрицательную и положительную корреляции от умеренной до сильной со всеми механическими свойствами соответственно. Диаметр стебля демонстрирует сильную отрицательную корреляцию со всеми механическими свойствами, кроме модуля упругости при растяжении (E _t ). Этот вывод согласуется с результатами испытаний модуля упругости, представленными в таблице 5. Содержание влаги (MC) имеет только умеренно отрицательную корреляцию с модулем разрыва (MOR) в этом исследовании.Следовательно, невозможно оценить механические свойства, включая предел прочности при растяжении и модуль упругости, путем измерения только МС секций бамбуковой стебли. Самый высокий коэффициент корреляции Пирсона наблюдается между пределом прочности при растяжении и толщиной стенки ( r = -0,742) бамбука Dendrocalamus asper . Следовательно, стебли большего диаметра будут демонстрировать меньшую прочность на растяжение.

Таблица 9 . Корреляция Пирсона между механическими и физическими свойствами.

Среди всех механических свойств, измеренных в этом исследовании, только модуль упругости (MOR) показал сильную корреляцию с изучаемыми физическими свойствами [геометрия стебля, влагосодержание (MC) и удельная плотность (SD)]. Коэффициенты корреляции Пирсона показывают, что при увеличении диаметра стебля, толщины стенки и MC MOR снижается, а увеличение удельной плотности (SD) оказывает положительное влияние на MOR. Как и ожидалось, удельная плотность (SD) имеет положительную корреляцию со всеми механическими свойствами.Это согласуется с предыдущими исследованиями, проведенными на других видах бамбука в отношении влияния плотности на механические свойства (Lakkad and Patel, 1981; Lo et al., 2004). SD представляет собой плотность волокон в поперечных сечениях соломины. Следовательно, чем выше плотность волокна бамбука в поперечных сечениях, тем больше SD, и в результате эти сечения демонстрируют лучшие механические свойства. Кроме того, были предложены математические модели и уравнения для оценки механических свойств бамбука Petung путем измерения только диаметра стебля и толщины стенки.В таблице 10 показаны значения параметров линейной модели, созданные с использованием данных, полученных в этом исследовании. В Таблице 14 все механические свойства выражены в МПа, тогда как D и t выражены в мм, а MC — в процентах. Эмпирические отношения между MOR, Ef, Et, CS, TS и физическими свойствами соломы разработаны и обобщены здесь. Эти уравнения следует рассматривать как предварительную оценку механических свойств бамбука Dendrocalamus asper. Для других видов бамбука и бамбука из других регионов мира коэффициенты и константы модели могут отличаться.

Таблица 10 . Множественные модели линейной регрессии для механических свойств бамбука Dendrocalamus asper (бамбук Petung).

Кроме того, стандартное отклонение бамбуковых стеблей также можно оценить путем измерения только диаметра стебля и толщины стенки по уравнению 9.

Применение бамбука для изготовления композитных материалов для железобетона

в настоящее время широко используется во всем мире для крупных проектов в строительстве.Однако у бетона есть существенный недостаток; имеет низкую прочность на растяжение. Поэтому, когда он используется в приложениях, где он должен выдерживать растягивающие усилия, неизбежны большие трещины и преждевременный выход из строя.

Чтобы преодолеть это ограничение, в конструкционном бетоне используются арматурные стержни с высокой прочностью на растяжение. В настоящее время стальная арматура используется в широком спектре конструкционных бетонных зданий и объектов инфраструктуры. Однако проблемой, связанной с использованием стальной арматуры в бетоне, является коррозия и связанная с коррозией деградация железобетонных элементов.Коррозия стальной арматуры в бетоне инициируется либо карбонизацией бетона, либо воздействием на бетонный элемент ионов хлорида, как обсуждалось в различных работах (Slater, 1983; Macias and Andrade, 1987). Следовательно, в присутствии кислорода и влаги коррозия арматуры приводит к растворению железа в виде гидроксида железа [Fe(OH ₂ )], который впоследствии образует слой ржавчины, окружающий арматурный стержень. В результате того, что ржавчина занимает объем, больший, чем арматурный стержень, в бетоне возникают большие растягивающие усилия в виде растягивающих напряжений. Силы растяжения инициируют растрескивание слоев бетона вокруг стальных стержней в виде расслоения бетона или отслоения арматурных стержней от бетона (Bertolini et al., 2013).

Альтернативные армирующие материалы, включая полимеры, армированные волокном (FRP), которые не подвержены коррозии, поскольку полимерная матрица защищает волокна. По механическим свойствам они сопоставимы со стальной арматурой. Большой интерес вызывает применение натуральных волокон в производстве композитов FRP для замены синтетических волокон, таких как стеклянные и углеродные волокна.Натуральные волокна широко распространены в природе и поэтому требуют относительно мало энергии для производства. Когда натуральные волокна используются в производстве композитов FRP, они могут привести к получению композитов с высокими эксплуатационными характеристиками, которые потенциально могут заменить все, если не многие, синтетические композитные материалы по более низким ценам для применения в строительном секторе, где снижение веса имеет значительное значение. влияние на снижение энергопотребления и общей стоимости здания или инфраструктуры.

Применение полимерных композитов, армированных натуральным волокном, в строительной отрасли в последние годы было успешным, но в основном в качестве неконструктивных элементов, применяемых в качестве изоляционного элемента для конструктивных элементов, для напольных и настенных покрытий, в дверных и оконных рамах, для элементов фурнитуры, таких как дверные и оконные ручки, а также для ограждения.Среди различных высокопрочных природных материалов бамбук считается одним из старейших природных строительных материалов, используемых в строительстве, в частности, в Южной Америке, Африке и, в частности, в Юго-Восточной Азии.

Различия в свойствах бамбуковых FRP-композитов, производимых различными группами по всему миру, в основном связаны с видами бамбука, длиной бамбукового волокна, используемого при изготовлении, ориентацией волокон, типом используемой эпоксидной смолы/смолы и типом обработки. на необработанных бамбуковых волокнах (Ichhaporia, 2008).До сих пор не проводилось исследований по использованию бамбука для изготовления композитов FRP для конструкционных и несущих элементов в строительстве и строительном секторе. Большая часть работ по композитам из бамбукового FRP посвящена ненесущим элементам, например, ограждению или настилу в зданиях, где структурные свойства и механические свойства намного ниже, чем у любого структурного элемента, такого как балки и колонны (Jindal, 1986). ; Нугрохо и Андо, 2000; Окубо и др., 2004). Это исследование направлено на то, чтобы заполнить этот пробел, предложив новый подход к улучшению свойств бамбуковых композитов FRP за счет новых технологий обработки и изготовления бамбуковых композитов FRP, а затем за счет использования нового материала в качестве армирующего материала для структурно-бетонных элементов.

Изготовление бамбукового композита с использованием взаимосвязей материалов

В этом исследовании бамбук Dendrocalamus asper или бамбук Petung использовался для изготовления высокоэффективного полимерного композита, армированного бамбуковым волокном. В подробном исследовании, проведенном недавно исследовательской группой, были разработаны запатентованные инструменты обработки для переработки бамбуковых стеблей в пучки бамбуковых волокон различной толщины, ширины и длины (Hebel et al., 2014; Hebel and Heisel, 2016; Javadian et al., 2016; Джавадиан, 2017).

Обработанные бамбуковые волокна сначала сушили в печи с циркуляцией воздуха при температуре 80°C до тех пор, пока содержание влаги не стало <10%. Содержание влаги измеряли в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D4442-07. Впоследствии обработанные бамбуковые волокна сортировали по толщине. Пучки необработанных бамбуковых волокон, использованные в исследовании, представляли собой средний набор волокон из верхней, средней и нижней частей бамбукового стебля в почти равных соотношениях.

Перед переработкой бамбуковых стеблей в пучки волокон свойства сырья при растяжении и изгибе оценивались только на основе корреляционных отношений, установленных в разделе «Корреляционные исследования и статистическое моделирование физико-механических свойств», при условии отсутствия испытательных устройств. Средний диаметр стебля и толщина стенки бамбука, использованного в этом исследовании, составляли 90 и 8 мм соответственно. Используя отношения свойств материала, соответствующие механические свойства бамбуковых стеблей можно найти, как показано ниже;

Эти значения были использованы в качестве основы для изготовления полимерного композита, армированного бамбуковым волокном, в данном исследовании.Дальнейшая оценка этих чисел была проведена путем измерения механических свойств конечных образцов бамбукового композита и сравнения результатов со свойствами необработанного бамбука, полученными на основе соотношения материалов.

В качестве матрицы использовалась двухкомпонентная эпоксидная система со смолой и отвердителем. После смешивания смолы и отвердителя эпоксидной системы каждый пучок бамбуковых волокон был пропитан эпоксидной матрицей и выровнен вдоль направления волокон. Пучки пропитанных волокон укладывались друг на друга, образуя слоистую структуру.Затем пропитанные пучки бамбуковых волокон подвергались воздействию различных давлений (от 15 до 25 МПа) и температур (от 80 до 140°C) при различном времени прессования/выдержки для получения плотно сжатых композитов. Наконец, плиты подверглись пост-отверждению в течение еще 48 часов при температуре 55°C, а затем были подготовлены в подходящие формы для измерения их механических свойств. Время постотверждения должно было гарантировать, что оптимальные сети поперечных связей были полностью сформированы при рекомендуемой температуре, обеспечивая необходимую энергию для придания молекулам эпоксидной смолы гибкости, необходимой для движения, и для полного формирования сетей в пределах микроструктурных поперечных сечений. эпоксидной матрицы.Средняя удельная плотность бамбукового композитного армирования составила 1,33. Эта процедура обеспечивает достаточную защиту волокон от окружающей среды, гарантируя тем самым, что их свойства не ухудшатся со временем (Javadian, 2017).

На рис. 4 показан арматурный стержень из бамбукового композита после его извлечения из машины для горячего прессования.

Рисунок 4 . Образец бамбукового композита.

Свойства при растяжении образца бамбукового композита, включая предел прочности при растяжении и модуль упругости при растяжении, измеряли в соответствии со стандартом ASTM D3039-08 «Стандартный метод испытаний свойств при растяжении композитных материалов с полимерной матрицей», в то время как свойства при изгибе, включая модуль разрыва ( MOR) и модуль упругости при изгибе измеряли в соответствии со стандартом ASTM D7264 «Стандартный метод испытаний свойств на изгиб композитных материалов с полимерной матрицей посредством испытания на четырехточечный изгиб».Все испытания проводились на машине Shimadzu AG-IC 100 кН. По крайней мере пять образцов были испытаны на каждое механическое свойство, и результаты, превышающие 10%-ный диапазон стандартного отклонения, который был статистически установлен как доверительный интервал, были отброшены. В таблице 11 показаны механические свойства образцов бамбукового композита, изготовленных в ходе этого исследования.

Таблица 11 . Механические свойства образцов бамбукового композита.

Как показано в Таблице 11, средние механические свойства образцов бамбукового композита выше, чем средние механические свойства пучков необработанных бамбуковых волокон.Результаты показывают, что новые методы переработки бамбука в пучки волокон вместе с новыми методами производства, использованными в этом исследовании, улучшили механические свойства конечного бамбукового композита. Это также наблюдали Hebel et al. (2014), Javadian (2017) и Rahman et al. (2017). Когда модуль упругости при изгибе бамбуковой композитной плиты сравнивают со свойствами необработанного бамбука, наблюдается улучшение модуля упругости при изгибе необработанного бамбука до двух раз.Точно так же MOR, предел прочности при растяжении и модуль упругости при растяжении бамбуковых композитных плит увеличиваются по сравнению с исходным материалом на 30, 2 и 39% соответственно.

Корреляционные зависимости помогли сэкономить время, необходимое для предварительного тестирования сырья перед изготовлением композита. Кроме того, в этом исследовании показано, что с помощью новых технологий, основанных только на механических процессах, природное сырье (например, бамбук) можно превратить в композитные материалы с высокими эксплуатационными характеристиками, которые можно применять в строительной промышленности для армирования конструкционного бетона.

Конструкция железобетона с использованием композитной арматуры из бамбука

При армировании железобетонных балок используется два вида арматуры: продольная и поперечная (на сдвиг). Продольная арматура размещается параллельно длинной оси балки для обеспечения необходимой прочности на растяжение, а арматура на сдвиг используется для обеспечения достаточной прочности на сдвиг перпендикулярно длинной оси бетонной балки.

Вся арматура из бамбукового композита, полученная в ходе этого исследования, имеет квадратное поперечное сечение 10 × 10 мм. Квадратное поперечное сечение является результатом процесса производства бамбуковых композитных материалов, как объяснялось ранее. Наиболее распространенная арматура, используемая в настоящее время для конструкционного бетона, имеет круглое поперечное сечение с ребрами на поверхности и без них, включая системы армирования из стали и полимера, армированного стекловолокном (GFRP). Однако в данном исследовании для простоты изучаются только квадратные сечения (Javadian, 2017). Согласно Американскому институту бетона (ACI) 318 «Требования строительных норм и правил к конструкционному бетону и комментарии» (Американский институт бетона, 2008 г.), чтобы обеспечить достаточное ограничение продольной арматуры балки, арматура на сдвиг имеет замкнутую форму, в которой он остается неповрежденным до того, как произойдет разрушение из-за продольной растянутой арматуры.Кроме того, при наличии формы замкнутого контура разрушение бетонной балки не начинается с разрушения поперечной арматуры. Вместо этого наблюдается разрушение продольной арматуры. На рисунке 5 показана бамбуковая композитная система армирования, разработанная в этом исследовании для армирования образцов бетонных балок.

Рисунок 5 . Бамбуковая композитная система армирования, используемая для армирования бетонной балки.

Изогнутая часть поперечной арматуры имеет более низкие механические свойства по сравнению с прямыми частями поперечной арматуры.Более раннее исследование различных типов арматуры на сдвиг из армированного волокном полимера (FRP), включая арматуру из армированного стекловолокном полимера (GFRP), показало снижение прочности на растяжение до 45% от прочности параллельно направлению волокон для изогнутых секций. , из-за локализованной концентрации напряжений в результате кривизны, которая создает радиальные напряжения в изогнутых частях (Javadian, 2017).

В более раннем исследовании, проведенном исследовательской группой, был подробно изучен механизм сцепления бамбуковой композитной армирующей системы с окружающей бетонной матрицей (Javadian et al. , 2016). Достаточный механизм связи между бетонной и бамбуковой композитной арматурой способствовал более высокой предельной несущей способности железобетонных элементов. Было показано, что при создании межфазной микроструктуры (системы покрытия), которая обеспечивает плавную передачу растягивающих напряжений между бетоном и системой армирования, можно активировать максимальные механические способности бамбуковой композитной арматуры, что приводит к более высокой предельной несущей способности по сравнению с не-армированием. арматура с покрытием.

Была проведена серия тестов на отрыв, чтобы найти подходящую технику, которая улучшит сцепление между двумя материалами. Для улучшения механизма связи между бамбуковой композитной арматурой и бетонной матрицей в предыдущем исследовании рассматривались четыре типа покрытий и две длины склеивания: 200 мм (20 × толщина) и 100 мм (10 × толщина). Среди покрытий, используемых для исследования механизма сцепления, были водостойкая пароизоляционная мембранная система, система на основе эпоксидной смолы на биологической основе, двухкомпонентное общее покрытие на основе эпоксидной смолы и двухкомпонентная система покрытия на основе эпоксидной смолы с частицами песка и без них. Средняя прочность сцепления бамбуковой композитной арматуры, покрытой водонепроницаемой пароизоляционной мембранной системой и частицами песка при длине заделки 200 мм, была аналогична прочности сцепления простой арматуры из полимера, армированного стекловолокном (GFRP), в бетоне нормальной прочности. Таким образом, чтобы оценить арматуру из бамбукового композита в образцах бетонных балок, во-первых, они были покрыты покрытием, а во-вторых, длина заделки в 20 раз превышала толщину бамбукового композита как часть конструкции балки (Javadian et al., 2016).

Покрытие, нанесенное на поверхность бамбуково-композитной арматуры, обеспечивает длительную устойчивость к щелочным средам и проникновению воды из бетонной матрицы. Поэтому в бетонах, имеющих щелочную среду, нанесение покрытия на поверхность арматурных стержней обеспечивает дополнительную защиту арматуры (помимо эпоксидной матрицы) от долговременной деградации и обеспечивает необходимое сцепление с бетонной матрицей.

Руководство Американского института бетона (ACI) по проектированию и строительству конструкционного бетона, армированного стержнями из армированного волокном полимера (FRP) (ACI 440. 1R-15) использовался в качестве основного руководства при проектировании и оценке бамбуковых композитных железобетонных балок в этом исследовании (Американский институт бетона, 2015). ACI 440.1R-15 предоставил необходимые руководства по проектированию для применения материалов FRP в качестве арматуры в бетоне, чтобы оправдать более низкую пластичность железобетонных элементов FRP (например, GFRP) по сравнению со стальными железобетонными элементами. Размер бамбуковой композитной арматуры и бетонной балки в этом исследовании был разработан таким образом, чтобы не превышалась грузоподъемность испытательной машины.Вся продольная арматура в этом исследовании имела аналогичные размеры поперечного сечения 10 × 10 мм, а толщина поперечной арматуры составляла 6 мм. На рис. 6 представлен схематический вид поперечного сечения бетонной балки, армированной бамбуковой композитной арматурой.

Рисунок 6 . Поперечное сечение бамбуковой композитной железобетонной балки.

В этом исследовании все балки из бамбукового композитного железобетона имели поперечное сечение 160 × 160 мм и общую длину 1300 мм, а их пролет нагрузки (L) сохранялся на уровне 1050 мм в соответствии с четырехточечной (или так называемой третьей точкой). нагрузка) установка для испытаний на изгиб.Четырехточечная установка нагрузки позволила создать нулевую зону сдвига вдоль средней части бамбуковой композитной железобетонной балки. Зона нулевого сдвига позволяет отказаться от поперечной арматуры в этом исследовании, таким образом, продольная арматура полностью нагружена на растяжение и изгиб, а расчет предельной несущей способности бетонных балок упростился. Продольная арматура имела сечения 10×10 мм. В общей сложности 15 бетонных балок с прочностью на сжатие 20 МПа были подготовлены и испытаны в этом исследовании.Расположение арматуры и расстояние нагрузки приведены в таблице 12.

Таблица 12 . Детали бамбуковых композитных железобетонных балок.

Всего в этом исследовании было рассмотрено три сценария проектирования путем изменения количества нижней арматуры или количества и расстояния между арматурой, работающей на сдвиг, как показано в Таблице 12. Для каждого сценария проектирования были подготовлены и испытаны пять образцов. Два арматурных стержня использовались в качестве верхней арматуры сжатия для всех балок, протестированных в этом исследовании.Бетонные балки были испытаны до разрушения, и для каждого испытания были получены предельная разрушающая нагрузка, предельная изгибная способность (MOR), нагрузка, соответствующая первой трещине, и изгибная способность во время первой трещины. Таблица 13 содержит результаты испытаний на изгиб.

Таблица 13 . Сводка результатов, полученных при четырехточечном изгибе образцов бетонных балок.

На рис. 7 показана одна из балок, испытанных в ходе этого исследования, после окончательного отказа. Оценить полученные в этом разделе результаты по предельной разрушающей нагрузке в соответствии с рекомендациями и расчетами, указанными в ACI 440.1R-15 была проведена серия расчетов на основе ACI 440.1R-15 для оценки разрушающей нагрузки.

Рисунок 7 . Бамбуковая композитная железобетонная балка после разрушения.

В таблице 14 показано сравнение растрескивающих нагрузок, номинальных и расчетных предельных нагрузок на разрушение между значениями, измеренными во время испытаний, и расчетными значениями, полученными в соответствии со стандартными рекомендациями ACI 440.1R-15. Значения, представленные для экспериментальных результатов, были средними значениями, полученными для каждой серии пучков, показанных в таблице 13.

Таблица 14 . Сравнение проектных значений ACI 440.1R-15 с экспериментальными результатами, полученными в этом исследовании.

Бамбуковая композитная арматура показала лучшую начальную нагрузку на растрескивание и гораздо более высокую предельную несущую способность по сравнению с расчетными значениями, полученными в результате расчетов в соответствии с ACI 440.1R-15. Расчетные расчетные нагрузки при растрескивании на основе ACI 440.1R-15 были ниже, чем значения, полученные при испытании балок из бамбукового композитного железобетона. Растрескивающие нагрузки, измеренные во время испытания балок на четырехточечный изгиб, в среднем в 2–5 раз превышали расчетные значения стандарта ACI 440.1R-15, что подтверждает превосходные характеристики бамбуковой композитной арматуры по сравнению с оценками согласно по стандарту ACI. Образцы балок только с двумя бамбуковыми композитными арматурными стержнями на растянутой стороне поперечного сечения бетонной балки разрушились в основном из-за разрыва арматуры, в то время как образцы балок с 4 бамбуковыми композитными арматурными стержнями имели тенденцию разрушаться из-за разрушения бетона на сторону сжатия балки.В обоих случаях бамбуково-композитная арматура показала себя хорошо, показав, что она является подходящей альтернативой арматуре из стали и стеклопластика для бетонных конструкций с точки зрения механической прочности и технической осуществимости.

Заключение

Bamboo Dendrocalamus asper , известный как бамбук Petung из Индонезии, был выбран для сопоставления его механических свойств с физическими свойствами стебля, включая геометрию стебля, удельную плотность и содержание влаги, для изготовления композита для использования в конструкционном бетоне. На основании результатов, полученных в первой части настоящего исследования, актуальны следующие выводы:

• Физические свойства бамбуковой стебли можно использовать для оценки механического потенциала бамбука для использования в производстве новых композитных материалов на основе бамбука в строительном секторе.

• Механические свойства бамбуковых секций часто ухудшаются с увеличением толщины стенки стебля. Это связано с уменьшением объемного отношения волокон целлюлозы к лигнину по мере увеличения диаметра стебля.

• Это исследование предлагает простой метод, который позволяет оценить механические свойства бамбука путем неразрушающего измерения только толщины и диаметра стенки. Эта возможность особенно полезна в условиях питомников и в лесах, где доступ к тестовым объектам ограничен.

Эти результаты затем используются в процессе отбора необработанного бамбука для производства конструкционных композитов, когда требуются определенные механические свойства. Тематическое исследование и независимые механические испытания новой композитной арматуры на основе бамбука в бетоне успешно подтверждают отношения, предложенные в этой статье.Дальнейшая работа включает исследование прочности на сжатие и сдвиг бамбука, такого как Dendrocalamus asper , и оценку зависимости от геометрии стебля, включая диаметр стебля, толщину стенки и высоту. Также будут проведены дальнейшие исследования микроструктурного анализа композитной арматуры на основе бамбука и корреляции с механическими свойствами бамбука.

Вклад авторов

AJ разработал и провел эксперименты. AJ и NS разработали модели и проанализировали данные.AJ и NS написали рукопись в консультации с IS и DH. ИС участвовал в планировании и руководил работой. DH внес свой вклад в реализацию исследования. Все авторы обсудили результаты и прокомментировали рукопись.

Финансирование

Исследование проводилось в Лаборатории городов будущего в Сингапурском центре ETH, созданной совместно ETH Zurich и Национальным исследовательским фондом Сингапура (FI 370074016) в рамках программы Campus for Research Excellence and Technology Enterprise.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за поддержку Фонду социального развития Савириса и Сингапурско-MIT Alliance for Research and Technology Innovation Centre в Сингапуре.

Каталожные номера

Элвин, К.и Мерфи, Р. (1988). Различия в толщине волокон и стенок паренхимы в стеблях бамбука Sinobambusa tootsik. IAWA J. 9, 353–361. дои: 10.1163/22941932-095

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Американский институт бетона (2008 г.). Требования строительных норм и правил к конструкционному бетону (ACI 318–08) и комментарий . Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Американский институт бетона.

Американский институт бетона (2015 г.). ACI 440.1R-15 Руководство по проектированию и строительству конструкционного бетона, армированного полимерными стержнями, армированными волокном . Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Комитет ACI 440.

Арчила Х., Камински С., Трухильо Д., Зеа Эскамилла Э. и Харрис К. А. (2018). Бамбуковый железобетон: критический обзор. Мат. Структура 51:102. doi: 10.1617/s11527-018-1228-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

ASTM International (2011). Стандартные методы испытаний конструкционных панелей на изгиб. ASTM D3043-00(2011) . Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.

ASTM International (2014a). Стандартные методы испытаний плотности и удельного веса (относительной плотности) древесины и материалов на ее основе. ASTM D2395-14e1 . Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.

ASTM International (2014b). Стандартные методы испытаний небольших чистых образцов древесины. ASTM D143-14 . Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.

ASTM International (2015). Стандартные методы испытаний для прямых измерений содержания влаги в древесине и древесно-стружечных материалах. ASTM D4442-15 . Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.

Бертолини Л., Эльзенер Б., Педеферри П., Редаэлли Э. и Полдер Р. Б. (2013). Коррозия стали в бетоне: предупреждение, диагностика, ремонт . Вайнхайм: Джон Вили и сыновья.

Академия Google

Чен, Х., Мяо, М., и Дин, X. (2009). Влияние влагопоглощения на межфазную прочность композитов бамбук/виниловый эфир. Композ. Часть А. Заявл. С. 40, 2013–2019.doi: 10.1016/j.compositesa.2009.09.003

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Корреаль, Д., Франсиско, Дж., и Арбелаес, К. (2010). Влияние возраста и положения по высоте на механические свойства колумбийского бамбука Guadua angustifolia. Мадерас. Сиенсия Технол. 12, 105–113. дои: 10.4067/S0718-221X2010000200005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фарук О., Бледски А.К., Финк Х.П. и Сайн М. (2014). Отчет о прогрессе в области композитов, армированных натуральным волокном. Макромоль. Матер. англ. 299, 9–26. doi: 10.1002/mame.201300008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Febrianto, F., Hidayat, W., Bakar, E.S., Kwon, G.-J., Kwon, J.-H., Hong, S.-I., et al. (2012). Свойства ориентированно-стружечной плиты из бамбука Betung (Dendrocalamus asper (Schultes. f) Backer ex Heyne). Wood Sci. Технол. 46, 53–62. doi: 10.1007/s00226-010-0385-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Грин, Д.В., Винанди, Дж. Э., и Кречманн, Д. Э. (1999). «Справочник по дереву: механические свойства древесины», в Общем техническом отчете FPL-GTR-113 , изд. FS Департамент сельского хозяйства, Лаборатория лесных товаров (Мэдисон, Висконсин: Министерство сельского хозяйства США), 4-1–4-44 .

Академия Google

Хебель, Д., и Хейзел, Ф. (2016). Бамбуковый композитный материал для конструкционных применений и способ его изготовления .

Хебель, Д. Э., Джавадян, А. , Heisel, F., Schlesier, K., Griebel, D., and Wielopolski, M. (2014). Контролируемая процессом оптимизация прочности на растяжение композитов из бамбукового волокна для конструкционных применений. Композ. Часть Б англ. 67, 125–131. doi: 10.1016/j.compositesb.2014.06.032

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Идальго-Лопес, О. (2003). Бамбук Дар БОГОВ. Богота: D’VINNI LTDA.

Академия Google

Ичхапория, ПК (2008). Композиты из натуральных волокон. Роли, Северная Каролина: ProQuest.

Академия Google

Янссен, Дж. Дж. (2012). Механические свойства бамбука. Берлин: Springer Science & Business Media.

Академия Google

Джавадиан, А. (2017). Композитный бамбук и его применение в качестве армирования конструкционного бетона . Цюрих: ETH Цюрих.

Академия Google

Джавадян А., Велопольски М., Смит И. Ф. и Хебель Д. Э. (2016). Исследование поведения сцепления недавно разработанной арматуры из бамбукового композита в бетоне. Констр. Строить Матер. 122, 110–117. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.06.084

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джиндал, У. (1986). Разработка и испытания пластиковых композитов, армированных бамбуковыми волокнами. Дж. Компос. Матер. 20, 19–29. дои: 10.1177/002199838602000102

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Камруззаман М., Саха С., Бозе А. и Ислам М. (2008). Влияние возраста и роста на физические и механические свойства бамбука. Дж. Троп. Для наук. 211–217.

Академия Google

Каур П.Дж., Кардам В., Пант К., Найк С. и Сатья С. (2016). Характеристика коммерчески важных азиатских видов бамбука. евро. Дж. Вуд Вуд Прод. 74, 137–139. doi: 10.1007/s00107-015-0977-y

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кушваха, П.К., и Кумар, Р. (2009). Исследования водопоглощения бамбуково-полиэфирных композитов: эффект обработки силаном мерсеризованного бамбука. Полим. Пласт. Технол. англ. 49, 45–52. дои: 10.1080/03602550

3026

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лаккад С. и Патель Дж. (1981). Механические свойства бамбука, природного композита. Науки о волокне. Технол. 14, 319–322. дои: 10.1016/0015-0568(81)

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли, А. В., Бай, X., и Перальта, П. Н. (1996). Физико-механические свойства стружечной плиты из бамбука мосо. Лес Прод. Дж. 46:84.

Академия Google

Лизе, В. (1985). «Анатомия и свойства бамбука», в International Bamboo Workshop (Ханчжоу), 196–208.

Академия Google

Лизе, В. (1987). Исследование бамбука. Wood Sci. Технол. 21, 189–209.

Академия Google

Лизе, В. (1998). Анатомия бамбуковых стеблей. Бостон, Массачусетс: BRILL.

Академия Google

Лизе, В.и Джексон, А. (1985). Биология бамбука, лесные породы, свойства, использование . Эшборн: Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ).

Академия Google

Лимайе, В. (1952). Сила бамбука (Dendrocalamus strictus). Дехрадун: менеджер по публикациям.

Академия Google

Ло, Т. Ю., Цуй, Х., и Леунг, Х. (2004). Влияние плотности волокна на прочность бамбука. Матер. лат. 58, 2595–2598.doi: 10.1016/j.matlet.2004.03.029

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ло, Т. Ю., Цуй, Х., Тан, П., и Леунг, Х. (2008). Анализ прочности бамбука путем микроскопического исследования бамбукового волокна. Констр. Строить Матер. 22, 1532–1535. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2007.03.031

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Масиас, А., и Андраде, К. (1987). Коррозия арматуры из оцинкованной стали в щелочных растворах: Часть 1: электрохимические результаты. Бр. Корр. Дж. 22, 113–118. дои: 10.1179/000705987798271631

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Маланит, П. , Барбу, М., и Фрювальд, А. (2009). Склеиваемость и качество склеивания азиатского бамбука («dendrocalamus asper») для производства композитных пиломатериалов. Дж. Троп. За. науч. 21, 361–368.

Академия Google

Маланит, П., Барбу, М.К., и Фрювальд, А. (2011). Физико-механические свойства ориентированно-стружечных пиломатериалов из азиатского бамбука (Dendrocalamus asper Backer). евро. Дж. Вуд Вуд Прод. 69, 27–36. doi: 10.1007/s00107-009-0394-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мохмод А.Л., Амин А.Х., Касим Дж. и Джусух М.З. (1993). Влияние анатомических характеристик на физико-механические свойства Bambusa blumeana. Дж. Троп. За. науч. 6, 159–170.

Академия Google

Мерфи Р. и Элвин К. (1992). Изменение структуры волокнистой стенки бамбука. IAWA J. 13, 403–410.дои: 10.1163/22941932-296

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нордалия, А., Анвар, У. , Хамдан, Х., Зайдон, А., Парида, М., и Разак, О.А. (2012). Влияние возраста и роста на отдельные свойства малазийского бамбука (Gigantochloa levis). Дж. Троп. Для наук. 102–109.

Академия Google

Нугрохо, Н., и Андо, Н. (2000). Разработка конструкционных композитных изделий из бамбука I: основные свойства бамбуковой зефирной плиты. J. Wood Sci. 46, 68–74. дои: 10.1007/BF00779556

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нугрохо, Н., и Андо, Н. (2001). Разработка конструкционных композитных изделий из бамбука II: основные свойства клееного бамбукового пиломатериала. J. Wood Sci. 47, 237–242. дои: 10.1007/BF01171228

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Окубо К., Фуджи Т. и Ямамото Ю. (2004). Разработка полимерных композитов на основе бамбука и их механических свойств. Композ. Часть А. Заявл. С. 35, 377–383. doi: 10.1016/j.compositesa.2003.09.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рахман, Н. , Шинг, Л.В., Саймон, Л., Филипп, М., Алиреза, Дж., Линг, К.С., и соавт. (2017). Улучшенный бамбуковый композит с защитным покрытием для применения в конструкционном бетоне. Energy Procedia 143, 167–172. doi: 10.1016/j.egypro.2017.12.666

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рао, И. Р., Гнанахаран, Р.и Састри, CB (1988). «Бамбук. Текущее исследование. материалы международного семинара по бамбуку, Кочин, Индия, 14–18 ноября 1988 г.», в: Bamboos. Текущие исследования (Кочин: Керальский институт лесных исследований), 217–290.

Академия Google

Рэй А.К., Дас С.К., Мондал С. и Рамачандрарао П. (2004). Микроструктурная характеристика бамбука. Дж. Матер. науч. 39, 1055–1060. doi: 10.1023/B:JMSC.0000012943.27090.8f

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Роуэл, Р.и Норимото, М. (1988). Размерная стабильность бамбуковых стружечных плит, изготовленных из ацетилированных частиц. Мокузай Гаккаиси 34, 627–629.

Академия Google

Слейтер, Дж. Э. (1983). Коррозия металлов в связи с бетоном: руководство, спонсируемое подкомитетом ASTM G01. 14 Совета по коррозии арматурной стали и свойствам металлов . Филадельфия, Пенсильвания: ASTM International.

Академия Google

Вахаб Р., Мустапа М., Сулейман О., Мохамед А., Хассан А. и Халид И. (2010). Анатомо-физические свойства культурных двух- и четырехлетних Bambusa vulgaris. Святые малайцы. 39, 571–579. Доступно в Интернете по адресу: http://www.ukm.my/jsm/

Академия Google

Вакчауре, М., и Куте, С. (2012). Влияние влажности на физико-механические свойства бамбука. Азиатский J. Civ. англ. (Построить дом). 13, 753–763.

Академия Google

Вегст, У., и Эшби, М.(2004). Механическая эффективность природных материалов. Филос. Магазин 84, 2167–2186. дои: 10.1080/14786430410001680935

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ю, Х. , Цзян, З., Се, К., и Шупе, Т. (2008). Отдельные физико-механические свойства бамбука мозо (Phyllostachys pubescens). Дж. Троп. За. науч. 258–263.

Академия Google

Ю. Ю., Ван Х., Лу Ф., Тянь Г. и Лин Дж. (2014). Бамбуковые волокна для композитных приложений: механическое и морфологическое исследование. Дж. Матер. науч. 49, 2559–2566. doi: 10.1007/s10853-013-7951-z

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Зайдон, А., Парида, М., Сари, К., Разак, В., и Юзия, М. (2004). Склеивающие характеристики Gigantochloa scortechinii. J. Бамбуковый ротанг 3, 57–65. дои: 10.1163/1569152875644

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цзоу, Л., Джин, Х., Лу, В.-Ю., и Ли, X. (2009). Наноразмерная структурная и механическая характеристика клеточной стенки бамбуковых волокон. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 29, 1375–1379. doi: 10.1016/j.msec.2008.11.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Формулы для расчета различных свойств бетона

Самым основным испытанием бетона является испытание на прочность при сжатии. Иногда для целей проектирования необходимы другие свойства бетона, такие как предел прочности при растяжении, модуль упругости, значения усадки и т. д.

Исследователи и специалисты установили различные взаимосвязи между прочностью бетона на сжатие и другими свойствами.В этой статье мы собираемся показать формулы, которые связывают прочность бетона на сжатие с другими свойствами, применимыми к Еврокодам.

Характеристическая прочность бетона (f _ck )

Характеристическая прочность – это такая прочность, ниже которой можно ожидать падения 5% результатов во время испытания на прочность на сжатие. Отдельные результаты ниже f _ck могут быть получены, но, как правило, их необходимо исследовать только в том случае, если они падают более чем на 4 МПа ниже f _ck (BS EN 206-1, кл. 8.2, табл. 14).

Расчетная прочность (f _cd )

Расчетная прочность бетона на сжатие определяется выражением;

f _cd = α _cc f _ck /γ _c    ——–  (1)

где;
f _ck = характеристическая прочность бетона на сжатие в цилиндре через 28 дней условные воздействия на прочность на сжатие (которая снижается при продолжительной нагрузке) и неблагоприятные воздействия, возникающие в результате способа приложения нагрузки (консервативно принятые за 0. 85).

Средняя сила мишени (f _см )

Заданная средняя прочность, f _см , также является значением, используемым для определения состава смеси, и предназначена для учета нормальной изменчивости, которая будет иметь место при производстве бетона. Этот предел в 8 МПа для цилиндров соответствует нормальному распределению со стандартным отклонением (SD) около 5 МПа:

f _ск = f _см – 1.64SD ——- (2)

Где 1.64SD = 8
Следовательно, SD = 8/1,64 ≈ 5 МПа

N/B: Для кубов предел составляет 10 МПа, что дает стандартное отклонение около 6 МПа.

Развитие прочности на сжатие с течением времени

В то время как проектирование обычно основано на 28-дневной прочности, BS EN 1992-1-1, подпункт 3.1.2(6) дает выражение для изменения средней прочности бетона на сжатие со временем при 20°C как следует:

f _см (t) = [β _{куб. см} (t)]f _см   ——— (3)

где;
f _см (t) — средняя прочность на сжатие в возрасте t дней.
β _куб.см (t) = exp{s[1 – (28/t) ^0,5 ]} ——— (3a)

где;
s – коэффициент, зависящий от марки цемента
= 0,20 для цемента классов прочности СЕМ 42,5R, СЕМ 52,5N и СЕМ 52,5R (Класс R)
= 0,25 для цемента классов прочности СЕМ 32,5R, ЦЕМ 42,5N (Класс R) N)
= 0,38 для цемента классов прочности СЕМ 32,5N (класс S)
(где класс R = высокая начальная прочность; класс N = нормальная начальная прочность; класс S = медленно начальная прочность).

Прочность на растяжение

Прочность на растяжение обычно определяется одним из трех способов: прочность на прямое растяжение, прочность на разрыв при растяжении или прочность на изгиб.Для обычных конструкций средняя прочность на растяжение, f _ctm , связана с прочностью цилиндра выражениями:

Прочность классов ≤ C50 / 60
F _CTM = 0,30 F _CK ^(2/3) MPA — (4)

Прочность классов> C50 / 60
F _CTM = 2,12log _e [1 + (f _см )/10] МПа ——— (5)

Прочность на растяжение при изгибе

Прочность на растяжение при изгибе также можно рассчитать из средней прочности на растяжение с помощью следующих выражений.

Прочность на изгиб больше:

f _ctm,fl = (1,6 – h/1000)f _ctm ——— (6)
или,
f _ctm,fl = f _ctm

где;
h общая глубина элемента в мм

Развитие прочности при растяжении

BS EN 1992-1-1 содержит выражения для расчета прочности на растяжение при различных сроках созревания:

f _ctm (t) = [β _см3 (t)] ^α f _ctm ——— (7)

где:
β _куб.см (t) соответствует уравнению (3a)
α = 1 для t < 28 дней
α = 2/3 для t ≥ 28 дней

Модуль упругости

При расчете модуль секущей, E _см (в ГПа), получается из средней прочности на сжатие, f _см (в МПа), из выражения:

E _см = 22 [f _см /10] ^0.3 ГПа ——— (8)

Изменение модуля упругости с возрастом

Изменение модуля упругости во времени оценивается с помощью выражения:
E _см (t) = [f _см (t)/f _см ] ^0,3  E _см ——— (9 )

Эти формулы и отношения в этом посте взяты из:
Бэмфорт П. , Чисхолм Д., Гиббс Дж., Харрисон Т. (2008) : Свойства бетона для использования в Еврокоде 2. Бетонный центр , Великобритания

Прочность бетона на сжатие – процедура испытания кубом и результат через 7 дней и 28 дней отверждения

Прочность бетона на сжатие – процедура испытания куба и результат на 7 и 28 дней отверждения, привет, ребята, в этой статье мы знаем о прочности на сжатие бетона различной марки бетона через 7 дней, 14 дней и 28 дней отверждения и испытания на прочность на сжатие из бетонного куба.

Прочность бетона на сжатие – процедура кубического испытания и результаты через 7 и 28 дней отверждения

Что такое прочность на сжатие? Прочность на сжатие — это способность материала или конструкции сопротивляться или выдерживать сжимающую нагрузку.Прочность на сжатие определяется способностью бетонного материала сопротивляться разрушению в виде трещин и трещин. За сжимающую нагрузку принимают максимальную нагрузку, при которой образец разрушается.

При испытании бетонного куба на прочность при сжатии фиксируют толкающую силу, приложенную к обеим сторонам бетонного образца, и максимальное сжатие, которое бетон выдерживает без разрушения.

Что такое прочность на сжатие?

Сила сжатия, действующая на испытательный образец бетона, помогает нам в основном сосредоточиться на прочности бетона на сжатие, поскольку помогает нам количественно оценить способность бетона противостоять сжимающим напряжениям среди конструкций, в то время как другие напряжения, такие как осевые напряжения и напряжения растяжения, обслуживаются армирование и другие средства.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТА НА СЖАТИЕ

Как известно, прочность на сжатие измеряется на испытательной машине (CTM) . Прочность на сжатие определяется как отношение сжимающей нагрузки, прикладываемой машиной CTM к бетонному кубу или цилиндру, к площади поверхности поперечного сечения бетонного куба. Прочность на сжатие представлена ​​F, которая равна F = P/A , где F = прочность на сжатие, P = общая нагрузка, прикладываемая машиной CTM, и A = площадь поверхности поперечного сечения.

Прочность бетона на сжатие через 3, 7, 14 и 28 дней

Обычно прочность бетона измеряется в фунтах на квадратный дюйм (сила фунта на квадратный дюйм в США) и МПа (мегапаскаль) в Индии и других странах. МПа в других терминах, представленных как Н/мм2. И 1 МПа = 145,038 фунтов на квадратный дюйм.

Обычно прочность бетона на сжатие может варьироваться от 2175 фунтов на квадратный дюйм (15 МПа) до 4350 фунтов на квадратный дюйм (30 МПа) для строительства жилых и коммерческих зданий и может превышать до 10000 фунтов на квадратный дюйм (70 МПа) для определенной конкретной конструкции.

Когда сжимающая нагрузка действует на обе стороны бетонного куба, он сопротивляется или выдерживает сжимающую нагрузку и вызывает сжатие. Из-за сжатия диаметр бетонной кубической конструкции увеличивается, а их длина уменьшается и возникает напряжение, известное как сжимающее напряжение.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: ПРОЧНОСТЬ КИРПИЧА НА СЖАТИЕ

Напряжение сжатия представлено σs, которое равно отношению сжимающей нагрузки к площади поперечного сечения бетонной кубической конструкции, так что σs = P/A, где P = сжимающая нагрузка, а A = площадь поперечного сечения образца бетонного куба.Теперь разберитесь с данной диаграммой.

Прочность на сжатие — это максимальная нагрузка, при которой образец разрушается, берется как сжимающая нагрузка, представленная F или S, которая равна отношению сжимающей нагрузки к площади поперечного сечения образца, например, F=P/A, где F = прочность на сжатие, P = сжимающая нагрузка и A = площадь поперечного сечения образца.

Прочность бетона на сжатие через 3, 7, 14 и 28 дней: Эта прочность измеряется испытаниями CTM. Стандартные кубы размером 15 см и 10 см меньше в Индии и стандартные цилиндрические образцы размером 15 см и высотой 30 см в США и некоторых других странах.

Прочность бетона на сжатие через 3, 7, 14 и 28 дней

Марка бетона М25 обозначается буквой М или С (Европа) для обозначения смеси, за которой следует цифра, обозначающая прочность на сжатие. Таким образом, прочность на сжатие бетона М25 составляет 25 Н/мм2 (25 МПа) или 3626 фунтов на квадратный дюйм.

Прочность на сжатие бетона различных марок через 3 дня

Изготовление не менее 3 кубов бетона размером 150 мм × 150 мм × 150 мм в форме из цементного песка и заполнителя в разном соотношении для разных марок бетона, используйте трамбовочный стержень для выравнивания поверхности формы, он выдерживается в течение 24 часов после затворения водой. в бетоне, через 24 часа выдерживается в воде для твердения в течение 3 суток.И вынимается всего за 30 минут до начала теста.

Прочность на сжатие бетона разной марки через 3 дня

Расчет: Испытание куба бетона на машине CTM, предполагая, что к образцу куба бетона разной марки прилагается нагрузка 14 Н/мм2/мин до разрушения куба. За сжимающую нагрузку принимают максимальную нагрузку, при которой образец разрушается. Теперь получены следующие результаты по прочности на сжатие бетона различных марок через 3 дня твердения, приведенные в таблице

.

Таблица 1: Прочность бетона на сжатие через 3 дня, измеренная в МПа (Н/мм2) или фунтах на квадратный дюйм.

Конц. Марка МПа   фунтов на кв. дюйм
● M10 —- 4 МПа или 580 фунтов на кв. дюйм
● M15 —- 6 МПа или 870 фунтов на кв. дюйм
● M20 —- 8 МПа или 1160 фунтов на кв. МПа или 1740 фунтов/кв. дюйм
● M35 —- 14 МПа или 2030 фунтов/кв. дюйм
● M40 —- 16 МПа или 2320 фунтов/кв.

Прочность на сжатие бетона различных марок через 7 дней

Изготовление не менее 3 кубов бетона размером 150 мм × 150 мм × 150 мм в форме из цементного песка и заполнителя в разном соотношении для разных марок бетона, используйте трамбовочный стержень для выравнивания поверхности формы, он выдерживается в течение 24 часов после затворения водой. в бетоне, через 24 часа выдерживается в воде для твердения в течение 7 суток.И вынимается всего за 30 минут до начала теста.

Расчет: Теперь испытание куба бетона на машине CTM, предполагая, что нагрузка 14 Н/мм2/минута применяется к образцу куба бетона различной марки до разрушения куба. За сжимающую нагрузку принимают максимальную нагрузку, при которой образец разрушается. Теперь получены следующие результаты по прочности на сжатие бетона различных марок через 7 дней твердения, приведенные в таблице

. Прочность на сжатие бетона различной марки через 7 дней

Таблица 2: Прочность на сжатие бетона через 7 дней, измеренная в МПа (Н/мм2) или фунтах на квадратный дюйм.

Конц. Марка МПа   psi
● M10 —- 6,5 МПа или 940 фунтов на кв. МПа или 2790 фунтов/кв. дюйм
● M35 —- 22,75 МПа или 3300 фунтов/кв.

Прочность на сжатие бетона различных марок через 14 дней

Теперь получены следующие результаты по прочности на сжатие бетона различных марок через 14 дней твердения, приведенные в таблице

. Прочность на сжатие бетона различных марок через 14 дней

Таблица 3: Прочность на сжатие бетона через 14 дней, измеренная в МПа (Н/мм2) или фунтах на квадратный дюйм.

Конц. Марка МПа    psi
● M10 — 9 МПа или 1305 psi
● M15 — 13,5 МПа или 1960 psi
● M20 — 18 МПа или 2610 psi
● M25 — 22,5 МПа или 3260 psi
МПа или 3920 фунтов/кв. дюйм
● M35 —- 31,5 МПа или 4570 фунтов/кв. дюйм
● M40 —- 36 МПа или 5220 фунтов/кв.

Прочность на сжатие бетона различных марок через 28 дней

Теперь получены следующие результаты по прочности на сжатие бетона различных марок при 28-дневном твердении, приведенные в таблице

. Прочность на сжатие бетона различной марки через 28 дней

Таблица 4: Прочность на сжатие бетона через 28 дней, измеренная в МПа (Н/мм2) или фунтах на квадратный дюйм.

Конц. МПа  фунтов на кв. дюйм
● M10 —- 10 МПа или 1450 фунтов на кв. дюйм
● M15 —- 15 МПа или 2175 фунтов на кв. МПа или 4350 фунтов/кв. дюйм
● M35 —- 35 МПа или 5080 фунтов/кв. дюйм
● M40 —- 40 МПа или 5800 фунтов/кв.

% прочности бетона на сжатие во времени

Зависимость между прочностью бетона в зависимости от времени не является линейной, это означает, что увеличение прочности не увеличивается в зависимости от приложенной нагрузки с увеличением времени, она будет увеличиваться нелинейно.

Бетон

представляет собой макроэлемент с песком, цементом и крупным заполнителем в качестве микроингредиента (соотношение смеси), который со временем приобретает 100% прочность в затвердевшем состоянии.

Бетон набирает 16 % своей первоначальной прочности в течение 24 часов, тогда как бетон набирает 65 % целевой прочности к 7 дням заливки и отверждения.

До 14 дней бетон показывает 90% заданной прочности, после чего набор прочности замедляется и для достижения 99% прочности требуется 28 дней.

Мы не можем судить о прочности бетона, пока он не станет стабильным. И мы также не будем ждать 28 дней, чтобы судить о том, подходит ли бетон для строительства или нет, чтобы сохранить его сбалансированным, бетон проверяется через различные промежутки времени.

Таблица 5: % прочности бетона на сжатие во времени

Дней                         
● 1 дней — 16 %
● 3 дней – 40 %
● 7 дней – 65 %
● 14 дней — 90 %
● 21 дней — 94 %
● 99 %

Максимальный всплеск прироста прочности наблюдается до 14 дней, поэтому мы тестируем бетон с интервалом 7 дней, 10 дней и 14 дней, и если бетон не показывает результаты 90% своей общей прочности в течение 14 дней, то эта партия отбраковывается.

Прочность бетона на сжатие и ее значение

Как мы все знаем, бетон представляет собой смесь песка, цемента и заполнителя. Прочность бетона зависит от многих факторов, таких как индивидуальная прочность на сжатие его составляющих (цемент, песок, заполнитель), качество используемых материалов, пропорции воздухововлекающей смеси, водоцементное отношение, методы отверждения и температурные воздействия.

Прочность на сжатие дает представление об общей прочности и вышеупомянутых факторах.Проведя этот тест, можно легко оценить прочность бетона на фунты на квадратный дюйм и качество произведенного бетона.

Факторы, влияющие на прочность бетона на сжатие

● Крупный заполнитель:- Бетон делается однородным путем объединения заполнителей, цемента, песка, воды и различных других добавок. Но даже при правильном перемешивании могут возникать микротрещины из-за различий в термических и механических свойствах крупных заполнителей и цементной матрицы, что приводит к разрушению бетона.

Технологи-бетонщики разработали теоретические концепции относительно размера заполнителей, которые, поскольку размер заполнителя является основным фактором прочности на сжатие. Таким образом, если размер заполнителя увеличивается, это приводит к увеличению прочности на сжатие.

Позже эта теория была отвергнута, так как эксперименты показали, что больший размер заполнителей показывает повышенную прочность на начальных фазах, но снижается экспоненциально.

Единственной причиной этого падения прочности была уменьшенная площадь поверхности для прочности связи между цементной матрицей и заполнителями и более слабая переходная зона.

● Воздухововлечение:- Воздухововлечение в бетоне было одной из концепций, разработанных в странах с холодным климатом для предотвращения повреждений из-за замерзания и оттаивания. Позже, как показали эксперименты, многогранные преимущества воздухововлечения наряду с улучшением удобоукладываемости бетона при более низком водоцементном отношении.

Поскольку достижение желаемой удобоукладываемости при более низком содержании воды помогло получить бетон с большей прочностью на сжатие, что, в свою очередь, приводит к получению легкого бетона с большей прочностью на сжатие.

● Соотношение вода/цемент:- Мы все прекрасно понимаем, как избыток воды может отрицательно сказаться на прочности бетона. Цемент, являющийся основным вяжущим материалом в бетоне, нуждается в воде для процесса гидратации, но это ограничено только примерно (от 0,20 до 0,25) % содержания цемента. Избыток воды оказывает благотворное влияние на удобоукладываемость и отделку бетона.

Тот самый аспект, при котором избыток воды считается вредным, потому что, когда вода в бетонной матрице высыхает, она оставляет большие пустоты между зернами заполнителя и цемента.Это промежуточное пространство становится первичными трещинами при испытании бетона на прочность при сжатии.

Почему мы тестируем бетон в течение 7 дней, 14 дней и 28 дней?

Бетон набирает максимальную прочность через 28 дней. Поскольку в строительном секторе на карту поставлено большое количество капитала, вместо проверки прочности через 28 дней мы можем проверить прочность с точки зрения прочности бетона на 7 и 14 дней, чтобы предсказать целевую прочность строительных работ.

Из приведенной ниже таблицы видно, что бетон набирает 16 % своей прочности в течение 24 часов, тогда как бетон набирает 65 % заданной прочности к 7 дням заливки.

До 14 дней бетон показывает 90% заданной прочности, после этого прирост прочности замедляется и для достижения 99% прочности требуется 28 дней.

Мы не можем судить о прочности бетона, пока он не станет стабильным. И мы также не будем ждать 28 дней, чтобы судить о том, подходит ли бетон для строительства или нет, чтобы сохранить его сбалансированным, бетон проверяется через различные промежутки времени.

Как вы можете видеть, бетон быстро набирает свою прочность до 7-го и 14-го дня до 90% после отверждения, а затем постепенно увеличивается.Поэтому мы не можем предсказать прочность, пока бетон не придет в это стабильное состояние.

Как только он достигает определенной прочности через 7 дней, мы знаем (согласно таблице), что только 9% прочности будут увеличиваться. Поэтому на объектах мы обычно проводим испытания бетона в этот интервал. Если через 14 дней бетон не выдержит, то мы откажемся от этого дозирования.

Испытание кубика бетона на сжатие Процедура и результат

Устройство для испытания бетонного куба. Процедура и результат выполняются в следующие этапы:

● 1) Код IS:- этот бетонный куб тест завершен в соответствии с кодом IS 516

● 2) Необходимое оборудование и аппаратура:

a) Штамповка:- Штанга трамбовки используется для выравнивания поверхности бетонной кубической формы, имеет диаметр 16 мм и длину 60 см.

b) Машина CTM : Машина CTM необходима для приложения нагрузки к форме куба бетона, минимальная нагрузка должна составлять 14 Н/мм2/мин.

Станок CTM

c) ТРИ типа пресс-формы: для испытаний используется бетонная кубическая форма двух размеров, первый из которых имеет больший размер 150 мм или 15 см, имеет определенный размер (д × ш × в) 150 мм × 150 мм × 150 мм с размер заполнителя составляет 38 мм, а второй меньший размер бетонной формы куба составляет 100 мм × 100 мм × 100 мм с размером заполнителя 19 мм, используемым в Индии.

В США и других странах также используются цилиндрические бетонные формы диаметром 150 мм, высотой 300 мм и размером заполнителя 38 мм.

бетонная кубическая форма

d) другое оборудование — лист GI (для изготовления бетона), вибрационная игла, лоток и другие инструменты.

● 3) Факторы окружающей среды: — для стандартного расчета прочности бетона на сжатие. Факторы окружающей среды должны быть оптимальными, минимальное количество образцов для испытаний должно быть 3, температура должна быть 27 ± 2 ℃, а влажность 90%

Процедура испытания бетонного куба на прочность при сжатии

а) Измерьте сухую пропорцию ингредиентов (цемент, песок и крупный заполнитель) в пропорции в соответствии с конструкцией бетона. Ингредиентов должно быть достаточно для отливки тестовых кубиков.

b) сначала смешать цемент и песок до получения однородного цвета, затем добавить заполнитель, тщательно перемешать сухие ингредиенты до получения однородного цвета смеси и добавить расчетное количество воды к сухой пропорции (водоцементному соотношению) и хорошо перемешать для получения однородной текстуры

c) Залейте бетон в форму с помощью вибратора и использованной трамбовочной штанги для тщательного уплотнения и выравнивания поверхности бетонной кубической формы. Обработайте верхнюю часть бетона мастерком и хорошо постукивайте, пока цементный раствор не достигнет верхней части формы. кубики.

d) Через некоторое время форму следует накрыть красным мешком и оставить на 24 часа при температуре 27 ± 2 ℃. Через 24 часа вынуть образец из формы.

e) Поместите образец в пресную воду при температуре 27 ± 2 ℃ для отверждения, образец должен храниться в течение 7, 14 или 28 дней. Каждые 7 дней воду следует обновлять. Образец должен быть извлечен из воды за 30 минут до испытания, и перед проведением испытания образец должен находиться в сухом состоянии.

Образец бетонного куба 15 см

● 5) Испытание бетонного куба: Теперь поместите бетонные кубы в испытательную машину (CTM) в центре. Кубики должны быть правильно размещены на плите машины (проверьте круглые метки на машине). Аккуратно совместите образец со сферически установленной пластиной. Нагрузка будет приложена к образцу в осевом направлении.

Теперь медленно прикладывайте нагрузку со скоростью 14 Н/мм2/мин, пока куб не разрушится.
Максимальная нагрузка, при которой образец разрушается, принимается за сжимающую нагрузку.

● 6) Расчет:

Прочность бетона на сжатие = Максимальная нагрузка на сжатие / Площадь поперечного сечения, Площадь поперечного сечения = 150 мм X 150 мм = 22500 мм2 или 225 см2, предположим, что нагрузка на сжатие составляет 563 кН, тогда
Прочность на сжатие бетона М25 через 28 дней = (563 Н/22500 мм2 = 25 Н/мм2 (20 МПа) или 3626 фунтов на квадратный дюйм

◆Вы можете подписаться на меня в Facebook и подписаться на наш канал Youtube

Вам также следует посетить:-

1) что такое бетон, его виды и свойства

2) Расчет количества бетона для лестницы и его формула

Кладочный цемент и раствор типа S, N и M — CEMEX USA

Прочность

Свойства кладочного раствора, связанные с его долговечностью, включают:

• Стойкость к морозостойкости. Исследование ^[1][2][3]  показывает, что уровень вовлечения воздуха не менее 10–12 процентов необходим для обеспечения эффективной устойчивости к разрушению при замораживании-оттаивании.
• Характеристики усадки при высыхании. Результаты лабораторных испытаний, показанные на Рисунке I, показывают, что усадка при высыхании кладочных цементных растворов примерно вдвое меньше, чем у портландцементно-известковых растворов (см. Рис. I).
• Устойчивость к сульфатной атаке. Цементные растворы для каменной кладки также демонстрируют значительно более высокую устойчивость к сульфатам, чем цементно-известковые растворы на основе портландцемента (см. рис. II).
• Водопроницаемость. Свойства цементных растворов для каменной кладки гарантируют, что потребности проектировщиков и каменщиков будут удовлетворены в достижении водонепроницаемой каменной кладки. Лабораторные исследования ^[4]  подтвердили отличные характеристики цементных растворов для кладки в испытаниях на водопроницаемость (см. Рисунок III).

---

Внешний вид

Так как цвет Masonry Cement контролируется в лаборатории, а Masonry Cement предлагает простоту системы дозирования с одним мешком, легче добиться однородного цвета цемента для идеального внешнего вида готовой работы.

---

Установка

---

Подготовка

Кладочный цемент типа N, кладочный цемент типа S и кладочный цемент типа M

CEMEX пропорциональны песку, соответствующему стандарту ASTM C-144, в соответствии с таблицей 4, и позволяют производить раствор, отвечающий требованиям ASTM C-270 в соответствии со спецификациями пропорции. Однако в соответствии с требованиями ASTM C-270 к свойствам пропорции цемента к песку для строительного раствора должны находиться в диапазоне от 1:2¼ до 1:3½, и раствор должен быть предварительно испытан в лаборатории перед работа начинается.

По возможности следует использовать машинное смешивание. Сначала при работающем миксере добавьте большую часть воды и половину песка. Затем добавьте цемент для кладки и остальную часть песка. После одной минуты непрерывного перемешивания медленно добавьте остальную воду. Перемешивание должно продолжаться не менее трех минут; увеличение времени перемешивания до пяти минут улучшает качество раствора.

---

Применение

Для успешного применения необходимы принципы хорошего качества изготовления, включая надлежащее заполнение швов оголовка и основания, тщательное размещение агрегатов, соответствующую оснастку соединения, изменение строительных процедур и/или графиков для адаптации к экстремальным погодным условиям ^{[5][6]. ]}  и надлежащие процедуры очистки.

Кладочные швы должны быть обработаны инструментами с одинаковой степенью жесткости и влажности. Если швы будут обработаны слишком рано, лишняя вода будет вытягиваться на поверхность, что приведет к более легким швам. Соединения будут казаться темными и обесцвеченными, если обработка будет выполнена после начала затвердевания.

---

Жаркая погода и повторная закалка

Растворы, подвергающиеся воздействию горячего ветра и прямых солнечных лучей, теряют работоспособность из-за испарения воды. Для защиты строительного раствора следует принимать меры предосторожности, основанные на здравом смысле, такие как затенение смесителя, смачивание досок для строительного раствора, накрытие тачек и ванн, а также балансировка производства строительного раствора в соответствии со спросом.

Если необходимо восстановить удобоукладываемость, строительный раствор можно повторно закалить путем добавления воды и повторного перемешивания. Никакой раствор не должен использоваться или подвергаться повторному отпуску более чем через 2,5 часа после первоначального смешивания.

---

Меры предосторожности при использовании холодной воды

Раствор должен поддерживаться при минимальной температуре 40 ° F, как предписано стандартными техническими условиями для каменной кладки в холодную погоду. Добавки для холодной погоды должны быть одобрены архитектором.

---

Наличие

Портландцементы CEMEX можно заказать, связавшись со службой поддержки клиентов CEMEX по телефону:

Обслуживание клиентов  | 1-800-992-3639

---

Гарантии

СЕМЕКС, Инк.гарантирует, что Broco Stucco Cement при отправке с нашего завода или терминалов соответствует текущим требованиям ASTM C-1328, «Стандартная спецификация для пластичного (штукатурного) цемента» и ASTM C-91, «Стандартная спецификация для каменной кладки».

---

Техническое обслуживание

Избегайте использования агрессивных химических чистящих средств или растворов сильных кислот при очистке кирпичной кладки.

ТАБЛИЦА 3 Физические свойства кладочных цементных растворов (ASTM C-270)
Тип раствора	Прочность на сжатие 2-дюймовых кубов через 28 дней мин., фунт/кв. дюйм (МПа)	Минимум водоудерживающей способности, %
Н	750 (5,2)	75
С	1800 (12,4)	75
М	2500 (17,2)	75

 

ТАБЛИЦА 4 Кладочный цементный раствор – пропорции по объему (ASTM C-270)
Миномет типа	Портландцемент	Кирпичная кладка N	Цемент S	Тип М	Песок
Н	—	1	—	—	2-1/4 — 3
С	1/2	1	—	—	3-3/8 — 41/2
С	—	—	1	—	2-1/4 — 3
М	1	1	—	—	4-1/2 — 6
М	—	—	—	1	21/4 — 3

---

Персонал технических служб

Персонал CEMEX может оказать техническую помощь, связавшись со службой поддержки клиентов по телефону: 1-800-992-3639

.

---

Гарантия

CEMEX гарантирует, что идентифицированные продукты соответствуют действующим требованиям ASTM и федеральным спецификациям.Никто не имеет права вносить какие-либо изменения или дополнения в данную гарантию. CEMEX не дает никаких гарантий или заявлений, явных или подразумеваемых, в отношении этого продукта и отказывается от любых подразумеваемых гарантий товарного состояния или пригодности для конкретной цели.

Поскольку CEMEX не контролирует другие ингредиенты, смешанные с этим продуктом, или конечное применение, CEMEX не дает и не может гарантировать готовую работу.

Ни при каких обстоятельствах CEMEX не несет ответственности за прямые, непрямые, специальные, случайные или косвенные убытки, возникающие в результате использования этого продукта, даже если о возможности таких убытков было сообщено.Ни в коем случае ответственность CEMEX не может превышать покупную цену этого продукта.

Испытание на неограниченное сжатие | Geoengineer.org

Испытание на неограниченное сжатие — это лабораторное испытание, используемое для получения неподтвержденной прочности на сжатие (UCS) образца горной породы. Неподтвержденная прочность на сжатие (UCS) означает максимальное осевое сжимающее напряжение, которое образец может выдержать при нулевом ограничивающем напряжении. Из-за того, что напряжение прикладывается вдоль продольной оси, испытание на неограниченное сжатие также известно как испытание на одноосное сжатие .UCS — это параметр, широко используемый в геотехническом проектировании, но он может не отражать прочность на месте. В больших масштабах на свойства массива сильно влияют другие факторы, включая неоднородности, разломы и выветривание.

Во время испытания, помимо осевой нагрузки, обычно измеряют осевую и поперечную деформации для определения модуля упругости образца и коэффициента Пуассона.

Лабораторная процедура

Отбор проб

Образцы извлекаются с помощью керна и тщательно отбираются, чтобы быть репрезентативными для исходной горной породы.Минимальный диаметр образца должен быть не менее 47 миллиметров и в 10 раз превышать размер самого большого зерна минерала (или в 6 раз больше для более слабых пород, например, песчаников, мергелей).

Отношение длины к диаметру (L/D) образцов должно составлять от 2,0 до 2,5 в соответствии с ASTM (Американское общество по испытаниям и материалам) и 2,5–3,0 в соответствии с ISRM (Международное общество механики горных пород). Цилиндрические поверхности подготовлены для того, чтобы быть плоскими и гладкими. В частности, концы образца должны быть выровнены в пределах 0.02 миллиметра и они не должны отклоняться от перпендикулярности более чем на 0,06 градуса.

Целью процедуры является сохранение свойств образца на месте до проведения испытания. Поэтому влажность, зарегистрированная в полевых условиях, также должна сохраняться до испытаний.

Для получения надежного значения UCS требуется не менее 5 образцов.

Аппаратура

Аппаратура, используемая для проведения испытания на неограниченное сжатие, состоит из следующих частей:

Нагружающее устройство: Нагружающее устройство должно быть спроектировано таким образом, чтобы постоянно прилагать нагрузку с требуемой скоростью до конца испытания.Тест может быть стресс-контролируемым или стресс-контролируемым. Отмечается, что только устройства с регулируемой деформацией могут фиксировать поведение материала после разрушения.

Пластины: Осевое напряжение, прикладываемое нагружающим устройством, передается на образец двумя стальными пластинами, изготовленными с минимальной твердостью по Роквеллу 58. Их диаметр должен быть как минимум равен диаметру образца. Отношение длины к диаметру также должно быть не менее 0,5.

Устройства для измерения деформации: Осевые и поперечные деформации измеряются различными устройствами (например,г. Линейные переменные дифференциальные трансформаторы (LVDT), компрессометры, тензодатчики электрического сопротивления).

Процедура испытания

Две пластины должны быть тщательно очищены перед помещением образца в испытательную камеру. Нагрузку следует прикладывать непрерывно со скоростью от 0,5 МПа/с до 1,0 МПа/с (в случае нагрузочного устройства, регулируемого напряжением), и отказ должен произойти примерно через 10 минут. Данные о напряжении и деформации могут быть зарегистрированы с помощью электронной системы, которая имеет соответствующие характеристики точности.Максимальная нагрузка записывается в ньютонах с точностью до 1%.

Результаты

Типичная диаграмма напряжения-деформации, полученная в результате испытания на одноосное сжатие ненарушенного образца базальта, представлена ​​на Рис. 1 . UCS является пиковым значением диаграммы и равен 44,7 МПа. Фотографии образца до и после испытания представлены на рис. 2. В процессе разрушения трещины распространяются снизу вверх по образцу, срезая большой кусок образца.

Рис. 1: Кривая «напряжение-деформация» для испытания на неограниченное сжатие образца базальта.

Рис. 2: Фотографии образца до и после процедуры испытаний.

 

Запись процесса испытаний другого образца базальта представлена ​​на видео ниже.

Расчеты

5 Осевой штамм рассчитывается как:

ε _A = ΔL / L ₀

, где ε _A : осевой штамм, ΔL: изменение измеренной осевой длины и L ₀ : Начальная длина образца.

Диамометрический штамм рассчитывается как:

ε _d = δ _d = δ ₀ / d ₀

, где ε _d : диаметра диаметром, Δd: изменение диаметра и d ₀ : начальный диаметр образца.

Напряжение сжатия рассчитывается как:

σ = P / A ₀

Где σ: напряжение сжатия, P: нагрузка и A ₀ : площадь начального поперечного сечения

Следовательно, Сертированная прочность на сжатие рассчитывается для максимальной нагрузки:

σ _UCS = P _MAX / A ₀

Модуль упругости (Модуль молодых) E представляет собой отношение между осевым напряжением и осевой деформацией, может быть получено несколькими методами. Обычно его рассчитывают при уровне напряженно-деформированного состояния около 50 % от максимальной нагрузки.

E = Δ _σ  / Δε _a  (при 50% максимальной нагрузки)

d  / ε _a )

Поправки на размер:

Согласно ASTM предпочтительное отношение L/D образца равно 2.0. Поэтому применяется корректирующая формула для больших соотношений (меньшие соотношения недопустимы). В частности, прочность на одноосное сжатие пересчитывается как:

Характеристика горных пород и типичный диапазон UCS на основе типов горных пород

На основе их прочности на одноосное сжатие породы можно охарактеризовать от очень слабых до очень прочных следующим образом: Диапазон прочности (MPA)

типичных типов рок

очень слабые

10-20

выдержанные и слабо уплотненные осадочные породы

слабые

20-40

Scists

Средний

40-80

Компетентный седиментальный у скалы; некоторые низкоплотные крупнозернистые магматические породы

Крепкие

80-160

компетентные магматические породы; некоторые метаморфические породы и мелкозернистые песчаники

Таблица 1: Классификация твердости горных пород (из Attewell & Farmer 1976).

Диапазон прочтения одноосной сжатия для большого количества типичных типов рок-рок представлен в таблице 2.

Типичные типы рок

Гранит 100-250 Диорит 150-300 диабаз 100-350 габбро

9

Basalt

100-250 шифера 100-200 Кварцит 150-300 Песчаник Shale Известняк Доломит

Uniaxial прочность на компрессию (MPA)
	150-300
100-300
GNEISS	50-200
91 723 мрамор
	20- 170
	5-100
	30-250
	30-250

Таблица 2: Типичные значения прочности на одноосное сжатие для различного количества горных пород (из Attewell & Farmer 1976).

Ссылки

ASTM D7012-14e1, (2014). Стандартные методы испытаний прочности на сжатие и модулей упругости неповрежденных образцов горных пород при различных состояниях напряжения и температуры, ASTM International, West Conshohocken, PA.

Аттуэлл, П.Б. и Фармер, И. В. (1976). Основы инженерной геологии. Чепмен и Холл, Лондон.

МСРМ, (1979). Предлагаемые методы определения прочности на одноосное сжатие и деформируемости горных пород.Международный журнал механики горных пород и горных наук и рефератов геомеханики. 16, 2.

.

No related posts.