پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 428 |
| تعداد مقالات | 5,584 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,933,521 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,911,397 |
تعیین پارامترهای شکست کامپوزیت‌های سیمانی الیافی دارای نانو سیلیس با استفاده از پردازش تصویر | ||
| نشریه مهندسی عمران امیرکبیر | ||
| مقاله 15، دوره 54، شماره 12، اسفند 1401، صفحه 4729-4750 اصل مقاله (2.73 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/ceej.2022.21354.7689 | ||
| نویسندگان | ||
| حسین کریمپور؛ موسی مظلوم* | ||
| دانشکده‌ی مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| استفاده از کامپوزیت‌های سیمانی الیافی ایده‌ای نو در صنعت ساختمان محسوب می‌شود. به دلیل انعطاف‌پذیری بالای کامپوزیت‌های سیمانی الیافی نسبت به بتن معمولی، استفاده از این نوع مصالح در المان‌های سازه‌ای از جذابیت زیادی به ویژه در مناطق زلزله‌خیز برخوردار است. بنابراین بررسی رفتار و خواص شکست آنها به منظور تسهیل در روند طراحی و استفاده در صنعت ساختمان امری ضروری به نظر می‌رسد. در این پژوهش نوع جدیدی از کامپوزیت‌های سیمانی دارای الیاف پلی‌پروپیلن با رفتار سخت‌شوندگی کرنشی مورد بررسی قرار گرفت. در این نوع کامپوزیت به منظور کاهش اثرهای منفی زیست‌محیطی استفاده از سیمان، از سربارهی آهن‌گدازی استفاده شد. استفاده از این نوع پوزولان علیرغم اثرات مثبت آن باعث دیرگیری و مقاومت فشاری و خمشی کم در سنین پایین می‌گردد که با افزودن نانو سیلیس به خمیر سیمان، این مشکل رفع گردید. در این پژوهش تأثیر استفاده از نانو سیلیس در رفتار شکست کامپوزیت‌های سیمانی الیافی مورد بررسی قرار گرفت. در همین راستا ۵ طرح اختلاط شامل طرح بدون نانو سیلیس و طرح‌های حاوی ۱-۴ درصد نانو سیلیس ساخته شد. آزمایش‌های مقاومت فشاری و خمشی جهت تعیین ویژگی‌های مکانیکی و شکست انجام شد. رفتار شکست و گسترش ترک در این کامپوزیت سیمانی الیافی با استفاده از روش ضریب شدت تنش دوتایی تحلیل شد و تأثیر نانو سیلیس بر طاقت شکست در زمان شروع ترک‌خوردگی و همچنین نحوه‌ی گسترش ترک (در حالت ناپایدار) بررسی شد. به دلیل محدودیت تجهیزات متداول اندازه‌گیری جابه‌جایی و کرنش، برای محاسبهی بازشدگی دهانهی ترک و بار نظیر ترک‌خوردگی اولیه از روش پردازش تصویر استفاده شد. نتایج نشان داد که افزودن ۳ درصد نانو سیلیس باعث بهبود رفتار مکانیکی (شامل مقاومت فشاری و مقاومت خمشی) شده و همچنین افزایش طاقت پل زدن الیاف و کاهش تردی کامپوزیت سیمانی الیافی را در پی دارد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| کامپوزیت سیمانی الیافی؛ مکانیک شکست؛ نانو سیلیس؛ پردازش تصویر؛ کامپوزیت سیمانی مهندسی شده | ||
| موضوعات | ||
| تکنولوژی بتن | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Determination of fracture parameters of fiber-reinforced cementitious composites containing nano-silica using image processing | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Hosein Karimpour؛ Moosa Mazloom | ||
| Civil Engineering Department, Shahid Rajaee Teacher Training University | ||
| چکیده [English] | ||
| Considering that fiber-reinforced cementitious composites have been developed in recent years, it seems necessary to determine their fracture behavior, fix the possible defects of these materials, and facilitate their use in the construction industry. In this study, a new cementitious composite with strain-hardening behavior has been developed. Granulated blast furnace slag has been used as supplementary cement material to reduce the side effects of excessive consumption of cement on the environment. Moreover, Nano silica has been used to increase hydration at early ages due to the low rate of hydration of pozzolanic materials, which leads to low strength at an early age. Therefore, in this study, the effect of adding nano-silica on the fracture behavior of cementitious composites has been discovered. The double-k fracture method (DKFM) has been used to analyze the fracture behavior at different stages of specimen failure, i.e., crack initiation and stable and unstable crack propagation. In addition, the digital image correlation technique has been used to find the initial crack load and the crack opening displacement at different loading stages. This study's results revealed that adding nano-silica to the amount of 3 wt. % of cement improves the mechanical behavior (including compressive strength and bending strength), increases the cohesive toughness, and reduces the brittleness of the fiber-reinforced cementitious composite. Increasing cohesive toughness could be interpreted as an increase in embedded fibers' interfacial frictional bond strength. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Fiber-Reinforced Cementitious Composites, Fracture Mechanics, Nano-silica, Image Processing, Digital Image Correlation (DIC) | ||
| مراجع | ||
|
[1] E.Yang, V.C. Li, Strain-hardening fiber cement optimization and component tailoring by means of a micromechanical model, Construction and Building Materials, 24, (2010),130–9. [2] M. Wu, M. B. Johannesson, and M. Geiker, A review: Self-healing in cementitious materials and engineered cementitious composite as a self-healing material, Construction and Building Materials 28, (2012) 571-583. [3] A. Dehghani, F. Nateghi Elahi, Experimental And Analytical Estimation Of Mechanical Properties Of En gineered Cementitious Composites (Ecc) With Polyvinyl Alcohol Fibers, Sharif Journal of Civil Engineering, 30-2(1.1), (2014), 45-57. [4] V.C. Li, T. J. J. o. M. i. C. E. Kanda, Innovations forum: engineered cementitious composites for structural applications, Journal of Materials in Civil Engineering, 10(2), (1998), 66-69. [5] M. Mazloom, and S. Mirzamohammadi, Fracture of fibre-reinforced cementitious composites after exposure to elevated temperatures, Magazine of Concrete Research, 73(14), (2021), 701-713. [6] H. Karimpour, and M. Mazloom, Pseudo-strain hardening and mechanical properties of green Cementitious composites containing polypropylene fibers. Structural Engineering and Mechanics, 81(5), (2022), 575. [7] M. Mazloom, and S. Mirzamohammadi, Computing the fracture energy of fiber reinforced cementitious composites using response surface methodology, Advances in Computational Design, 6(3), (2021), 225-239. [8] Q. Zhang, V. C. Li, Development of durable spray-applied fire-resistive engineered cementitious composites (SFR-ECC), Cement and Concrete Composites, 60, (2015), 10-16. [9] S. Tsivilis, G. Batis, E. Chaniotakis, G. Grigoriadis, and D. Theodossis, Properties and behavior of limestone cement concrete and mortar, Cement Concrete Research, 30(10), (2000), 1679-1683. [10] Swaddiwudhipong, S., Lu, H.-R., & Wee, T.-H, Direct tension test and tensile strain capacity of concrete at early age. Cement and Concrete Research, 33(12), .(2003), 2077–2084. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00231-X [11] Li, V. C. (2019). Engineered cementitious composites (ECC): bendable concrete for sustainable and resilient infrastructure. Springer. [12] Zhou, J., Qian, S., Sierra Beltran, M. G., Ye, G., van Breugel, K., & Li, V. C., Development of engineered cementitious composites with limestone powder and blast furnace slag. Materials and structures, 43(6), (2010), 803-814. [13] J.K. Kim, J.S. Kim, G.J. Ha, and Y.Y. Kim, Tensile and fiber dispersion performance of ECC (engineered cementitious composites) produced with ground granulated blast furnace slag, Cement Concrete Research, 37(7), (2007), 1096-1105. [14] I. Lim, J.C. Chern, T. Liu, and Y.W. Chan, Effect of ground granulated blast furnace slag on mechanical behavior of PVA-ECC, Journal of Marine Science and Technology, 20(3), (2012), 319-324. [15] A. Adesina, and S. Das, Mechanical performance of engineered cementitious composite incorporating glass as aggregates, Journal of Cleaner Production, 260, (2020), 121113. [16] P.Hosseini, A. Booshehrian, and S. Farshchi, Influence of nano-SiO2 addition on microstructure and mechanical properties of cement mortars for ferrocement, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2141, (2010), 15-20. [17] A. Abna, and M. Mazloom, Flexural properties of fiber-reinforced concrete containing silica fume and nano-silica., Materials Letters, 316, (2022), 132003 [18] V. Broujerdian, H. Karimpour, and S. Alavikia, Predicting the shear behavior of reinforced concrete beams using non-linear fracture mechanics, International Journal of Civil Engineering, 17(5), (2019), 597-605. [19] Xu, S., & Reinhardt, H. W. (1999). Determination of double-K criterion for crack propagation in quasi- Brittle fracture, Part I: Experimental investigation of crack propagation, International Journal of Fracture, 98(2), 111-149. [20] S. Kumar, and S. V. Barai, Concrete fracture models and applications, Springer Science and Business Media, (2011). [21] J. Zhou, S. Qian, G. Ye, O. Copuroglu, K. van Breugel, and V. C. Li, Improved fiber distribution and mechanical properties of engineered cementitious composites by adjusting the mixing sequence, Cement and Concrete Composites, 34(3), (2012), 342-348. [22] S. P. Shah, M. S. Konsta-Gdoutos, Z. S. Metaxa, and P. Mondal, Nanoscale modification of cementitious materials. In Nanotechnology in construction 3, Springer, (2009), 125-130. [23] Y. Al-Najjar, S. Yeşilmen, A. M. Al-Dahawi, M. Şahmaran, G. Yıldırım, M. Lachemi, and L. Amleh, Physical and Chemical Actions of Nano-Mineral Additives on Properties of High-Volume Fly Ash Engineered Cementitious Composites, ACI Materials Journal, 113(6), (2016). [24] ASTM C1609/C1609M-05, Standard Test Method for Flexural Performance of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam With Third-Point Loading), American Society for Testing and Materials, (2005). [25] L. Senff, J. A. Labrincha, V. M. Ferreira, D. Hotza, and W. L. Repette, Effect of nano-silica on rheology and fresh properties of cement pastes and mortars, Construction and Building Materials, 23(7), (2009), 2487–2491. [26] P. Mehta and P. Monteiro, Concrete: microstructure, properties and materials, McGraw-Hill Education (2017). [27] A. M. Neville, Properties of Concrete, ELBS with Addison Wesley Longman Limited. England, (1996). [28] M. Mazloom, and S. Mirzamohammadi, Thermal effects on the mechanical properties of cement mortars reinforced with aramid, glass, basalt and polypropylene fibers, Advances in materials research, 8(2), (2019), 137-154. [29] J. Björnström, A. Martinelli, A. Matic, L. Börjesson, and I. Panas, Accelerating effects of colloidal nano-silica for beneficial calcium–silicate–hydrate formation in cement, Chemical physics letters, 392(1-3), (2004), 242–248. [30] G. Li, Properties of high-volume fly ash concrete incorporating nano-SiO2, Cement and Concrete Research, 34(6), (2004), 1043–1049. [31] Fu, C., Guo, R., Lin, Z., Xia, H., Yang, Y., & Ma, Q., Effect of nanosilica and silica fume on the mechanical properties and microstructure of lightweight engineered cementitious composites. Construction and Building Materials, 298, (2021), 123788. [32] D. J. Kim, S. H. Park, G. S. Ryu, and K. T. Koh, Comparative flexural behavior of hybrid ultra-high-performance fiber-reinforced concrete with different macro fibers, Construction and Building Materials, 25(11), (2011), 4144-4155. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 745 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 971 |
||