مطالعه آزمایشگاهی رشد ترک در تیرهای بتنیECC مسلح و غیرمسلح

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 استاد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 استادیار دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

کامپوزیت‌‌های سیمانی با الیاف پلی‌وینیل الکل(ECC-PVA)‌، دسته‌ای از کامپوزیت‌های سیمانی‌ست که علاوه بر مقاومت کششی و شکل‌پذیری بالا، عرض ترک تحت کنترل است. رفتار کرنش- سخت‌شونده کامپوزیت‌ها، تحت اثر بارهای کششی و خمشی و بروز ترک‌خوردگی متعدد به جای ترک‌های عمیق و متمرکز، از مزایای مهم آن‌ها محسوب می‌شود، که منجر به استفاده روزافزون از آن شده است. در این مقاله، هشت نمونه تیر بتنیECC (چهار نمونه با الیاف 2% و چهار نمونه با 1.5% الیاف PVA) مورد آزمایش‌قرار گرفته است و نمودارهای بار- جابه‌جایی، بار- بازشدگی دهانه و بازشدگی دهانه ترک-جابه‌جایی ترک بدست آورده شده است. برای تعیین میزان بازشدگی دهانه ترک از 4 عدد جابه‌جایی‌سنج (LVDT) در اطراف ترک اولیه‌ای که در تیر ایجاد شده بود، استفاده شد. با افزایش جابه‌جایی اعمال شده توسط دستگاه استاندارد با ظرفیت500kN میزان بازشدگی ترک اولیه افزایش پیدا می‌کرد که این میزان توسط جابه‌جایی‌سنج‌ها به ثبت ‌رسید. سپس در انتها با میانگین‌گیری از میزان بازشدگی ثبت شده توسط جابه‌جایی‌سنج‌ها میزان بازشدگی نهایی دهانه ترک به دست آمد. نتایج نشان می‌دهد، نمونه‌هایECC با الیاف 2% دارای ظرفیت باربری کمتر و جابه‌جایی بیشتر است و دهانه بازشدگی و شکل‌پذیری بیشتری نسبت به نمونه‌ ECC با الیاف 1.5% دارند. همچنین افزایش درصد میزان الیاف PVA باعث افزایش ظرفیت خمشی تیرها به میزان 10 درصد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study of crack propagation in plain and reinforced ECC beams containing PVA fibers

نویسندگان [English]

  • Alanor Asadi 1
  • Bahram Navayi Neya 2
  • morteza hosseinali beygi 3
1 Ph.D candidate, Faculty of Civil Eng., Babol University of Technologyuniversity nosirvani babol
2 Civil Engineering Department, Babol Noshirvani University of Technology
3 Assistant Professor , Faculty of Civil Eng., Babol Noshirvani University of Technology
چکیده [English]

Engineered cementitious composites with polyvinyl alcohol fibers (ECC-PVA) are a group of cementitious composites, which not only provide high ductility and tensile strength but also control the crack width. The strain-hardening behavior under tensile and flexural loads and the formation of multiple shallow cracks instead of deep and concentrated cracks are among the main advantages of these composites, leading to their widespread application. In this paper, eight ECC concrete beam specimens, including four specimens containing 2% and the other four containing 1.5% PVA fibers, were tested and their load-displacement and load-crack mouse opening displacement curves were obtained. To determine the crack mouth opening displacement, four LVDTs were mounted around initial crack formed in the beam. As the displacement applied using the standard testing machine with a 500kN capacity increased, which were recorded using the LVDTs. Afterward, by averaging the recorded opening displacement recorded using LVDTs, the final crack mouth opening displacement was obtained. The results indicated that the ECC specimens with 2% PVA fibers had lower load-carrying capacity, and greater displacement, crack mouth opening displacement, and ductility values compared with the ECC specimens with 1.5% PVA fibers. Moreover, increasing the PVA fiber percentage elevated the flexural capacity of the beams by 10%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Engineered cementitious composites
  • Polyvinyl alcohol (PVA) fibers
  • Cracking
  • Concrete beams
  • flexural capacity
[1] Griffith, A. A., “The phenomena of rupture and flow in solids philosophical transaction”, Royal Society of London, No. 22, (1920) . PP. 163-198.
[2] Kaplan M.E.,“Crack Propagation and the Fracture Concrete”,ACI Journal,Vol.58,No5, 1961,pp. 591-610.
[3] Bencardino F, Rizzuti L, Spadea G, Swamy RN. Implications of test methodology on post-cracking and fracture behaviour of steel fibre reinforced concrete. Composites Part B: Engineering. 46 (2013) 31-38.
[4] Barros JA, Cunha VM, Ribeiro AF, Antunes JA. Post-cracking behaviour of steel fibre reinforced concrete. Materials and Structures. 38 (1) (2005) 47-56.
[5] Li VC, Wu C, Wang S, Ogawa A, Saito T. Interface tailoring for strain-hardening polyvinyl alcohol-engineered cementitious composite (PVA-ECC). Materials Journal. 99 (5) (2002) 463-472.
[6] Yang EH, Sahmaran M, YINGZI Y, Li VC. Rheological control in production of engineered cementitious composites. ACI Materials Journal. 106 (4) (2009) 357-366.
[7] Wang S, Li VC. Engineered cementitious composites with high-volume fly ash. ACI Materials Journal. 104 (3) (2007) 233-241.
[8] Ranade R, Zhang J, Lynch JP, Li VC. Influence of micro-cracking on the composite resistivity of engineered cementitious composites. Cement and Concrete Research. 58 (2014) 1-2.
[9] Yıldırım G, Sahmaran M, Al-Emam MK, Hameed RK, Al-Najjar Y, Lachemi M. Effects of Compressive Strength, Autogenous Shrinkage, and Testing Methods on Bond Behavior of High-Early-Strength Engineered Cementitious Composites. ACI Materials Journal. 112(3) (2015).
[10] Zhang Q, Li VC. Development of durable spray-applied fire-resistive Engineered Cementitious Composites (SFR-ECC). Cement and Concrete Composites. 60 (2015) 10-16.
[11] Maalej M, Li VC. Flexural/tensile-strength ratio in engineered cementitious composites. Journal of Materials in Civil Engineering. 6(4) (1994) 13-28.
[12] Şahmaran M, Lachemi M, Hossain KM, Ranade R, Li VC.  Influence of aggregate  type  and  size  on  ductility  and mechanical properties of engineered cementitious composites. ACI Materials Journal. 106(3) (2009) 308-16.
[13] Shamsher Bahadur Singh, Madappa V.R. Sivasubramanian, Flexural response of ECC strengthened reinforced concrete beams, Indian Concr. J. 87 (7) (2013) 35–44.
[14] Wang Nan, Xu Shi-lang, Flexural response of reinforced concrete beams strengthened with post-poured ultra high toughness cementitious composites layer, J. Cent. South Univ. 18 (3) (2011) 932–939.
[15] Mykolas Daugevicius, Juozas Valivonis, Tomas Skuturna, Vladimir Popov, RC Beams strengthened with HPFRCC: experimental and numerical results, J. Civ. Eng. Manage. 22 (2) (2016) 254–270.
[16] Jingming  Cai, Jinlong Pan, Xiaopeng Li., Behavior of ECC-encased CFST columns under axial compression Engineering Structures 171 (2018) 1-9
[17] Ge, W., Ashour, A.F., Cao, D., Lu, W., Gao, P., Yu, J., Ji, X., Cai, C., Experimental study on flexural behavior of ECC-concrete composite beams reinforced with FRP bars, Composite Structures. 263 (17) (2018) 131-139
[18] Hosseini, F. Gencturk, B. Aryan, H. Cadaval, G. “Seismic behavior of 3-D ECC beam-column connections subjected to bidirectional bending and torsion” Engineering Structures Vol 172, pp751-763, 2018
[19] Abouhussien, A. Hassan, A. Ismail, M. AbdelAleem, B. “Evaluating the cracking behavior of ECC beam-column connections under cyclic loading by acoustic emission analysis” Construction and Building Materials Vol. 215,  pp. 958-968, 2019
[20] Kalilzadeh Vahidi, E. and Rezaei, M., 2021. Experimental study of the effect of engineering cementitious composites containing carbon nanofibers on concrete-beam-column joint. Journal of Structural and Construction Engineering, 8(Special Issue 2), doi: 10.22065/jsce.2020.217538.2061
[21] Li VC, Wang S, Wu C. Tensile strain-hardening behavior of polyvinyl alcohol engineered cementitious composite (PVA-ECC). ACI Mater.  98(6) (2001) 483-92.
[22] Lepech, M.D., Li, V.C.: Large scale processing of engineered cementitious composites. ACI Mater. J. 105 (4) (2008) 358–366
[23] A. C192, Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory, (2016) ASTM C192/C192M-15