Что такое физико механические свойства: Физико-механические свойства

Содержание

Физико-механические свойства

Предел прочности при растяжении (вдоль направления армирования), МПа, не менее 320 ASTM D638 - 10
Предел прочности при растяжении (поперек направления армирования), МПа, не менее 50 ASTM D638 - 10
Модуль упругости при растяжении (вдоль направления армирования), ГПа, не менее 23 ASTM D638 - 10
Модуль упругости при растяжении (поперек направления армирования), ГПа, не менее 8,5 ASTM D638 - 10
Предел прочности при сжатии (вдоль направления армирования), МПа, не менее 270 ASTM D695 - 10
Предел прочности при сжатии (поперек направления армирования), МПа, не менее 150 ASTM D695 - 10
Коэффициент Пуассона (вдоль направления армирования) 0,23 ASTM D638 - 10
Предел прочности при изгибе (вдоль направления армирования), МПа, не менее 300 ASTM D790 - 10
Предел прочности при изгибе (поперек направления армирования), МПа, не менее 75 ASTM D790 - 10
Модуль упругости при изгибе (вдоль направления армирования), ГПа, не менее 12 ASTM D790 - 10
Модуль упругости при изгибе (поперек направления армирования), ГПа, не менее 5,5 ASTM D790 - 10
Плотность (г/см3) 1,8-2,0 _______
Коэффициент линейного расширения *10оС 5-14 ГОСТ 15173-70
Коэффициент теплопроводности, Вт/м2 0,25-0,4 ГОСТ 23630.2-79
Диэлектрическая проницаемость при частоте 106 Гц, не более 4,5 ГОСТ 22372-77
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом см, не менее 1013 IEC 60093
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее 1011 IEC 60093
Дугостойкость, сек., не менее 120 ASTM D495-61
Теплостойкость HDT-A, К(Со), не менее 473 (200) ISO 75
Водопоглощение при температуре 23±2 ºС за 24±1 часа, % не более 0,6 ГОСТ 4650-80

Физико-механические свойства автоморфных таежных почв Республики Коми (по данным реологических исследований)

Список литературы

1. Атлас почв Республики Коми / под ред. Г.В. Добровольского, А.И. Таскаева, И.В. Забоевой. Сыктывкар : ООО «Коми республиканская типография», 2010. 356 с.

2. Шамрикова Е.В., Груздев И.В., Пунегов В.В., Хабибуллина Ф.М., Кубик О.С. Водорастворимые низкомолекулярные органические кислоты в автоморфных суглинистых почвах тундры и тайги // Почвоведение. 2013. № 6. С. 691-697. doi: 10.7868/S0032180X13060099

3. Забоева И.В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР. Сыктывкар, 1975. 343 с.

4. Структурно-функциональная организация почв и почвенного покрова европейского Северо-Востока. СПб. : Наука, 2001. 224 с.

5. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты и общая теория гумусообразования. М. : Изд-во МГУ, 1990. 325 с.

6. Канев В.В. Параметры оглеения и подзолообразования в почвах на покровных суглинках северо-востока Русской равнины. Екатеринбург : УрО РАН, 2001. 221 с.

7. Классификация и диагностика почв СССР / сост.: В.В. Егоров, В.М. Фридланд, Е.Н. Иванова, Н.И. Розов, В.А. Носин, Т.А. Фриев. М. : Колос, 1977. 224 с.

8. Тонконогов В.Д. Автоморфное почвообразование в тундровой и таежной зонах Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. М. : Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2010. 304 с.

9. Пастухов А.В. О генезисе и классификационном положении автоморфных почв на покровных суглинках в микроэкотоне тундра-лесотундра // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2008. Сер. 3. Вып. 3. С. 117-126.

10. Классификация и диагностика почв России / под ред. Л.Л. Шишова, В.Д. Тонконогова, И.И. Лебедевой, М.И. Герасимовой. Смоленск : Ойкумена, 2004. 342 с.

11. Полевой определитель почв России. М. : Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.

12. Markgraf W., Horn R., Peth S. An approach to rheometry in soil mechanics: Structural changes in bentonite, clayey and silty soils // Soil Tillage Res. 2006. Vol. 91. PP. 1-14.

13. Mezger T.G. The Rheology Handbook / 3-rd Revised Edition. Hanover, Germany, 2011. РР. 436.

14. Хайдапова Д.Д., Холопов Ю.В., Забоева И.В, Лаптева Е.М. Реологические особенности коагуляционной структуры северотаежных торфянисто-подзолисто-глееватых почв Европейского Северо-Востока // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 2014. №1. С. 20-25.

15. Шеин Е.В., Болотов А.Г., Хайдапова Д.Д., Милановский Е.Ю., Тюгай З.Н., Початкова Т.Н. Реологические свойства черноземов Алтайского Приобья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 8. С. 32-38.

16. Болотов А.Г. Методика измерения реологических свойств почвы с помощью реометра // Дальневосточный аграрный вестник. 2015. № 3. С. 13-17.

17. Хайдапова Д.Д., Честнова В.В., Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Реологические свойства черноземов типичных (Курская область) при различном землепользовании // Почвоведение. 2016. № 8. С. 955-963. doi: 10.7868/S0032180X16080049

18. Pertile P., Reichert J.M., Gubiani P.I., Holthusen D., Costa A. Rheological parameters as affected by water tension in subtropical soils // Revista Brasileira de Ciencia do Solo. 2016. Vol. 40(0). doi: 10.1590/18069657rbcs20150286

19. Stoppe N., Horn R. Microstructural strength of tidal soils - a rheometric approach to develop pedotransfer functions // J. Hydrol. Hydromech. 2018. Vol. 66. PP. 87-96. doi: 10.1515/johh-2017-0031

20. Атлас Республики Коми по климату и гидрологии / под ред. А.И. Таскаева. М. : ДиК; Дрофа, 1997. 116 с.

21. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99. М., 2012. 109 с.

22. IUSS Working Group WRB. 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome.

23. Теория и практика химического анализа почв / под ред. Л.А. Воробьевой. М. : ГЕОС, 2006. 400 с.

24. Фукс Г.И., Абрукова Л.П., Бурибаев Я.Б. Влияние поглощенных оснований на реологические свойства почвообразующих глин // Почвоведение. 1973. № 10. С. 70-90.

25. Горбунов Н.И., Абрукова Л.П. Реологические свойства и минералогический состав слитых почв // Почвоведение. 1974. № 8. С. 74-85.

26. Манучаров А.С., Абрукова В.В., Черноморченко Н.И. Методы и основы реологии в почвоведении. М. : Изд-во МГУ, 1990. 97 с.

27. Русанова Г.В., Денева С.В., Шахтарова О.В. Особенности генезиса автоморфных почв северной лесотундры (юго-восток Большеземельской тундры) // Почвоведение. 2015. № 2. С. 145-155. doi: 10.7868/S0032180X15020100

28. Пастухов А.В. Микроморфологическое строение мерзлотных и длительно сезонно-промерзающих суглинистых почв Европейского Северо-Востока // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2012. Вып. 4(12). С. 30-39.

29. Лепорский О.Р., Седов С.Н., Шоба С.А., Бганцов В.Н. Роль промораживания в разрушении первичных минералов подзолистых почв // Почвоведение. 1990. № 6. С. 112-116.

30. Конищев В.Н., Рогов В.В. Влияние криогенеза на глинистые минералы // Криосфера Земли. 2008. Т. XII, № 1. С. 51-58.

31. Русанова Г.В., Лаптева Е.М., Пастухов А.В., Каверин Д.А. Современные процессы и унаследованные педогенные признаки в почвах на покровных суглинках южной тундры // Криосфера земли. 2010. Т. XIV, № 3. С. 52-60.

32. Жангуров Е.В., Лебедева (Верба) М.П., Забоева И.В. Микростроение генетических горизонтов автоморфных таежных почв Тимана // Почвоведение. 2011. № 3. С. 288299. doi: 10.1134/S1064229311030203

33. Вершинин П.В. Почвенная структура и условия ее формирования. М. : Изд-во Академии наук СССР, 1958. 187 с.

34. Абрукова В.В., Манучаров А.С. Реологическая характеристика тундровой поверхностно-глеевой почвы // Почвоведение. 1986. № 9. С. 44-52.

35. IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovermental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (ads.). IPCC, Geneva, Switzerland. 151 p.

36. Дымов А.А., Старцев В.В. Изменение температурного режима подзолистых почв в процессе естественного лесовозобновления после сплошнолесосечных рубок // Почвоведение. 2016. № 5. С. 599-608. doi: 10.7868/S0032180X16050038

37. Каверин Д.А., Пастухов А.В., Жангуров Е.В. Особенности температурного режима светлоземов северотаежных ландшафтов (европейский Северо-Восток России) // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2016. № 1 (25). С. 23-29.

38. Соколова Т.А., Шоба С.А., Бганцов В.Н., Чернова Г.Н. Преобразования минеральной массы в подзолистых почвах на озерно-ледниковых глинах // Почвоведение. 1983. № 1. С. 101-112.

39. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов: учебное пособие для строительных вузов. М. : Высшая школа, 1978. 447 с.

40. Мокиев В.В. Промерзание почв как результативный признак метеорологических показателей холодного периода года (на примере промерзания освоенной и целинной суглинистых почв среднетаежной подзоны Республики Коми) // Вестник Института биологии. 2009. № 5. С. 16-19.

41. Абрукова Л.П. Кинетика процессов тиксотропного структурообразования в почвенных суспензиях // Почвоведение. 1970. № 3. С. 104-114.

42. Азовцева Н.А., Лазарева Е.В., Парфенова А.М., Хайдапова Д.Д., Клюева В.В. Влияние органических веществ на реологическое поведение почв и модельных почвенных систем при различных режимах увлажнения // Современные проблемы изучения почвенных и земельных ресурсов. М. : Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2017. С. 66-67.

43. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. Его природа, свойства и методы изучения. М. : Изд-во АН СССР, 1963. 314 с.

44. Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов : учебник. М. : КДУ, 2009. 448 с.

45. Тюлин А.Ф. Органоминеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. М. : Изд-во АН СССР, 1958. 52 с.

46. Антипов-Каратаев И.Н. Вопросы физикохимии почв и методы исследования. М. : Изд-во АН СССР, 1959. 157 с.

Физико-механические свойства MDF - Коростеньский завод МДФ

 Номинальная толщина плиты, мм 3-4 4-6 6-9 9-12 12-19 19-30 30-40
 Набухание по толщине за 24ч. % (EN 317) 35 30 17 15 12 10 8
 Прочности, при растяжении поперек пластин, МПа (EN 319) 0,65 0,65 0,65 0,6 0,55 0,55
0,5
 Прочность при изгибе, МПа (EN 310) 23 23 23 22 20 18 17
 Модуль упругости при изгибе, МПа (EN 310) - 2700 2700 2500 2200 2100 1900
 Отрыв поверхности, min Н/мм2 (EN 311) 1
 Удельное сопротивление выдергиванию шурупов из пласти, min, Н (EN 320) Измеряется для толщин > 15 мм 100
 Удельное сопротивление выдергиванию шурупов из кромки, min, Н (EN 320) Измеряется для толщин > 15 мм 800
800
750
 Содержание минеральных веществ, max, % (ISO 3340) 0,45
 Содержание формальдегида мг/100г (EN 120) ≤ 8 Класс эмиссии E1
 Влажность, % (EN 322) 4-9
 Предельные отклонения толщины, мм ±0,3
 Предельные отклонения длины и ширины, мм ±5
 Отклонение от прямого угла, мм/м ≤2,0
 Отклонение от прямолинейности кромки, мм/м ≤1,0

 

Физико-механические свойства MDF.H

 Номинальная толщина плиты, мм 2.5-4 4-6 6-9 9-12 12-19 19-30 30-42
 Набухание по толщине за 24ч. % (EN 317) 30 18 12 10 8 7 7
 Прочности, при растяжении поперек пластин, МПа (EN 319) 0,7 0,7 0,8 0,8 0,75 0,75 0,7
 Прочность при изгибе, МПа (EN 310) 27 27 27 26 24 22 17
 Модуль упругости при изгибе, МПа (EN 310) 2700 2700 2700 2500 2400 2300 2200
 Отрыв поверхности, min Н/мм2 (EN 311) 0.8
 Удельное сопротивление выдергиванию шурупов из пласти, min, Н (EN 320) Измеряется для толщин > 15 мм 100
 Удельное сопротивление выдергиванию шурупов из кромки, min, Н (EN 320) Измеряется для толщин > 15 мм 800 800 750
 Содержание минеральных веществ, max, % (ISO 3340) 0,45
 Содержание формальдегида мг/100г (EN 120) ≤ 8 Класс эмиссии E1
 Влажность, % (EN 322) 7±3
 Предельные отклонения толщины, мм ±0,3
 Предельные отклонения длины и ширины, мм ±5
 Отклонение от прямого угла, мм/м ≤2,0
 Отклонение от прямолинейности кромки, мм/м ≤1,0

Исследование физико-механических свойств лабораторных и промышленных образцов теплоизоляционных материалов, применяемых для производства предизолированных труб, фасонных изделий и скорлуп | Лучкина

1. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновой слой. Монреаль. Канада. 16 сентября 1987 г. Поправки и корректировки к Монреальскому протоколу. 1989 г., 1990 г., 1192 г., 1997 г., 1999 г., 2016 г.

2. Саундерс Дж., Фриш К.К.. Химия полиуретанов. М.: Химия, 1968. 470 с.

3. Лучкина Л.В., Бештоев Б.З., Беданоков А.Ю. Композиции для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения. Патент РФ 2579576. 26 декабря 2013 г.

4. Никифорова Г.Г., Бузин М.И., Васильев В.Г., Лучкин Е.В., Лучкина Л.В., Попов В.Г., Рудакова Т.А., Сухов А.В. Новые жесткие вспененные полимерные материалы с пониженной горючестью на основе взаимопроникающих полиуретанизоциануратных сеток // Грант № 10-08-01199-а. 2010 г.

5. ГОСТ 30732-2006. Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой. Технические условия. М.: Стандартинформ. 2007 г. 44 с.

6. Измеритель плотности ИТП-МГ4 «100». Руководство по эксплуатации. Челябинск: Реестр Систем сертификации средств измерений РФ №020080124. 2007. 33 с.

7. EN 253. EUROPEAN STANDARD. District heating pipes  Preinsulated bonded pipe systems for directly buried hot water networks  Pipe assembly of steel service pipe, polyurethane thermal insulation and outer casing of polyethylene.

8. Тутыхин Л.А., Романов С.В., Новиков И.Б., Ольхов А.А. Методика определения температуроустойчивости жестких пенополиуретанов. ОАО «Объединение ВНИПИ энергопром». Москва. 2009 г. 6 с.

9. Лучкина Л.В. Особенности использования новых технологий при производстве ПИ-труб с применением озонобезопасных вспенивающих агентов // Материалы 9 Международной конференции «Полиуретаны 2016». Москва. 16 февраля 2016 г.

10. Лучкина Л.В. Особенности использования новых технологий при производстве предизолированных труб с применением циклопентана, метилформиата, гидрофторолефинов, воды, метилаля и Solkane 365/227 // Материалы практического семинара «Подготовка технологов для работы на предприятиях по производству предизолированных труб в ППУ-изоляции». Москва. 1415 марта 2017 г.

11. Целиков В.Н. Законодательство в сфере охраны озонового слоя. Вывод озоноразрушающих веществ // Материалы практического семинара «Подготовка технологов для работы на предприятиях по производству предизолированных труб в ППУ-изоляции». Москва. 1415 марта 2017 г.

12. Грубиным С.Д., Beaujean М. Метилаль экологически рациональный вспенивающий агент для производства пенополиуретанов // Материалы семинара «Озонобезопасные технологии в секторе пенополиуретанов». Москва. 16 сентября 2015 г. 48 с. Lambiott e&Cie S. A., ООО «Бистерфельд Рус».

13. Laboratory for Pipe System Testing. Drezden. Recognized test laboratory of DVGW, DIN CERTCO and DIBt. Test Report N: 4021134061, 387/14.2, 14.2. № 402307005, 005/17.1, 17.2.

Физико-механические свойства композиций полидициклопентадиена с хлорорганическими наполнителями | Та

1. Варшавер Е.М., Козодой Л.В., Костюченко В.М., Долуханов Р.Ц. К вопросу повышения эффективности использования побочных продуктов пиролиза. // Химия и технология топлив и масел. 1974. № 3. С. 7-9.

2. Metathesis Polymerization. Advances in Polymer Science, Volume 176. / Edited by Michael R. Buchmeiser (University of Innsbruck). Springer: Berlin, Heidelberg, - New York. 2005. - 142 pp.

3. Волостнова О.И., Мингазетдинов И.Ф. Применение новых полимерных материалов в машиностроении. Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наносистем (Полимер-2009): материалы III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. Бийск: АлтГТУ. 2009. С. 22-24.

4. Lomakin S.M., Zaikov G.E. Ecological Aspects of Flame Retardancy, VSP International Science Publishers, Utrecht, The Netherlands. 1999. 170 pp.

5. Патент CN 102199252 A. Flame-retardant polydicyclopentadiene composition, and thermosetting material and preparation method thereof / Yu Wenjie, Sun Jiapeng, Zhu Xiaoshu, Li Ning, Wang jian, Dong Huocheng; Заявл. 30.03.2011. Опубл. 28.09.2011.

6. Патент CN 104327205 A. Composite flame-retardant agent, preparation method and flame-retardant poly-dicyclopentadiene material / Zhang Yuqing; Заявл. 09.07.2014. Опубл. 04.02.2015.

7. Патент CN 101792505 A. Halogen-free flame-retardant dicyclopentadiene material and preparation method thereof / Yu Wenjie, Sun Jiapeng, Zhu Xiaoshu, Li Ning, Wang jian, Dong Huocheng; Заявл. 13.01.2010. Опубл. 04.08.2010.

8. Патент RU 2409420 C1. Рутениевый катализатор метатезисной полимеризации дициклопентадиена и способ его получения / Колесник В.Д., Аширов Р.В., Щеглова Н.М., Новикова Е.С. и др. Заявл. 21.08.2009. Опубл. 29.01.2011.

Физико-механические свойства пылей

Физико-механические свойства пылей

Различные взвешенные частицы, в том числе пыль, оказывают неблагоприятное воздействие на работающих людей и оборудование. В результате нарушается технологический процесс, а качество продукции заметно ухудшается. Пыль, попадая в движущиеся механизмы оборудования, вызывает их преждевременный износ, что приводит в поломкам и дорогостоящему ремонту.

Взвешенные в воздухе минеральные пылевые частицы образуются в результате переработки различного сырья, изделий и полуфабрикатов путем механического, химического или термического воздействия. Аэродисперсные системы образуются в результате таких технологических процессов как:

  • Дробление;
  • Размалывание;
  • Истирание;
  • Пересыпка;
  • Горение;
  • Конденсация и др.

Свойства пылевых частиц

Воздух в производственных помещениях практически всегда подвижен из-за наличия источников тепла, движения механизмов технологического оборудования и передвижения работающих людей. Значительная часть частиц никогда полностью не осаждается, при этом особую опасность представляют мелкие минеральные частицы. Свойства пылевых частиц можно разделить на 3 группы:

  • Материал частиц – плотность, химический состав, растворимость, гигроскопичность, магнитные и диэлектрические свойства, электропроводность;
  • Индивидуальные свойства частицы – скорость витания, упругость, прочность, абразивность, адгезия, форма и размеры;
  • Совокупные свойства частиц – слипаемость, концентрация в газовой фазе, взрывоопасность, вязкотекучесть, насыпная плотность, пожароопасность, дисперсный состав.

Воздействие пыли на работающих людей

Мелкие пылевые частицы проникают глубоко в легкие человека, что может вызвать множество различных заболеваний. Пыль оказывает негативное влияние не только на дыхательную систему, но и на кожу, органы зрения и пищеварительный тракт. Особенно опасны частицы из твердых материалов (стекла, кварца, металла), так как они имеют острые зазубренные края. Попадая на слизистые оболочки, частицы могут вызывать сильное травмирующее действие.

Пыль растительного происхождения, к примеру, хлопковая, надолго задерживается в дыхательных путях, прилипая к слизистым оболочкам. Результатом становятся хронические профессиональные заболевания органов дыхания. Наибольшую опасность для организма представляет собой пыль, содержащая диоксид кремния, в результате чего развивается так называемый силикоз.

Действие пылевых частиц на технологическое оборудование

Попадание твердых минеральных частиц на движущиеся механизмы и агрегаты вызывает их интенсивный износ. Такая ситуация приводит к ухудшению качества продукции и возникновению аварийных ситуаций. Пыль органического происхождения становится питательной средой для болезнетворных микроорганизмов и приводит к нарушению санитарного режима в производственных помещениях.

Минеральные пылевые частицы, осаждающиеся на охлаждаемых или нагреваемых поверхностях, изоляторах и электрическом оборудовании может привести с перегреву оборудования и короткому замыканию. Зачастую пылевые частицы становятся ядром конденсации паров других частиц, вызывающих коррозию металлов.


Исследование физико-механических свойств на различных глубинах и анизатропии горных пород месторождения Макмал

К.К. Абдылдаев, к.т.н., доц., Иссык-Кульский государственный университет им. К.Тыныстанова,

С.Ж. Куваков, Институт геомеханики и освоение недр НАН КР, г. Бишкек,

Курманбек уулу Т., к.т.н., доц., Кыргызский государственный университет им. И.Арабаева

Золоторудное месторождение Макмал находится на территории Тогуз-Тороуского района Жалал-Абадской области Кыргызской Республики. Это одно из крупных месторождений, которое разрабатывается с 1987 г. открытым способом (рис. 1), с 2003 г. подземным [1].

Рис. 1 Нагорный карьер месторождения Макмал

В геологическом строении месторождения принимают участие осадочные и интрузивные горные породы. Осадочные породы представлены известняками карбоно- кокчайской свиты, на которых залегают образования Каргалыкского, представленные породами субвулканического комплекса – туфолавами кислого состава. К югу от месторождения залегает толща конгломератов, гравелитов, песчаников, глин Киргизской и Нарынской свит. Разрезы кайнозоя завершают отложения четвертичного возраста. Интрузивные породы представлены двумя разновозрастными комплексами – Каргалыкским и Чаарташским. Первый комплекс представлен диоритами, диоритовыми порфиритами, дайками плагиопорфиритов, кварцевых порфиров, гранит-порфиров, лампрофиров и метасоматитов. Второй комплекс включает граниты первой и второй фаз. При этом граниты первой фазы – равномернозернистые породы с незначительным содержанием темноцветных минералов.

Граниты второй фазы – дайковые тела красных порфировидных лейкогранитов, гранит-порфиров и аплитовые граниты. Под воздействием контактового метаморфизма осадочные породы преобразованы в мраморы, скарнированные породы, скарны, метасоматиты. Наиболее крупные тела скарнов развиты в зонах контактов дайкообразных тел. Все выявленные золоторудные тела локализуются в пределах зон скарнированных и метасоматических измененных пород. На месторождении выделяются три такие зоны, отвечающие Приконтактовому, Главному и Южному рудным телам.

Все рудные тела месторождения имеют сложную морфологию как по простиранию, так и по падению, что обусловлено линзообразными и другими формами крутопадающих тел рудоносных метасоматитов и скарнов, участвующих в строении рудных тел. Рудоносная зона Приконтактового рудного тела представлена тремя золоторудными линзами – Восточной, Центральной и Западной, кулисообразно расположенными относительно друг друга. Общее падение Главного рудного тела почти вертикальное, но северный и южный его контакты по падению меняют углы от 70–80° – на юг, до 70–80° – на север. Зона Южного рудного тела отстоит на 10–20 м к югу от зоны Главного рудного тела. Южная зона распадается на три золоторудные линзы: Северную, Промежуточную и Южную.

Рудные тела месторождения сложены измененными и акварцованными плагиопорфирами, серицитизированными, окварцованными гранитами, гранит-порфирами, окварцованными, скарнированными и мраморизованными известняками, скарнами и метасоматитами. Вмещающие породы представлены слаботрещиноватыми составляющими (гранитами, гранит-порфирами, диоритами, мраморизованными известняками). Крепость вмещающих пород и руды примерно одинаковы.

Гидрогеологические условия месторождения несложные, практически все неучтенные запасы находятся выше естественного базиса эрозии. При этом слабое обводнение месторождения подтверждается малыми притоками воды по всем разведываемым штольневым горизонтам. Полевые и лабораторные исследования физико-механических свойств пород месторождения Макмал проводили различные организации (ВНИПИ горцветмет, Иргиредмет, ИФиМГП НАН КР). При этом значительные работы выполнены в научно-исследовательских институтах Кыргызстана [2-4]. В основном образцы горных пород испытывались в лабораторных условиях традиционными способами с использованием нормативных документов [5-8]. Исследованиям были подвергнуты основные породы месторождения: карбонатные породы, скарнированные известняки и скварцованные и мраморизованные известняки. При этом был проведен анализ результатов, полученных при испытаниях керновых проб, отобранных из специальных скважин, пробуренных в прибортовой зоне карьера (ВНИПИ горцветмет) [9, 11], результатов исследований образцов пород и руд, отобранных в приконтурной зоне карьера (Иргиредмет) [11], а также результатов определений физико-механических свойств горных пород глубоких горизонтов месторождения (ИГиОН НАН КР) [1, 4]. Результаты исследований показали, что численные значения прочностных характеристик пород варьируются в широком диапазоне. Это зависит от состава первичных пород и процесса их изменений в течение времени.

Прочность пород на сжатие, например для мраморизованных известняков, составляет 55–105 МПа, для гранитов 150–240 МПа, для мраморов 40–85 МПа. Для карбонатных пород и окварцованных известняков был проведен лабораторный анализ как в воздушно-сухом, так и в водонасыщенном состоянии. Результаты лабораторных работ показали, что после полного водонасыщения значение предела прочности пород при сжатии снижается в среднем от 20 до 40 % по сравнению с воздушно-сухим состоянием. Значение сцепления снижается от 35 до 40 % [4]. Прочность на растяжение была установлена для пород месторождения и составляет от 9 до 18 МПа.

Деформационные свойства пород и руд месторождения определены по тензометрическим измерениям продольных и поперечных деформаций. Коэффициент Пуассона колеблется от 0,22 до 0,3 при среднем его значении 0,26; величина модуля упругости колеблется от 45 до 65 МПа.

Угол внутреннего трения, определенный по паспорту прочности Мора, составляет 30–35°, а сцепление от 15 до 85 МПа.

В целом анализ результатов показывает, что физико-механические свойства пород месторождения Макмал, образцы которых отбирались на различных глубинах, отличаются незначительно.

В работе также исследованы анизотропия упругих свойств основных горных пород месторождения Макмал.

Известно, что ультразвуковое прозвучивание является одним из надежных методов определения анизотропии упругих свойств горных пород. Поэтому нами при изучении был использован современный ультразвуковой аппарат УК-10ПМ [12]. Исследования проводили на трех разновидностях пород: метасоматитах, мраморизованных известняках, рудной брекчии, которые были изготовлены в кубической форме из монолитов (рис. 2).

Рудная брекчия

Мрамор

Метасоматит

Рис. 2 Отобранные монолиты и изготовленные из них образцы для испытания соответственно

Для исследования акустических характеристик ультразвуковые волны пропускали через образцы горных пород кубической формы по двум взаимно перпендикулярным площадкам S1 и S2, где S1 – это площадка, через которую проходила ультразвуковая волна по оси гравитационной силы, а S2 – это площадка, через которую проходила ультразвуковая волна, перпендикулярная к оси гравитационной силы. На основании проведенных исследований акустических показателей получены данные по распространению поперечных и продольных волн в породах (табл. 1).

На основе анализа результатов определения скорости прохождения ультразвуковых волн через горные породы месторождения Макмал установлено, что значения скорости распространения продольной волны по площадке S1 больше, чем значения скорости распространения продольной волны по площадке S2. Например, для рудной брекчии – в 1,004 раза больше, мраморизованного известняка – в 1,058 раза больше, метасоматита – в 1,103 раза больше, т.е. разница скоростей по взаимно перпендикулярным площадкам изменяется от 28,893 м/с до 702,614 м/с.

В результате расчетов упругих свойств по трем разновидностям пород установлено, что значения модуля упругости и модуля сдвига по площадке S1 больше, чем значения скорости распространения продольной волны по площадке S2. И, как показали расчеты, из-за незначительных изменений акустических свойств горных пород по двум взаимно перпендикулярным площадям получены равные значения коэффициента Пуассона.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Кожогулов К.Ч., Алибаев А.П., Усенов К.Ж. Развитие геотехнологий при комбинированной разработке нагорных рудных месторождений. – Бишкек-Джалал-Абад, –2008.–190 с.
2. Абдылдаев К.К., Кожогулов К.Ч., Курманбек уулу Т. Моделирование потенциальной поверхности скольжения в неоднородных прибортовых массивах сложноструктурных месторождений// Горная промышленность. – №6 (130). 2016. – С86-87.
3. Кожогулов К.Ч., Дронов Н.В., Джороев Т.Дж., Усенов К.Ж. Оценка устойчивости бортов карьера Макмал и обоснование мероприятий по безопасности и эффективной доработке запасов // Перспективные технологии добычи минеральных ресурсов в высокогорных условиях // Материалы международной конференции по проблеме Геология и горнотехнические процессы. – Бишкек, технология, 1999. – С.25-36.
4. Куваков С.Ж., Кадыралиева Г.А., Джакупбеков Б.Т. Физико-механические свойства горных пород глубоких горизонтов месторождения Макмал // Вестник КыргызскоРоссийского Славянского университета. –2016. – Том 16. – №5. – С.151-153.
5. ГОСТ 21153.3–85. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии. М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1985. – 10 с.
6. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. – Л.: 1972. –312 с.
7. Ильницкая Е.И., Тедер Р.Н., Виталин Е.С. и др. Свойства горных пород и методы их определения. – М.: 1969. – 392с.
8. Карташов Ю.М., Матвеев Б.В., Михеев Г.В. Прочность и деформируемость горных пород. М.: 1979. – 269 с.
9. Отчет «Оценка геомеханических и горнотехнических условий залегания запасов в целиках на горизонтах штолен № 3 и № 7 Макмальского месторождения». – ИГД СО РАН, Новосибирск, 2009.
10. Рабочий проект на отработку запасов горизонта 2310м, штольни № 11, месторождения Макмал. ПИЦ «Кен-Тоо». – Бишкек, 2012.
11. Специальный проект на отработку запасов руды в целиках горизонтов штолен № 7 и № 6 южного рудного тела рудника Макмал филиала «Комбинат Макмалзолото» (целик горизонта 2445 м), ОАО «КЫРГЫЗАЛТЫН», Институт горного дела СО РАН, ЗАО ГПК «АЗИЯРУДПРОЕКТ», – Бишкек, 2010.
12. Прибор ультразвуковой ГСП УК-10ПМ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
Ключевые слова: месторождение, рудное тело, физико-механические свойства горных пород, прочность, анизотропия

Журнал "Горная Промышленность"№1 (131) 2017, стр.93

Как оценить материалы - свойства, которые необходимо учитывать

Есть разница между механическими и физическими свойствами сплава.

  • Физические свойства - это вещи, которые можно измерить. Это такие вещи, как плотность, температура плавления, проводимость, коэффициент расширения и т. Д.
  • Механические свойства - это то, как металл ведет себя при приложении к нему различных сил. Сюда входят такие вещи, как прочность, пластичность, износостойкость и т. Д.

Механические и физические свойства материалов определяются их химическим составом и внутренней структурой, например размером зерна или кристаллической структурой. Обработка может сильно повлиять на механические свойства из-за перестройки внутренней структуры. Процессы металлообработки или термическая обработка могут влиять на некоторые физические свойства, такие как плотность и электропроводность, но эти эффекты обычно незначительны.

Механические и физические свойства являются ключевым фактором, определяющим, какой сплав считается подходящим для данного применения, когда несколько сплавов удовлетворяют условиям эксплуатации.Практически в каждом случае инженер проектирует деталь так, чтобы она работала в заданном диапазоне свойств. Многие механические свойства взаимозависимы - высокие характеристики в одной категории могут сочетаться с более низкими характеристиками в другой. Например, более высокая прочность может быть достигнута за счет более низкой пластичности. Таким образом, широкое понимание среды, в которой работает продукт, приведет к выбору лучшего материала для применения.

Описание некоторых общих механических и физических свойств предоставит информацию, которую разработчики продукта могут учитывать при выборе материалов для данного приложения.

  1. Электропроводность
  2. Коррозионная стойкость
  3. Плотность
  4. Пластичность / пластичность
  5. Эластичность / жесткость
  6. Вязкость разрушения
  7. Твердость
  8. Пластичность
  9. Прочность на разрыв
  10. , Прочность на разрыв
  11. , Усталостная прочность
  12. Прочность
  13. Износостойкость

Расширяя эти определения:

1. Электропроводность

Теплопроводность - это количество тепла, протекающего через материал.Он измеряется как один градус в единицу времени на единицу площади поперечного сечения на единицу длины. Материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться в качестве изоляторов, а материалы с высокой теплопроводностью - в качестве теплоотвода. Металлы с высокой теплопроводностью могут быть кандидатами для использования в таких приложениях, как теплообменники или охлаждение. Материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться в высокотемпературных приложениях, но часто для высокотемпературных компонентов требуется высокая теплопроводность, поэтому важно понимать окружающую среду.Электропроводность аналогична измерению количества электричества, которое передается через материал известного поперечного сечения и длины.

2. Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость описывает способность материала предотвращать естественное химическое или электрохимическое воздействие атмосферы, влаги или других агентов. Коррозия принимает различные формы, включая точечную коррозию, гальваническую реакцию, коррозию под напряжением, расслоение, межкристаллитную коррозию и другие (многие из которых будут обсуждаться в других выпусках информационных бюллетеней).Коррозионная стойкость может быть выражена как максимальная глубина в милах, до которой может проникнуть коррозия за один год; он основан на линейной экстраполяции проникновения, происходящего в течение срока службы данного теста или услуги. Некоторые материалы по своей природе устойчивы к коррозии, в то время как для других необходимо нанесение гальванического покрытия или покрытий. Многие металлы, принадлежащие к семействам, устойчивым к коррозии, не полностью защищены от нее и по-прежнему зависят от конкретных условий окружающей среды, в которых они работают.

3. Плотность

Плотность, часто выражаемая в фунтах на кубический дюйм, граммах на кубический сантиметр и т. Д., Описывает массу сплава на единицу объема. Плотность сплава определяет, сколько будет весить компонент определенного размера. Этот фактор важен в таких приложениях, как аэрокосмическая или автомобильная промышленность, где важен вес. Инженеры, которым нужны компоненты с меньшим весом, могут искать менее плотные сплавы, но при этом должны учитывать соотношение прочности и веса.Можно выбрать материал с более высокой плотностью, такой как сталь, например, если он обеспечивает более высокую прочность, чем материал с более низкой плотностью. Такую часть можно было бы сделать тоньше, чтобы меньше материала могло компенсировать более высокую плотность.

4. Пластичность / пластичность

Пластичность - это способность материала пластически деформироваться (то есть растягиваться) без разрушения и сохранять новую форму при снятии нагрузки. Думайте об этом как о способности растянуть данный металл в проволоку.Пластичность часто измеряется с помощью испытания на растяжение в виде процента удлинения или уменьшения площади поперечного сечения образца до разрушения. Испытание на растяжение также можно использовать для определения модуля Юнга или модуля упругости, важного отношения напряжение / деформация, используемого во многих расчетах конструкции. Склонность материала противостоять растрескиванию или разрушению под напряжением делает пластичные материалы подходящими для других процессов металлообработки, включая прокатку или волочение. Некоторые другие процессы, такие как холодная обработка, делают металл менее пластичным.

Пластичность, физическое свойство, описывает способность металла формироваться без разрушения. Давление или сжимающее напряжение используется для прессования или свертывания материала в более тонкие листы. Материал с высокой пластичностью сможет выдерживать более высокое давление без разрушения.

5. Эластичность, жесткость

Эластичность описывает тенденцию материала возвращаться к своему первоначальному размеру и форме после устранения деформирующей силы. В отличие от материалов, которые демонстрируют пластичность (где изменение формы необратимо), эластичный материал вернется к своей предыдущей конфигурации после снятия напряжения.

Жесткость металла часто измеряется модулем Юнга, который сравнивает соотношение между напряжением (приложенной силой) и деформацией (результирующей деформацией). Чем выше модуль упругости, а это означает, что большее напряжение приводит к пропорционально меньшей деформации, тем жестче материал. Стекло может быть примером жесткого материала с высоким модулем упругости, а резина - материалом, который демонстрирует низкую жесткость / низкий модуль. Это важное соображение при проектировании для приложений, где требуется жесткость под нагрузкой.

6. Вязкость разрушения

Ударопрочность - это мера способности материала противостоять ударам. Эффект удара - столкновение, которое происходит в течение короткого периода времени - обычно больше, чем эффект более слабой силы, действующей в течение более длительного периода. Таким образом, следует учитывать ударопрочность, когда приложение включает повышенный риск удара. Некоторые металлы могут приемлемо работать при статической нагрузке, но разрушаться при динамических нагрузках или при столкновении.В лаборатории удар часто измеряется с помощью обычного теста Шарпи, когда взвешенный маятник ударяет по образцу напротив обработанного V-образного паза.

7. Твердость

Твердость определяется как способность материала сопротивляться постоянному вдавливанию (то есть пластической деформации). Как правило, чем тверже материал, тем лучше он сопротивляется износу или деформации. Термин твердость, таким образом, также относится к локальной поверхностной жесткости материала или его устойчивости к царапинам, истиранию или порезам.Твердость измеряется с помощью таких методов, как Бринелля, Роквелла и Виккерса, которые измеряют глубину и площадь впадины более твердым материалом, включая стальной шарик, алмаз или другой индентор.

8. Пластичность

Пластичность, противоположность эластичности, описывает тенденцию определенного твердого материала сохранять свою новую форму под действием сил формования. Это качество, которое позволяет материалам изгибаться или обрабатывать их, придавая им постоянную новую форму.Материалы переходят от упругих свойств к пластическим в пределе текучести.

9. Прочность - усталость

Усталость может привести к разрушению под действием повторяющихся или изменяющихся напряжений (например, нагрузки или разгрузки), максимальное значение которых меньше прочности материала на разрыв. Более высокие нагрузки ускоряют время до отказа, и наоборот, поэтому существует связь между напряжением и циклами до отказа. Таким образом, предел выносливости относится к максимальному напряжению, которое металл может выдержать (переменная) за заданное количество циклов.И наоборот, показатель усталостной долговечности удерживает нагрузку фиксированной и измеряет, сколько циклов нагрузки может выдержать материал до разрушения. Усталостная прочность является важным фактором при проектировании компонентов, подверженных повторяющимся нагрузкам.

10. Прочность - сдвиг

Прочность на сдвиг учитывается в таких приложениях, как болты или балки, где важны как направление, так и величина напряжения. Сдвиг возникает, когда направленные силы заставляют внутреннюю структуру металла скользить по самой себе на гранулированном уровне.

11. Прочность на растяжение

Одним из наиболее распространенных показателей свойств металла является прочность на растяжение или предельная прочность. Прочность на растяжение относится к величине нагрузки, которую секция металла может выдержать до того, как она сломается. При лабораторных испытаниях металл удлиняется, но возвращается к своей первоначальной форме через область упругой деформации. Когда он достигает точки остаточной или пластической деформации (измеряется как текучесть), он сохраняет удлиненную форму даже при снятии нагрузки.В точке растяжения нагрузка приводит к окончательному разрушению металла. Этот показатель помогает отличить хрупкие материалы от более пластичных. Предел прочности на растяжение или предел прочности измеряется в ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали или МПа) или фунтах на квадратный дюйм.

12. Прочность - урожайность

Аналогичен по концепции и измерению пределу прочности на разрыв, предел текучести описывает точку, после которой материал под нагрузкой больше не возвращается в исходное положение или форму.Деформация переходит от упругой к пластической. Расчетные расчеты включают предел текучести, чтобы понять пределы размерной целостности под нагрузкой. Как и предел прочности на разрыв, предел текучести измеряется в ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали или МПа) или фунтах на квадратный дюйм.

13. Прочность

Вязкость, измеренная с помощью испытания на ударную вязкость по Шарпи, аналогичного испытанию на ударопрочность, представляет собой способность материала поглощать удары без разрушения при заданной температуре.Поскольку ударопрочность часто ниже при низких температурах, материалы могут стать более хрупкими. Значения Шарпи обычно предписываются для ферросплавов, где возможны низкие температуры в применении (например, морские нефтяные платформы, нефтепроводы и т. Д.) Или где учитывается мгновенная нагрузка (например, баллистическая защита в военных или авиационных приложениях).

14. Износостойкость

Износостойкость - это мера способности материала противостоять трению двух материалов друг о друга.Это может принимать различные формы, включая адгезию, истирание, царапины, выдолбление, истирание и другие. Когда материалы имеют разную твердость, более мягкий металл может сначала проявлять эффекты, и управление этим может быть частью дизайна. Даже прокатка может вызвать истирание из-за присутствия посторонних материалов. Износостойкость может быть измерена как количество потерянной массы за определенное количество циклов истирания при данной нагрузке.

Рассмотрение этой информации о механических и физических свойствах может способствовать оптимальному выбору металла для данного применения.Из-за множества доступных материалов и возможности изменять свойства путем легирования, а часто и за счет усилий по термообработке, можно потратить время, чтобы проконсультироваться со специалистами в области металлургии, чтобы выбрать материал, который обеспечивает необходимые характеристики, сбалансированные с экономической эффективностью.

Технические материалы: физические и механические свойства

В этой статье мы поговорим о физических и механических свойствах инженерных материалов.

Физические свойства инженерных материалов:

Эти свойства связаны с такими свойствами, как плавление, температура, электрическая проводимость, теплопроводность, плотность, коррозионная стойкость, магнитные свойства и т. Д.

Наиболее важным из этих свойств будет считаться следующее:

1. Плотность:

Плотность определяется как масса материала на единицу объема. Производной единицей, обычно используемой инженерами, является кг / м 3 . Относительная плотность - это плотность материала по сравнению с плотностью воды при 4 ° C.

Формулы плотности и относительной плотности:

Плотность (p) = Масса (м) / объем (В)

Относительная плотность (d) = Плотность материала / Плотность чистой воды при 4 ° C

2.Электропроводность:

На рисунке показан кусок электрического кабеля. В этом примере медная проволока была выбрана в качестве жилы или жилы кабеля, потому что медь обладает очень хорошей электропроводностью.

То есть он оказывает очень небольшое сопротивление потоку электронов (электрическому току) через провод. Пластиковые материалы, такие как полимеризованные, были выбраны для изоляционной оболочки, окружающей проводник.

Этот материал был выбран потому, что он является настолько плохим проводником, что очень мало электронов может проходить через него. Поскольку они очень плохие проводники, их называют изоляторами. Не бывает идеального изолятора, есть только очень плохие проводники. Чистый металл проявляет этот эффект сильнее, чем сплавы. Однако чистые металлы обычно имеют лучшую проводимость, чем сплавы при комнатной температуре. Электропроводность металлов и металлических сплавов улучшается с понижением температуры.

И наоборот, неметаллические материалы, используемые для изоляторов, имеют тенденцию предлагать более низкое сопротивление прохождению электронов и, таким образом, становятся более плохими изоляторами по мере повышения их температуры. Стекло, например, является отличным изолятором при комнатной температуре, но становится проводником, если его нагреть до красного цвета.

3. Температура плавления материала :

Температура плавления и температура рекристаллизации имеют большое влияние на материалы и сплавы, свойства материалов и, как следствие, на их области применения.

4. Полупроводники :

Между проводниками и изоляторами лежит ряд материалов, известных как полупроводники. Это могут быть хорошие или плохие проводники в зависимости от их температуры. Проводимость полупроводниковых материалов быстро увеличивается при относительно небольшом повышении температуры. Это позволяет использовать их в качестве датчиков температуры в электронных термометрах.

Полупроводниковые материалы могут изменять свойства проводников в процессе производства.Примерами полупроводниковых материалов являются кремний и германий. Они широко используются в электронной промышленности при производстве твердотельных устройств, таких как диоды, термисторы, транзисторы и интегральные схемы.

5. Теплопроводность :

Это способность материала передавать тепловую энергию путем теплопроводности. На рисунке изображен паяльник. Бита изготовлена ​​из меди, которая хорошо проводит тепло и, таким образом, позволяет накопленной в нем тепловой энергии легко перемещаться вниз к наконечнику и в паяемую деталь.Деревянная ручка остается прохладной, так как имеет низкую теплопроводность и сопротивляется потоку тепловой энергии.

6. Плавкость :

Это легкость плавления материалов. Из рисунка видно, что припой легко плавится и поэтому имеет свойство высокой плавкости. С другой стороны, огнеупорные кирпичи, используемые для футеровки печей, плавятся только при очень высоких температурах и поэтому обладают свойствами низкой плавкости.

Такие материалы, которые плавятся только при очень высоких температурах, называются огнеупорными материалами.Их не следует путать с материалами, которые имеют низкую теплопроводность и используются в качестве теплоизоляторов. Хотя пенополистирол является отличным теплоизолятором, он имеет очень низкую температуру плавления (высокую плавкость) и никоим образом не может считаться огнеупорным материалом.

7. Сопротивление (как магнитные свойства) :

Так же, как некоторые материалы являются хорошими или плохими проводниками электричества, некоторые материалы могут быть хорошими или плохими проводниками магнетизма.Сопротивление магнитной цепи называется сопротивлением.

Хорошие магнитные проводники имеют низкое сопротивление, например, ферромагнитные материалы, получившие свое название от того факта, что они сделаны из железа, стали и связанных с ними легирующих элементов, таких как кобальт и никель. Все остальные материалы немагнитны и обладают высоким сопротивлением магнитному потоку кошачьих.

8. Температурная стабильность :

Любые изменения температуры могут очень сильно повлиять на структуру и свойства материалов.Однако есть несколько эффектов, которые могут появиться при изменении температуры, например, ползучесть.

Например, лопатки газовой турбины. Скорость ползучести увеличивается при повышении температуры, но становится меньше при понижении температуры.

Механические свойства инженерных материалов:

Эти свойства относятся к следующим объектам:

1. Прочность на разрыв :

Это способность материала выдерживать растягивающие (растягивающие) нагрузки без разрушения.Поскольку сила тяжести, действующая на груз, пытается растянуть стержень, говорят, что стержень находится в напряжении. Следовательно, материал, из которого изготовлен стержень, должен иметь достаточную прочность на растяжение, чтобы противостоять натяжению груза. Прочность - это способность материала противостоять приложенным силам без разрушения.

2. Прочность :

Это способность материалов выдерживать изгиб или приложение сдвиговых напряжений без разрушения, поэтому резина и большинство пластических материалов не разрушаются, поэтому они прочные.Например, если стержень изготовлен из высокоуглеродистой стали, он будет изгибаться, не ломаясь при ударе молотка, а если стержень из стекла, то он сломается при ударной нагрузке.

3. Ковкость :

Это способность вещества противостоять деформации при сжатии без разрушения, или податливый материал позволяет пластической деформации в полезной степени возникать при сжимающей нагрузке до того, как произойдет разрушение. Такой материал необходим для манипуляций в таких процессах, как ковка, прокатка и высадка заклепок.

4. Твердость :

Это способность материала противостоять царапинам (истиранию) или вдавливанию другим твердым телом, это показатель износостойкости материала.

Мяч оставляет лишь небольшое углубление в твердом материале, но в более мягком материале он оставляет гораздо более глубокое впечатление.

5. Пластичность :

Это относится к способности вещества подвергаться деформации при растяжении без разрыва, как при волочении проволоки (как показано на рисунке), при волочении трубы.Для более пластичного материала ε p > 15%, для менее пластичного материала ε p > 5,1 ε p <15%.

6. Жесткость :

Это мера способности материала не прогибаться под действием приложенной нагрузки.

Например, сталь намного прочнее чугуна, тогда чугун предпочтительнее для станины и станины станков, потому что он более жесткий и с меньшей вероятностью прогибается с последующей потерей соосности и точности.

7. Хрупкость :

Это свойство материала, который показывает небольшую пластическую деформацию или не деформируется до разрушения при приложении силы. Также обычно говорят, что это противоположность пластичности и пластичности.

Для хрупких материалов ε D <5%.

8. Эластичность :

Это способность материала деформироваться под нагрузкой и возвращаться к своему первоначальному размеру и форме при снятии нагрузки.Если он изготовлен из эластичного материала, он будет одинаковой длины до и после приложения нагрузки, несмотря на то, что он будет длиннее во время приложения нагрузки. Все материалы в той или иной степени обладают эластичностью, и каждый имеет свои пределы упругости.

9. Пластичность :

Это свойство противоположно эластичности, в то время как пластичность и пластичность являются частными случаями свойства пластичности. Это состояние материала, который был нагружен сверх предела упругости, что привело к необратимой деформации материала.

В таких условиях материал постоянно затвердевает и не вернется к своим первоначальным размеру и форме при снятии нагрузки. Когда кусок мягкой стали сгибается под прямым углом в форму кронштейна, он проявляет свойство пластичности, так как он снова не восстанавливает прочность.

10. Ползучесть :

Остаточная деформация (деформация) материала при постоянной нагрузке как функция времени называется ползучестью.

Длина нашего поясного ремня через некоторое время увеличивается из-за эффекта ползучести.

Процесс с термическим управлением и, следовательно, на него влияет температура. Заметен при температуре выше 0,4. T m , где T m - температура плавления материала в градусах Кельвина.

Ползучесть при комнатной температуре возникает во многих материалах, таких как свинец, цинк, припойная проволока (сплав Pb и Sn), белые металлы, резина, пластмассы, кожа и т. Д., Например. рассмотрим цинк с температурой плавления 420 ° C (693 K).Его скорость ползучести значительно выше температуры (0,4 x 693 K = 277 K) и составляет только около 4 ° C.

11. Усталость :

Поведение материалов при колебаниях и обратных нагрузках (или напряжениях) называется усталостью. Это поведение отличается от поведения при постоянной нагрузке. Однако усталость - это не динамический эффект. Скорость нагружения обычно не является фактором утомляемости. Усталостное поведение испытывают все материалы, будь то металлы, пластмассы, бетон или композиты.

Основные эффекты усталости :

я. Потеря пластичности,

ii. Потеря прочности, и

iii. Повышенная неопределенность прочности и срока службы материалов.

Основные характеристики:

Усталость возникает при напряжениях в пределах диапазона упругости. Различные типы колеблющихся и реверсивных напряжений показаны на рисунке (a-d) в упрощенном виде.

На практике изменения напряжения могут быть резкими, непредсказуемыми и сложными.Одним из таких примеров, рис. (D), является самолет во время взлета, полета и посадки.

Предел выносливости (или выносливое напряжение) и диаграмма S-N :

Общее количество циклов N, необходимых для разрушения материала (или его образца) под действием приложенного напряжения, определяет его базовую усталостную долговечность. Усталостная долговечность материала выражается в процентах выживаемости большого количества образцов. Обычно средняя продолжительность жизни после утомления оценивается в 50% выживаемости.

Оценивается по данным напряжения (S или σ) и количества циклов отказа N путем проведения испытания на усталость. Участок называется диаграммой S-N. Кривая низкоуглеродистой стали является асимптотической за пределами B. Это означает, что материал может выдерживать напряжение, равное σ c , в течение любого количества циклов без усталостного разрушения. Этот стресс называется стрессом выносливости. Это также известно как предел усталости. Это напряжение обычно в 0,3–0,5 раза превышает предел прочности материалов.

Черные металлы обычно имеют предел выносливости, а цветные металлы и неметаллы часто не имеют.Усталостная реакция этих материалов определяется для ряда циклов напряжения, обычно 10 7 , и известна как усталостная прочность.

Критические приложения усталости Bahaviour :

я. Крылья самолетов и других самолетов.

ii. Листовые рессоры используются в подвижном составе автомобилей и железных дорог.

iii. Шатуны двигателей внутреннего сгорания.

iv. Вращающиеся валы и детали машин.

Идентификация физико-механических свойств различных металлов

Идентификация физико-механических свойств различных металлов

а. Общий.

Отличительные характеристики или качества, которые используются для описания такого вещества, как металл, известны как его физические свойства. Те физические свойства, которые описывают поведение металла, когда он подвергается определенным видам механического использования, называются механическими свойствами.

Последующие параграфы описывают физико-механические свойства металлов. Механические свойства имеют первостепенное значение, и поэтому мы рассмотрим их подробнее.

г. Определение металла и сплава.

(1) Прежде чем перейти к обсуждению свойств металлов, давайте сначала определим термины «металл» и «сплав». Основные химические элементы делятся на металлы и неметаллы; однако между ними нет четкой границы.Металл можно определить как химический элемент, который обладает металлическим блеском и который при электролизе несет положительный заряд, который высвобождается на катоде. Большинство неметаллических элементов не обладают металлическим блеском, а при электролизе неметаллы несут отрицательные заряды, которые высвобождаются на аноде. Из всех природных химических элементов около 70 являются металлами, и около 39 из них используются в коммерческих целях.

(2) Сплав - это металлическое вещество, но не отдельный химический элемент.Сплав образован соединением или смесью двух или более металлов; в некоторых случаях он может состоять из одного или нескольких металлов и неметалла.

Примерами сплавов являются железо и углерод, формовочная сталь и большое количество медных сплавов, таких как латунь и бронза.

г. Физические свойства.

Эти свойства связаны с атомной структурой и плотностью материала, как описано в следующих параграфах.

(1) Коэффициент линейного расширения. Коэффициент линейного расширения - это увеличение длины тела при заданном повышении температуры. Увеличение - это изменение длины стержня на каждый градус повышения температуры. Металл расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Он увеличивается не только в длину, но также в дыхании и толщине. Увеличение единицы длины при нагревании твердого тела на один градус называется коэффициентом линейного расширения.

(2) Тепло и электропроводность. Тепло и электропроводность - это способность материала проводить или передавать тепло или электричество.

(3) Магнитная восприимчивость. Магнитная восприимчивость - это способность материала удерживать магнитное поле, когда он намагничен.

(4) Отражательная способность. Отражательная способность - это способность материала отражать свет или тепло.

(5) Удельный вес.Удельный вес - это отношение веса двух объектов равного объема, один из которых - вода.

(6) Точка плавления. Точка плавления - это температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое.

г. Механические свойства.

(1) Прочность. Прочность материала - это свойство сопротивления внешним нагрузкам или напряжениям, не вызывающее повреждений конструкции.Предел прочности - это удельное напряжение, измеряемое в фунтах на квадратный дюйм, развиваемое в материале при максимальной медленно прилагаемой нагрузке, которой материал может выдержать без разрушения при испытании на растяжение. Прочность металлов и сплавов зависит от двух факторов: прочности кристаллов, из которых они состоят, и прочности сцепления между этими кристаллами. Самое сильное известное вещество - вольфрам-молибден; титан и никель следуют в порядке прочности технически чистых металлов.Чистое железо намного слабее, но при его легировании с химическим элементом, известным как «углерод» для производства стали, оно может стать прочнее любого из чистых металлов, кроме вольфрама. Прочность и пластичность считаются двумя наиболее важными свойствами металла. может владеть.

(а) Прочность на растяжение. Прочность на растяжение - это способность металла сопротивляться растяжению под действием противодействующих сил, действующих по прямой линии. Он выражается как количество фунтов силы, необходимое для разрыва бруска материала шириной 1 дюйм и толщиной 1 дюйм.Испытание на растяжение наиболее часто используется для измерения прочности металлов. Чистый молибден обладает высокой прочностью на разрыв и очень устойчив к нагреванию. Он используется в основном в качестве легирующего агента в стали для повышения прочности, прокаливаемости и устойчивости к нагреванию.

(b) Прочность на сдвиг. Прочность на сдвиг - это способность материала противостоять разрушению под действием противоположных сил, действующих по прямой линии, но не в одной плоскости.

(c) Прочность на сжатие.Прочность на сжатие - это способность материала выдерживать давление, действующее в данной плоскости.

(2) Эластичность. Эластичность - это способность материала возвращаться к своим первоначальным размеру, форме и размерам после деформации. Любой материал, подвергающийся внешней нагрузке, деформируется или деформируется. Упруго напряженные материалы возвращаются к своим первоначальным размерам при снятии нагрузки, при условии, что нагрузка не слишком велика. Деформация или деформация пропорциональна величине нагрузки до определенного момента.Если нагрузка слишком велика, материал необратимо деформируется, а при дальнейшем увеличении нагрузки материал разрушается. Свойство восстановления исходных размеров после снятия внешней нагрузки известно как эластичность.

(a) Предел упругости - это точка, в которой начинается остаточная деформация.

(b) Предел текучести - это точка, в которой происходит определенная деформация с небольшим увеличением нагрузки или без нее.

(c) Предел текучести - это количество фунтов на квадратный дюйм, необходимое для деформации до предела текучести.

Рис.1 - A : Прочность на растяжение, B : Прочность на сдвиг, C : Прочность на сжатие, D : Эластичность, E : Пластичность, F : Податливость,

(3) Модуль упругости. Модуль упругости - это отношение внутреннего напряжения к произведенной деформации.Он выражает жесткость материала. Для стали и большинства металлов это свойство является постоянным, и на него очень мало влияет термическая обработка, горячая или холодная обработка или фактический предел прочности металла.

Согласно закону Гука: «Степень, в которой упругое тело изгибается или растягивается, принимая форму, прямо пропорциональна силе (напряжению), действующей на него». Но этот закон применяется только в определенном диапазоне.

(4) Пластичность.Пластичность - это способность материала, такого как медь, вытягиваться или растягиваться под действием растягивающей нагрузки и постоянно деформироваться без разрыва или разрушения. В частности, этот термин обозначает емкость, которую нужно тянуть от большего диаметра к меньшему диаметру проволоки. Эта операция предполагает как удлинение, так и уменьшение площади.

(5) Ковкость. Ковкость - это свойство металла постоянно деформироваться или сжиматься без разрыва или разрушения. В частности, это означает способность раскатывать или забивать тонкие листы.Свойство пластичности похоже, но не то же самое, что и пластичность, и разные металлы не обладают этими двумя свойствами в одинаковой степени. Свинец и олово относительно высоки по пластичности; однако им не хватает прочности на разрыв, необходимой для получения тонкой проволоки. Большинство металлов обладают повышенной ковкостью и пластичностью при более высоких температурах. Например, железо и никель очень пластичны при нагревании до ярко-красного цвета.

(6) Пластичность. Пластичность - это способность металла, такого как золото, серебро или свинец, сильно деформироваться без разрушения.Это свойство вместе с прочностью считаются двумя наиболее важными свойствами, которыми может обладать металл.

(7) Прочность. Вязкость - это сочетание высокой прочности и средней пластичности. Прочность - это способность материала или металла сопротивляться разрушению, а также способность противостоять разрушению после того, как повреждение началось. Короче говоря, прочный металл, такой как холодное долото, - это металл, который может выдерживать значительные нагрузки, медленно или внезапно прикладываемые, и который деформируется до выхода из строя.Некоторые металлурги определяют вязкость как свойство поглощения значительной энергии до разрушения и, следовательно, включают как пластичность, так и прочность. Вязкость - это мера общей способности материала поглощать энергию, включая энергию как упругой, так и пластической деформации при постепенно прикладываемой нагрузке. Вообще говоря, вязкость относится как к прочности, так и к пластичности. Таким образом, очень легко деформируемое вещество низкой прочности не будет считаться вязким, равно как и материал высокой прочности, но с небольшой пластичностью, такой как закаленная инструментальная сталь.Настоящий прочный металл - это металл, который быстро распределяет внутри себя как напряжение, так и результирующую деформацию, вызванную быстро приложенной нагрузкой.

(8) Хрупкость. Термин «хрупкость» подразумевает внезапный отказ. Это свойство взламывать без предупреждения; то есть без видимой остаточной деформации. Это противоположность ударной вязкости в том смысле, что хрупкий кусок металла имеет небольшое сопротивление разрыву после достижения предела упругости. Также можно сказать, что хрупкость является противоположностью пластичности в том смысле, что она предполагает разрыв с очень небольшой деформацией.Во многих случаях твердые металлы хрупкие; однако эти термины не следует путать или использовать как синонимы.

(9) Коррозионная стойкость. Коррозионная стойкость - это стойкость к разъеданию или истиранию атмосферой, влагой или другими агентами, такими как кислота.

(10) Сопротивление истиранию. Сопротивление истиранию - это сопротивление истиранию при трении.

(11) Усталость. Когда металл подвергается частым повторениям напряжения, он в конечном итоге разрушается и выходит из строя, даже если напряжение может быть недостаточным для создания остаточной деформации, если непрерывно прикладывать его в течение относительно короткого времени.Такое повторение напряжения может возникнуть, например, в хвостовике перфоратора. Чередование стресса приведет к неудаче быстрее, чем его повторение. Чередование напряжений означает попеременное растяжение и сжатие любого материала. Определение усталости - это разрушение металлов и сплавов, которые подвергались повторяющимся или переменным напряжениям, слишком малым для создания остаточной деформации при статическом применении.

(12) Коррозионная усталость.Разрушение из-за коррозионной усталости - это усталостное разрушение, при котором коррозия снижает предел выносливости за счет образования ямок, которые действуют как центры развития усталостных трещин. Более того, когда любая защитная пленка, нанесенная на металл, разрушается из-за усталостных напряжений, коррозия распространяется через трещины в пленке и образует ямки, которые действуют как концентраторы напряжения. Если металлический элемент, подверженный усталости, также подвергается воздействию коррозионных агентов, таких как влажная атмосфера или масло, не очищенное от кислоты, напряжение, необходимое для разрушения, снижается.Интересно отметить, что удельное напряжение чрезвычайно прочной термически обработанной легированной стали, которая подвергается коррозионной усталости, будет не больше, чем у относительно слабой конструкционной стали. Важность защиты поверхностей усталостных элементов от коррозии с помощью цинкования, гальваники и т. Д. Очевидна.

(13) Обрабатываемость. Обрабатываемость - это легкость или сложность, с которой материал поддается механической обработке.

(14) Твердость.Твердость - это способность материала противостоять проникновению и износу другим материалом. Чтобы выдержать тяжелые удары, требуется сочетание твердости и прочности. Твердость металла напрямую связана с его обрабатываемостью, поскольку ударная вязкость уменьшается с увеличением твердости. Сталь можно упрочнить путем термической обработки. Задача термической обработки стали - сделать сталь более подходящей, структурно и физически, для определенного применения.

Сравнение физико-механических свойств четырех видов ротанга, выращиваемых в Китае | Journal of Wood Science

Базовая плотность

Результаты показали, что базовая плотность находится в диапазоне от 0.33–0,36 г / см 3 в ядре, 0,52–0,60 г / см 3 в коре тростника для трех видов ротанга с большим диаметром плотность коры была больше, чем в ядре (Таблица 2). Максимум плотности ядра и коры головного мозга присутствует у C. nambariensis var. yingjiangensis . Основная плотность ротанга тесно связана с составом, структурой и экстрактами клеточной стенки [5, 12, 16, 17]. Большая плотность сосудистых пучков, более толстая клеточная стенка волокон и меньший размер клеток в коре головного мозга имеют тенденцию к более высокой базовой плотности, чем в ядре.Изменение плотности ротанга определяется не только его собственными генетическими характеристиками, но также положительно или отрицательно зависит от некоторых внешних факторов, таких как климат, почва, гидрология и т. Д. [18].

Таблица 2 Базовая плотность при разной высоте тростника четырех видов ротанга (г / см 3 )

Средняя плотность ядра и коры головного мозга принята как плотность тростника для вышеупомянутых трех видов ротанга с большим диаметром по сравнению с C. yunnanensis .Принимая во внимание общую базовую плотность, было замечено, что существует большая неравномерность между высотой стебля (таблица 2), что не похоже на результаты, полученные Тесоро [19]. Трость разной высоты формируется в пределах определенного возраста ротанга, и предыдущее исследование показывает, что основная плотность значительно выше по мере созревания трости [9]. В целом, возраст и рост влияют на физические свойства [20,21,22]. Бхат [5, 16] сообщил, что плотность ротанга вдоль ножки (от основания к верху) сильно зависит от пропорции волокон, толщины стенки волокна, отношения толщины стенки к диаметру просвета и диаметра сосуда метаксилемы.Толщина стенки волокна является наиболее важной анатомической характеристикой, определяющей физические свойства ротангового тростника [23]. Основная плотность имела тенденцию к уменьшению с высотой трости от базальной к верхней части, что, вероятно, связано с многочисленными клетками волокон с более толстой толщиной стенки, меньшим диаметром просвета и меньшим элементом сосуда метаксилемы, распределенными в базальном трости по сравнению с верхняя часть. В целом это соответствует закону исследований предшественников, согласно которому основная плотность постепенно уменьшается от основания к вершине.Но для четырех видов ротанга разница в высоте стебля отличалась друг от друга.

Обычно средняя плотность различалась у четырех видов, и различия не были статистически значимыми, только на 0,05 г / см. 3 . Ротанг становится хрупким, если его основная плотность меньше 0,25 г / см 3 . Вышеупомянутые четыре вида имеют более высокую базовую плотность и, следовательно, их можно использовать в усиленных частях мебели и украшениях с большей гибкостью [24].ANOVA показал, что нет существенной разницы в базовой плотности среди видов ротанга и высоте тростника (Таблица 3).

Таблица 3 ANOVA механических свойств четырех видов ротанга на разной высоте

Механические свойства

Средние значения различных механических свойств для четырех видов ротанга приведены в таблице 4. При сравнении механических свойств четырех видов ротанга трость C. yunnanensis оказалась самой прочной, поскольку она показала самые высокие средние значения свойств на растяжение (TS и TM) и свойства изгиба (MOR и MOE), а также относительно высокая CS.Напротив, C. simplicifolius имел самую низкую прочность с исключительно низкими значениями TS и MOR. Остальные два вида не имели видимых различий в механических свойствах, за исключением значений MOE и IT. CS и MOR варьировались от 24,93 до 27,75 МПа и от 54,13 до 72,32 МПа, соответственно, при этом первое было меньше половины последнего. ИТ ротанга колеблется от 22,56 до 53,81 МПа. IT в C. nambariensis var. yingjiangensis является самым крупным, более чем в два раза больше, чем у трех других видов ротанга, предположил, что C.nambariensis var. yingjiangensis будет более устойчивым к внешним ударным нагрузкам.

Таблица 4 Сравнение физико-механических свойств четырех видов ротанга

Механическая прочность ротанга тесно связана с его структурой и химическим составом. Ротанг - это биокомпозит из натуральных волокон, состоящий из однонаправленных волокон в качестве арматуры и паренхиматозной ткани в качестве матрицы. Когда ротанг достигает разрушения, общая деформация больше, но отношение предельной деформации к общей деформации меньше.Ротанг имеет лучшую пластическую деформацию и гибкость из-за более высокой доли паренхимы. Прочность на сжатие, предел прочности на разрыв, модуль упругости положительно коррелируют с плотностью и долей волокон и отрицательно коррелируют с долей паренхимы [7]. Ротанг с корой имеет сильные характеристики изгиба, что может быть связано с большим содержанием целлюлозы в коре головного мозга [25].

По сравнению с промысловыми видами Calamus manna , с 93,88, 2320 и 37.11 МПа для MOR, MOE и CS соответственно [12], механические свойства четырех видов ротанга в этом исследовании значительно ниже, чем у Calamus manna (Таблица 4). Таким образом, четыре вида ротанга нельзя наносить на основную несущую часть мебели только тогда, когда какой-либо метод модификации используется для улучшения качества тростника.

Влияние видов и географических регионов на механические свойства

На механическую прочность ротанга влияют такие факторы, как возраст, положение, соотношение волокон, плотность и содержание воды.ANOVA механических свойств показал, что виды оказали очень значительное влияние на MOE (Таблица 3). Трость C. yunnanensis обладает хорошими механическими свойствами, но по-прежнему ограничена в использовании из-за ее относительно небольшого диаметра.

Физико-механические свойства C. simplicifolius не имеют значительных различий внутри видов и такие же, как и в разных географических регионах (Таблица 5). Образцы, собранные в Гуанси и Хайнане, которые имеют субтропический и тропический муссонный климат, соответственно, представляющие различные солнечные условия, в соответствии с тем, что Абасоло и Ломбой [18] наблюдали, с их точки зрения, растения паласана, которые частично подвергаются воздействию солнца, дают одинаковые тип трости как полностью обнаженная личность. C. simplicifolius , выращенный в провинции Гуанси, имеет более высокие MOR и MOE, чем в провинции Хайнань.

Таблица 5 Сравнение физико-механических свойств C. simplicifolius в разных местах

Влияние положения трости на механические свойства

Изменение механической прочности представляет собой нерегулярный и неопределенный узор от основания к вершине (рис. 2), что не согласуется с выводами Bhat et al. [7] на индийском ротанге, где механические свойства, такие как MOR и TS, снижаются от основания к вершине внутри стебля.TS, CS и MOR не изменились из-за характера продольной изменчивости.

Рис. 2

Осевое изменение механических свойств 4 видов ротанга (H представляет интервал высот, h2 – H5: от основания до вершины. A C. simplicifolius , B C. nambariensis var. yingjiangensis , C C. yunnanensis , D C. nambariensis var . xishuangbannaensis )

Влияние основной плотности на механические свойства

Обычно, снаружи внутрь, снизу вверх, прочность ротангового материала снижается, что связано с тенденцией изменения соотношения волокон и плотности [7].Корреляции основной плотности и механических свойств суммированы в Таблице 6. Базовая плотность была значимо положительной для каждого механического индекса, за исключением MOE. Затем был проведен статистический анализ, чтобы установить линейную и квадратичную регрессию между основными плотностями и механическими свойствами (рис. 3). Регрессия показала, что основная плотность и механические свойства давали более умеренную корреляцию с квадратным уравнением, которое имело более высокий коэффициент корреляции по сравнению с линейным.Это противоположно модели дерева и бамбука, где линейная модель имеет немного больший коэффициент корреляции ( R 2 ), чем модель кривой [26, 27]. Также оказалось, что умеренное соотношение базовой плотности к пределу прочности на разрыв ( R 2 = 0,6972), модулю растяжения ( R 2 = 0,7084) и прочности на сжатие ( R 2 = 0,8349). ), остальные свойства пострадали минимально. Уравнения (1), (2) и (3) показывают сильную корреляцию с R 2 значениями 0.{2} - {455}. 2 8x + {12} 0. 6 $$

(3)

Физические и механические свойства композитов на основе глиноземистого цемента и базальтовых волокон, разработанных для высокотемпературного применения

Настоящая статья посвящена экспериментальному исследованию состава композитов на основе глиноземистого цемента, армированного огнеупорным волокном, и его реакции на постепенное термическое нагружение. Базальтовые волокна применялись в дозах 0,25, 0,5, 1,0, 2,0 и 4,0% по объему.Одновременно связующая система на основе глиноземистого цемента была модифицирована мелкоизмельченным керамическим порошком, полученным при производстве точных керамических блоков. Керамический порошок дозировался как частичная замена использованного цемента в количестве 5, 10, 15, 20 и 25%. Влияние изменения состава оценивали по результатам физико-механических испытаний; Прочность на сжатие, прочность на изгиб, объемная плотность и энергия разрушения были определены на различных уровнях температурной нагрузки. Повышенная доза базальтовых волокон позволяет достичь ожидаемых более высоких значений энергии разрушения, но по результатам определения прочности на сжатие и изгиб оптимальной мощностью дозы базальтовых волокон принято считать 0.25% по объему. Применение мелкоизмельченного керамического порошка привело к значительному увеличению остаточных механических параметров вплоть до замены на 10%. Более высокая замена глиноземистого цемента снизила конечные значения насыпной плотности, но сохранила механические свойства на уровне смесей без замены глиноземистого цемента.

1. Введение

Основной целью современной технологии является разработка нового типа композитов, которые изготавливаются по размерам в требуемых условиях. Общей проблемой новых типов конструкций из высококачественных материалов является их поведение в определенных конкретных условиях и ситуациях.Типичный пример такой конкретной ситуации - пожар; отсутствие огнестойкости можно ожидать, особенно в случае очень тонких бетонных конструкций.

Бетон подвергается последовательным структурным изменениям в зависимости от фактического уровня тепловой нагрузки. Первый этап - это удаление физически связанной воды при температуре до 200 ° C. Низкая проницаемость высокоэффективного бетона (HPC) вызывает внутренние напряжения, возникающие из-за накопленного пара. Внезапный выброс пара часто является причиной растрескивания поверхности высококачественного бетона (HPC).Поведение бетонного поверхностного слоя HPC с учетом растрескивания описано в [1, 2]. Этот недостаток необходимо устранить другой дополнительной защитой в виде противопожарной плитки или другого устройства.

Для бетона на основе портландцемента и других композитов достижение тепловой нагрузки 400 ° C является значительным, когда важный продукт гидратации, Ca (OH) 2 -портландит, разлагается до негашеной извести и CO 2 . Образование извести во время температурной нагрузки или какой-либо пожар может быть источником вторичных внутренних напряжений из-за гидратации извести.Это создает серьезное ощущение неудобства использования известняка в качестве заполнителя, а также в качестве мелкоизмельченной добавки к высокотемпературному бетону. Еще одним нежелательным изменением объема является сопутствующее проявление превращения кварца после превышения термической скорости 573 ° C. Образование трещин, вызванное вышеупомянутым изменением, обычно оказывает разрушительное воздействие на традиционный бетон из-за обычно большого количества кварца в смеси. Остаточные механические параметры достигают около 15% от исходных значений, что заметно ниже проектных требований [3].Для достижения достаточной стойкости композитов к высоким температурам необходимо включать в конструкцию композиции свойства всех компонентов, как описано.

В связи с термической нагрузкой было выделено расширение, вызванное структурным преобразованием SiO 2 и гидратов цемента из-за его сильного разрушающего действия. Но начальная часть термического нагружения композитов на основе цемента подвергается сжатию из-за утечки воды, что увеличивает градиент изменения общего объема.Наблюдаемым свидетельством превышения прочности на разрыв является образование трещин. Обычно для уменьшения нежелательного внутреннего напряжения в бетонной смеси применяются различные типы волокон. Для повышения огнестойкости бетона авторы [4] исследовали возможность нанесения ПВС-волокон на бетон и его остаточную прочность после воздействия 600 ° C. Горючие волокна способствуют повышению огнестойкости только за счет создания каналов выхода пара после их выгорания [5]. Стальные волокна часто используются для футеровки туннелей для улучшения сопротивления отслаиванию, которое в случае таких конструкций необходимо для защиты арматуры стержня, но перекристаллизация стали ограничивает их применение при температурах выше 600 ° C и не может гарантировать их постоянные параметры.

Разработка противопожарных барьеров на основе глиноземистого цемента стала неотъемлемой частью строительной индустрии, особенно с учетом текущей глобальной политической ситуации и ситуации в области безопасности. Глиноземистый цемент имеет превосходные характеристики по отношению к высоким температурам по сравнению с традиционным портландцементом. Но фундаментальной проблемой производства глиноземистого цемента является повышенное энергопотребление. Температура производства глиноземистого цемента выше, чем у стандартного портландцемента.

Для снижения негативного воздействия производства цемента на окружающую среду очень часто для традиционного конструкционного бетона применяют несколько типов добавок, таких как летучая зола, микрокремнезем, измельченный известняк и измельченный доменный шлак. Недостаточные химические свойства этих минеральных добавок существенно ограничивают их применение на композитах, нагруженных до высоких температур. Замена цемента мелкоизмельченным керамическим порошком (FGCP) может быть интересным решением для разработки огнеупорных композитов, хотя механизм реакции принципиально отличается от гидратации портландцемента.FGCP образуется в процессе производства керамики как отходы без какого-либо другого практического использования.

Доля заполнителя в традиционном конструкционном бетоне составляет около 85% от объема бетона [6]. Огнеупорные композиты обычно представляют собой мелкозернистые бетонные смеси с относительно высокой дозой глиноземистого цемента, что является необходимым условием хорошей устойчивости к высоким температурам [7]. Обычная доза глиноземистого цемента для огнеупорных композитов составляет около 30% по объему, что хорошо документирует их экономичность и потребление энергии.Более высокое содержание тонкодисперсных смесей в бетонной смеси обеспечивает хорошее пространственное распределение использованных волокон [8]. Но для их эффективной и полной занятости важно достичь адекватного закрепления.

Базальтовые волокна . Фундаментальный прогресс в производстве неметаллических волокон начался в пятидесятые годы двадцатого века с развитием авиации и по особым требованиям армии [9, 10]. Природный базальт - всемирно распространенный материал вулканического происхождения, устойчивый в первую очередь к коррозии в кислотах, а также в щелочной среде, и отличается превосходной стойкостью к высоким и низким температурам от -260 ° C до + 750 ° C.Дополнительным преимуществом базальта является его высокая твердость (8,5 по шкале Мооса), которая сильно влияет на повышение устойчивости бетона к истиранию. Базальтовая черепица является неотъемлемой частью ряда технологического оборудования химической и металлургической промышленности. Магматические породы, такие как базальт, имеют достаточную температуру плавления, около 1500–1700 ° C, что позволяет их широко использовать в промышленности в виде волокон [8, 11].

Базальт состоит из ряда оксидов, что существенно влияет на его конечные свойства.Преобладающий SiO 2 представлен 43,3–47,0% по массе, содержание Al 2 O 3 составляет всего около 11,0–13,0%, CaO и MgO представлены в случае базальтов с общим химическим составом 8,0– 12,0%, а другие оксиды составляют всего до 5% веса [12, 13]. Химические свойства, особенно содержание SiO 2 , влияют на возможность переработки волокон. Рекомендуемый предел до 46% SiO 2 может обеспечить хорошую обрабатываемость расплавленной смеси без нежелательной кристаллизации во время твердения [14].

Базальтовые волокна преимущественно производятся в виде непрерывных волокон, нарезанных до необходимой длины. Интенсивное развитие базальтовых волокон в виде тканей, брусков, ровинга и т. Д. Также вызвано отсутствием риска для здоровья по сравнению с токсичными асбестовыми волокнами [15]. С точки зрения современных требований к строительным материалам интересна низкая цена на базальтовые волокна по сравнению со стеклянными или стальными волокнами. Суть данного факта заключается в достаточно простом производственном процессе, при котором нет необходимости добавлять другие добавки или добавки или какую-либо необходимую обработку поверхности [16, 17].Высокая доза волокон снижает удобоукладываемость свежей смеси [18].

Устойчивость к высоким температурам, щелочность и чрезвычайно низкая впитываемость позволяют широко применять базальтовые волокна в строительной промышленности и технической практике. Долговечность базальтовых волокон, отличные механические и защитные свойства позволяют применять их на конструкциях атомных станций [19, 20].

Как правило, базальты способствуют улучшению свойств бетона из-за тех же физических свойств, что и традиционные заполнители, например, насыпной плотности [21].Оптимальная и эффективная доза базальтовой фибры для мелкозернистого бетона составляет около 0,5% по объему. Использование от 1 до 2% объема волокна может быть выгодным при применении в конструкции, где требуется высокая способность поглощения энергии, улучшенная стойкость к расслоению, растрескиванию и усталости, модуль разрыва, ударопрочность и вязкость разрушения материала. бетон [22].

Глиноземистый цемент . Цемент с высоким содержанием глинозема содержит основные гидравлические минералы, такие как CA (алюминат кальция) и CA 2 (алюминат кальция).История производства высокоглиноземистого цемента началась в 20-х годах 20 века. Быстрая эволюция исходных механических параметров была удобна для послевоенных требований строительной индустрии в то время, когда основное внимание уделялось восстановлению инфраструктуры. Гидратация глиноземистого цемента может быть выражена следующими уравнениями (1) и (2) с использованием традиционной номенклатуры химического состава цемента (C = CaO; S = SiO 2 ; H = H 2 O; A = Al 2 O 3 ): Гидратированный высокоглиноземистый цемент обладает достаточной стойкостью к химической коррозии по сравнению с портландцементом из-за отсутствия портландита.На протекание процесса гидратации высокоглиноземистого цемента сильно влияет температура [23]. К сожалению, повышенные температуры отверждения приводят к образованию метастабильных гидратов.

Несколько обрушений несущих конструкций из глиноземистого цемента в семидесятых и восьмидесятых годах усилили научные исследования продуктов гидратации глиноземистого цемента и их долговременных свойств. Общая проблема глиноземистого цемента заключается в риске последующего превращения продуктов гидратации и снижения механических параметров композита, когда температура твердеющей смеси превышает примерно 35 ° C.Преобразование метастабильных гидратов выражается следующим образом: Ядром обратного является перекристаллизация гексагонального C 3 AH 6 в его кубическую форму с более высокой удельной плотностью. Увеличение пористости вяжущего затем приводит к потере целостности такого бетона и постепенному снижению механических параметров. Следует отметить, что конструкционный бетон из глинозема был запрещен из-за риска описанного выше преобразования и ослабления, которое может иметь место при определенных условиях температуры / влажности [23, 24].Превращение глиноземистого цемента и потеря механических свойств обычно сопровождаются визуальными изменениями, когда связующая часть такого бетона становится красной [25].

Связующее и продукт его гидратации в значительной степени контролируют конечные свойства, поведение и термическое сопротивление композита; в частности, важна зона контакта продуктов гидратации с поверхностью агрегатов и волокон [26]. Несмотря на ограничение производства глиноземистого цемента для изготовления элементов конструкций, он остается чрезвычайно важным материалом для развития огнеупоров.Конечная стойкость гидратированного глиноземистого цемента к высоким температурам определяется содержанием Al 2 O 3 . Использовался Secar 71 (70% Al 2 O 3 ), поскольку выполняемая температурная нагрузка превышала 1000 ° C.

Керамический порошок тонкого помола (FGCP) . В настоящее время часто обсуждается вопрос о влиянии строительства на качество окружающей среды. Поэтому ряд лабораторий ищут решение возрастающего негативного воздействия, тесно связанного с производством цемента и бетона.Внимание ряда научно-исследовательских организаций сосредоточено на разработке альтернативных систем вяжущих и других заместителей цемента в бетоне.

Фактический спад тяжелой промышленности как производителя большинства широко используемых добавок, таких как летучая зола, микрокремнезем и измельченный доменный шлак, является серьезной проблемой из-за отсутствия добавок с подходящим химическим составом. Одна из возможностей - использование мелкодисперсного керамического порошка, образующегося при производстве точных кирпичных блоков [27].Эти отходы обладают пуццолановыми свойствами, что подтверждается многими постройками Древнего Рима [28, 29].

Очень важную роль в работе бетона в суровых условиях окружающей среды играет характер пористой системы. Влияние керамического порошка было изучено в [30] для оценки его использования в штукатурках на основе извести, где было подтверждено положительное влияние на термические свойства.

Обычно пуццолановые добавки замедляют начальную эволюцию механических свойств, но они обеспечивают очень интересные значения долгосрочных свойств в отношении долговечности; преимущественно в технологии бетона дальнейшее применение различных растворов пуццолановых добавок для обеспечения подходящей реологии, механических параметров и долговечных свойств, представленных морозостойкостью и химической стойкостью [31].

Эффективность каждой минеральной добавки зависит от ее зернистости и формы частиц. Часто недостатком некоторых минеральных добавок является зернистость и высокая удельная поверхность из-за ухудшения реологических свойств свежей пасты.

Важно отметить, что механизм гидратации глиноземистого цемента отличается от традиционного портландцемента, а также роль минеральных добавок в исследуемой системе вяжущих без Ca (OH) 2 .Гидратация глиноземистого цемента в присутствии реакционноспособных кремнистых добавок характеризуется образованием стратлингита в фазе AFm, тесно связанной с C 2 AH 8 [23]. Теоретически стратлингит мог образоваться в системе CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 -H 2 O согласно (5) Подробное описание гидратации глиноземистого цемента в присутствии кремнистых компонентов было исследовано в [ 32, 33]. Некоторые исследовательские работы были сосредоточены на изучении различных кремнистых добавок [34–36] в глиноземистом цементе, но применение FGCP является новым.О замедлении исходных механических параметров и снижении теплоты гидратации можно сделать вывод из аналогичных целенаправленных исследований. Образование стратлингита имеет большое значение из-за его стабильности в окружающих условиях и хороших вяжущих свойств [37], что обеспечивает длительную прочность [38].

Целью данной статьи было разработать композиционный материал на основе глиноземистого цемента для применения при высоких температурах. Нежелательное воздействие на окружающую среду, связанное с производством глиноземистого цемента, было уменьшено за счет частичной замены FGCP.Вторичный положительный эффект от применения FGCP заключается в положительном влиянии на процессы гидратации и образования стабильных гидратов C-A-S-H. Предотвращение превращения метастабильных гидратов чистого глиноземистого цемента является важной проблемой этой системы вяжущих. Для обеспечения необходимой пластичности и механических свойств разработанного композита были применены базальтовые волокна.

2. Материалы и методы
2.1. Конструкция смеси

FGCP применялась в качестве замены глиноземистого цемента постепенно до 25%.Однако процесс гидратации глиноземистого цемента в присутствии кремнистых компонентов сильно зависит от фактического химического состава и физических свойств компонентов связующего; удельная поверхность (м 2 · кг -1 ) и химический анализ.

Экспериментальная программа была направлена ​​на изучение основных физико-механических свойств и свойств разрушения тугоплавких композитов с заменой керамического порошка и с различным количеством базальтовых волокон (0,25%, 0.5%, 1,0%, 2,0% и 4,0%).

Применение эффективного пластификатора необходимо для сохранения хорошей удобоукладываемости и низкого водоцементного отношения. Поликарбоксилатный пластификатор использовался в дозе 2,5% связующего на основе предыдущих исследований. Не подтверждено негативное воздействие указанного органического соединения, даже его горючесть [39].

Мелкодисперсные базальтовые агрегаты двух фракций 0–4 мм и 2–5 мм были введены в композиционный состав, поскольку их отсутствие может снизить конечные механические свойства.Применение природных заполнителей значительно улучшает экономические аспекты композитных материалов. Гранулометрический состав использованных базальтовых заполнителей и FGCP исследовали с использованием стандартной системы сит ЕС. Современная конструкция мелкозернистых композитов делает возможными различную дозу базальтовых волокон, в том числе относительно высокую дозу.

Доза базальтовых волокон длиной 12 мм постепенно увеличивалась в логарифмических наборах от минимальных 0,25 до 4,0% от объема смеси.Это усиление применялось для каждой модификации связующего FGCP. Подробный состав всех исследованных композитов представлен в таблице 1. Для последующих испытаний были изготовлены наборы призматических образцов размером 40 × 40 × 160 мм 3 .

22,75 22.75 22,75

Базальтовые волокна (%) Базальтовые заполнители (кг · м −3 ) Мелкие компоненты (кг · м −3 ) Жидкости -3 )
0.0% 0,25% 0,5% 1,0% 2,0% 4,0% 0/4 мм 2/5 мм Cement Secar 71 FGCP Пластмасса
0 (кг) 7,25 (кг) 14,5 (кг) 29,0 (кг) 58,0 (кг) 116,0 (кг)

A-0 B-0 C-0 D-0 E-0 880 220 900 0 224 22.75
R-5 A-5 B-5 C-5 D-5 E-5 880 220 855 45
R-10 A-10 B-10 C-10 D-10 E-10 880 220 810 9044 9044 22,75
R-15 A-15 B-15 C-15 D-15 E-15 880 220 765 135 135
R-20 A-20 B-20 C-20 D-20 E-20 880 220 720 180 22,75
R-25 A-20 B-25 C-25 D-25 E-25 880 220 675 225 225

2.2. Температурная загрузка

Постепенную температурную загрузку проводили в автоматической электропечи со скоростью нагрева 10 ° C / мин. После достижения необходимого уровня (600 ° C или 1000 ° C) образцы через три часа самопроизвольно охлаждались. Рисунок 1 четко описывает весь процесс температурной нагрузки во времени. Образцы сравнения к термонагруженным перед испытанием сушили при 105 ° C в течение 24 часов (для испарения свободной воды из внутренней пористой структуры).


2.3. Исследуемые параметры

Исследуемые параметры определяли на высушенных образцах при 105 ° C, а затем после термической нагрузки (600 ° C и 1000 ° C).Насыпная плотность исследуемых композитов была исследована на основе фактического веса и точных размеров образцов. Изменения насыпной плотности связаны со структурными преобразованиями и минералогическими изменениями при нагревании [31].

Все испытания механических свойств проводились согласно стандарту CSN EN 196-1 [40] на призматических образцах 40 × 40 × 160 мм 3 . Измерение прочности на изгиб было организовано в виде трехточечного испытания с расстоянием между опорами 100 мм и рассчитывалось с помощью максимальной достигнутой силы.Для определения энергии разрушения образцы были снабжены надрезом глубиной всего 15 мм. Для этого испытания использовалась универсальная нагружающая машина MTS 100, позволяющая контролировать эксперимент по скорости деформации, задаваемой до 0,2 мм / мин.

Испытание на прочность при сжатии () проводилось на двух фрагментах, оставшихся после испытания на изгиб. Площадь под сжимающей нагрузкой (40 × 40 мм 2 ) была разграничена с помощью нагружающего устройства. На основе числовых результатов испытаний на изгиб значения энергии разрушения (Дж · м -2 ) были окончательно рассчитаны как свойство, подходящее для оценки поведения при изгибе армированных волокном композитов из-за точно выраженной работы (Дж), необходимой для разрушения поперечного сечения при испытании. [41], выделенная область на Рисунке 2.Для определения энергии разрушения использовалась рекомендация RILEM (6) [42]. Каждый набор образцов состоял всего из трех частей, за исключением прочности на сжатие, которая является средней из шести выполненных измерений: энергия разрушения (Дж · м −2 ),: сила (Н),: прогиб (мм),: ширина ( м),: высота (м) и: глубина выемки (м).


3. Результаты и обсуждение

Подробный химический состав использованного глиноземистого цемента и примененного FGCP показан в таблице 2, а также значения удельной поверхности.Высокая дисперсность исследуемого добавочного материала к цементу определяет его подходящую реакционную способность.


Химические свойства Secar 71 FGCP

Al 2 4

9044 9044 9044 CaO
27,50% 8,18%
SiO 2 0.57% 0,21% -
K 2 O 0,06% 2,43%
TiO 2 - 0,77%
45 2 3.Сортировка базальтовых агрегатов представляет собой оптимальный состав. FGCP содержит относительно большое количество более крупных частиц, что подтверждается ситовым тестом. Примерно 70% зерен FGCP имеют размер менее 0,125 мм.


Значения, представленные в таблице 3, являются средними для трех образцов (за исключением прочности на сжатие, которая является средней для шести выполненных испытаний), которые были нагружены до двух уровней высоких температур. Контрольный набор образцов был высушен до 105 ° C до равновесного веса, чтобы ограничить негативное влияние отвода пара во время процесса нагрева, которое могло вызвать нежелательное растрескивание и образование трещин.Затем предполагаемые образцы были нагреты до 600 ° C и 1000 ° C. Помимо абсолютных значений добавляются относительные значения [%], относящиеся к контрольным образцам, высушенным до 105 ° C для каждой смеси.

904 9 29839 30,9 904 .3 .9
9023 9023 9044 9044 9044 9044 9044 9044 .6 9045 9

105 ° C 600 ° C 1000 ° C
(кг · м −3 ) (МПа) (МПа) (кг · м −3 ) / (%) (МПа) / (%) (МПа) / (%) (кг · м −3 ) / (%) (МПа) / (%) (МПа) / (%)

R -0 2330 5.2 47,7 2260 97,0 2,1 40,4 31,1 65,2 2185 93,8 1,5 28,8 18,839 9044 9044 9044 9044 9038 5 5,4 46,9 2216 95,3 4,2 77,8 39,4 84,0 2151 92,5 2,3 8 42,6 48,2
R-10 2327 5,5 48,5 2250 96,7 3,8 69,1 40,5 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 20,9 43,1
R-15 2320 6,7 50,3 2247 96,9 4,1 61,2 45,0 8944.5 2195 94,6 2,2 32,8 21,5 42,7
R-20 2355 8,2 53,3 4 2258 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 92,3 2232 94,8 2,0 24,4 23,5 44,1
R-25 2291 7,9 48,9 1 4,4 55,7 41,2 84,3 2182 95,2 3,3 41,8 29,9 61,1

9044 9044 9044 9044 9044 9044
113,5 2175 95,4 5,7 43,2 68,3 60,2 2130 93,4 3,4 25,8 27,1
А-5 2326 15,8 132,5 2164 93,0 6,5 41,1 74,2 56,0 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 21,5
A-10 2370 16,7 133,0 2178 91,9 7,4 44,3 89,1 8 67,0 9044 9139 89,1 8 67,0 4,3 25,7 37,7 28,3
A-15 2360 16,0 130,3 2189 92,8 904 8,639 9044 9044 9044 904 8,639 9044 90,0 4,3 26,9 38,8 29,8
A-20 2340 15,1 126,0 2153 8 92,0 9044.9 52,3 85,3 67,7 2135 91,2 4,8 31,8 37,8 30,0
A-25
A-25 2345 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 6,5 48,1 62,6 64,5 2125 90,6 3,2 23,7 31,5 32,5


100,5 2320 95,1 5,9 49,6 64,1 63,8 2270 93,0 3,7 31,1 36,24 9044 9044 9038 5,9 12,8 95,3 2320 95,0 6,3 49,2 63,6 66,7 2280 93,4 3,8 29,739 90,48 42,8
B-10 2425 13,1 91,7 2284 94,2 6,5 49,6 59,8 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 904 39,6 43,2
B-15 2402 12,9 84,5 2238 93,2 5,8 45,0 8 56,2 6639 9044.5 2237 93,1 3,6 27,9 34,4 40,7
Б-20 2342 12,5 82,1 9044 9044 9044 904 2215 9044 9044 9044 9044 904 904 904 904 9044 9044 9044 9044 9044 66,7 2205 94,2 3,4 27,2 35,1 42,8
B-25 2306 12,9 80,2
6,1 47,3 52,0 64,8 2125 92,2 3,2 24,8 35,2 43,9
9044 9044 9044 9044 9044 93,9 2180 96,9 6,2 46,3 52,7 56,1 2120 96,4 3,7 27,6 26,4 1
С-5 2408 12,3 95,7 2275 94,5 5,8 47,2 55,9 58,4 9044 9044 9044 9044 904 9044 904 9044 9044 9044 32,5
C-10 2415 12,0 98,7 2287 94,7 5,8 48,3 53,6 54,3 9044 9139 3,9 32,5 32,3 32,7
С-15 2342 11,6 94,5 2225 95,0 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 91,2 4,1 35,3 28,6 30,3
C-20 2312 11,2 92,1 2198 95,1 9044.5 49,1 50,3 54,6 2108 91,2 4,0 35,7 28,1 30,5
C-25 2247 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 5,0 46,7 48,7 54,7 2067 92,0 3,8 35,5 27,6 31,0
9044 9044

94,1 2225 92,7 6,6 53,7 58,6 62,3 2210 92,1 3,8 30,9 14,1 90,0 2196 93,7 7,1 50,4 55,1 61,2 2165 92,4 3,8 27,0 27,0 27,0 27,01 30,1
D-10 2332 13,9 93,2 2210 94,8 7,3 52,5 57,9 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 29,5 31,7
D-15 2265 13,6 90,2 2138 94,4 6,9 50,7 608395 2125 93,8 4,0 29,4 24,3 26,9
D-20 2264 13,4 97,9 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 63,6 2095 92,5 4,2 31,3 32,4 33,1
D-25 2275 12,3 998,4 6,9 56,1 64,4 64,8 2083 91,6 4,2 34,1 33,3 33,5
9044 9044 9044 9044 9044 904 99,1 2072 94,8 9,8 54,4 58,8 59,3 1954 89,4 3,9 21,7 8 21,1
E-5 2095 18,9 87,5 1940 92,6 7,7 40,7 42,8 48,9 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 22,9
E-10 2064 19,3 82,4 1905 92,3 8,1 42,0 40,7 9044 8944 8944 8944 89444 4,2 21,8 22,4 27,2
E-15 2002 18,9 79,8 1898 94,8 8,5 9044 9044 9044 9044 904 9044 9044 9044 904 45 9044 9044 90,7 3,6 19,0 18,9 23,7
E-20 2005 18,3 78,4 1870 8 93,3 639 37,7 37,9 48,3 1810 90,3 4,1 22,4 20,8 26,5
E-25
E-25 904 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 6,5 36,3 35,4 46,0 1801 90,2 4,4 24,6 21,8 28,3

4 9044 постепенное снижение насыпной плотности из-за воздействия высокой температуры, когда сначала испаряется физически связанная вода.Повышение температуры приводит к дальнейшему снижению насыпной плотности, что вызвано частичным химическим разложением продуктов гидратации. Применение FGCP в качестве замены глиноземистого цемента привело к небольшому снижению насыпной плотности нагретых и ненагретых образцов.


С увеличением дозы базальтовых волокон объемная плотность снижается, что, вероятно, вызвано воздухововлекающим эффектом чрезвычайно большого количества волокон, но очень интересно, что более высокая доза базальтовых волокон также снижает остаточную стоимость.Доза 0,50% базальтовых волокон представляется оптимальной по суммарным и остаточным значениям насыпной плотности.

На прочность на изгиб существенно повлияло применение базальтовых волокон. Увеличение количества используемых волокон привело к увеличению прочности на изгиб, но не в точном соответствии с их общей дозировкой. Конечные значения прочности на изгиб смесей с применением волокон не сильно различаются (рисунок 5). Конечные значения в случае самой низкой (0,25%) и максимальной (4,0%) дозировки довольно схожи, поэтому для таких рецептурных смесей дозировка составляет 4.0% по объему является экономическим ограничением. Вероятно, это вызвано несовершенным пространственным распределением использованных волокон в таком составленном составе смеси с более крупными агрегатами, что хорошо документировано по результатам определения энергии разрушения, описанным ниже.


Очень интересное открытие предлагает оценку влияния замены FGCP на исследуемые композиты в отношении результатов прочности на изгиб, которые часто учитываются за важные параметры материала. Остаточные значения прочности на изгиб каждого набора смесей показывают почти одинаковые результаты, которые хорошо подтверждают большой потенциал исследуемой добавки для более широкого использования.При сравнении относительных значений прочности на изгиб наблюдается повышение устойчивости всех исследуемых смесей.

Окончательные значения прочности на сжатие хорошо соответствуют результатам прочности на изгиб. Применение базальтовых волокон увеличивало общие значения прочности на сжатие, но более высокая доза базальтовых волокон приводила к снижению этого параметра, однако, как и в случае, когда прочность на изгиб оказывалась неэффективной (рисунки 5 и 6). Целью огнеупорных композитов является оценка остаточных значений, на которые в случае прочности на сжатие положительно повлияло применение FGCP.Повышение стабильности смеси, отмеченное на относительных величинах, более выражено в наборах смеси с меньшей дозой волокон. В целом конечные результаты по прочности на сжатие довольно схожи как с точки зрения замены керамического порошка, так и с точки зрения применения базальтовых волокон, что является более оптимистичным в основном для исследуемой добавки из-за явной экономии.


Исследование свойств трещин обычно служит дополнением экспериментальной программы для лучшего описания текущих изменений из-за большой чувствительности существующей методологии.Значения энергии разрушения отражают механизм разрушения и деформационные свойства исследуемых композитов и, в частности, могут описывать режим разрушения (хрупкий или мягкий) и разупрочняющую часть диаграммы напряжения-деформации. Результаты предыдущего исследования [43] показали, что, помимо точной оценки изменений состава, исследование энергии разрушения может задокументировать микроструктурные изменения из-за воздействия высокой температуры, что заметно на Рисунке 7. Исходное хрупкое поведение исследованных композитов проявляло очевидное разупрочнение.Подробные результаты определения энергии разрушения показаны в Таблице 4, графическая иллюстрация на Рисунке 8.

94 925 0 9044 9038 9044 9044 9044 -15

Смесь Объем базальтового волокна (%) Замена FGCP (%) Энергия разрушения (Дж · м −2 )
105 ° C 600 ° C 1000 ° C

R-0 0 50.1 47,6 39,6
R-5 5 65,8 60,4 52,3
R-10 10 688,4 15 75,3 65,5 55,6
R-20 20 87,8 72,3 51,2
908 R-25 9044 1.0
55,4 53,4

A-0 0,25 0 110,3 60,4 22,9
A-5 5 135,9 68,7 52,9
908 10 174 9044 9044 9044 904 904 904 904 904 904 904 9044 66,1
А-15 15 209,2 93.9 70,7
A-20 20 185,2 84,3 78,0
A-25 25 160,4 793 9044 9044 9044 9044 9038 793 9044 9044 Б-0 0,50 0 275,5 128,3 82,5
B-5 5 315,2 135,4 89.2
B-10 10 302,4 142,8 95,6
B-15 15 295,8 128,9 4,745 281,5 117,4 72,5
B-25 25 303,8 148,4 70,6

0 207,0 71,4 63,9
C-5 5 218,6 112,6 68,7
904 9044 9044 904 904 904 904 904 904 904 904 904 904 65,0
C-15 15 216,0 86,9 61,2
C-20 20 227,6 85,6 62,14 9044 9044 9044 9044 9044 238.8 94,7 72,9

D-0 2,0 0 127,2 94,3 57,0
D-5 5 182,7 109,5 63,9
908 1039 9044 9044 904 904 908 178 904 904 9044 904 904 904 904 904 904 904 904 904 904 904 904 904 72,5
D-15 15 165,8 121.8 64,2
D-20 20 142,3 95,4 58,9
D-25 25 133,4 839 89,4 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9038 E-0 4,0 0 115,2 81,0 64,0
E-5 5 121,6 75,5 72,4
E-10 132.1 68,5 65,8
E-15 15 125,5 57,4 52,8
E-20 20 8102,3 9044 9044 9044 9044 102,3 9044 9044 9044 -25 25 99,7 59,7 52,6



Определение энергии разрушения позволило получить ценную информацию о влиянии не изученных смесей различного состава особенно для применения с волокном.На основании результатов по энергии разрушения мы можем хорошо сравнить эффективность использования волокна при тестировании.

Доза 0,50% базальтовых волокон является значительно лучшим вариантом применяемого количества волокон, которое не совсем соответствует результатам прочности на изгиб и сжатие. С другой стороны, набор смесей с 0,50% базальтовых волокон показал самый большой спад энергии разрушения из-за температурной нагрузки; тем не менее, они все же несколько выше, чем у других исследованных смесей.Остаточные значения энергии разрушения после нагружения до 600 ° C примерно на 10% выше, как и для температурной нагрузки 1000 ° C.

Оптимальное пространственное распределение волокон частично способствовало остаточному сопротивлению. Это имеет существенное значение для оптимизации состава смесей и повышения экономических показателей разрабатываемых композитов. Снижение трещиностойкости наборов смесей «C», «D» и «E» (1,0, 2,0 и 4,0% базальтовых волокон) было вызвано недостаточной когезионной способностью используемых волокон и связующей матрицы, что было обусловлено линейным распределением. волокон.Затем во время загрузки они не были должным образом скреплены и выскользнули из конструкции.

Исследование энергии разрушения подтвердило результаты основных механических испытаний, проведенных для применения FGCP. Связующая матрица, модифицированная добавлением FGCP, проявляла достаточные связующие свойства. Для смесей с меньшим содержанием базальтовых волокон (0,25 и 0,50%) значения энергии разрушения повышаются с дозировкой FGCP, а также для смесей без волокон. Поскольку содержание диоксида кремния в FGCP является общим вкладом исследуемой добавки в остаточные свойства, особенно заметным для композитов, нагруженных до 600 ° C, влияние остаточных значений свойств разрушения после 1000 ° C довольно одинаково для всех наборов смесей.

4. Заключение

В выполненной экспериментальной программе исследованы остаточные свойства жаропрочных композитов различного состава. Уделялось внимание определению влияния дозы базальтовых волокон и изучению ФГЦП как замены глиноземистого цемента. Мотивация заключалась в разработке термостойкого армированного волокном композитного материала с меньшим воздействием на окружающую среду. Для оценки поведения системы были измерены основные физико-механические свойства и характеристики разрушения до и после температурного нагружения.

Наиболее подходящий и экономичный вариант - 10% замена глиноземистого цемента на FGCP и применение базальтовых волокон в дозе 0,25% по объему по всем исследованным остаточным параметрам после воздействия 1000 ° C. Повышенная доза базальтовых волокон не показала увеличения прочности на изгиб и сжатие, а также энергии разрушения, что, вероятно, было вызвано неправильным пространственным распределением волокон.

Применение FGCP в качестве дополнительного материала к цементу представляется очень эффективным.FGCP значительно способствует сохранению стабильности всех изученных свойств после высокотемпературного нагружения, что было заявлено по результатам измерения изученных остаточных свойств по сравнению с эталонными смесями. Имеется также явное преимущество для окружающей среды с точки зрения экономических аспектов использованного высокоглиноземистого цемента и упомянутой добавки.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Выражение признательности

Эта исследовательская работа финансировалась Чешским научным фондом в рамках проекта No.P104 / 12/0791, за что выражаем признательность. Авторы благодарны за помощь, оказанную сотрудниками Экспериментального центра строительного факультета Чешского технического университета в Праге.

Границы | Механические свойства бамбука путем измерения физических свойств пломбы для изготовления композитных материалов для армирования конструкционного бетона

Введение

Спрос на строительные материалы во всем мире растет по мере роста населения и его стремлений.Развивающиеся страны Африки и Азии изо всех сил пытаются удовлетворить этот спрос из-за отсутствия инфраструктуры и отраслей. Чтобы удовлетворить потребности в жилье и инфраструктуре для растущего населения в новых городах, такие страны, как Индонезия, Таиланд, Вьетнам и Мьянма, должны полагаться в основном на импортные строительные материалы, например песок, цемент, сталь, а также древесину для строительства. Однако в долгосрочной перспективе это может быть проблематично, поскольку эти строительные материалы либо ограничены для местного снабжения (песок или древесина), либо доступны только за счет импорта (медь, железная руда, сталь или другие металлы).Без альтернатив многие страны больше не смогут удовлетворять растущий спрос на строительные материалы. К счастью, появляются предложения по замене древесины и стали возобновляемыми, недорогими и экологически безопасными формами строительных материалов, которые можно найти на местном уровне в развивающихся регионах.

Армированные волокном композитные материалы сделали возможным множество промышленных инноваций. В настоящее время композиты, армированные стекловолокном и углеродными волокнами, широко используются во многих конструкционных приложениях.Однако есть экономические и экологические проблемы. Большинство синтетических волокон трудно перерабатывать, и они производятся из химикатов из очищенной нефти. Кроме того, их производство требует значительных затрат энергии. Композиционные материалы на основе синтетических неорганических волокон, таким образом, дороги и экологически непригодны. Перспективной альтернативой является использование натуральных волокон вместо синтетических неорганических волокон. Преимуществами по сравнению с синтетическими волокнами являются их обилие, возобновляемость, биоразлагаемость и более низкая стоимость.Среди различных натуральных волокон бамбук оказался устойчивой, но доступной альтернативой.

Бамбук - один из местных натуральных материалов, который в последние годы привлек внимание при создании новой категории устойчивых композитных материалов, армированных бамбуковыми волокнами. Бамбук - это быстрорастущий, недорогой и доступный природный ресурс в большинстве развивающихся стран, обладающий выдающимися качествами материала. Выращивание и промышленная переработка бамбука открывает огромный потенциал для нового поколения строительных материалов, производимых путем встраивания натуральных бамбуковых волокон в матрицу из смолы для применения в архитектуре и строительстве (Faruk et al., 2014; Hebel et al., 2014; Ю. и др., 2014; Джавадиан и др., 2016; Джавадиан, 2017; Рахман и др., 2017; Archila et al., 2018).

Бамбук - это естественный иерархический ячеистый материал, обладающий хорошими механическими свойствами, в том числе прочностью на растяжение и изгиб вдоль направления волокон. Поскольку бамбук представляет собой функционально различающийся природный композит, границы раздела между его различными ингредиентами, включая волокна, клетки паренхимы и лигниновую матрицу, могут оказывать значительное влияние на его механические свойства (Wegst and Ashby, 2004).Иерархическая микроструктура бамбука возникает из-за того, что сосудистые пучки в матриксе паренхимы окружены поддерживающими волокнами целлюлозы. Эти волокна обеспечивают основные механические свойства бамбука. Кроме того, волокна целлюлозы действуют как армирующие, укрепляя лигниновую матрицу, подобно композитам с полимерной матрицей, армированным волокном. Эта структура создает кристаллические и аморфные области в микроструктуре бамбука, где линейные цепи глюкозы с водородными связями образуют кристаллические области, а нерегулярные водородные связи создают аморфные области (Gibson, 2012; Youssefian and Rahbar, 2015).

Бамбук имеет более высокие механические свойства в направлении волокон, чем в поперечном направлении. Уникальные микроструктурные свойства натурального бамбука в отношении его механических свойств делают его подходящим возобновляемым материалом для композитов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Обычно плотность бамбука выше на внешней поверхности и уменьшается по направлению к внутренним слоям поперечного сечения стены (Lakkad, Patel, 1981; Murphy, Alvin, 1992; Ray et al., 2004; Zou et al., 2009). ; Вахаб и др., 2010; Каур и др., 2016). Следовательно, предполагается, что внешние слои бамбуковых стеблей обладают лучшими механическими свойствами (Liese, 1985; Lo et al., 2008; Yu et al., 2008). Однако на сегодняшний день не было обнаружено никаких всеобъемлющих и систематических исследований свойств бамбука с точки зрения плотности и геометрии стебля, включая толщину стенки, диаметр и высоту стебля. Идентификация участков с более высокой плотностью волокон и, следовательно, с возможным превосходным качеством с точки зрения физических и механических свойств, может оказать значительное влияние на характеристики изготовленных композитных материалов.

Предыдущие исследования бамбука Guadua angustifolia из Колумбии показали, что верхняя часть стебля имеет наивысшую прочность и модуль упругости по сравнению с более низкими частями, поскольку верхняя часть стебля имеет более высокую плотность (Correal et al., 2010) . Тем не менее, это исследование не включало верхние срезы стебля, и, таким образом, корреляция положения стебля с механическими и физическими свойствами не изучалась.

Подобные исследования были проведены в Бангладеш по механическим свойствам, содержанию влаги и плотности четырех местных видов бамбука в зависимости от соответствующей высоты стебля (Kamruzzaman et al., 2008). В этом исследовании были протестированы Bambusa balcooa, Bambusa tulda, Bambusa salarkhanii и Melocanna baccifera для определения модуля упругости и модуля разрыва. Однако никакой корреляции между высотой стебля и механическими свойствами обнаружено не было.

Bamboo Gigantochloa levis (buluh beting) из Малайзии был изучен на предмет изменения плотности, модуля разрыва и модуля упругости в зависимости от высоты и возраста стебля (Nordahlia et al., 2012). Исследование показало, что, хотя модуль разрыва существенно не менялся с высотой стебля, модуль упругости увеличивался с увеличением высоты стебля. Однако не было предоставлено никакой информации о значениях прочности на разрыв и модуля упругости при изгибе, а также их влиянии на толщину стенки или высоту стебля.

Wakchaure и Kute изучили содержание влаги, удельный вес, водопоглощение, размерные изменения, прочность на растяжение и сжатие бамбука Dendrocalamus strictus из Индии на нескольких высотах (Wakchaure and Kute, 2012).Они не обнаружили значительной разницы между нижней и средней частями в отношении прочности на растяжение, сжатие и модуля упругости. Влагосодержание снизилось от нижней части к верхней, а удельная плотность увеличилась. К сожалению, влияние толщины стенки и диаметра стебля на физико-механические свойства не изучено.

Влагосодержание (MC) является важным свойством сырого бамбука, особенно в строительстве и строительстве, а также для изготовления композитов.MC может отрицательно влиять на прочность сцепления бамбуковых волокон в композитных изделиях и бамбуковых ламинатах, как показали исследования, проведенные Okubo et al. (2004), Chen et al. (2009), Кушваха и Кумар (2009). Таким образом, ожидается, что MC будет иметь большое влияние на характеристики и срок службы новых бамбуковых композитных материалов.

Помимо влияния MC на механические свойства необработанного бамбука, такие как прочность на разрыв и прочность на изгиб, он также влияет на геометрические свойства необработанного бамбука, такие как стабильность размеров.Хотя несколько исследований включали влияние водопоглощения на стабильность размеров сырых бамбуковых и бамбуковых композитных образцов, они не изучали корреляцию между водопоглощением зеленого бамбука и его механическими свойствами (Rowel and Norimoto, 1988; Nugroho and Ando, ​​2000, стр. 2001). Быстрые изменения влажности могут привести к сильной усадке или расширению бамбуковых слоев, что может, особенно в ламинатах или композитах, привести к нарушению сцепления слоев (Lee et al., 1996; Zaidon et al., 2004; Маланит и др., 2011). Поэтому важно определить MC различных секций необработанного бамбука и классифицировать MC в соответствии с расположением в пределах длины стебля перед переработкой необработанных бамбуковых волокон в композиты или ламинаты.

Удельная плотность (SD) - это сухой вес заданного объема сырого бамбука, деленный на вес равного объема воды. Значения SD тесно связаны со значениями MC. Стандартный метод измерения SD и MC необходим для обеспечения сопоставимости результатов с другими исследованиями.SD необработанного бамбука является потенциальным индикатором свойств продуктов на основе бамбука, таких как ламинат и бамбуковые композитные материалы, и поэтому важно измерить значения SD и MC и связать их с механическими свойствами необработанного бамбука.

Поскольку плотность волокна изменяется по толщине стенки, значения SD будут отличаться от внешнего к внутреннему сечению поперечного сечения стенки. Поэтому для любого применения сырого бамбука важно знать, какая часть поперечного сечения стены обрабатывается и каковы соответствующие MC и SD этой части.Измерение значений MC и SD для их корреляции со значениями толщины стенок и механических свойств обеспечивает доступный и ценный метод выбора лучших бамбуковых секций для производства изделий на основе бамбука с заранее определенными качествами.

Исследование механических свойств иерархических структур сырого бамбука должно привести к лучшему контролю производства и качества новых композитов на основе бамбука. Поскольку бамбук представляет собой траву, которая достигает своей полной высоты 20–30 м за чрезвычайно короткий период, всего несколько месяцев, механические свойства по длине стебля могут существенно различаться (Liese, 1998).

Подобное изменение свойств можно встретить во всех трех основных направлениях, например, в продольном, радиальном и тангенциальном (Liese, 1987). Были проведены исследования различных видов бамбука с целью изучения различий в механических свойствах (Limaye, 1952; Liese and Jackson, 1985; Rao et al., 1988; Hidalgo-Lopez, 2003; Janssen, 2012). Однако ни влияние толщины стенок, ни геометрии стебля на механические свойства не исследовалось и не соотносилось с естественной иерархической структурой бамбука.

В некоторых исследованиях изучались механические свойства ламинатов и композитов, изготовленных из Dendrocalamus asper (Malanit et al., 2009, 2011; Febrianto et al., 2012). Результаты показывают, что композиты и плиты из Dendrocalamus asper обладают высокими механическими свойствами по сравнению с коммерческими изделиями из дерева. Однако в этих исследованиях также не учитывались вариации механических свойств различных срезов Dendrocalamus asper и различных диаметров стеблей.

В этой статье проведено всестороннее и систематическое исследование содержания влаги (MC), удельной плотности (SD), прочности на разрыв (TS) в направлении волокна, модуля упругости при растяжении (E t ), прочности на изгиб или модуля упругости. Представлен разрыв (MOR) и модуль упругости при изгибе (E f ). Затем эти свойства коррелируют с соответствующей геометрией стебля бамбука, чтобы лучше понять его иерархическую структуру, которая затем может быть рассмотрена для синтеза новых композитных материалов, армированных бамбуковыми волокнами, изготовленных из бамбука Dendrocalamus asper .Наконец, использование этих соотношений исследуется на примере разработки бамбукового композита для использования в железобетоне. Затем результаты механических испытаний используются для проверки этого нового подхода.

Материалы и методы

Виды бамбука

Dendrocalamus asper или Бамбук Петунг Путих был выбран из бамбукового леса на острове Ява в Индонезии. Этот бамбук широко доступен на Яве и в основном используется для строительства небольших домов в местных деревнях.У Dendrocalamus asper с Явы средняя длина стебля составляла 15 м. Внешний диаметр выбранных стеблей составлял от 80 до 150 мм. Выбранные стебли имели толщину стенок от 6 до 20 мм. Начальная MC солей колеблется от 12 до 15%. Стебли были разрезаны на три части и помечены как верхняя, средняя и нижняя. Каждая секция имела длину 5 м. Образцы для этого исследования были получены только из средней и нижней частей, так как верхняя часть стеблей не была доступна для этого исследования.

Подготовка образца

Пятнадцать стеблей длиной 15 м были выбраны для этого исследования. В итоге нижняя и средняя секции были разделены на пять частей длиной 1 м. Затем участок длиной 1 м был разрезан по длине и произвольно вырезаны образцы различной толщины для проведения физико-механических испытаний. Подразделы были разделены на семь групп в зависимости от диаметра стебля и толщины стенки, как показано в Таблице 1.

Таблица 1 . Классификация образцов, использованных в данном исследовании, по диаметру стебля и толщине стенки.

Секции большего диаметра обычно имеют большую толщину стенки по сравнению с секциями меньшего диаметра. Для классов 6 и 7 образцы с большей толщиной стенки до 20 мм использовались для испытаний, чтобы оценить влияние сечения стенки толщиной более 15 мм на свойства стебля.

Содержание влаги

MC был измерен для образцов, взятых с 1-метровых участков. Из каждого подраздела было приготовлено по 10 образцов. Применялся стандартный метод испытаний ASTM D4442-07 для прямого определения содержания влаги в древесине и древесных материалах (ASTM International, 2015).Размер образца составлял (10) мм × (10) мм × (толщина сечения). После того, как образцы были вырезаны из стеблей, они были взвешены на весах Shimadzu BL320H с точностью до 0,001 г. Затем образцы сушили в конвекционной печи, которая могла поддерживать температуру 103 ° C в течение 24 часов. MC рассчитывалась по формуле (1):

MC,% = A-BB × 100 (1)

где A - исходный вес в граммах, а B - высушенный 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 древесных материалов (ASTM International, 2014a).Из каждого подраздела случайным образом были приготовлены 10 образцов. Для каждого образца определялись ширина, длина и толщина для расчета объема ( V ). Начальная масса ( м ) каждого образца измерялась весами Shimadzu BL320H с точностью до 0,001 г. Плотность (ρ) и SD рассчитывались по формулам:

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

Предел прочности при растяжении вдоль волокна

Предел прочности на разрыв образцов был измерен в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D143-09 для небольших прозрачных деревянных образцов с использованием испытательной машины на растяжение Shimadzu AG-IC 100 кН (ASTM International, 2014b). Образцы были вырезаны из 1-метровых секций бамбуковых стеблей и были выбраны из различных радиальных местоположений вдоль секций, а затем приготовлены в форме собачьей кости. Средняя ширина и длина захвата образцов составляли 25 и 50 мм соответственно.Средняя колея 130 мм.

Образцы, приготовленные из толстых стеблей, сначала разделяли на секции одинаковой толщины по длине. Впоследствии каждый участок был оклеен обоями в соответствии с ASTM D143-09 в форме собачьей кости и испытан.

Затем для анализа и оценки были использованы средние значения испытаний на растяжение двух секций. Пять образцов были взяты из междоузлий 1-метровой подсекции. Скорость нагружения была установлена ​​на 1 мм / мин. Все испытания проводились при комнатной температуре и относительной влажности 65%.Предел прочности на разрыв (σ t ) был рассчитан путем измерения предельной нагрузки при разрыве испытания ( F ult ) и последующего деления его на поперечное сечение образца по измерительной длине ( А ). Следующая формула была использована для определения прочности на разрыв.

Модуль упругости при растяжении (E

t )

Модуль упругости при растяжении был измерен с использованием машины Shimadzu AG-IC 100 кН в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D143-09 для небольших прозрачных образцов древесины (ASTM International, 2014b).Для этого испытания использовали образцы прочности на разрыв в форме собачьей кости. Длину манометра отрегулировали для модуля упругости при испытании на 80 мм, а ширина и длина захвата остались неизменными. Осевой экстензометр Epsilon с измерительной длиной 80 мм использовался для измерения деформации образца во время испытания. Скорость нагружения была установлена ​​на 1 мм / мин. Кривые нагрузки-деформации были получены из каждого испытания для измерения модуля упругости при растяжении. Модуль упругости был рассчитан по наклону начального линейного участка кривой напряжения-деформации, полученного из кривых нагрузки-деформации.

Модуль упругости при разрыве (MOR)

MOR или прочность на изгиб была измерена в соответствии со стандартным методом испытания строительных панелей на изгиб ASTM D3043-00 (2011) (ASTM International, 2011). В этом исследовании было проведено испытание на изгиб по двум точкам. Преимущество испытания на двухточечный изгиб по сравнению с испытанием на изгиб в центральной точке состоит в том, что большая площадь образца подвергается пиковому напряжению - в отличие от испытания на изгиб в центральной точке, где пиковое напряжение прикладывается к изолированному месту. Следовательно, вероятность того, что между двумя опорами для нагружения существует какая-либо трещина или дефект, будет выше, а результаты будут более надежными при испытании на двухточечный изгиб.Пять образцов без узлов были приготовлены из 1 м частей каждого стебля. Скорость нагружения рассчитывалась согласно ASTM D3043 в зависимости от толщины и ширины образца.

Модуль упругости при изгибе (E

f )

Модуль упругости при изгибе был измерен путем получения кривой нагрузка-деформация в испытании на прочность при изгибе. Экстензометр Epsilon с шагомером 25 мм использовался для измерения прогиба образцов в середине пролета во время испытания прочности 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 стеблей.

Статистический анализ

Статистический анализ данных, полученных в этом исследовании, был выполнен 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. Производительность модели оценивалась с помощью скорректированного значения r 2 , которое представляет собой процент вариаций, описываемых независимыми переменными. r 2 в целом является статистическим параметром, демонстрирующим, 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 означает, что полученная модель может представлять большее количество точек данных.

Результаты и обсуждение

Содержание влаги (MC)

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

Таблица 2 . Содержание влаги в бамбуковом петунге при двух условиях относительной влажности для разных классов.

При относительной влажности 80% MC 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 MC для всех классов находится в пределах 25–35%.Изменение MC для классов 4–7 незначительно при относительной влажности 80%. На рисунке 1 показано сравнение средних значений MC вместе с планками ошибок для каждого класса.

Рисунок 1 . Сравнение среднего MC для всех классов бамбукового петунга в двух условиях относительной влажности с планками погрешностей, равными двум стандартным отклонениям.

Хотя среднее значение MC при обоих условиях относительной влажности для классов 4–7 существенно не меняется, для классов 1–3 оно увеличивается с увеличением диаметра стебля.Стебли диаметром 100 мм или менее и с более тонкими стенками имеют более низкий процент лигниновой матрицы и большее присутствие целлюлозных волокон по сравнению со стеблями диаметром более 100 мм, как показано в других исследованиях (Alvin and Murphy, 1988; Murphy and Alvin , 1992; Mohmod et al., 1993).

Поскольку бамбук имеет иерархическую структуру, его лигниновая матрица устанавливает водородные связи с водой, поэтому крупные стебли более устойчивы при изменении относительной влажности по сравнению с небольшими стеблями с более тонкими стенками.Секция с более тонкими стенками в стеблях меньшего диаметра имеет более высокую плотность волокон и, следовательно, более низкий процент лигниновой матрицы по сравнению с крупными стеблями (Zou et al., 2009). В результате изменение относительной влажности будет иметь большее влияние на MC небольших стеблей с тонкостенными секциями по сравнению с большими стеблями с толстостенными секциями. Несмотря на наблюдаемую тенденцию изменения MC в зависимости от диаметра стебля и толщины стенки стебля, различия в значениях MC для различных классов бамбукового петунга для каждого условия относительной влажности несущественны.

Для переработки сырых бамбуковых стеблей на секции, пригодные для изготовления композитных материалов на основе бамбука, необходимо было тщательно проанализировать иерархическую структуру натурального бамбука в отношении изменения MC при различных диаметрах стеблей и толщине стенок. Средняя MC необработанных бамбуковых стеблей, выбранных для обработки, должна быть ниже 10%, чтобы уменьшить эффект чрезмерного расслоения или долгосрочного воздействия на окружающую среду из-за разложения конечного композитного продукта.Путем измерения содержания влаги в выбранных бамбуковых стеблях для производства композитов стала возможной предварительная оценка времени, необходимого для достижения определенного процентного содержания MC, подходящего для обработки необработанного бамбука и изготовления композитов.

Удельная плотность (SD)

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

Таблица 3 . SD для сушки в духовке для различных диаметров стеблей и толщины стенок бамбукового петунга.

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

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

Предел прочности при растяжении вдоль волокна

Результаты испытаний образцов бамбукового петунга на разрыв в направлении волокон представлены в таблице 4. Максимальный предел прочности на разрыв для образцов класса 1 составляет 295 МПа при толщине стенки 7–8 мм. Категории толщины стенок 6–7 мм и 8–9 мм того же класса имеют одинаковую прочность на разрыв. Во 2 классе образцы с толщиной стенки 7–8 мм имеют наивысший предел прочности на разрыв 298 МПа. Другие категории толщины стенки имеют аналогичные свойства при растяжении, и между значениями нет значительной разницы.

Таблица 4 . Прочность на разрыв бамбукового петунга для различных диаметров стеблей и толщины стенок.

Как показано на Рисунке 2, нет существенной разницы между средней прочностью на разрыв для образцов класса 1–3. Однако средняя прочность на разрыв для классов 4–7 уменьшается с увеличением диаметра стебля. Взаимосвязь между диаметром стебля, удельной плотностью и пределом прочности выявляется при сравнении результатов измерения SD и прочности на разрыв.Для классов 1–3 не наблюдается значительного изменения SD и прочности на разрыв при увеличении диаметра стебля. Для классов 4–7 при увеличении диаметра стебля уменьшается как прочность на разрыв, так и SD.

Рисунок 2 . Средняя прочность на разрыв бамбукового петунга с ошибками двух стандартных отклонений.

Для стеблей диаметром более 110 мм на прочность на разрыв влияет плотность волокна бамбука. Более крупные стебли, вероятно, будут иметь меньшее количество целлюлозных волокон и более высокое содержание лигнина.Следовательно, прочность на разрыв сырого бамбука, которая в основном обусловлена ​​растягивающей способностью волокон целлюлозы, значительно снижается. Это соответствует тенденции, наблюдаемой для SD бамбукового Петунга. Как упоминалось ранее, SD в основном зависит от плотности волокна, поэтому уменьшение плотности волокна приводит к более низкому SD, как показано также в предыдущем исследовании (Ray et al., 2004). Корреляция между SD, прочностью на разрыв и плотностью волокна важна при выборе бамбуковых стеблей для обработки композитов.Возможность различать стебли с различной прочностью на разрыв путем измерения только их стандартного отклонения является ценным методом выбора наиболее подходящих стеблей для бамбуковых композитных материалов.

Модуль упругости при растяжении (E

t )

Модуль упругости при растяжении бамбукового петунга был измерен для различных классов бамбукового петунга с различными диаметрами стеблей и толщиной стенок в соответствии с ASTM D143-14. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 .Модуль упругости при растяжении бамбукового петунга для различных диаметров стеблей и толщины стенок.

Модуль упругости бамбука является мерой жесткости бамбуковой матрицы и ее устойчивости к упругой деформации. Самый высокий модуль упругости наблюдается для образцов класса 4 с толщиной стенки от 9 мм до 10 мм и при давлении 28 230 МПа, а самый низкий модуль упругости обнаружен для образцов класса 7 с толщиной стенки от 19 мм до 20 мм при давлении 18 140 МПа.

Односторонний тест ANOVA не показал значительной разницы между модулями упругости стенок различной толщины в образцах класса 1.Модуль упругости образцов класса 4 увеличился по сравнению с образцами класса 1, 2 и 3. В классе 4 модуль упругости увеличивается с увеличением толщины стенки.

Среди семи классов бамбука петунг класс 4 демонстрирует наивысший средний модуль упругости. В классах 5-7 модуль упругости уменьшается с увеличением толщины стенки. Аналогичные тенденции наблюдаются для образцов 6 и 7 классов. Это соответствует тенденции, наблюдаемой в отношении прочности на разрыв образцов от класса 5 до класса 7, где увеличение толщины стенки снижает предел прочности на разрыв.Сравнение таблицы 5 с таблицей 4 показывает, что для классов 5, 6 и 7 как предел прочности на разрыв, так и модуль упругости уменьшаются с увеличением толщины стенки.

Как упоминалось ранее, на высокую прочность на разрыв бамбука в значительной степени влияет прочность на разрыв целлюлозных волокон в естественной иерархической структуре бамбука. Это также верно для модуля упругости бамбука. Модуль упругости может быть оценен путем суммирования модуля целлюлозных волокон и модуля лигниновой матрицы, взвешенных по их объемным долям.Дуги диаметром менее 110 мм имеют почти одинаковое объемное соотношение целлюлозных волокон 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 отношение целлюлозных волокон к лигнину также уменьшается, как это наблюдалось в других исследованиях (Alvin and Murphy, 1988; Murphy and Alvin, 1992). В результате ожидается более высокий процент лигнина по сравнению с целлюлозными волокнами в секциях с более толстыми стенками.Это приводит к более низкому модулю упругости более крупных бамбуковых стеблей по сравнению с более мелкими стеблями, в которых объемное отношение целлюлозных волокон к лигнину выше.

Модуль упругости при разрыве (MOR)

Таблица 6 суммирует результаты испытаний MOR для различной толщины стенки и диаметра стебля бамбукового петунга. Образцы класса 1 имеют самую высокую MOR - 209 МПа, а образцы класса 7 - самую низкую MOR - 121 МПа. Для образцов класса 1 увеличение толщины стенки с 6 до 9 мм приводит к снижению MOR с 209 до 198 МПа.Для образцов классов 2 и 3 не обнаружено существенной зависимости между толщиной стенки и MOR. В образцах класса 4 увеличение толщины стенки с 6 до 10 мм снижает MOR со 166 до 155 МПа, что соответствует снижению на 6,7%. Для класса 5 MOR для толщины стенки 10–11 мм является самым низким и составляет 149 МПа. MOR в классе 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 бамбукового петунга.

Таблица 6 . MOR бамбукового петунга для семи классов.

Стандартное отклонение этих образцов в классе 6 было <4%. MOR для образцов класса 7 уменьшается с увеличением толщины стенки. Толщина стенок от 19 до 20 мм имела наименьшее значение MOR 121 МПа. На рис. 3 показаны средние значения MOR для семи классов бамбуковых петунг.

Рисунок 3 . Средняя СОХ бамбукового Петунга.

Отбойники большего диаметра имеют более толстые стенки, особенно в нижней части.Более толстая толщина стенки приводит к более высокому процентному содержанию лигнина и более низкому содержанию целлюлозных волокон. Как отмечалось ранее в отношении прочности на разрыв и ее взаимосвязи с плотностью волокна, аналогичные выводы можно сделать 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 в пределах класса.Это подчеркивает важность плотности волокна для механических свойств сырого бамбука. Волокна целлюлозы способствуют высоким механическим свойствам натурального бамбука. Плотность целлюлозного волокна выше в наружном слое секций стенки и в верхних частях стеблей. Следовательно, MOR увеличивается с увеличением содержания волокна и уменьшением содержания лигнина в окружении волокон.

Модуль упругости при изгибе (E

f )

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 изучается для всех семи классов бамбуковых петунг.

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

Таблица 7 . Модуль упругости при изгибе для бамбука Петунг.

Наибольший модуль упругости 14 279 МПа наблюдался для образцов класса 2 с толщиной стенки в диапазоне 9–10 мм.Самый низкий модуль упругости 9375 МПа наблюдался у образцов класса 7 с толщиной стенки от 19 до 20 мм. Этот результат сопоставим с результатами испытаний MOR, где образцы класса 7 показывают самый низкий MOR из всех образцов. При сравнении результатов для различной толщины стенки наблюдались случайные изменения модуля упругости с увеличением толщины стенки. Однако, как показано в Таблице 7, бамбук Петунг показывает снижение среднего модуля упругости при изгибе с увеличением диаметра стебля с 80 до 150 мм.Образцы с диаметром стебля <120 мм показывают менее значительные изменения модуля упругости при изменении диаметра стебля. 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 кульминации.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 секции стебля имеют более высокую плотность волокон по сравнению с нижними секциями. Такая высокая плотность волокна является причиной сильных механических свойств бамбуковой стебли, особенно модуля упругости, MOR и прочности на разрыв.

В пределах одного класса бамбука изменение модуля упругости при различной толщине стенки не является линейным для всех образцов.Это связано с пространственно изменяющейся микроструктурой стенок бамбуковой стебли. Образцы, протестированные в этом исследовании, были собраны случайным образом в разных поперечных сечениях и на разной высоте. Таким образом, изменение модуля упругости в зависимости от толщины стенки ожидалось от корки к соломе.

Сравнение механических свойств бамбука Петунг с доступными местными породами древесины, которые обычно используются в строительстве в Индонезии, демонстрирует превосходные свойства, которые предлагает бамбук Петунг по сравнению с древесиной.В таблице 8 представлен диапазон удельной плотности, прочности на разрыв по волокну, модуля упругости при растяжении и MOR древесных пород, обычно используемых в строительных конструкциях, а также в композитных изделиях (Green et al., 1999). Обычно в Индонезии используются такие породы древесины, как балау, суматранская сосна и индонезийский палисандр.

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

Средняя прочность на разрыв бамбука петунг выше, чем у балау, суматранской сосны и индонезийского розового дерева.С точки зрения модуля упругости бамбук Петунг жестче, чем все породы древесины, указанные в Таблице 8, за исключением верхнего диапазона Балау, который по модулю упругости близок к модулю упругости бамбукового Петунга. Индонезийский палисандр имеет низкий модуль упругости по сравнению с бамбуком петунг и другими распространенными в Индонезии породами древесины. У Балау самый высокий диапазон MOR среди обычных древесных пород. Однако бамбук Петунг имеет более высокие значения MOR по сравнению со всеми породами древесины. Секции бамбукового петунга с самыми низкими механическими свойствами по-прежнему превосходят некоторые из наиболее распространенных структурных пород древесины, встречающихся в Индонезии, как показано в Таблице 8.

Корреляционные исследования и статистическое моделирование физико-механических свойств

Для измерения силы любой возможной взаимосвязи между механическими свойствами, диаметром стебля, 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 тесту t между механическими и физическими свойствами, измеренными в этом исследовании.Как показано в Таблице 9, толщина стенок стеблей и удельная плотность (SD) имеют умеренную или сильную отрицательную и положительную корреляцию со всеми механическими свойствами, соответственно. Диаметр кульма показывает сильную отрицательную корреляцию со всеми механическими свойствами, кроме модуля упругости при растяжении (E t ). Этот результат 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 на разрыв и модуль упругости, только путем измерения MC секций бамбуковой стебли. Самый высокий коэффициент корреляции Пирсона наблюдается между пределом прочности на разрыв и толщиной стенки ( r = -0,742) бамбука Dendrocalamus asper . Следовательно, больший диаметр стебля показал бы меньшую прочность на разрыв.

Таблица 9 . Корреляция Пирсона между механическими и физическими свойствами.

Среди всех механических свойств, измеренных в этом исследовании, только модуль разрыва (MOR) показал сильную корреляцию с изучаемыми физическими свойствами [геометрия стебля, содержание влаги (MC) и удельная плотность (SD)]. Коэффициенты корреляции Пирсона показывают, что при увеличении диаметра стебля, толщины стенки и MC MOR уменьшается, а увеличение удельной плотности (SD) будет иметь положительное влияние на MOR. Как и ожидалось, удельная плотность (SD) положительно коррелирует 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 стебля. Следовательно, чем выше плотность волокон в поперечных сечениях бамбука, тем больше SD и, как следствие, эти сечения демонстрируют лучшие механические свойства. Кроме того, были предложены математические модели и уравнения для оценки механических свойств бамбукового петунга путем измерения только диаметра стебля и толщины стенки.В таблице 10 показаны значения параметров линейной модели, созданные на основе данных, полученных в этом исследовании. В таблице 14 все механические свойства указаны в МПа, в то время как D и t указаны в мм, а MC - в процентах. Здесь разработаны и обобщены эмпирические зависимости между MOR, Ef, Et, CS, TS и физическими свойствами стебля. 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.

MOR = -0,78D + 250 (5) Et = -362t + 25300 (7a) Et = 18550SD + 6874 (7b) Et = 33600SD + 70,4D + 13075 (7c) Et = 27200SD + 95.1D-364.6t-7180 ​​(7d)

Таблица 10 . Модели множественной линейной регрессии для механических свойств бамбука Dendrocalamus asper (bamboo Petung).

Кроме того, стандартное отклонение бамбуковых стеблей также можно оценить путем измерения только диаметра стеблей и толщины стенок с помощью уравнения 9.

SD = -0,002D-0,009t + 1,075 (9)

Применение бамбука для изготовления композитов для железобетона

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

Чтобы преодолеть это ограничение, в конструкционном бетоне используются арматурные стержни с высокой прочностью на разрыв. 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 связанное с ней разрушение железобетонного элемента.Коррозия стальной арматуры в бетоне инициируется карбонизацией бетона или воздействием на бетонный элемент хлорид-ионов, как это обсуждается в различных работах (Slater, 1983; Macias and Andrade, 1987). Следовательно, в присутствии кислорода и влаги коррозия арматуры приводит к растворению железа в форме гидроксида железа [Fe (OH 2 )], который впоследствии образует слой ржавчины, окружающий арматурный стержень. В результате того, что ржавчина занимает объем, превышающий объем арматурного стержня, в бетоне возникают большие растягивающие усилия в виде растягивающего напряжения.Силы растяжения инициируют растрескивание бетонных слоев вокруг стальных стержней в виде отслоения бетона или отслоения арматурных стержней от бетона (Bertolini et al., 2013).

Альтернативные армирующие материалы, включая армированные волокном полимеры (FRP), которые не подвержены коррозии, поскольку полимерная матрица защищает волокна. Они имеют механические свойства, сопоставимые со стальной арматурой. Большой интерес вызывает применение натуральных волокон в производстве композитов из стеклопластика для замены синтетических волокон, таких как стеклянные и углеродные волокна.Натуральные волокна широко доступны в природе, поэтому для их производства требуется относительно мало энергии. Когда в производстве композитов из стеклопластика используются натуральные волокна, 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 применений в строительстве и строительном секторе, где снижение веса имеет существенное значение. влияние на снижение энергопотребления и общей стоимости здания или инфраструктуры.

Применение полимерных композитов, армированных натуральным волокном, в строительстве в последние годы было успешным, но в основном в качестве неструктурных элементов, применяемых в качестве изоляционного элемента для конструктивных элементов, для покрытий полов и стен, в дверных и оконных рамах, для установки элементов, таких как дверные и оконные ручки, а также для ограждений.Среди различных высокопрочных природных материалов бамбук считается одним из старейших природных строительных материалов, используемых в зданиях, особенно в Южной Америке, Африке и, в частности, в Юго-Восточной Азии.

Различия в свойствах бамбуковых композитов FRP, производимых различными группами по всему миру, в основном связаны с видами бамбука, длиной бамбукового волокна, используемого при изготовлении, ориентацией волокна, типом используемой эпоксидной смолы / смолы и типом обработки. выполняется на сырых бамбуковых волокнах (Ichhaporia, 2008).До сих пор не проводилось исследований по использованию бамбука для изготовления композитов из стеклопластика для конструкционных и несущих элементов в строительстве и строительстве. Большая часть работ над бамбуковыми композитами FRP посвящена ненесущим элементам, например, ограждениям или полам в зданиях, где структурные свойства и механические характеристики намного ниже, чем у любого элемента конструкции, такого как балки и колонны (Jindal, 1986 ; Нугрохо, Андо, 2000; Окубо и др., 2004). Это исследование направлено на восполнение этого пробела, предлагая новый подход к улучшению свойств бамбуковых композитов из стеклопластика за счет новых технологий обработки и изготовления композитов из бамбукового стеклопластика, а затем за счет использования нового материала в качестве армирующего материала для структурно-бетонных элементов.

Изготовление бамбукового композитного материала с использованием корреляционных отношений материалов

В этом исследовании бамбук Dendrocalamus asper или бамбук Петунг использовался для изготовления высокоэффективного полимерного композита, армированного бамбуковыми волокнами. В ходе подробного исследования, проведенного недавно исследовательской группой, были разработаны запатентованные инструменты для обработки 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 80 ° C до тех пор, пока содержание влаги не стало <10%. Содержание влаги измеряли согласно стандартному методу испытаний ASTM D4442-07. Впоследствии обработанные бамбуковые волокна были отсортированы по толщине. Пучки сырых бамбуковых волокон, использованные в исследовании, представляли собой среднюю коллекцию волокон из верхней, средней и нижней частей бамбуковой стебли в почти равных соотношениях.

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

MOR = -0,78D + 250 = -0,78 (90) + 250 = 179,8 МПа Ef = -33D + 14300 = -33 (90) + 14300 = 11330 МПа Et = -362t + 25300 = -362 (8) + 25300 = 22404 МПа TS = -8,5т + 363 = -8,5 (8) + 363 = 295 МПа

Эти значения были использованы в качестве основы для изготовления полимерного композита, армированного бамбуковыми волокнами, в данном исследовании.Дальнейшая оценка этих чисел была проведена путем измерения механических свойств готовых образцов бамбукового композита и сравнения результатов со свойствами необработанного бамбука, найденными на основе взаимоотношений материалов.

В качестве матрицы использовалась двухкомпонентная эпоксидная система со смолой и отвердителем. После смешивания смолы и отвердителя эпоксидной системы каждый пучок бамбуковых волокон пропитывали эпоксидной матрицей и выравнивали по направлению волокон. Пучки пропитанных волокон уложены друг на друга, образуя слоистую структуру.Впоследствии пучки пропитанных бамбуковых волокон подвергались воздействию различных давлений (от 15 до 25 МПа) и температур (от 80 до 140 ° C) при разном времени нажатия / выдержки для получения плотно спрессованных композитов. Наконец, панели были подвергнуты дополнительному отверждению в течение еще 48 часов при температуре 55 ° C, а затем были приготовлены для придания подходящей формы для измерения их механических свойств. Время отверждения после отверждения должно было гарантировать, что оптимальные сшитые сети были полностью развиты при рекомендованной температуре, обеспечивая необходимую энергию, чтобы дать молекулам эпоксидной смолы гибкость, необходимую для движения, и для полного формирования сетей внутри микроструктурных поперечных сечений. эпоксидной матрицы.Средняя удельная плотность бамбукового композитного армирования составила 1,33. Эта процедура обеспечивает достаточную защиту волокон от окружающей среды, тем самым гарантируя, что их свойства не ухудшаются с течением времени (Javadian, 2017).

На рис. 4 показан арматурный стержень из бамбукового композитного материала после того, как он был удален из машины горячего прессования.

Рисунок 4 . Бамбуковый композитный образец.

Свойства растяжения бамбукового композитного образца, включая предел прочности при растяжении и модуль упругости при растяжении, были измерены в соответствии с ASTM D3039-08, «Стандартный метод испытаний свойств при растяжении композитных материалов с полимерной матрицей», в то время как свойства изгиба, включая модуль разрыва ( MOR) и модуль упругости при изгибе были измерены в соответствии с ASTM D7264, «Стандартный метод испытаний свойств изгиба 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 протестированы на каждое механическое свойство, и результаты, превышающие 10% диапазон стандартного отклонения, который был статистически установлен как доверительный интервал, были отклонены. В таблице 11 показаны механические свойства образцов бамбукового композита, изготовленных в данном исследовании.

Таблица 11 . Механические свойства образцов бамбукового композита.

Как показано в Таблице 11, средние механические свойства образцов бамбукового композита выше, чем средние механические свойства пучков сырых 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 наблюдалось Hebel et al. (2014), Javadian (2017) и Rahman et al. (2017). Когда модуль упругости при изгибе бамбуковой композитной плиты сравнивается со свойствами необработанного бамбука, наблюдается улучшение модуля упругости при изгибе до двух раз по сравнению с модулем упругости необработанного бамбука.Точно так же MOR, предел прочности на разрыв и модуль упругости при растяжении бамбуковых композитных панелей 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, доступное в естественных условиях сырье (например, бамбук) можно превратить в высокоэффективные композитные материалы, применяемые в строительной индустрии для армирования конструкционного бетона.

Конструкция из железобетона с использованием бамбуковой композитной арматуры

Для армирования бетонных балок используются два типа арматуры: продольная и поперечная (поперечная) арматура. Продольная арматура размещается параллельно длинной оси балки для обеспечения необходимой прочности на растяжение, в то время как арматура на сдвиг используется для обеспечения достаточной прочности на сдвиг перпендикулярно длинной оси бетонной балки.

Вся бамбуковая композитная арматура, произведенная в этом исследовании, 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 армированного стекловолокном полимера (GFRP). Однако в данном исследовании для простоты изучаются только квадратные сечения (Javadian, 2017). Согласно требованиям Американского института бетона (ACI) 318 «Требования к строительным нормам для конструкционного бетона и комментарии» (Американский институт бетона, 2008 г.), чтобы обеспечить достаточное ограничение продольной арматуры балки, поперечная арматура имеет форму замкнутого контура, в которой он остается неповрежденным до того, как произойдет разрушение из-за продольной растянутой арматуры.Кроме того, из-за того, что бетонная балка имеет форму 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.Предыдущее исследование различных типов армирования на сдвиг из армированного волокном полимера (FRP), в том числе армированного стекловолокном полимера (GFRP), показало снижение прочности на разрыв до 45% от прочности параллельно направлению волокон для изогнутых участков. из-за концентрации локализованных напряжений в результате кривизны, которая привела к радиальным напряжениям в изогнутых частях (Javadian, 2017).

В более раннем исследовании, проведенном исследовательской группой, был подробно исследован механизм крепления бамбуковой композитной арматурной системы к окружающей бетонной матрице (Javadian et al., 2016). Достаточный механизм связи между бетоном и бамбуковой композитной арматурой способствовал более высокой предельной несущей способности железобетонного элемента. Было показано, что за счет обеспечения межфазной микроструктуры (системы покрытия), которая обеспечивает плавную передачу растягивающего напряжения 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- армирование с покрытием.

Была проведена серия испытаний на вырыв, чтобы найти подходящую технику, которая улучшит сцепление между двумя материалами. Чтобы улучшить механизм связи между бамбуковой композитной арматурой и бетонной матрицей, в более раннем исследовании были рассмотрены четыре типа покрытий и две длины склеивания: 200 мм (20 × толщина) и 100 мм (10 × толщина). Водонепроницаемая пароизоляционная мембранная система, система 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 были среди покрытий, используемых для исследования механизма сцепления.Средняя сила сцепления бамбуковой композитной арматуры, покрытой водонепроницаемой пароизоляционной мембранной системой и частицами песка с длиной заделки 200 мм, была аналогична прочности сцепления простой арматуры, армированной стекловолокном, в бетоне нормальной прочности. Поэтому для оценки армирования из бамбукового композитного материала в образцах бетонных балок, во-первых, они были покрыты покрытием, а во-вторых, длина заделки, в 20 раз превышающая толщину бамбукового композитного материала, была включена как часть конструкции балки (Javadian et al., 2016).

Покрытие, нанесенное на поверхность бамбуковой композитной арматуры, обеспечивает длительную стойкость к щелочным средам и проникновению воды из матрицы бетона. Следовательно, в бетоне, имеющем щелочную среду, нанесение покрытия на поверхность арматурных стержней обеспечивает дополнительную защиту арматуры (в дополнение к эпоксидной матрице) от долговременной деградации и обеспечивает необходимое сцепление с бетонной матрицей.

Руководство Американского института бетона (ACI) по проектированию и строительству конструкционного бетона, армированного армированными волокном полимерными стержнями (FRP) (ACI 440.1R-15) использовалась 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 из стеклопластика в качестве арматуры в бетоне, чтобы оправдать более низкую пластичность железобетонных элементов из стеклопластика (например, стеклопластика) по сравнению со стальными железобетонными элементами. Размер бамбуковой композитной арматуры и бетонной балки в этом исследовании были спроектированы таким образом, чтобы не превышалась грузоподъемность испытательной машины.Вся продольная арматура в этом исследовании имела аналогичные размеры поперечного сечения 10 × 10 мм, в то время как толщина поперечной арматуры составляла 6 мм. На рис. 6 схематично показано поперечное сечение бетонной балки, армированной бамбуковой композитной арматурой.

Рисунок 6 . Поперечное сечение бамбуковой композитной железобетонной балки.

В этом исследовании все бамбуковые композитные железобетонные балки имели поперечное сечение 160 × 160 мм и общую длину 1300 мм, в то время как их диапазон нагрузки (L) сохранялся на уровне 1050 мм в соответствии с четырехточечной (или так называемой третьей точкой). нагрузка) установка для испытания на изгиб.Четырехточечная установка нагрузки позволила создать зону нулевого сдвига вдоль средней секции бамбуковой композитной железобетонной балки. Зона нулевого сдвига позволяет исключить сдвиговую арматуру в этом исследовании, таким образом, продольная арматура полностью нагружена при растяжении и изгибе, и расчет предельной несущей способности бетонных балок стал упрощенным. Продольная арматура имела сечение 10 × 10 мм. В этом исследовании было подготовлено и испытано в общей сложности 15 бетонных балок с прочностью на сжатие 20 МПа.Расположение арматуры и расстояние нагрузки приведены в Таблице 12.

Таблица 12 . Детали бамбуковых композитных железобетонных балок.

В этом исследовании было рассмотрено три сценария проектирования путем изменения количества нижней арматуры или количества и расстояния между поперечной арматурой, как показано в Таблице 12. Для каждого сценария проектирования были подготовлены и испытаны пять образцов. Две арматуры были использованы в качестве верхней арматуры сжатия для всех балок, испытанных в этом исследовании.Бетонные балки были испытаны до разрушения, и для каждого испытания были получены предельная разрушающая нагрузка, предельная способность к изгибу (MOR), нагрузка, соответствующая первой трещине, и способность к изгибу во время первой трещины. Таблица 13 содержит результаты испытаний на изгиб.

Таблица 13 . Сводка результатов, полученных при испытании образцов бетонной балки на четырехточечный изгиб.

На рис. 7 показана одна из балок, испытанных в этом исследовании после окончательного разрушения. Оценить результаты, полученные в этом разделе 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 нагрузки отказа.

Рисунок 7 . Бамбуковая композитная железобетонная балка после разрушения.

Таблица 14 показывает сравнение нагрузок на растрескивание, номинальных и расчетных предельных разрушающих нагрузок 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 расчетных значений ACI 440.1R-15 и экспериментальных результатов, полученных в этом исследовании.

Бамбуковая композитная арматура показала лучшую начальную растрескивающую нагрузку и гораздо более высокую предельную несущую способность по сравнению с расчетными значениями, полученными в результате расчетов согласно ACI 440.1R-15. Расчетные расчетные нагрузки на растрескивание на основе ACI 440.1R-15 были ниже, чем значения, полученные при испытании бамбуковых композитных железобетонных балок.Нагрузки на растрескивание, измеренные во время четырехточечного испытания балок на 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 в соответствии со стандартом ACI. Образцы балок только с двумя бамбуковыми композитными стержнями арматуры на растянутой стороне поперечного сечения бетонной балки разрушились в основном из-за разрыва арматуры, в то время как образцы балок с 4 бамбуковыми композитными стержнями арматуры имели тенденцию к разрушению из-за раздавливания бетона на сторона сжатия балки.В обоих случаях бамбуковая композитная арматура показала хорошие результаты, показывая, что она является подходящей альтернативой арматуре из стали и стеклопластика для бетонных конструкций с точки зрения механических характеристик и технической осуществимости.

Заключение

Бамбук Dendrocalamus asper , местный известный как бамбук Петунг из Индонезии, был выбран для корреляции его механических свойств с физическими свойствами стебля, включая геометрию стебля, удельную плотность и содержание влаги для изготовления композитов для использования в конструкционном бетоне.На основании результатов, полученных в ходе первой части данного исследования, можно сделать следующие выводы:

• Физические свойства бамбуковой стебли могут быть использованы для оценки механического потенциала бамбука для использования в производстве новых композиционных материалов на основе бамбука в строительстве.

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

• Это исследование представляет собой простой метод, позволяющий оценить механические свойства бамбука путем неразрушающего измерения только толщины и диаметра стенок. Эта возможность особенно полезна в условиях питомников и лесов, где доступ к испытательным объектам ограничен.

Эти результаты затем используются для процесса выбора 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 взаимосвязи, 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.

Авторские взносы

AJ разработал и провел эксперименты. AJ и NS разработали модели и проанализировали данные.AJ и NS написали рукопись в консультации с IS и DH. И.С. принимал участие в планировании и контролировал работу. DH внесла свой вклад в проведение исследования. Все авторы обсудили результаты и прокомментировали рукопись.

Финансирование

Исследование проводилось в Лаборатории городов будущего в Сингапурском центре ETH, который был создан совместно ETH Zurich и Сингапурским национальным исследовательским фондом (FI 370074016) в рамках программы Campus for Research Excellence и Technological Enterprise.

Заявление о конфликте интересов

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

Благодарности

Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку Sawiris Foundation for Social Development и Singapore-MIT Alliance for Research and Technology Innovation Center в Сингапуре.

Список литературы

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

095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

Американский институт бетона (2015). 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. Struc. 51: 102. DOI: 10.1617 / s11527-018-1228-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

ASTM International (2011). Стандартные методы испытаний структурных панелей на изгиб. ASTM D3043–00 (2011) . Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.

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

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

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

Бертолини, Л., Эльзенер, Б., Педеферри, П., Редаелли, Э., и Польдер, Р. Б. (2013). Коррозия стали в бетоне: профилактика, диагностика, ремонт . Weinheim: John Wiley & Sons.

Google Scholar

Чен, Х., Мяо, М., и Дин, X. (2009). Влияние влагопоглощения на межфазную прочность композитов бамбук / винилэфир. Compos. Часть А. Прил. С. 40, 2013–2019.DOI: 10.1016 / j.compositesa.2009.09.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корреаль Д., Франсиско Дж. И Арбелаэс К. (2010). Влияние возраста и положения роста на механические свойства колумбийского бамбука Guadua angustifolia. Мадерас. Ciencia Tecnol. 12, 105–113. DOI: 10.4067 / S0718-221X2010000200005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фарук, О., Бледски, А. К., Финк, Х. П., и Саин, М. (2014). Отчет о ходе работ по композитам, армированным натуральным волокном. Macromol. Матер. Англ. 299, 9–26. DOI: 10.1002 / mame.201300008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фебрианто, Ф., Хидаят, В., Бакар, Э. С., Квон, Г.-Дж., Квон, Д.-Х., Хонг, С.-И., и др. (2012). Свойства ориентированно-стружечной плиты из бамбука Betung (Dendrocalamus asper (Schultes. F) Backer ex Heyne). Wood Sci. Technol. 46, 53–62. DOI: 10.1007 / s00226-010-0385-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грин, Д.W., Winandy, J.E., и Kretschmann, D.E. (1999). «Справочник по древесине: механические свойства древесины» в Общем техническом отчете FPL-GTR-113 , изд. FS Департамент сельского хозяйства, Лаборатория лесных продуктов (Мэдисон, Висконсин: Министерство сельского хозяйства США), 4-1–4-44 .

Google Scholar

Hebel, D., и Heisel, F. (2016). Бамбуковый композитный материал для строительных конструкций и способ его изготовления .

Хебель, Д. Э., Джавадиан, А., Heisel, F., Schlesier, K., Griebel, D., and Wielopolski, M. (2014). Оптимизация прочности на разрыв композитов из бамбукового волокна для структурных применений с контролируемым процессом. Compos. Часть B англ. 67, 125–131. DOI: 10.1016 / j.compositesb.2014.06.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

Google Scholar

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

Google Scholar

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

Google Scholar

Джавадиан А. (2017). Композитный бамбук и его применение в качестве арматуры в конструкционном бетоне . Цюрих: ETH Zurich.

Google Scholar

Джавадиан А., Велополски М., Смит И. Ф. и Хебель Д. Э. (2016). Исследование связующего поведения недавно разработанной бамбуковой композитной арматуры в бетоне. Констр. Build Mater. 122, 110–117. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.06.084

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джиндал, У. (1986). Разработка и испытание пластиковых композитов, армированных бамбуковыми волокнами. J. Compos. Матер. 20, 19–29. DOI: 10.1177 / 002199838602000102

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kamruzzaman, M., Saha, S., Bose, A., and Islam, M. (2008). Влияние возраста и роста на физико-механические свойства бамбука. J. Trop. Для Sci. 211–217.

Google Scholar

Каур, П. Дж., Кардам, В., Пант, К., Наик, С., Сатья, С. (2016). Характеристика коммерчески важных азиатских видов бамбука. Eur. J. Wood Wood Prod. 74, 137–139. DOI: 10.1007 / s00107-015-0977-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кушваха, П. К., и Кумар, Р. (2009). Исследования водопоглощения композитов бамбук-полиэстер: эффект обработки мерсеризованного бамбука силаном. Polym. Пласт. Technol. Англ. 49, 45–52. DOI: 10.1080 / 036025503026

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лаккад, С., и Патель, Дж. (1981). Механические свойства бамбука, натурального композита. Fiber Sci. Technol. 14, 319–322. DOI: 10.1016 / 0015-0568 (81)

  • -3

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ли, А. В., Бай, X., и Перальта, П. Н. (1996). Физико-механические свойства древесно-стружечной плиты из бамбука moso. Forest Prod. J. 46:84.

    Google Scholar

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

    Google Scholar

    Лизе, W. (1987). Исследования бамбука. Wood Sci. Technol. 21, 189–209.

    Google Scholar

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

    Google Scholar

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

    Google Scholar

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

    Google Scholar

    Lo, T. Y., Cui, H., and Leung, H. (2004). Влияние плотности волокна на прочность бамбука. Mater. Lett. 58, 2595–2598.DOI: 10.1016 / j.matlet.2004.03.029

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Lo, T. Y., Cui, H., Tang, P., and Leung, H. (2008). Анализ прочности бамбука с помощью микроскопического исследования бамбукового волокна. Констр. Build Mater. 22, 1532–1535. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2007.03.031

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Macias, A. и Andrade, C. (1987). Коррозия арматуры из оцинкованной стали в щелочных растворах: Часть 1: электрохимические результаты. Br. Корр. J. 22, 113–118. DOI: 10.1179 / 000705987798271631

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Маланит П., Барбу М. и Фрювальд А. (2009). Склеиваемость и качество склеивания азиатского бамбука (dendrocalamus asper) для производства композитных пиломатериалов. J. Trop. Для. Sci. 21, 361–368.

    Google Scholar

    Маланит П., Барбу М. К. и Фрювальд А. (2011). Физико-механические свойства ориентированно-стружечных пиломатериалов из азиатского бамбука (Dendrocalamus asper Backer). Eur. J. Wood Wood Prod. 69, 27–36. DOI: 10.1007 / s00107-009-0394-1

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мохмод А. Л., Амин А. Х., Касим Дж. И Джусух М. З. (1993). Влияние анатомических характеристик на физико-механические свойства Bambusa blumeana. J. Trop. Для. Sci. 6, 159–170.

    Google Scholar

    Мерфи Р. и Элвин К. (1992). Различия в структуре стенок из волокон бамбука. IAWA J. 13, 403–410.DOI: 10.1163 / 22941932-

    296

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Нордалия А., Анвар У., Хамдан Х., Зайдон А., Паридах М. и Разак О. А. (2012). Влияние возраста и роста на отдельные свойства малазийского бамбука (Gigantochloa levis). J. Trop. Для Sci. 102–109.

    Google Scholar

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

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рахман, Н., Шинг, Л. В., Саймон, Л., Филипп, М., Алиреза, Дж., Линг, С. С. и др. (2017). Улучшенный бамбуковый композит с защитным покрытием для бетонных конструкций. Энергетические процедуры 143, 167–172. DOI: 10.1016 / j.egypro.2017.12.666

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рао, И. Р., Гнанахаран, Р.и Састри К. Б. (1988). «Бамбук. Текущее исследование. материалы международного семинара по бамбуку, Кочин, Индия, 14–18 ноября 1988 г., в: Bamboos. Текущее исследование (Кочин: Научно-исследовательский институт леса Кералы), 217–290.

    Google Scholar

    Рэй, А.К., Дас, С.К., Мондал, С., и Рамачандрарао, П. (2004). Микроструктурная характеристика бамбука. J. Mater. Sci. 39, 1055–1060. DOI: 10.1023 / B: JMSC.0000012943.27090.8f

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Роуэл, Р., и Норимото, М. (1988). Стабильность размеров бамбуковых древесностружечных плит из ацетилированных частиц. Mokuzai Gakkaishi 34, 627–629.

    Google Scholar

    Слейтер, Дж. Э. (1983). Коррозия металлов в сочетании с бетоном: Руководство, спонсируемое Подкомитетом ASTM G01. 14 по коррозии арматурной стали и свойствам металлов Совет . Филадельфия, Пенсильвания: ASTM International.

    Google Scholar

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

    Google Scholar

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

    Google Scholar

    Вегст, У., и Эшби, М.(2004). Механическая эффективность натуральных материалов. Philos. Журнал 84, 2167–2186. DOI: 10.1080 / 14786430410001680935

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Yu, H., Jiang, Z., Hse, C., and Shupe, T. (2008). Избранные физико-механические свойства мозобамбука (Phyllostachys pubescens). J. Trop. Для. Sci. 258–263.

    Google Scholar

    Yu, Y., Wang, H., Lu, F., Tian, ​​G., and Lin, J. (2014). Бамбуковые волокна для композитных приложений: механические и морфологические исследования. J. Mater. Sci. 49, 2559–2566. DOI: 10.1007 / s10853-013-7951-z

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Зайдон, А., Паридах, М., Сари, К., Разак, В., и Юзия, М. (2004). Характеристики склеивания Gigantochloa scortechinii. J. Бамбуковый ротанг 3, 57–65. DOI: 10.1163 / 156915

    2875644

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Zou, L., Jin, H., Lu, W.-Y., и Li, X. (2009). Наноразмерные структурные и механические характеристики клеточной стенки бамбуковых волокон. Mater. Sci. Англ. C Mater. Биол. Прил. 29, 1375–1379. DOI: 10.1016 / j.msec.2008.11.007

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ультразвуковая оценка физико-механических свойств гранитов

    Каменная кладка - это самый старый строительный материал, который сохранился до наших дней, используется во всем мире и присутствует в самых впечатляющих исторических сооружениях как свидетельство духа предпринимательства древних культур.Сохранение, восстановление и укрепление архитектурного наследия и защита человеческих жизней - очевидные требования современного общества. При этом использование неразрушающих методов стало широко распространенным методом диагностики структурной целостности элементов кладки. Что касается оценки состояния камня, скорость ультразвукового импульса является простым и экономичным инструментом. Таким образом, центральный вопрос настоящей статьи касается оценки пригодности метода скорости ультразвукового импульса для описания механических и физических свойств гранитов (размер диапазона от 0 до 0).1-4,0 мм и 0,3-16,5 мм) и для оценки его атмосферостойкости. Механические свойства включают прочность на сжатие и растяжение и модуль упругости, а физические свойства включают плотность и пористость. Для этого измерения скорости продольного ультразвукового импульса с четкой собственной частотой преобразователей проводились на образцах разного размера и формы. Также приводится обсуждение факторов, которые вызывают изменения скорости ультразвука.Кроме того, представлены и обсуждаются статистические корреляции между скоростью ультразвукового импульса и механическими и физическими свойствами гранитов. Основным результатом работы является подтверждение того, что скорость ультразвукового импульса может быть эффективно использована как простой и экономичный неразрушающий метод для предварительного прогнозирования механических и физических свойств, а также как инструмент для оценки происходящих изменений выветривания гранитов. в течение срока службы. Это представляет большой интерес из-за обычных трудностей с удалением образцов для механической характеризации.

    .

    Добавить комментарий