Study of a fluid high performance concrete reinforced with fibers

Abstract

صب الخرسانة الطازجة ذات قوام لدن في الأماكن أو العناصر الهيكلية التي بها حديد التسليح كثيف ، صعب جدا. أين يتطلب عملية الهز ، أو التحسين في اعادة صياغتها ، أو في بعض الأحيان تغيير في حجم مكوناتها خاصة الركام (ضبط قطر الركام). الهدف من هذه الدراسة هو إعادة صياغة هذا النوع من الخرسانة من أجل تحقيق الخصائص المستهدفة (خرسانة مرنة أو ذات سيولة عالية). في هذا السياق ، قمنا بتحسين خاصية قابلية التشغيل من خلال الإضافة التدريجية للملدن الفائق (SP) الى غاية الحصول على السيولة المرغوبة. وللحفاظ على نفس الخصائص الميكانيكية للخرسانة المرجعية (الشاهد) قمنا بإضافة ألياف فولاذية للخليط. تم استخدام نهج مقاربة تصميم التجارب في البرنامج التجريبي لهذه الدراسة بغية تحسين أداء الخرسانة عالية الأداء السائلة والخرسانة المعززة بالألياف (BHPFF) ، حيث تم استخدام تصميم مركب ثنائي العامل لنمذجة تأثير نسبة الملدن(SP) مع كمية الألياف) (FM على خصائص الخرسانة السائلة عالية الأداء. تم استخدام برنامج التحليل الإحصائي Design-Expert version-7 (الإصدار 7) لتطوير نماذج رياضية تتعلق بتأثير الاختلافات في هذه العناصر على السيولة والمقاومة الميكانيكية للضغط والانحناء لـ BHPFFC ، ولشرح أفضل النتائج التجريبية. أظهرت النتائج التجريبية أن سيولة BHPF تتحسن بزيادة نسبة الملدن (SP) وتنخفض قليلاً بإضافة (FM). بالنسبة للخلائط المدروسة ، تتراوح جرعة SP وكمية الألياف المعدنية FM بين 1.80٪ و 2.4٪ ، و 23 كجم / م3 إلى 37 كجم / م3 ، على التوالي. تبين هذه النتائج أيضا أن إضافة الألياف المعدنية تلعب دورا هام في تحسين الخواص الميكانيكية لمركبات BHPFs ، خاصة في الانحناء بسلوك أكثر مرونة. تراوح قطر الانتشار لجميع للخلائط بين 400 مم و 580 مم ، مما يشير إلى قابلية جيدة لسيولة وحركة الخرسانة. بينما تراوحت قوة الانضغاط والانحناء من 82 إلى 97 ميجا باسكال و 4.5 إلى 7.53 ميجا باسكال على التوالي. إضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسة الرقمية أنه يمكن تصنيع BHPFF بتطبيق طريقة التصميم التجريبي من خلال تحسين جرعة الملدن الفائق ومحتوى الألياف المعدنية. تشير نتائج التحسين إلى أنه مع 30 كجم/ م3 من FM و 2.4 ٪ من الملدن الفائق ، يتم الحصول على أقصى مقاومة للضغط والانحناء في 28 يومًا ، مع مراعاة توصيات EFNARC.

Pouring of plastic or very plastic concrete in confined structural elements where steel reinforcement is dense is quite difficult, requiring vibration, or improvement in the formulation of the matrix and sometimes a change in the morphology of its constituents (limit the maximum size of large aggregates). The objective of this study is to reformulate this type of concrete in order to achieve the targeted characteristics (fluid or very fluid concrete). In this context we have contributed to the improvement of the workability character by the progressive addition of superplasticizer (SP) until reaching the desired fluidity, with the reinforcement of these constituents by the addition of metal fibers (FM) in order to keep the same mechanical properties of the reference matrix. The design of experiments approach was used in the experimental program of this study to optimize high performance fluid fiber-reinforced concretes (HPFFC), in which a two-factor centered composite design was used to model the influence of the SP percentage and the FM dosage on the properties of high-performance fluid concrete. The Design-Expert version-7 statistical analysis software was used also to develop mathematical models relating the effect of variations in these parameters on the fluidity, compressive and flexural strength of the HPFRFC, and to explain the better experimental results. The experimental results showed an improvement in the fluidity of HPFRFC according to the increase in the SP content and decreases slightly with the increase of MF content. For the mixtures studied, the SP dosage and the metallic fibers content vary between 1.80% and 2.4%, and 23 kg/m3 to 37 kg/m3, respectively. The addition of metallic fibers improves the mechanical properties of HPFRFC, especially in flexural strength with a more ductile behavior. The spread diameter of all mixes ranged between 400 mm and 580 mm, indicating good fluidity and mobility. While, the compressive and flexural strength ranged from 82 to 97 MPa and 4.5 to 7.53 MPa, respectively. In addition, the numerical study showed that HPFRFC can be produced by applying the experimental design method and optimizing the superplasticizer dosage and the metal fibers content. The optimization results indicate that with 30 kg/m3 of FM and 2.4% of superplasticizer, the maximum 28 days compression and flexural strength were obtained, by meeting the requirement of EFNARC recommendations. Le coulage des bétons plastiques ou très plastiques dans un milieu confiné est assez difficile, qui nécessite une vibration, une amélioration de formulation de la matrice et parfois un changement de la morphologie de ses constituants (limiter la taille maximale des gros granulats). L’objectif de cette étude est de reformuler ce type de béton afin d’atteindre les caractéristiques visées (béton fluide ou très fluide). Dans ce contexte nous avons contribué à l’amélioration du caractère maniabilité par l’addition progressive de superplastifiant (SP) jusqu'à atteindre la fluidité souhaitée, avec un renforcement de ces constituants par l’ajout des fibres métalliques (FM) afin de garder les mêmes propriétés mécaniques de la matrice de référence. L’approche des plans d’expériences a été utilisée dans le programme expérimental de cette étude afin d’optimiser des bétons à hautes performances fluides et fibrés (BHPFF), dans laquelle un plan composite centré à 2 facteurs a été utilisé pour modéliser l’influence du pourcentage en SP et le dosage de FM sur les propriétés du béton fluide à haute performance. Le logiciel d’analyse statistique Design-Expert version-7, a été utilisé pour le développement des modèles mathématiques reliant l’effet des variations de ces paramètres sur la fluidité et la résistance mécanique à la compression et en flexion des BHPFF, et expliquer au mieux les résultats expérimentaux. Les résultats expérimentaux ont montré que la fluidité des BHPF s’améliore en fonction de l’augmentation du pourcentage de SP et diminue légèrement en fonction du dosage en FM. Pour les mélanges étudiés le dosage en SP et la quantité de fibres métalliques varient respectivement entre 1,80% et 2,4%, et 23 kg/m3 à 37 kg/m3,. L’ajout des fibres métalliques améliore les propriétés mécaniques des BHPF, notamment en flexion avec un comportement plus ductile. Le diamètre d’étalement de tous les mélanges variait entre 400 mm et 580 mm, indiquant une bonne fluidité et mobilité. Tandis que, la résistance à la compression et à la flexion variait respectivement de 82 à 97 MPa et de 4,5 à 7,53 MPa, De plus, l’étude numérique a montré qu’on peut fabriquer des BHPFF en appliquant la méthode des plans d’expérience par l’optimisation du dosage en superplastifiant et de la teneur en fibres métalliques. Les résultats d’optimisation indiquent qu’avec 30 kg/m3 de FM et 2,4 % de superplastifiant, la résistance maximale à la compression et à la flexion à 28 jours est obtenue, tout en respectant les recommandations d’ouvrabilité d’EFNARC.