Contribution to the modeling of the physico-mechanical behavior of high-performance concretes reinforced with various types of fibers

Abstract

الهدف من هذا العمل هو تثمين ونمذجة إحصائية لسلوك الخرسانة عالية الأداء المقواة بألياف معدنية معاد تدويرها من أصول مختلفة، مستخرجة من نفايات الكابلات الملتوية من (19 خيطا * 7 أسلاك)، في حالة هشة. هذه الألياف لها معامل مرونة أقل من 200 جيقا باسكال. تحقيقا لهذه الغاية، تم تقييم خصائص ريولوجية وميكانيكية وحرارية مختلفة، بما في قابلية الجريان، وامتصاص الماء، والقوة الميكانيكية المتمثلة في الضغط والشد والانحناء، باستخدام عينات خرسانية وفقا لمنهجية سطح الاستجابة.في هذه الدراسة، تم استخدام المستوى المركزي المركب (CCD)، استنادا إلى RSM، لتقييم تأثير نسب الماء إلى الرابط التي تتراوح من 0.27 إلى 0.31، ونسبة الطول / القطر للألياف (L / d = 46 إلى 80)، ومحتوى الألياف في حدود 19 إلى 29 كغ / متر مكعب على خصائص الخرسانة المدروسة. تم تحليل دقة وصحة النماذج التي تم إنشاؤها من خلال تحليل التباين (ANOVA)، متبوعا بتحسين المتغيرات المختارة.أظهرتالنتائجالتجريبيةأننسبة (L/d) تقدربحوالي 63،ونسبةالماء إلى الرابط بحوالي 0.28،وتركيزالأليافبحوالي 22 كغ/م³أدىإلىتحسينيصلإلىحوالي 45% فيقابلية الجريان. علاوةعلىذلك،لوحظتزيادةواضحةفيمقاومةالانضغاط (بنسبةتقدربحوالي 25%) عنداستخدامنسبة (L/d) بحوالي 70،ونسبةالماء إلى الرابط بحوالي 0.28،وتركيزأقصىللأليافيبلغ 29 كغ/م³.من خلال فحص الصور المجهرية الإلكترونية الماسحة، استنتج أن منطقة واجهة الألياف بنسبة عرض إلى ارتفاع تبلغ 63 تشارك في زيادة الالتصاق بالمصفوفة الخرسانية. كما أظهرت النتائج الحرارية أن زيادة نسبة (L/d) للألياف المعدنية المعاد تدويرها تؤدي إلى زيادة التوصيل الحراري للخرسانة عالية الأداء المدروسة.

L'objectif de ce travail est la valorisation et la modélisation statistique du comportement des bétons à hautes performances (BHP) renforcés par des fibres métalliques recyclées de diverses origines, extraites à partir des déchets de câbles torsadés de (19 torons * 7 fils), à l'état fragile. Ces fibres présentent un module d’élasticité inférieur à 200 GPa. Pour ce faire, différentes propriétés, à l'état frais, physico-mécaniques et thermiques, ont été évaluées, notamment l'affaissement, l’absorption d’eau (Abs), la résistance mécanique (Compression (Rc), flexion (Rf), traction par fendage (Rt.f)), au moyen d'éprouvettes de béton selon la méthodologie de surface de réponse (RSM).Dans cette étude, le plan central composite (CCD), basé sur la RSM, a été utilisé pour évaluer l'influence des rapports eau/liant (E/L) variant de 0.27 à 0.31, du rapport d’aspect longueur/diamètre des fibres (L/d = 46 à 80), et de la teneur en fibres dans la plage de 19 à 29 kg/m³ sur les propriétés du béton étudié. La précision et la validité des modèles générés ont été analysées par une analyse de variance (ANOVA), suivie de l'optimisation des variables sélectionnées. Les résultats expérimentaux ont révélé qu'un rapport (L/d) de 63, un rapport (E/L) d'environ 0.28, et une teneur en fibres d'environ 22 kg/m³ conduisaient à une amélioration d'environ 45% de l’ouvrabilité, exprimée en termes d'affaissement. Par ailleurs, une nette augmentation de la résistance à la compression (d'environ 25%) a été observée avec un rapport (L/d) d'environ 70, un rapport (E/L) d'environ 0.28, et une teneur maximale en fibres de 29 kg/m³.En examinant les images microscopiques électroniques à balayage (MEB), il a été conclu que la zone d’interface de la fibre avec un rapport d’aspect de 63 participes à l’augmentation de l’adhérence avec la matrice du béton. Le flux de chaleur montre également qu'une augmentation du rapport (L/d) des fibres métalliques recyclées entraîne une augmentation de la conductivité thermique du béton à haute performance étudié.

The aim of this work is to evaluate and statistically model the behavior of high-performance concrete (HPC) reinforced with recycled metal fibers of various origins, extracted from waste twisted cables of (19 strands * 7 wires), in the brittle state. These fibers have a modulus of elasticity of less than 200 GPa. For this purpose, various fresh-state, physico-mechanical and thermal properties were evaluated, including slump, water absorption (WA), mechanical strength (Compression (CS), flexural strength (FS), splitting tensile strength (STS)), using concrete specimens based on response surface methodology (RSM). In this study, the central composite design (CCD), based on RSM, was used to evaluate the influence of water/binder ratios (W/B) ranging from 0.27 to 0.31, fiber length/diameter aspect ratio (L/d = 46 to 80), and fiber content in the range 19 to 29 kg/m³ on the properties of the concrete studied. The accuracy and validity of the models generated were analyzed by analysis of variance (ANOVA), followed by optimization of the selected variables. The experimental results revealed that a ratio (L/d) of approximately 63, a ratio (E/L) of about 0.28, and a fiber content of around 22 kg/m³ led to an improvement of approximately 45% in workability, expressed in terms of slump. Furthermore, a significant increase in compressive strength (of about 25%) was observed with a ratio (L/d) of approximately 70, a ratio (E/L) of about 0.28, and a maximum fiber content of 29 kg/m³. By examining scanning electron microscopic (SEM) images, it was concluded that the fiber interface zone with an aspect ratio of 63 participates in the increase in adhesion with the concrete matrix. heat flux also shows that an increase in the ratio (L/d) of recycled metal fibers leads to an increase in the thermal conductivity of the high-performance concrete studied.