सुरंग अस्तर के लिए स्टील फाइबर प्रबलित कंक्रीट (एसएफआरसी)।
फाइबर के आकार, आकार और झुकाव कोण जैसे कारकों पर विचार करते हुए फाइबर पुलआउट व्यवहार का प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन किया जाता है। इसके अलावा, निम्नलिखित अनुभाग स्टील फाइबर कंक्रीट अस्तर का पूरी तरह से वर्णन करने के लिए स्थापित प्रयोगों और संबंधित संख्यात्मक मॉडल प्रस्तुत करते हैं।
1. फाइबर खींचने का व्यवहार
एसएफआरसी से बने क्षति-प्रतिरोधी सुरंग अस्तर का विश्लेषण, डिजाइन और अनुकूलन करने के लिए, संरचनात्मक स्तर पर सामग्री के यांत्रिक व्यवहार को समझना सबसे पहले आवश्यक है। यह सर्वविदित है कि एसएफआरसी के यांत्रिक गुण दरार के उद्घाटन पर ब्रिजिंग प्रभाव से संबंधित हैं। ब्रिजिंग प्रभाव सभी खंडित तंतुओं के कुल योगदान से निर्धारित होता है। चूंकि प्रत्येक व्यक्तिगत फाइबर की ब्रिजिंग दक्षता दृढ़ता से फाइबर-कंक्रीट मैट्रिक्स बॉन्डिंग गुणों पर निर्भर करती है, इसलिए कंक्रीट मैट्रिक्स में एम्बेडेड व्यक्तिगत स्टील फाइबर के पुल-आउट व्यवहार का प्रयोगशाला प्रयोगों और विश्लेषणात्मक मॉडल के माध्यम से व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया गया था। शोध के परिणाम एसएफआरसी की यांत्रिक प्रक्रिया के संख्यात्मक अनुकरण के लिए एक आधार प्रदान करते हैं। दूसरी ओर, वे स्थानीय क्षेत्रीय भार के तहत प्रदर्शन अनुसंधान जैसे लाइनिंग सेगमेंट में एसएफआरसी के अनुप्रयोग पर आगे के शोध के लिए एक आधार भी प्रदान करते हैं।
(1) एकल स्टील फाइबर ड्राइंग प्रयोग
कंक्रीट मैट्रिक्स में स्टील फाइबर के बंधन तंत्र का अध्ययन एकल स्टील फाइबर पर पुल-आउट परीक्षण करके किया गया था। प्रायोगिक कार्यक्रम पुल-आउट व्यवहार को प्रभावित करने वाले प्रासंगिक मापदंडों को बदलकर फाइबर आकार, आकार, तन्य शक्ति, झुकाव कोण और ठोस ताकत जैसे मापदंडों के प्रभाव का विश्लेषण करता है।
पुल-आउट परीक्षण करने के लिए, 60 मिमीx60 मिमी के आयाम वाले बेलनाकार नमूने तैयार किए गए थे, जिनमें स्टील फाइबर तय किए गए थे और कंक्रीट में एम्बेडेड थे।
पुलआउट व्यवहार का विश्लेषण पुलआउट बल और फाइबर विस्थापन के बीच सहसंबंध पर केंद्रित है। इसके अलावा, फाइबर और कंक्रीट मैट्रिक्स की विफलता मोड पर विचार किया गया।
(2) रेशे का आकार और आकार
उच्च शक्ति वाले कंक्रीट मैट्रिक्स में एम्बेडेड लंबाई=20 मिमी और झुकाव कोण=0 के साथ फाइबर की पुल-आउट प्रतिक्रिया पर विभिन्न फाइबर आकार (सीधे, नालीदार, हुक-एंड, डबल-टेपर्ड) का प्रभाव (=84 एमपीए)। जैसा कि बाईं ओर दिखाया गया है, विभिन्न आकार के तंतुओं के बीच पुलआउट प्रतिक्रिया काफी भिन्न होती है। सीधे दाने वाले तंतुओं के लिए, तंतुओं और मैट्रिक्स के बीच का बंधन केवल इंटरफेशियल घर्षण द्वारा प्रदान किया जाता है। इसलिए, लगभग बहुत कम पुलआउट लोड पर, लोड में अचानक गिरावट के साथ, पूर्ण डिबॉन्डिंग होती है। इसके विपरीत, यांत्रिक रूप से जुड़े विकृत फाइबर के कारण छीलने के बाद पुलआउट लोड में वृद्धि जारी रही। इसलिए, बनावट वाले फाइबर सीधे दाने वाले फाइबर के सापेक्ष काफी अधिक पुलआउट प्रतिरोध प्रदान करते हैं। उच्च शक्ति वाले कंक्रीट मैट्रिक्स में उनके मजबूत जुड़ाव के कारण, नालीदार और द्वि-पतला फाइबर अपने अंतिम भार से अधिक होने के तुरंत बाद फ्रैक्चर से विफल हो जाते हैं। हालाँकि, नमनीय सामग्री व्यवहार को प्राप्त करने के लिए, छोटे पुलआउट विस्थापन पर फाइबर फ्रैक्चर से बचा जाना चाहिए। हुक-एंड फाइबर के लिए लाभकारी पुल-आउट व्यवहार देखा गया, जिसके लिए हुक-एंड धीरे-धीरे विस्थापित और सीधे हो गए, जिसके परिणामस्वरूप पुल-आउट बल में कमी आई और पुल-आउट विस्थापन में और वृद्धि हुई।
उसी के तहत फाइबर आकार पर 6{2}}/0.75 (मिमी/मिमी) और 35/0.55 (मिमी/मिमी) के हुक-एंड फाइबर के प्रभावों की तुलना करके परीक्षण की स्थितियाँ। यह देखा जा सकता है कि दोनों तंतुओं के भार-विस्थापन वक्र समान और लगभग समानांतर हैं। हालाँकि, बड़े आयामों वाले फाइबर ने काफी अधिक अंतिम पुलआउट लोड (+77%) प्रदर्शित किया। जैसे-जैसे व्यास और हुक का आकार बढ़ता है, फाइबर की झुकने की कठोरता और मैट्रिक्स के साथ संपर्क क्षेत्र बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप हुक के प्लास्टिक विरूपण के लिए आवश्यक ऊर्जा में वृद्धि होती है। हालाँकि, दो फाइबर के अंतिम पुलआउट लोड के अनुपात की तुलना फाइबर की ताकत से करने पर, परिणामों से पता चला कि दोनों फाइबर की दक्षता में मामूली अंतर (60.1% और 61.0%) था।
समान फाइबर सामग्री वाले कंक्रीट में, छोटे/महीन फाइबर की संख्या लंबे/मोटे फाइबर की तुलना में कई गुना अधिक होती है, और तदनुसार, संभावित दरारों को रोकने वाले फाइबर की संख्या छोटे/महीन फाइबर के लिए अपेक्षाकृत अधिक होती है। इसलिए यद्यपि परिणाम दर्शाते हैं कि लंबे/मोटे रेशों में छोटे/पतले रेशों की तुलना में अधिक खींचने वाला प्रतिरोध होता है, आम तौर पर यह नहीं माना जाना चाहिए कि छोटे/पतले रेशों का भार-वहन व्यवहार खराब होता है, इसके विपरीत, इससे यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है परिणाम सकारात्मक तालमेल. फाइबर मिश्रणों में, विभिन्न आकारों (लंबे/मोटे और छोटे/पतले फाइबर) वाले फाइबर के उपयोग के लाभों को जोड़ना संभव है। विशेष रूप से, ट्यूब खंडों के किनारे वाले क्षेत्रों में ऐसे फाइबर मिश्रण का उपयोग दरार और टूटने को रोकने पर सकारात्मक प्रभाव डाल सकता है।
(3) फाइबर और कंक्रीट की मजबूती
फाइबर की ताकत (फीट=1225 एमपीए, 2600 एमपीए) और कंक्रीट की ताकत (एफसी=44 एमपीए, 84 एमपीए) का प्रभाव। दोनों ठोस शक्तियों के लिए, घर्षण-पर्ची चरण से पहले उच्च शक्ति वाले फाइबर का पुलआउट प्रतिरोध सामान्य शक्ति वाले फाइबर से लगभग दोगुना था। जैसा कि अपेक्षित था, उच्च-शक्ति कंक्रीट में एम्बेडेड फाइबर में सामान्य-शक्ति कंक्रीट में एम्बेडेड फाइबर की तुलना में अधिक पुलआउट प्रतिरोध था। हालाँकि, यह प्रभाव उच्च शक्ति वाले फाइबर के लिए अधिक स्पष्ट है।
यद्यपि दो कंक्रीट में उच्च शक्ति वाले फाइबर के लोड-विस्थापन वक्रों में महत्वपूर्ण अंतर हैं, सामान्य शक्ति वाले फाइबर का लोड-विस्थापन व्यवहार कंक्रीट की ताकत की परवाह किए बिना समान है। सामान्य-शक्ति कंक्रीट में परीक्षण किए गए उच्च-शक्ति फाइबर के वक्र अंतिम पुलआउट लोड तक पहुंचने के बाद अपेक्षाकृत धीरे-धीरे कम हो जाते हैं। इससे पता चलता है कि कंक्रीट की कम ताकत के कारण, हुक (हुक एंड) का यांत्रिक एंकरिंग प्रभाव प्रभावी ढंग से लागू नहीं होता है। इसलिए, सामान्य-शक्ति कंक्रीट में परीक्षण किए गए उच्च-शक्ति फाइबर की दक्षता अपेक्षाकृत कम (42.7%) थी। हालाँकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ये फाइबर उच्च शक्ति वाले कंक्रीट में काफी अधिक कुशल (61.6%) हैं। इसलिए, इष्टतम फाइबर दक्षता प्राप्त करने के लिए, स्टील फाइबर की तन्य शक्ति को कंक्रीट की ताकत से समायोजित किया जाना चाहिए।
(4) फाइबर झुकाव कोण
विभिन्न झुकाव कोणों (0 डिग्री, 15 डिग्री, 30 डिग्री, 45 डिग्री और 60 डिग्री) पर उच्च शक्ति वाले कंक्रीट में एम्बेडेड सामान्य और उच्च शक्ति वाले हुक-एंड फाइबर के पुल-आउट परीक्षण। जैसा कि अपेक्षित था, उच्च शक्ति वाले फाइबर का अंतिम पुलआउट लोड सभी झुकाव कोणों के लिए सामान्य शक्ति वाले फाइबर की तुलना में काफी अधिक है। जब सामान्य ताकत वाले फाइबर को बिना किसी विफलता के बाहर निकाला जाता है, तो अंतिम पुलआउट भार झुकाव कोण की परवाह किए बिना बहुत समान होता है। इसके विपरीत, उच्च शक्ति वाले फाइबर ने 30 डिग्री और 45 डिग्री के झुकाव कोणों के बीच अंतिम पुलआउट लोड में उल्लेखनीय वृद्धि देखी।
सामान्यतया, जैसे-जैसे झुकाव कोण बढ़ता है, अंतिम भार के तहत पुलआउट विस्थापन बढ़ता है और सामने की चोटी शाखा की ढलान कम हो जाती है, खासकर 30 डिग्री से अधिक झुकाव कोणों के लिए। बढ़ते झुकाव कोण के साथ फाइबर निकास पर मैट्रिक्स क्रशिंग और स्पैलिंग में भी वृद्धि देखी गई। उच्च शक्ति वाले रेशों के मामले में यह घटना अधिक स्पष्ट है। इसके अलावा, जैसे-जैसे झुकाव का कोण बढ़ता है, फाइबर का टूटना अधिक बार होता है, खासकर साधारण-शक्ति वाले फाइबर के लिए।
