Betoniin lisättyjen lyhyiden teräskuitujen suuntautuneisuuden mittaaminen ja mallintaminen

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Tutkimuksessa tarkastellaan betonin ja lyhyiden teräskuitujen muodostamaa yhdistelmämateriaalia, jota on laajasti käytetty rakennusalalla esimerkiksi maanvaraisissa lattioissa ja Suomen ulkopuolella myös kantavissa välipohjalaatoissa. Tämän yhdistelmämateriaalin toiminnan arvioinnissa haasteet liittyvät materiaalin anisotrooppisuuteen, joka aiheutuu kuitujen suuntautuneisuuden ja määrän vaihteluista betonissa. Tutkimus jakaantui kahteen pääosaan, joista ensimmäisessä tarkasteltiin kuitujen suuntaisuuden määrittämistä kovettuneesta betonista ja toisessa kehitettiin menetelmä kuitujen orientaation huomioon ottamiseksi materiaalimallissa. Kuitujen suunnan määritykseen työssä syntyi kaksi menettelyä, jotka perustuivat joko näytekappaleen viipalointiin tai röntgensädettä hyödyntävään mikrotomografiaan. Menetelmiä kehitettiin testikappaleilla, jotka oli otettu mitoiltaan ja valmistustavaltaan todellisia välipohjalaattoja vastaavista koerakenteista. Viipaleiden fotometrista tarkastelua parannettiin testaamalla pisteittäin viipaleiden pintojen välistä sähkönjohtavuutta robottiohjatulla tasasähkölähteellä. Mikrotomografiamittaus suoritettiin riittävän suurilla koekappaleilla, joista kuitujen suuntautuneisuus määritettiin analysoimalla kolmiulotteisia kuvamatriiseja. Saadut mittaustulokset osoittivat sekä fotometrian yhdistettynä tasasähkön johtavuuteen että mikrotomografian olevan tarkkoja menetelmiä, joita voidaan luotettavasti soveltaa kuitujen suuntautuneisuuden määrittämiseen todellisista betonikappaleista. Kehitetty materiaalimalli kuitubetonin mesotilavuutta kuvaavalle osuudelle perustuu hyperelastiseen materiaaliin, jossa sovelletaan muodonmuutosenergian toisen kertaluvun termejä. Yhdistelmämateriaalin symmetria on kuvattu toisen kertaluvun suuntautuneisuustensorin ominaisvektoreilla, jolloin isotrooppinen St. Venat-Kirchhoff-malli voidaan täydentää ominaisvektoreista muodostetuilla rakennetensoreilla. Tuloksena saadaan ortotrooppinen St. Venant-Kirchoff-materiaali, jonka isotroopinen osa kuvaa betonia ortotropian kuvatessa kuitujen vaikutusta. Kuitujen suuntautuneisuuden tiheysfunktiota hyödynnetään laskettaessa suunnasta riippuvien kimmovakioiden vaikutusta määrättyihin symmetriasuuntiin. Johdetun materiaalimallin etuna on, että siinä hyödynnetään kaikki tieto kuitujen suuntautuneisuudesta soveltaen tensorisuureita, jotka ovat valitusta koordinaatistosta riippumattomia. Lopuksi mallin soveltamista on havainnollistettu esimerkeillä, joissa on hyödynnetty koekappaleista mitattuja tietoja kuitujen suuntautuneisuudesta.
    Julkaisun otsikon käännösBetoniin lisättyjen lyhyiden teräskuitujen suuntautuneisuuden mittaaminen ja mallintaminen
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Puttonen, Jari, Vastuuprofessori
    • Herrmann, Heiko, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5591-6
    Sähköinen ISBN978-952-60-5592-3
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • lyhyiden teräskuitujen suuntautuminen
    • konstitutiivinen malli
    • viipalaointi
    • mikrotomografia
    • teräskuitubetoni

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Betoniin lisättyjen lyhyiden teräskuitujen suuntautuneisuuden mittaaminen ja mallintaminen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä