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© 2022. This work is licensed under https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.es (the “License”). Notwithstanding the ProQuest Terms and Conditions, you may use this content in accordance with the terms of the License.

Abstract

The uniaxial tensile properties of multi-scale fiber-reinforced cementitious material (MSFRCM) with steel and polyvinyl alcohol (PVA) fibers and calcium carbonate whisker (CW) were studied. The results showed that CW improved the uniaxial tensile stiffness, strength, peak strain, and toughness of the steel-PVA hybrid fiber-reinforced cementitious material. The CW not only played a role in the small deformation stage but also improved the load holding capacity and toughness of the hybrid fiber-reinforced cementitious material during the large deformation stage. Computational models to assess the uniaxial tensile strength and toughness of the MSFRCM were established. Microstructure observations showed that the steel and PVA fibers formed a weak interfacial transition zone (ITZ) due to the "wall effect.” The CW effectively optimized the structure of the ITZ of the steel and PVA fibers through physical and chemical effects, such as filling, bridging, improving Ca(OH)2 orientation, and chemical effects. The steel fibers, PVA fibers, and CW in the MSFRCM bridged cracks at the macro, mesoscopic, and microscopic levels, respectively. As a result, we observed a fiber chain effect that improved the positive hybrid effect between the multi-scale fibers.

Alternate abstract:

Se han estudiado las propiedades de tracción uniaxial de un material cementante reforzado con fibras multiescala (MSFRCM) de acero, de alcohol polivinílico (PVA) y de carbonato cálcico (CW). Los resultados mostraron que las CW mejoraron la rigidez, la resistencia, la deformación máxima y la tenacidad del material cementoso reforzado con fibra híbrida de acero-PVA sometido a tracción uniaxial. Las CW no solo jugaron un papel relevante en la etapa de bajas deformaciones, sino que también mejoraron la capacidad de retención de carga y la tenacidad del material cementante híbrido reforzado con fibras durante la etapa de deformaciones elevadas. Se han establecido modelos computacionales para evaluar la resistencia a la tracción uniaxial y la tenacidad del MSFRCM, y los resultados coincidieron con los resultados de las pruebas así como de los datos de la literatura. Los estudios microestructurales mostraron que el acero y las fibras de PVA formaron una ITZ débil debido al "efecto pared”. Las CW optimizaron eficazmente la estructura de la ITZ del acero y las fibras de PVA a través de efectos físicos y químicos como relleno, formación de puentes y mejora de la orientación de la Ca(OH)2. Las fibras de acero, las fibras de PVA y las CW unieron las fisuras de los MSFRCM a nivel macro, meso y microscópico, respectivamente. Como resultado de ello, se observó un efecto de cadena de fibras que mejoró el efecto híbrido positivo entre las fibras multiescala.

Details

Title
Uniaxial tensile behavior and mechanism characterization of multi-scale fiber-reinforced cementitious materials
Author
L. Li https://orcid.org/0000-0003-3966-6363 M. Cao https://orcid.org/0000-0002-7917-4710 Z. Li https://orcid.org/0000-0002-6816-0575 W. Zhang https://orcid.org/0000-0002-9292-2867 D. Shi https://orcid.org/0000-0002-6175-2850 K. Shi https://orcid.org/0000-0001-9513-2679
First page
e271
Section
Research Articles
Publication year
2022
Publication date
2022
Publisher
Consejo Superior de Investigaciones Científicas
ISSN
04652746
e-ISSN
19883226
Source type
Scholarly Journal
Language of publication
English
ProQuest document ID
2645410947
Copyright
© 2022. This work is licensed under https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.es (the “License”). Notwithstanding the ProQuest Terms and Conditions, you may use this content in accordance with the terms of the License.