Abstract
Engineered cementitious composites (ECC) are ultra-ductile fiber-reinforced cementitious composites. The nanoscale chemical and mechanical properties of three ECC formulae (one standard formula, and two containing nanomaterial additives) were studied using nanoindentation, electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy. Nanoindentation results highlight the difference in modulus between bulk matrix (~ 30 GPa) and matrix/fiber interfacial transition zones as well as between matrix and unreacted fly ash (~ 20 GPa). The addition of carbon black or carbon nanotubes produced little variation in moduli when compared to standard M45-ECC. The indents were observed by electron microscopy; no trace of the carbon black particles could be found, but nanotubes, including nanotubes bridging cracks, were easily located in ultrafine cracks near PVA fibers. Elemental analysis failed to show a correlation between modulus and chemical composition, implying that factors such as porosity have more of an effect on mechanical properties than elemental composition
چکیده
کامپوزیت های سیمانی مهندسی شده (ECC) به عنوان کامپوزیت های سیمانی مسلح با الیاف و با شکل پذیری بسیار زیاد شناخته می شوند. خصوصیات مکانیکی و شیمیایی در مقیاس نانو سه فرمول ECC (یک فرمول استاندارد، دو فرمول شامل افزودنی های نانومتریال) با استفاده از نانو سختی سنجی، میکروسکوپ الکترونی و اسپکتروسکوپی انتشار انرژی مورد مطالعه قرار گرفته شده اند. نتایج نانو سختی سنجی نشان دهنده تفاوت در مدول بین مخلوط حجمی (30Gpa) و نواحی انتقال بین سطحی مخلوط/الیاف و همچنین بین مخلوط و خاکستر بادی غیر واکنشی (20 Gpa) می باشد. افزودن کربن سیاه (دوده) یا نانوتیوب های کربنی موجب ایجاد تغییرات اندک در مدول در مقایسه با M45-ECC می گردد. فرو رفتگی ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی مشاهده شده اند؛ نمی توان مسیر ذرات کربن سیاه را یافت، اما نانوتیوب ها شامل نانوتیوب های کوتاه کننده طول ترک به سادگی در ترک های بسیار ریز نزدیک به الیاف های PvA قرار گرفته اند. تحلیل المانی قادر به نشان دادن ارتباط بین مدول و ترکیب شیمیایی نمی باشد به طوری که عواملی نظیر تخلخل اثر بیشتری بر روی خصوصیات مکانیکی نسبت به ترکیب المانی دارند.
1-مقدمه
کامپوزیت های سیمانی مهندسی شده (ECC) به صورت کامپوزیت های سیمانی پرتلند معمولی (OPC) مسلح شده با شکل پذیری بسیار زیاد می باشند. ظرفیت کرنش کششی حدی ECC (>3%) صد ها برابر بزرگتر از بتن معمولی می باشد. این شکل پذیری بسیار زیاد به صورت ترکیبی از ترک های مویی توزیع شده کنترل شده تحت نیروهای کششی حاصل از بارگذاری کم (<2wt%) الیاف های پلیمری کوتاه می باشد. توسعه ECC موجب کمک به مدل های میکرومکانیکی که به ارزیابی رفتار ECC بر اساس اندرکنش های مخلوط/الیاف می پردازند، شده است...