文摘

实验设计的方法是采用推导过程变量组成的黄麻纤维、竹纤维、硅气体。获得过程变量的最优组合,过程变量的影响混凝土的强度特性,Box-Behnken采用响应面方法的设计。完全四反应与抗压强度和抗拉强度在14天,28天被认为是。回归模型的响应进行了测试使用方差分析(方差分析)和帕累托图。统计每个进程变量是评估的重要性,和获得模型的二阶多项式方程。结果表明,添加黄麻纤维、竹纤维、硅气体有增强的力量属性,但更高层次的纤维掺入表现出降低强度。曲面图、帕累托图和回归分析结果表明,最重要的和影响因素在14天、28天抗压强度是黄麻纤维和抗拉强度是黄麻和竹纤维分裂。验证测试的误差百分比小于4%抗压强度小于3%,抗拉强度。

1。介绍

钢筋与混凝土可持续发展的天然纤维等材料在建筑行业日益增长的需求。天然纤维确保改善混凝土的强度特性与非危险的对环境的影响。为了实现这一点,许多研究人员已经使用天然纤维是一种有效的增强材料(1- - - - - -4]。天然纤维帮助高能量吸收,postcracking阻力,增加混凝土的抗疲劳强度5]。天然纤维和非天然的聚合物纤维最广泛用于克服fibre-induced的短缺与聚合物纤维混凝土(6]。人造纤维的缺乏是健康和环境危害和高成本。天然纤维钢筋混凝土钢筋黄麻和竹纤维有一个小直径和离散天然纤维在混凝土中随机传播。关于有益的能量和资源,经济,环境,和保护。它减少了裂纹扩展和提高力学性能7,8]。黄麻、大麻、椰子、剑麻和竹子的一些常用的天然纤维水泥复合材料改善其强度特性。包括天然纤维在水泥基体提高力学性能,冲击强度,抵抗裂纹扩展,和能源着迷(9- - - - - -11]。发现机械性能,韧性,开裂行为,行为影响,混凝土的应变能力提高的包含植物性天然纤维(12]。硅灰的集体结果和钢纤维混凝土力学性能显著增加,而弹性模量降低由于集体效应。使用硅灰的可行性和剑麻纤维强度增强混凝土在提高机械性能和测试结果M30和M40混凝土(13,14]。的黄麻纤维与短和低纤维可以提高混凝土的力学性能与水泥含量更高。由于其大的属性,黄麻纤维在体育行业有广泛的应用,船舶,汽车,航空航天15,16]。混凝土0.5%的黄麻纤维在50 mm长度和直径0.5毫米和10%的稻壳灰改善混凝土的抗冲击性和机械性能(17]。混凝土的强度特性与1%的竹纤维增强约22%和17%的机械性能如抗压强度和抗拉强度相应;竹复合环氧树脂渗透增加混凝土的强度特性与未经处理的纤维相比,这使得他们理想的结构材料应用程序(18,19]。响应面方法Box-Behnken设计一个优化工具,一体的数学模型和实验设计。它有助于减少实验周期和有助于测试模型的适应性20.]。包含电子垃圾的新鲜和硬化混凝土性能和高抗冲聚苯乙烯预测使用响应面以平面为中心的复合表面设计模型与实验结果有愿望等于1 (21]。使用中心合成设计回归模型是非常准确和具体预测自密实混凝土的抗压强度和钢纤维增强自密实混凝土。根据方差分析,水泥的影响比其他变量的线性影响水泥是更大的22]。响应面方法是一个活跃的工具提供一个合适的经验模型预测沥青混合料的最佳性能降低柔性路面故障(23]。响应面模型开发评估的可靠性指数钢铁塔所需的精度与安装内陆(相比24]。抗压强度预测使用响应面方法(RSM)和人工神经网络(ann)可以使用三个变量过程建模,以及这两种方法是一个有效的工具在预测压缩下的混凝土的强度(25]。抗压强度预测使用RSM模型使用无损测试的高精度等模型电源掉线模型相比,双线性模型、双指数模型、对数模型(26]。实验设计对地质聚合物混凝土使用Box-Behnken设计响应面方法的验证与实验结果时显示一个错误的2.24% (27]。响应面模型为7天,28天抗压强度,弯曲强度呈现响应之间的协会和确定性和因素28]。基于上述研究结果,据悉,只有少数的研究进行了综合效应的竹子和黄麻纤维与硅灰混凝土的力学性能。这次考试是评估的动机的影响竹子和黄麻纤维在各种比例与硅灰混凝土抗压,分裂拉伸性能在14和养护28天。预测力学性能的天然纤维钢筋混凝土包含黄麻和竹纤维是用响应面方法。实验设计(DOE)用于设计一个具体的硅气体的最佳比例,黄麻纤维,竹纤维。独立变量的影响实验结果可以借助能源部研究方法。测试变量可以与能源部优化,它提供了一个实证模型和独立变量之间的关系,最后提供了一种最优响应实验数据(29日]。学习独立变量对结果的影响最少的实验,统计和数学方法,实验设计(DOE),最好是响应面方法,可采用(30.- - - - - -33]。因为它的效率产生精确的结果,它广泛用于混凝土技术。得到最优组合过程变量(硅气体、黄麻纤维和竹纤维)和研究进展的影响变量在抗压强度和抗拉强度一分为二,Box-Behnken设计(bdd) rsm执行统计分析。独立变量是硅气体的质量分数,黄麻纤维,竹纤维。

2。响应面方法

响应面方法是用于优化的统计和数学过程和演化问题,结果受到多个变量的影响变量(34- - - - - -36]。在响应面方法,一组自治变量之间的关系可以很容易认出并成功用于输出参数是高度受很多参数的影响。学习混合的影响参数,即硅灰、竹纤维、黄麻纤维混凝土的力学性能,Box-Behnken设计(bdd)实现的。独立变量是硅灰 ,黄麻纤维 ,和竹纤维 ,和计算响应是抗压强度 和 和抗拉强度 和 。获得响应表示为

二阶模型假定所示(2),用来解释之间的关联响应函数和变量组合并分析混凝土的力学性能的差异。 在哪里y所需的反应变量; , , ,和 回归系数。系数测定R2有助于确定了方程的准确性。RSM能源部的独立变量,变量的因素和水平如表所示14考虑反应。评价硅烟雾的影响,黄麻纤维,竹纤维混凝土的强度特性,三因子bdd方法用于15混合如表所示2。

表1
水平的变量。
表2
纤维的力学性能。

3所示。材料和测试

普通硅酸盐水泥的53级服从按印度codal提供12269 - 2013 (37)在初凝时间30分钟,比重3.1用于这次考试。碎石粗颗粒与20毫米大小的总量的比重2.81和沙子从河床获得符合第三区有一个比重2.69被利用为10262 201938]。深灰色粉末硅灰比重为2.2作为混凝土的掺合料。未经处理的本地指定的竹纤维直径1毫米和黄麻纤维0.2毫米直径,在数字排列1(一)和1 (b),用于准备具体的标本。黄麻和竹纤维的力学性能是排列在桌子上。2。混凝土的混合设计按IS10262: 201938根据M25公路等级)。混凝土混合料的比例是1:1.61:3.04的水灰比0.48。准备纤维钢筋混凝土(FRC),黄麻纤维和竹纤维有一个50毫米长度与重量百分比从0%到1%不等的水泥和硅气体从0%变化到10%水泥重量被认为是测量混凝土的力学性能。生产纤维增强混凝土,黄麻和竹纤维在水饱和了24小时,他们之前已经风干了三十分钟搅拌混凝土。纤维被添加在层防止球磨机混合效果,可以均匀分布和纤维。此外,细骨料和粗骨料和水的数量将保持不变。混合的规格表3。

(一)
(一)
(b)
(b)
图1
竹纤维(a)和(b)黄麻纤维。
表3
混合比例。

为规范排列表3、混凝土立方体的尺寸150毫米×150毫米×150毫米和钢瓶大小为300×150毫米。演员立方体试件进行抗压强度检测和分割的圆柱试样抗拉强度在14和养护28天按516 - 1959 (39]。下混凝土的强度确定压缩在压缩机1000 kN,而混凝土的抗拉强度达到间接一分为二,在1000 kN的UTM测试负载电池容量。

4所示。结果与讨论

4.1。实验观察
以下4.4.1。抗压强度

的影响将竹子和黄麻纤维对混凝土的抗压强度与科幻的替代研究。混凝土的抗压强度结果包含黄麻纤维、竹纤维、硅气体在14天、28天的固化在图2。黄麻的包容和竹纤维增强混凝土的力学性能,但对纤维的比例升高,相同的减少。包含纤维显示非常少的意义在混凝土的抗压强度;只有边际变化观察到(40,41]。根据测试结果,可以看出SFBJ11获得最大抗压强度,从而增加了15.24%和8%在14天,28天SFBJ01相比。观察抗压强度的下降趋势的黄麻纤维由于JFRCC的高孔隙率和低比重对参考混凝土(42]。


图2
混凝土抗压强度与黄麻纤维、竹纤维、硅气体。
4.1.2。分裂的抗拉强度

分割抗拉强度调查14天、28天的养护下完成,和纤维钢筋混凝土与竹子的不同组合和黄麻纤维硅气体和强度排列图3。结果表明,分离抗拉强度增加了14.61%和13.87%为SFBJ11即14和养护28天。,concrete with 0.5% bamboo fibres and 0.5% jute fibres with 5% silica fumes by weight of cement when compared with SFBJ01. From the results, it is apparent that the jute and bamboo fibres contribute to a rise in split tensile strength. Moreover, owing to unequal distribution of fibre in concrete, split tensile strength decreases for the concrete specimen having jute and bamboo fibres more than 0.5% by weight of cement [42]。


图3
具体的分割与黄麻纤维抗拉强度,竹纤维,二氧化硅烟雾。
4.1.3。RSM模型:观察和讨论

Box-Behnken被认为在当前的研究中,理解过程变量的影响,包括硅气体、黄麻纤维,竹纤维混凝土的抗压和分裂的拉伸性能。列在表3,15个实验被认为是在每一个反应,发现反应铰接在方程(3)(6),结果排列在桌子上4。

表4
比较实验和预测的优势。

每个反应的残留符合正态概率图如图4。从图4很明显,所有的残差反应在直线下降,这表明错误分布均匀。研究过程变量和响应之间的关系,统计模型及其评估过程的集合称为方差分析(方差分析)和使用列于表一样5。从表5很明显,缺乏合适的模型非常适合( 值)是小于0.005。从表6,很明显,反应的模型准确预测之间的变化R2和可调R2的反应是小于20%。此外,R2的价值 , , 97.23%,98.27%,92.23%,和96.29%,分别。数据5和6显示预测和实验值之间的关系。从数据5和6,很明显,预测值与实验结果符合该模型建立了可用于预测 , , 。可以验证模型的正确性通过F值模型和其重要的基于高F值表5,我们可以看到F值(39.39,43.50,16.81和21.70的反应 , , ,分别表示的模型更大。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图4
正常图:(a) ;(b) ;(c) ;(d) 。
表5
的方差分析 , ,和 。
表6
比例的方差(R 2)的回归模型。

图5
预测和实际的抗压强度值。

图6
预测和实际值分割抗拉强度。
4.1.4。缺乏合适的( 值)和帕累托分析

的 价值有助于发现过程变量的意义。的 值模型是可能的值的方差齐性检验应该最小。过程变量可以作为实质性的和高度测量大量的如果 过程变量的值分别为< 0.005和< 0.001。如果 过程变量的值大于0.005,那么它被认为是无关紧要的。从ANNOVA表5 的价值 ,和 为 和 小于0.005,但 值的线性 高于0.005。同时考虑到竹纤维,影响是不重要的, 值的线性 和二次 大于0.005这清楚地表明,竹纤维和低硅气体显示意义在14天、28天抗压强度。帕累托图如图7(一)和7 (b),线性(C)的价值相比,线性(A和B)表明,黄麻纤维更重要比竹子和硅气体和养护28天抗压强度在14天。同样,从方差分析表5, 值的线性 相比更高 和 这表明,黄麻纤维可能是最重要的因素在评估混凝土的强度在压缩。观察同意先前的文献中写明,纤维加入混凝土抗压强度意义不大;另一方面,纤维还可以显著提高抗拉强度。考虑到在14天、28天抗拉强度 , , ,和 、黄麻、竹纤维导致抗拉强度,其中竹纤维更实质性的和 值小于0.005。随着线性 超过0.005,硅气体被认为是无关紧要的。从数据7 (c)和7 (d)线性(C)和同质竹纤维的影响高于硅气体和附近的黄麻纤维,高于标准值的2.23个 。混凝土抗拉强度的增加是由于混凝土和纤维之间的桥接作用。从响应的 , ,很明显,包含的黄麻纤维混凝土影响/增加了抗压强度属性和竹纤维的加入显著提高了抗拉强度。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图7
帕累托图(一) ,(b) ,(c) ,和(d) 。
4.1.5。曲面图分析和优化的过程变量

三维(3 d)表面情节在数据绘制8和9理解发展的影响变量的响应。在曲面图,竹纤维的过程变量,黄麻纤维,二氧化硅烟雾被绘制在“x”和“y”方向,反应是绘制在“z“轴。从图8,据了解,增加水泥竹纤维的重量百分比从0%增加到0.5%和黄麻纤维从0%到0.5%与5%硅气体的极端和养护28天抗压强度在14天,超过0.5%,强度降低。虽然黄麻纤维和硅气体适度增强混凝土的抗压强度,黄麻纤维更实质性的影响比在14天竹纤维和硅气体和养护28天。此外,黄麻纤维的质量分数超过0.5%,二氧化硅烟雾超过5%降低了抗压强度。从三维曲面图,据悉,的最大抗压强度 和 获得最小的黄麻纤维的比例为0.5%,0.5%的竹纤维,5%硅气体。优化强度下压缩的 和 如图10 ()。符号”y”和“d“绘制在图10 ()是指过程变量的最大强度值和愿望从0到1,0表示不受欢迎的分组和一个代表了理想的分组。从图10 ()可以看出,达到最高的抗压强度在14天、28天,硅气体的最佳值,竹纤维,和黄麻纤维为6.060%,0.4141%,和0.2826%,分别。验证测试执行确认结果如表所示7。从表7,错误的百分比 和 分别为3.35%和3.03%。

(一)
(一)
(b)
(b)
图8
曲面图(一) 和(b) 。
(一)
(一)
(b)
(b)
图9
曲面图(一) 和(b) 。
(一)
(一)
(b)
(b)
图10
响应优化的阴谋。(一)抗压强度。(b)抗拉强度。
表7
确认测试结果和误差百分比。

图9描述了黄麻纤维的百分比的增加和竹纤维提高混凝土的抗拉强度14天、28天。然而,黄麻和竹纤维的影响发挥了重大作用,增加了抗拉强度。此外,超过0.5%的黄麻纤维和0.5%的竹纤维重量分数,把混凝土的抗拉强度降低。从图10 (b)、硅气体的最佳值,竹纤维,和黄麻纤维达到最大抗拉强度14天、28天为7.2727%,0.3838%,和0.4646%,相应地。进行了验证测试确认结果(表7),误差百分比在14天、28天抗拉强度分别为2.93%和2.18%,分别。

5。结论

在现在的研究中,优化混凝土的强度特性包含硅气体,黄麻纤维,竹纤维和使用Box-Behnken RSM由设计和结论抵达给出如下:(我)黄麻和竹纤维混凝土已适度增强混凝土的力学性能。然而,对于更高层次的纤维,减少了混凝土的抗拉强度。(2)包含0.5%的竹子和黄麻纤维改善了混凝土的强度特性在压缩,其强度降低。此外,试验结果表明,竹纤维导致抗压强度与抗拉强度相比。(3)总共四个反应 , 被认为是RSM Box-Behnken设计的考试,和每个响应的因素和水平是3和4,分别。(iv)方差分析结果表明,大部分因素对14天、28天抗压强度是竹纤维,同样的分裂的抗拉强度,重要的因素是黄麻和竹纤维的结合。(v)使用回归分析预测模型的建立 , , 表明,预报值与实验结果。(vi)方差分析和帕累托图检查表明,回归模型 , 是十分重要的。数学模型的输出精度高的 值小于0.005的模型。(七)回归分析的输出,帕累托图和曲面图分析暴露出的最重要因素 , 线性项黄麻纤维吗 和竹纤维 (八)最优反应设计变量 获得,这是非常大量的混凝土的设计。

数据可用性

本研究中使用的数据集可以要求从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。