1
UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI
Facultatea de Textile Pielărie și Management Industrial
CERCETĂRI PRIVIND INFLUENȚA FIBRELOR DE STICLĂ ASUPRA
PROPRIETĂȚILOR COMPOZITELOR CU MATRICE MINERALĂ ARMATE DISPERS
- REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT - Conducător de doctorat:
Prof. univ. dr. Ioan Cioară Doctorand:
Ing. Emanuela Marin (căs. Ciolan)
IAŞI – 2015
2
3
CUPRINS Introducere .......................................................................................................................... 5 Capitolul 1. Stadiul actual și perspectivele dezvoltării materialelor textile cu utilizări
tehnice și industriale ...................................................................................... 9
1.1. Materiale textile tehnice - prezentare generală .............................................. 9 1.2. Aspecte generale privind compozitele realizate cu materiale textile ............ 9 1.3. Stadiul actual și perspective ale utilizării materialelor textile în domeniul
construcțiilor .............................................................................................. 10
1.3.1. Aspecte privind utilizarea compozitului armat dispers cu fibre .... 11 1.4. Fibre textile cu utilizări tehnice ..................................................................... 11 1.4.1. Fibre naturale ................................................................................. 11 1.4.2. Fibre de înaltă performanță ............................................................ 11 1.4.2.1. Fibre de sticlă ................................................................. 12 1.4.2.2. Fibre de carbon .......................................................... 12 1.4.2.3. Fibre aramidice .............................................................. 12 1.4.2.4. Fibre de polipropilenă .................................................... 12 1.4.2.5. Fibre de asbest ............................................................... 12 1.4.2.6. Fibre de bazalt ................................................................ 12 1.4.2.7. Fibre PES înalt performante .......................................... 12 1.5. Funcții specifice ale materialelor textile folosite la realizarea compozitelor. 12 1.6. Concluzii ....................................................................................................... 13 Capitolul 2. Studiul prelucrabilității fibrelor de sticlă la prepararea compozitelor cu
matrice minerală ……………………………………………........................ 14
2.1. Aspecte generale …………………………………………………………… 14 2.2. Componentele şi dozarea acestora la prepararea compozitelor cu matrice
minerală ……………………………………………………………………... 14
2.3. Partea experimentală ……………………………………………………..…. 15 2.4. Analiza şi interpretarea rezultatelor ………………………………………... 16 2.5. Concluzii …………………………………………………………………..… 19 Capitolul 3. Cercetări experimentale privind influenţa prezenţei fibrelor de sticlă asupra
proprietăţilor mecanice ale materialului compozit cu matrice minerală armat dispers …………………………………………………………………...….
20
3.1. Aspecte privind optimizarea proceselor prin experiment central compus rotabil de ordinul II ........................................................................................
20
3.2. Definirea matricii experimentale şi a variabilelor de răspuns ....................... 21 3.3. Studii privind influența fibrelor de sticlӑ asupra rezistențelor mec anice ale
materialului compozit armat dispers ............................................................. 22
3.3.1. Studiul influenței fibrelor de sticlă asupra rezistenței la întindere din încovoiere [Y1] ..................................................................................
22
3.3.1.1. Analiza influenței parametrilor independenți asupra rezistenţei la întindere din încovoiere [Y1] .......................
24
3.3.1.2. Validarea rezultatelor experimentale pentru rezistenta la întindere din încovoiere [Y1] ............................................
26
4
3.3.2. Studiul influenţei fibrelor de sticlă asupra rezistenţei la întindere prin despicare [Y2] ............................................................................
27
3.3.2.1. Analiza influenței parametrilor independenți asupra rezistenței la întindere prin despicare [Y2] .......................
29
3.3.2.2. Validarea rezultatelor experimentale pentru rezistenta la intindere din despicare [Y2] ..............................................
31
3.3.3. Studiul influenței fibrelor de sticlă asupra rezistenței la compresiune [Y3] ...............................................................................................
31
3.3.3.1. Analiza influenț ei parametrilor independenți asupra rezistenței la compresiune [Y3] .........................................
33
3.3.3.2. Validarea rezultatelor experimentale pentru rezistența la compresiune [Y3] ..............................................................
36
3.4. Concluzii .................................................................................................. 36 Capitolul 4. Cercetări privind influența fibrelor de sticlă asupra durabilității compozitului
cu matrice minerală cu armare dispersă ....................................................... 38
4.1. Consideratii generale ..................................................................................... 38 4.2. Studii privind durabilitatea materialelor compozite cu matrice minerală
armate dispers cu fibre de sticlă ……………………………………………. 38
4.2.1. Studiul influenței agenţilor chimici asupra durabilit ăţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă ....................................
39
4.2.2. Studiul influenței dilatării termice liniare asupra durabilităţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă ..................................
42
4.2.3. Studiul influenței rezistenţei la şoc termic asupra durabilit ăţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă. Metoda prin imersie .............................................................................................................
44
4.2.4. Studiul influenței absorbţiei de apă asupra durabilităţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă. Metoda prin fierbere .............................................................................................................
47
4.3. Concluzii ........................................................................................................ 49 Capitolul 5. Concluzii generale ......................................................................................... 51 Bibliografie ................................................................................................................... 58
5
INTRODUCERE
Ideea armării cu fibre disperse a materialelor există de mai multe decenii în întreaga lume. Utilizarea tot mai largă a acestor materiale armate la diverse aplicaţii ne demonstrează eficienţa lui. Datorită inventării şi creării de noi tipuri de fibre tot mai performante, au apărut şi noi aplicații ale acestora în domeniul materialelor compozite.
Datorită numărul tot mai mare de ramuri industriale, inclusiv a ingineriei civile, în care materialele compozite își găsesc utilizarea tot mai des, producţia de astfel de materiale a crescut tot mai mult în ultimii ani.
În cadrul lucrării, s-a urmărit influenţa fibrelor de sticlă la realizarea şi încercarea materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre la diverse solicitări mecanice (încovoiere, despicare, compresiune) pentru a obţine informaţii, date şi concluzii asupra eficienţei tehnico-economice a acestuia.
Teza aduce o contribuţie la dezvoltarea cunoştinţelor în domeniul materialelor compozite armate dispers cu fibre de sticlă. Rezultatele experimentale au demonstrat că utilizarea unor astfel de fibre la armare este eficientă.
Problemele tratate în această lucrare au rezultat în urma culegerii de referinţe despre materialele compozite cu matrice minerală armate dispers cu material textil şi a studierii literaturii de specialitate din acest domeniu. Studierea aprofundată a acestor materiale a fost un prilej de a înţelege mai bine fenomenele ce conduc la realizarea şi testarea acestor materiale compozite.
Realizarea de materiale noi performante care să satisfacă o paletă cât mai largă de cerințe, este o necesitate de permanentă actualitate. În domeniul textilelor pentru construcții îşi face tot mai mult loc ideea creării unor noi tehnici şi tehnologii care să determine îmbunătățirea materialelor tradiționale și compozite, utilizarea cât mai bună a resurselor secundare, creşterea
6
gradului de reciclare şi folosire a deşeurilor, prin folosirea aşa numitelor „tehnologii fără deşeuri”.
În România a fost aprobat un program de valorificare a cenuşii de termocentrale, pe baza acestuia se cercetează extragerea din cenușă a unor metale şi substanţe valoroase precum şi noi metode de utilizare a cenuşilor la lucrări de construcţii şi în producţia materialelor de construcţii. Interesul faţă de înlocuirea parţială din compoziţia betonului a cimentului Portland, sunt preocupări actuale începute încă din anii 1960. Obţinerea de noi materialele ecologice au condus la reducerea costurilor de producţie şi a nivelului de poluare indus de fabricare, conferă o contribuție importantă la păstrarea mediului înconjurător.
Lucrarea de doctorat analizează influenţa fibrelor textile asupra rezistenţelor mecanice a materialului compozit cu matrice minerală, realizat dintr-un amestec de cenuşă de termocentrală, fibre de sticlă, ciment Portland, nisip, agregate și apă. Adăugarea de fibre disperse la armarea matricei minerale a dus la obținerea unui material compozit nou (ecologic- utilizarea deșeurilor de cenuşă), care datorită proprietăţilor prezintă un potențial real de aplicație în domeniul construcţiilor.
La elaborarea tezei de doctorat cu titlul ’’Cercetări privind influența fibrelor de sticl ă asupra proprietăților compozitelor cu matrice minerală armate dispers” au fost stabilite o serie de obiective, a căror realizare a fost posibilă datorită conlucrării interdisciplinare foarte bune între Facultate de Textile Pielărie și Management Industrial Iași și Facultatea de Construcții și Instalații din Iași. În acest context lucrarea îşi propune să abordeze și să atingă următoarele obiective specifice:
- prezentarea nivelului actual al textilelor tehnice şi evidenţierea principalelor direcţii de dezvoltare a materialelor textile tehnice;
- studierea și sintetizarea informațiilor, teoretice și practice, existente în literatura de specialitate cu privire la stadiului actual al utilizării materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre;
- cunoașterea principalelor tipuri de matriciutilizate la realizarea compozitelor;
- prezentarea principalelor tendințe actuale de înlocuire a cimentului cu cenuș ă de la termocentrale pentru prepararea de materiale compozite ecologice;
- proiectarea şi realizarea unor reţete de material compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă, în vederea realizării unui material compozit performant;
- determinarea proprietăților mecanice (rezistenţa la încovoiere, despicare şi compresiune) ale materialului compozit realizat;
- modelarea statistică a influentei fibrelor de sticlă asupra materialelor compozite cu matrice minerală armate dispers;
7
- realizarea unui studiu experimental ce are drept scop observarea modului de comportare și de cedare aepruvetelor din material compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibră de sticlă;
- un studiu privind prelucrabilitatea materialelor compozite cu matrice minerală armate dispes cu fibră;
- elaborarea unor concluzii şi observaţii cu privire la confecţionarea epruvetelor, evidenţiindu-se dificultăţile întâmpinate;
- studiu privind determinarea caracteristicilor privind durabilitatea compozitelor cu matrice minerală armate cu fibre de sticlă, la acţiunea unor substanţe chimice agresive, la şoc termic, la absorbţia apei şi la dilatarea termică.
Studiile și problemele abordate în această lucrare de doctorat au fost stabilite în urma sintetizării literaturii de specialitate în domeniu, prezentate în lista referințelor bibliografice..
Lucrarea este structurată în 5 capitole, după cum urmează: Capitolul 1, face o prezentare generală a materialelor textile tehnice, a principalelor grupe de aplicaţii, punând accentul pe materialele compozite.Totodată, în subcapitole distincte, au fost definite materialele compozite cu aplicaţii în construcţii (FRC, TRC). Subcapitolul, Stadiul actual și perspective ale utilizării materialelor textile în domeniul construcțiilor , prezintă principalele tipuri de materiale textile utilizate în diferite aplicații pentru realizarea, consolidarea și decorarea construcțiilor. Capitolul 2, Studiul prelucrabilității fibrelor de sticlă la prepararea compozitelor cu matrice minerală, prezintă un studiu practic de realizare a mostrelor de material compozit armat dispers cu fibre, pentru identificarea și rezolvarea dificultăţile întâmpinate în realizarea amestecurilor omogene de material. Uniformitatea la rezistenţă a materialelor compozite armate dispers depinde în mare măsură de gradul de omogenitate la care ajunge amestecul în urma proceselor mecanice de prelucrare și din acest motiv încorporarea omogenă a fibrelor de sticlă este de maximă importanță. În Capitolul 3, Cercetări experimentale prind influenţa prezenţei fibrelor de sticlă asupra proprietăţilor mecanice ale materialului compozit cu matrice minerală armat dispers, s-a urmărit optimizarea caracteristicilor de amestec a fibrelor de sticlă (lungimea fibrelor și procentul acestora din masa totală) în vederea maximizării comportării mecanice a compozitelor cu matrice minerală. Modelarea statistico – matematică a comportării mecanice a compozitelor cu matrice minerală armate dispers s-a realizat folosind un experiment centrat, compus, rotabil de ordinul II.Variabilele de ieșire considerate sunt rezistenţele la încovoiere, despicare şi la compresiune a mostrelor rezulatate din matricea experimentală. După definirea modelului matematic, s-a realizat verificarea acestuia comparând valorile experimentale cu cele calculate prin modelul propus. Capitolul 4, Cercetări privind influența fibrelor de sticlă asupra durabilității compozitului cu matrice minerală cu armare dispersă, prezintă studii privind determinarea caracteristicilor de
8
durabilitateale materialelor compozite cu matrice minerală armate dispers cu fibre de sticlă, la acţiunea unor substanţe chimice agresive, la şoc termic, la absorbţia apei şi la dilatarea termică. Capitolul 5, Concluzii generale,încheie prezenta lucrare prin formularea concluziilor generale şi prezentarea contribuțiilor autorului. Acestea au rolul de a sintetiza toate rezultatele obținute în urma cercetăriilor experimentale în mod gradual pentru fiecare stadiu parcurs. Teza se încheie cu prezentarea bibliografiei consultată și studiată.
9
CAPITOLUL 1. Stadiul actual și perspectivele dezvoltării
materialelor textile cu utilizări tehnice și industriale
1.1 Materialele textile tehnice - prezentare generală
În ultimele decenii utilizarea în inginerie a materialelor textile tehnice a cunoscut o creştere exponenţială.
Conceptul de material textil tehnic este definit ca o structură specială de concepţie inginerească ce este utilizat în realizarea ulterioară de produse, procese sau servicii, în majoritate în cadrul unor industrii nontextile [78].
Adanur consideră textilele industriale, ca ”structuri proiectate în mod special pentru procese sau activităţi din alte industrii decât industria textilă”[2].
Materialele textile tehnice sunt întâlnite sub diverse denumiri cum ar fi: de textile industriale, textile tehnice, textile de înaltă performanţă etc.
Dintre toate sectoarele industriei uşoare sectorul de textilele cu destinaţie industrială deţine cea mai mare creştere a producţiei la nivel mondial.
Evaluată în 2011 la 188,15 milioane Euro, piaţa textilelor tehnice, va înregistra până în 2016 o creştere anuală estimativă de cca 26% [160]. În anul 2011, ponderea cea mai mare a fost reprezentată de domeniul protecţiei, securităţii şi militare (30,4%), casă şi construcţii (22,3%), sport şi agreement (15,4%), transporturi (14,4%), modă (11,4%), medicină şi igienă(6,1%).
În funcţie de caracteristicile lor, de cerinţele funcţionale şi de destinaţie, produsele textile industriale se pot grupa într-o mare varietate de categorii.
În funcție de principalele destinații, materialele textile tehnice sunt împărțite în 12 grupe. 1.2. Aspecte generale privind compozitele realizate cu materiale textile
Un material compozit poate fi definit ca fiind „un sistem obținut pe cale artificială, unind
două sau mai multe materiale, diferite din punct de vedere chimic, legate între ele prin intermediul unei matrici, cu scopul de a se obține anumite proprietăți care nu pot fi obținute luând materialele separat” [72].
Datorită proprietăților mecanice superioare şi a masei reduse materialele compozite se întâlnesc în diverse domenii de activitate, aplicațiile industriale fiind cele mai importante, înlocuind cu succes materialele tradiționale.
10
Principalul atu al materialelor compozite este raportul ridicat între rezistenţa şi greutatea lor volumică. Principalele domenii de aplicabilitate ale materialelor compozite armate cu materiale textile sunt reprezentate cu peste 30% din volumul total de materiale compozite tranzacționate la nivel global de industria constructoare de mașini și cu peste 20% din volumul total de materiale compozite tranzacționate la nivel global de industria aeronautică, urmată cu aproape 15% de ingineria civilă.
Componentele de bază ale materialelor compozite ranforsate cu textile sunt: • fibrele, care au rolul de ranforsant (material de armare) şi reprezintă faza discontinuă; • matricea, are rolul de a îngloba şi lega fibrele şi formează faza continuă. Materialele compozite în funcţie de natura matricei, pot fi grupate în următoarele
categorii: polimerice, metalice, ceramice, minerale şi altele. Materialele compozite cu matrice minerală sunt utilizate cu precădere în ingineria civilă
[72, 131, 136]. Domeniul de folosire a materialelor compozite cu matrice minerală în construcţiile civile şi industriale este vast şi utilizarea lor prezintă o serie de avantaje faţă de metodele standard. Pentru fabricarea materialelor compozite folosite în construcţii, fibrele cel mai frecvent utilizate sunt din carbon, sticlă şi aramidice.
Rolul materialului textil în materialul compozit cu matrice minerală este de armare, deci de creştere a rezistenţei şi rigidităţii compozitului în principal, această creştere fiind proporţională cu fracţia volumetrică de fibră. Rolul matricei minerale în materialul compozit este de a stabili forma finală a produsului, de a proteja fibrele atât în procesul de formare cât şi pe durata utilizării, de a împiedica flambajul fibrelor, de a asigura compatibilitatea chimică şi termică în raport cu armătura şi de a evita propagarea rapidă a fisurilor prin compozit.
1.3. Stadiul actual și perspective ale ut ilizării materialelor textile în domeniul construcțiilor
La ora actuală în lume cererea pentru construcţii, consolidări şi renovări de clădiri este în
continuă creştere şi reprezintă pentru ingineri o mare provocare, care implică și dezvoltarea de noi materiale, cu proprietăţi deosebite, care să îmbunătăţească nivelul de performanţă al acestor clădiri. În acest context utilizarea materialelor textilele reprezintă un domeniu într-o continuă dezvoltare, care aduce noi soluţionări pentru domeniul construcţiilor, dar şi pentru domeniul textil, reprezentând o adevărată provocare şi o nouă sursă de exploatare a materialelor textile tehnice, fiind o direcţie de dezvoltare a industriei textile.
Textilele tehnice pot fi utilizate într-o varietate mare de aplicaț ii în construcții, printre acestea regăsindu-se construcții civile, industriale, conducte, pavaje, poduri etc.
Dacă la nivelul anului 2000, în domeniul Buildtech, volumul total de textile tehnice utilizate era în jurul valorii de 1.65 mil. tone, la nivelul anului 2010 cunoaşte o creştere accelerată faţă de celelalte domenii ajungând la 2.6 mil. tone [36].
În afară de materiale textile compozite, în construcții se folosesc și materiale textile tradiționale cum ar fi: plase de protecţie, chingi, vata minerală etc.
11
La ora actuală fibrele sunt folosite tot mai mult în construcții pentru armarea și consolidarea elementelor din beton, atât direct pentru armarea dispersă a betonului, sau sub diverse forme de materiale compozite obținute pe bază de fibre.
Rolul principal al armării cu fibre constă, în controlul procesului de fisurare, ceea ce duce la îmbunătăţirea ductilităţii, a rezistenţei la impact, şoc şi variaţii de temperatură, precum şi a proprietăţilor de absorbţie a energiei. Cele mai utilizate materiale compozite sunt compozitele cu matrice polimerică, iar în ultimii ani se fac cercetări intense cu materiale compozite cu matrice minerală. În acest sens literatura de specialitate prezintă trei direcţii importante pentru dezvoltarea compozitelor armate cu textile [2, 3, 29, 79] :
• compozit/beton armat cu fibre (FRC), care utilizează fibre ca armare; • compozit/beton armat cu textile (TRC) care utilizează materiale textile pentru armare
(nețesute, ţesături, tricoturi, etc.); • compozit/beton armat cu materiale compozite cu matrice polimerice, pentru creşterea
rezistenţelor. Materialele compozite textile sunt principalele căi promiţătoare pentru reducerea problemelor
de mediu, în ceea ce priveşte construcţiile uşoare.
1.3.1. Aspecte privind utilizarea compozitului armat dispers cu fibre Armarea cu fibre a elementelor de construcţie are o vechime milenară. Cărămizile nearse
au fost armate cu paie sau cu păr de animale pentru a evita fisurarea şi micşorarea rezistenţei după apariţia unei fisuri. Majoritatea aplicaţiilor din beton armat dispers cu fibre sunt bazate pe ideea îmbunătăţirii proprietăţilor de rezistenţă. Totuşi, rolul armării cu fibre nu constă, atât în îmbunătăţirea rezistenţelor statice, cât în controlul procesului de fisurare, şi prin aceasta, în îmbunătăţirea ductilităţii, a proprietăţilor de absorbţie a energiei şi a rezistenţei la impact, şoc şi variaţii de temperatură. Influenţa fibrelor este resimţită mai ales în comportarea la întindere, la fisurare, la încovoiere, deformare şi la uzură etc [23, 29, 30].
1.4. Fibre textile cu utilizări tehnice Fibrele textile reprezintă materia primă de bază a industriei textile, dar, în acelaşi timp, ele
constituie şi un important material pentru multe alte domenii ale tehnicii [38].
1.4.2. Fibre de înaltă performanță Fibrele de înaltă performanţă sunt caracterizate de o funcţionalitate extraordinară, ceea ce
generează o comportare la un nivel înalt în domeniul respectiv. Acest domeniu de excelenţă a fibrelor poate fi mecanic, termic, chimic, electric etc.
Domeniul de utilizare a fibrelor de înaltă performanţă rămâne deocamdată doar la domeniile tehnice, cu precădere cele industriale.
12
1.4.2.1. Fibre de sticlă Sunt utilizate cel mai frecvent pentru armarea materialelor compozite (în proporţie de
95%) [16]. Fibrele de sticlă în general, sunt împărțite în două clase: fibre cu aplicații generale; fibre cu destinații specifice.
În prima categorie sunt cuprinse aproximativ 90% din volumul fibrelor de sticlă produse. În prezent se produce o gamă foarte variată de fibre de sticlă în funcţie de compoziţia
chimică, după cum urmează: sticlă tip ”A” – conţine alcali; sticlă tip ”AR” – rezistenţă ridicată la acţiunea alcalilor; sticlă tip ”C” – rezistentă la acţiunea agenţilor chimici; sticlă tip ”E” – rezistenţă electrică bună; folosită la compozite cu matrice polimerică, inclusiv
în construcții; sticlă tip ”L” – absorb radiațiile; sticlă tip ”S” – rezistenţă înaltă.
Domenii principalele de aplicaţie ale fibrelor de sticlă sunt: industria aeronautică, industria constructoare de maşini, ingineria civilă, bunuri de larg consum, industria electronică, filtre etc. Totuși cel mai important domeniu de utilizare a fibrelor de sticlă rămâne materialele compozite, utilizate tot mai des la ranforsarea betonului în special la cel folosit pentru pardoseli industriale, realizări de pavele, conducte etc.
1.5. Funcții specifice ale materialelor textile cu utilizări tehnice şi industriale
În funcţie de destinaţie, un produs este caracterizat de un set de funcţii tehnice, economice
şi sociale pe care trebuie să le îndeplinească. Suma tuturor funcțiilor produsului, constituie valoarea de întrebuințare totală a produsului.
Funcţia economică a produsului reprezintă realizarea acestuia cu un raport cost/calitate optim şi profit, în timp ce funcţia socială se ocupă de rolul pe care produsul îl are din punct de vedere social.
Funcţiile tehnice se referă la comportarea produsului pe durata realizării şi utilizării sale şi totodată sunt îndeplinite de către produs anumite proprietăţi, numite proprietăţi determinante. Funcţiile tehnice ale produsului sunt definite în mod direct de aplicaţie, prin solicitările la care este supus şi prin condiţiile specifice mediului de funcţionare.
În cazul materialelor compozite ranforsate textile, cu matrice minerală, funcțiile materialelor textile (fie FRC, fie TRC) sunt în principal legate de sporirea rezistenței mecanice la diferite solicitări, fiabilitate și non -poluare (funcția ecologică). Materialele textile utilizate la
13
ranforsarea compozitelor sunt adăugate în matrice pentru a-i îmbunătăţi sau modifica proprietăţile. Materialul compozit reprezintă un ansamblu unitar, în care cele două faze (continuă-matricea şidiscontinuă-ranforsatul) acţionează împreună.
1.6. Concluzii
Materialele textile tehnice sunt materiale cu caracteristici şi proprietăți determinate ce le permit să îndeplinească funcții tehnice. Ele pot exista şi se pot utiliza în forme variate de tipul structurilor fibroase cu filament simplu până la produse finale cu structuri complexe.În funcție de destinația finală a produsului materialele textile tehnice sunt împărțite în 12 grupe.
Materialele compozite în raport cu materialele tradiţionale dispun de atuuri importante şi aduc numeroase avantaje funcţionale: rezistenţă mecanică şi chimică bună, masă redusă, costuri de întreţinere reduse, o diversitate a formelor şi dinamica design-ului. Utilizarea lor contribuie la sporirea securităţii (rezistenţe bune la şocuri şi la foc), prelungesc durata de viaţă a structurilor datorită proprietăţilor mecanice şi chimice excelente. Tot ele oferă o bună izolare termică şi fonică a clădirilor.Conceptul de textile tehnice pentru construcţii, este un termen ce desemnează orice tip de component textil, de exemplu, fibre, filamente, fire, ţesături, tricoturi, neţesute, împletituri, material compozite utilizate la fabricarea construcţiilor de orice tip.Principalul avantaj al utilizarii materialelor compozite este atât de ordin calitativ cât şi de ordin economic.
Fibrele naturale utilizate împreună cu fibrele înalt-performante favorizează îmbunătățirea proprietăților produselor realizate, ceea ce le face a fi considerate o a alternativă de succes.
Alegerea fibrelor pentru un domeniu se face în funcţie de caracteristicile funcţionale, fiabilitatea şi destinaţia produselor care se realizează.
În acest capitol s-a realizat o clasificare a materialelor textile utilizate în construcții funcție de aplicații.
În cazul materialelor compozite ranforsate textile, cu matrice minerală, funcțiile materialelor textile (fie FRC, fie TRC) sunt în principal legate de sporirea rezistenței mecanice la diferite solicitări, fiabilitate și non-poluare (funcția ecologică).
14
CAPITOLUL 2. Studiul prelucrabilității fibrelor de sticlă la prepararea compozitelor cu matrice minerală
2.1. Aspecte generale
Producerea materialelor compozite cu matrice minerală și armate dispers cu fibră de sticlă
prezintă anumite probleme legate de prelucrabilitatea fibrelor de sticlă în amestecul cu matrice minerală. Studiul inclus în acest capitol se referă la aceste probleme, cauzele lor şi modul prin care ele pot fi rezolvate astfel încât să se obțină nivelul necesar de calitate pent ru materialul compozit cu matrice minerală.
2.2. Componentele şi dozarea acestora la prepararea compozitelor cu matrice minerală
Asocierea fibrelor de sticlă la procesul de armare a betonului a condus la obținerea unui material compozit nou, ce este folosit din ce în ce mai mult în domeniul construcţiilor, în special, în domeniul pardoselilor industriale datorită proprietăţilor sale remarcabile. Influenţa fibrelor în matricea minerală este resimţită mai ales în comportarea la întindere, la încovoiere, la fisurare şi deformare. Fibrele folosite la armare pot fi sub două forme: de armătură continuă (plase, lamele dispuse într-un strat), sau sub formă de fibre scurte discontinue, orientate aleator în matrice. Componentele compozitului cu matrice minerală sunt următoarele: ciment CEM I 42,5R (ciment Portland) produs în conformitate cu SR EN 197-1 A1:2007, agregate de râu şi pietriş, cenuşă ca agent de umplere, fibre de sticlă, superplastifiant (aditiv folosit pentru îmbunătățirea prelucrabilităţii betonului) şi apă. În proiectarea materialului compozit cu matrice minerală trebuie avute în vedere următoarele criterii:
calitatea fibrelor, forma, natura, lungimea, natura suprafeţei; posibilitatea matricei de a penetra structura fibrei; compatibilitatea chimică dintre fibră şi matrice.
Dozarea componentelor
La prepararea materialelor compozite cu matrice minerală armate dispers cu fibre, în general sunt valabile aceleaşi principii de bază ca şi la materialele compozite obişnuite (fără
15
armătură). Totuşi, trebuie avut în vedere faptul că adaosul de fibre influenţează în mare măsură prelucrabilitatea compozitului.
2.3. Partea experimentală
Pentru realizarea mostrelor de material compozit cu matrice minerală, firele filamentare de sticlă au fost tăiate la o lungime de 20 mm. Lungimea de tăiere a fost aleasă în baza literaturii de specialitate care specifică această lungime de fire ca fiind optimă [8, 20, 26].
Introducerea fibrelor în amestecul de beton şi cenuşă a ridicat probleme de prelucrare, legate de apariţia fenomenului de flotare a fibrelor deasupra amestecului propriu zis şi de aglomerare a fibrelor în amestec. Aceste probleme duc la o influenţă negativă asupra uniformităţii distribuţiei fibrelor de sticlă în matricea minerală, eliminarea lor presupunând modificarea etapelor de realizare a mostrelor. Prepararea (amestecarea) compozitului cu matrice minerală armat dispers cu fibre din cadrul acestui studiu s-a efectuat mecanic cu betoniera.
S-au amestecat la început componentele solide şi anume nisipul, pietrișul cu cimen tul şi cu cenuşa de la termocentrală. După obținerea unui amestec omogen, se introduce treptat apa şi aditivi, continuând amestecarea până rezultă un beton de consistenţa dorită şi abia acum se vor adauga fibrele. Introducerea fibrelor într-un amestec uscat al cimentului şi agregatelor (varianta 1) duce la apariţia fenomenul de „plutire” a fibrelor (figura 2.7.). Acest fenomen este cauzat pe de o parte de masa extrem de redusă a fibrelor şi pe de altă parte de formarea unor vârtejuri de aer în gura betonierei.
Figura 2.7. Introducerea fibrelor de sticlă în amestecul uscat
Din această cauză s-a optat ca fibrele să fie adăugate în amestecul ud (varianta 2). De asemenea este de remarcat faptul că pentru o bună compactare a fost nevoie de utilizarea mesei vibrante.
16
Prin vibrare se asigură eliminarea aerului existent în întreaga masă a materialului compozit proaspăt producându-se astfel compactarea acestuia, umplerea corectă a cofrajului, aderenţa între matricea minerală şi armătură. În figura 2.9. sunt prezentate diagramele tinpului de amestecare pentru cele două variante.
a) Varianta 1 b) Varianta 2
Figura 2. 9. Diagramă timp de amestecare
Aceste aglomerări de fibre (distribuție neuniformă) au o influenţă negativă asu pra rezistenţei mecanice a compozitului armat dispers cu fibre, afectând comportarea acestuia în construcţie. Fibrele adaugate în amestecul uscat de ciment şi agregate au dus la apariția ghemelor de fibre (amestecurilor neomogene).
2.4. Analiza şi interpretarea rezultatelor
Lucrabilitatea compozitului armat dispers proaspăt a fost discutată până acum doar ca o proprietate, ea este oricum şi o proprietate vitală în ceea ce priveşte produsul finit. Compozitul trebuie să prezinte o lucrabilitate bună care să permită compactarea sa la o densitate maxim posibilă cu un consum rezonabil de lucru mecanic.
Din imaginele SEM realizate la microscopul electronic, se pot observa foarte bine prezența mult mai numeroasă a golurilor în compozitul fără fibre în comparaț ie cu cel cu fibre (figura 2.14.).
17
a) fără fibre b) cu fibre sticlă
Figura 2.14. Imagine SEM a compozitului În plus, analiza SEM a permis evidențierea integrării complete a fibrelor de sticlă în m atricea minerală. În figura 2.15. se poate observa interfața f ibră-matrice minerală, care este realizată pe întreaga lungime a fibrei. Prezența unei bune legături între cele două faze constituente ale materialului compozit (fibră și matrice) conduce la ruperea fibrelor și nu la smulgerea lor în cazul solicitărilor mecanice. Acest lucru poate fi observat ș i în figura 2.16. unde este prezentată o epruvetă testată la încovoiere.
Figura 2.15. Imagine SEM evidențiind existența interfaței fibră de sticlă – matrice minerală
Figura 2.16. Epruveta de material compozit armat dispers cu fibre de sticlӑ
Prezența fibrelor de sticlă orientate aleator în matricea minerală întârzie momentul apariției primei fisuri, precum și dezvoltarea rapidă a acestora. Îmbunătățirea nivelului de uniformitate a distribuției fibrelor de sticlă în compozit s -a verificat prin studiul comparativ al comportării mecanice a mostrelor de material compozit produs prin cele două metode definite anterior – metoda iniţială (varianta 1) și metoda îmbunătățită (varianta 2). S-a pornit de la ideea că o distribuție neuniformă a fibrelor în matrice determină o comportare mecanică la un nivel inferior.
18
În general, se consideră că o măsură a gradului de omogenitate o constituie din punct de vedere statistic, coeficientul de variaţie.
Coeficientul de variaţie CV [54, 57] reprezintă mărimea împrăştierii valorilor individuale faţă de valoarea medie. Se analizează rezultatele experimentale obţinute pentru rezistenţele la compresiune și întindere din încovoiere pentru cele două variante de realizare a materialului compozit prezentate anterior.
În cazul primei variante se obţine un coeficient de variaţie de 2,65 %, iar pentru varianta a doua (îmbunătăţită - adaugarea fibrelor în amestecul umed) CV este mai mic, de 1,66 %, așa cum se poate observa și în figura 2.17.
Figura 2.17. Coeficientul de variaţie a rezistenţei la compresiune a
celor douӑ variante de compozit armat dispers cu fibre de sticlӑ
Pentru prima variantă se obţine un coeficient de variaţie de 2,76 %, iar pentru varianta a doua (îmbunătăţită - adăugarea fibrelor în amestecul umed) CV este mai mic, de 0,7 %, așa cum se poate observa și în figura 2.19.
Figura 2.19. Coeficientul de variaţie a rezistenţei la întindere din încovoiere a
celor douӑ variante de compozit armat dispers cu fibre de sticlӑ
19
Influenţa fibrelor în matricea minerală este resimţită mai ales în comportarea la întindere, la încovoiere, la fisurare şi deformare. De aceea s-a analizat şi rezistenţa la întindere din încovoiere, unde armarea cu fibre este foarte importantă.
2.5. Concluzii
În acest capitol se prezintă un studiu practic al prelucrabilităţii materialelor compozite cu
matrice minerală armate dispers cu fibre de sticlă. Introducerea fibrelor în amestecul de beton şi cenuşă a ridicat probleme de prelucrare, legate de apariţia fenomenului de flotare a fibrelor deasupra amestecului propriu zis şi de aglomerare a fibrelor în amestec. Aceste probleme duc la o influenţă negativă asupra uniformităţii distribuţiei fibrelor de sticlă în matricea minerală, eliminarea lor presupunând modificarea etapelor de realizare a mostrelor. Din această cauză s-a optat ca fibrele să fie adăugate în amestecul ud (varianta 2), obţinându-se un amestec mult mai omogen şi cu rezistenţe mecanice net superioare.
Totodată, acest studiu a relevat şi importanța valorii densităţii de lungime a firelor, în sensul că un fir prea gros (2400 tex) necesită o defibrare prealabilă pentru a evita aglomerarea de fibre.
Analiza SEM a permis evidențierea integrării complete a fibrelor de sticlă în matricea minerală. Fibrele de sticlă prezintă depuneri de minerale la suprafață, ceea ce confirmă o bună legatură la interfața între fibra de sticlă și matricea de tip mi neral. Prezența unei bune legături între cele două faze constituente ale materialului compozit (fibră și matrice) conduce la ruperea fibrelor și nu la smulgerea lor în cazul solicitărilor mecanice.
20
CAPITOLUL 3. Cercetări experimentale privind influența prezenței fibrelor de sticlă asupra proprietăților mecanice ale materialului
compozit cu matrice minerală armat dispers
În orice domeniu industrial, planificarea experimentelor reprezintă un instrument
indispensabil în cercetare şi în procesul de asigurare a calității. La realizarea modelului matematic prin metode statistice este necesar să se parcurgă două etape. Ȋn prima etapă, denumită experiment preliminar se rezolvă problemele legate în principal de selectarea parametrilor procesului şi a interacțiunilor care pot interveni, apoi se trece la etapa a doua şi anume la elaborarea propriu-zisă a modelului şi la analiza lui. Tot mai multe programe experimentale se utilizează pentru determinarea condițiilor optime de desfăşurare a procesel or tehnologice. Metodele experimentale din punct de vedere logic se pot împărți în două grupe:
• metode ale cercetării preliminare – realizarea unor experimente de selecție a factorilor semnificativi (parametri tehnologici), pentru rezolvarea problemelor de programare a experimentului de bază (analiza de corelație, analiza dispersională);
• metode ale cercetării de bază – obținerea modelului matematic şi utilizarea sa la optimizarea statistică a procesului studiat.
3.1. Aspecte privind optimizarea proceselor prin experiment central compus rotabil de ordinul II
Scopul acestei cercetări este studierea comportamentului mecanic a materialului compozit armat cu fibre în vederea optimizării conținutului de fibră textilă. Pentru modelarea matematică şi pentru optimizarea caracteristicilor fibrelor de sticlă utilizate la ranforsarea elementelor din material compozit s-a folosit un program central compus rotabil de ordinul II, cu două variabile. Ca model general al dependenței s-a propus funcția de regresie (relația 3.1):
Y= b0 + b1 * x1 + b2 * x2 +b12 * x1 * x2 + b11* x12 + b22 * x2
2 (3.1) unde: Y – variabila dependentă calculată cu ecuația de regresie; b0, b1, b2, b12, b11, b22 – coeficienții ecuației de regresie;
21
x1, x2 – variabilele independente considerate. Pentru a se determina relevanța statistică a modelului propus este necesară realizarea unei analize ANOVA ce permite estimarea coeficienților de regresie. Pentru estimarea coeficienților de regresie bij, se folosesc relațiile definite de către Cochran [33].
3.2. Definirea matricii experimentale şi a variabilelor de răspuns
Pentru a modela statistic influența utilizării fibrelor de sticlă în armarea dispersă a compozitelor cu matrice minerală s-au ales două variabile de intrare: lungimea de fibră din amestec (x1) și p rocentul de fibre din materialul compozit (x2), considerate importante în literatura de specialitate [17, 20, 22, 24, 48, 124]. Codificarea și valorile reale ale variabilelor independente x1 și x2 sunt prezentate în tabelul 3.1. Tabelul 3.1. Valorile codificate şi cele reale ale variabilelor independente
Nr. Crt. Variabile Codate Variabile naturale -1.414 -1 0 1 1.414 1. x1 Lungime de fibră [mm] 5 10 20 30 35 2. x2 Procent de fibră [%] 0.25 0.5 1 1.5 1.75
Intervalele de variație pentru lungimea de f ibră și procentul acestora în compozit au fost stabilite în baza datelor prezentate în literatura de specialitate [32, 47,142]. Matricea experimentală rezultată este prezentată în tabelul 3.2.
Tabelul 3.2. Matricea experimentală pentru două variabile independente
Nr. Crt. x1
x2
x1
2 x22 x1x2
1. -1 -1 1 1 1 2. 1 -1 1 1 -1 3. -1 1 1 1 -1 4. 1 1 1 1 1 5. -1,414 0 2 0 0 6. 1,414 0 2 0 0 7. 0 -1,414 0 2 0 8. 0 1,414 0 2 0 9. 0 0 0 0 0 10. 0 0 0 0 0 11. 0 0 0 0 0 12. 0 0 0 0 0 13. 0 0 0 0 0
Mostrele de material compozit rezultate la aceste experimente au fost testate în laborator pentru determinarea proprietăţilor mecanice.
22
3.3. Studii privind influenţa fibrelor de sticlă asupra rezistenţelor mecanice ale materialului compozit armat dispers
3.3.1. Studiul influenţei fibrelor de sticlă asupra rezistenţei la întindere din încovoiere [Y1]
Rezistenţa la întindere din încovoiere este definită conform ACI - Committee 544, ca fiind rezistenţa până la apariţia primei fisuri pe proba testată [130]. Rezistenţa la întindere din încovoiere, Rti, este dată de relaţia (3.15) [15]:
Rti = 0,875 Fl / bh2 (N/mm2) sau (daN/cm2) (3.15) unde: F – forţa de rupere, în N; l – distanţa dintre reazeme, în mm; b – lăiţmea medie a secţiunii transversale, în mm; h – înălţimea medie a secţiunii transversale, în mm.
Epruvetele de material compozit cu matrice minerală armate dispers cu fibră au fost testate pentru a se vedea comportamentul lor mecanic şi a se determina rezistența la întindere din încovoiere (Rti).
Testele au fost efectuate în conformitate cu SR EN 12390-5: 2009, partea 5 [130]. Pentru testare s-a folosit o presă hidraulică, înregistrându-se valoarea forței de rupere . Figura 3.2. ilustrează modul de testare pentru rezistența la întindere din încovoiere (R ti) și aspectul unei mostre prismatice după testare (rupere completă).
a) pe durata testării b) după testare Figura 3.2. Testarea pentru rezisten ța la întindere din încovoiere
Valoarea rezistenţei la întindere din încovoiere a probei martor- a compozitului fără fibre a fost de 3,09 N/mm2 . Soluționarea experimentului planificat
Rezultatele experimentale (testate) privind rezistenţa la întindere din încovoiere a materialelor compozite armate dispers cu fibre de sticlă, sunt prezentate în tabelul 3.4.
23
Tabelul 3.4. Valorile medii obţinute după testare ale rezistenței la întindere din încovoiere x1 x2 Rezistenţa la
încovoiere [N/mm2] 1 -1 -1 3.54 2 +1 -1 3.34 3 -1 +1 3.36 4 +1 +1 4.18 5 +1.414 0 3.91 6 -1.414 0 3.98 7 0 +1.414 3.89 8 0 -1.414 4.32 9 0 0 3.95 10 0 0 4.12 11 0 0 3.92 12 0 0 3.31 13 0 0 3.93
Ȋn urma analizei ANOVA au fost determinaţi coeficienţii ecuaţiilor de regresie pentru rezistenţa la întindere din încovoiere la un nivel de încredere de 90%, fiind marcați cei cu un efect semnificativ asupra modelului şi excluşi cei cu un efect minor.
Tabelul 3.7. Coeficienții ecuațiilor de regresie şi limita de semnificație
Coeficient Ȋncovoiere Semnificația coeficientului Eroare de distribuție Ȋncovoiere
b0 3.932 semnificativ 0.087 b1 0.2737 semnificativ
0.069 b2 0.5738 semnificativ b12 -0.1575 semnificativ
0.074 b11 -0.0754 nesemnificativ b22 -0.2954 semnificativ 0.097
Ca urmare forma ecuației de regresie liniarӑ în termeni de factori codificați pentru rezistenţa la întindere din încovoiere [Y1] este:
Y1=3.932 + 0.2737 *x1 + 0.5738 * x2 – 0.1575 * x1 * x2- 0.2954 * x22 (3.16)
Prin studierea ecuaţiei de regresie, în cazul rezistenţei la întindere din încovoiere, pot fi realizate următoarele aprecieri:
• influenţa variabilelor X1 şi X2 este diferită;
• coeficientul termenului linear corespunzător lungimii de fibră fiind 0,2737, iar coeficientul termenului linear corespunzător procentului de fibră de 0,5738, indică faptul
24
că influenţa procentului de fibră este mai semnificativ decât influenţa lungimii de fibră asupra rezistenţei la întindere din încovoiere.
• partea liniara a ecuației de regresie are termeni pozitivi, ceea ce indicӑ o maximizare a funcției (funcției obiectiv), atunci când variabilele x1 si x2 vor varia spre nivele pozitive ale domeniului experimental.
• coeficientul termenului de interacțiune determinӑ diminuarea funcției obiectiv când variabilele x1, x2 au acelaşi semn şi produce creşterea funcției când sunt de semne contrare;
• termenul pӑtratic x 2 are influență de reducere a lui Y1(rezistența la întindere din încovoiere).
3.3.1.1. Analiza influenței parametrilor inde pendenți asupra rezistenţei la întindere din încovoiere [Y1] Analizând efectul variabilelor de intrare în cazul testării rezistenţei la întindere din
încovoiere a materialelor compozite realizate conform matricei experimentale propuse poate fi remarcat faptul că efectul principal este dat de variabila x2 (procentul de fibră), valorile înregistrate în cazul rezistenței la întindere din încovoiere crescând semnificativ o dată cu mărirea fracției volumice a materialului compozit figura 3.3.
Figura 3.3. Analiza influenţei variabilelor principale asuprarezistenţei la întindere din încovoiere
În vederea deteminării interacțiunilor dintre ce i doi parametrii au fost avuți î n vedere au fost considerate valorile extreme și cele medii obținute. În vederea determinării relevanței modelului au fost considerate două nivele de încredere, respectiv nivelul L1 (90%) și nivelul L2
(70%) (Figura 3.4).
25
Figura 3.4. Interacțiunile matricei (rezistenţa la întindere din încovoiere)
Cu ajutorul programului DOE++, s-au obținut și supra fețele de răspuns 2D (figura 3.8) și 3D (figura 3.7), ce permit determinarea zonelor de maxim pentru variabila de răspuns rezistența la întindere din încovoiere [Y1].
Figura 3.7. Suprafețe de răspuns 3D-rezistenţa la întindere din încovoiere
Curbele de răspuns obținute în cazul testării la încovoiere a materialelor compozite au ca valoare optimă (punctul de maxim absolut) punctul corespunzător x1= 30 mm și x 2 = 1,5%. În acest caz, punctul de maxim corespunde unei combinații de factori din programul experimental. Valoarea rezistenței la încovoiere în acest punct este 4,12 N/mm 2, ceea ce corespunde la o creștere a rezistenței față de proba martor – compozit fără fibre (3,09 N/mm2) de 33,3%. Dispunerea curbelor de răspuns sugerează importanța celui de -al doilea parametru experimental – concentrația de fibre. Acest trend este confirmat și de alura graficului cu suprafețe de răspuns 2D,
26
ilustrat în figura 3.8. În grafic se observă că zona de maxim nu este integral în suprafața definită prin experiment.
Figura 3.8. Suprafețe de răspuns 2D pentru rezistența la întindere din încovoiere
Graficele sugerează că o creștere a lungimii de fibră peste nivelul s tudiat ar putea fi benefică pentru rezistența la încovoiere. Bineînțeles, creșterea procentului de fibre și a lungimii fibrelor trebuie considerate prin prisma problemelor legate de prelucrabilitatea amestecului –valori mai mari pentru variabilele de intrare determină apariația problemelor legate de prelucrarea fibrelor în amestecul cu matricea minerală menționate în capitolul 2. 3.3.1.2. Validarea rezultatelor experimentale pentru rezistența la î ntindere din
încovoiere (Y1)
Ȋn urma analizei valorilor obținute pe cale experimentalӑ şi a celor determinate teoretic poate fi remarcat faptul cӑ abaterile procentuale (sub 5,5 %) se încadreazӑ în limitele intervalului de încredere prevăzut în literatură [96]. Datele experimentale obținute au fost aproape egale cu valoarea teoretică, după cum se poate observa în tabelul 3.9. Abaterea procentuală AP [%] prezintă o valoare extrem de mică 0,2 %.
Tabel 3.9. Validarea modelului pentru testarea la încovoiere
Parametrii Rezistența la încovoiere (N/mm2) Lungime de
fibră X1 (mm) Procent de
fibră X2 (%) Valoare
experimentală YE
(N/mm2)
Valoare experimentală
validată YEV(N/mm2)
Abaterea procentuală AP[%] (Calculată cu relația 3.13)
30 1,5 4,12 4,13 0.24 Datele experimentale confirmă că punctul de maxim pentru matricea experimentală considerată a fost corect determinat, dar și că există posibilitatea îmbunătățirii comportării la încovoiere prin creșterea lungimii fibrelor de sticlă din amestec.
27
3.3.2. Studiul influenţei fibrelor de sticlă asupra rezistenţei la întindere prin despicare [Y2]
Determinarea rezistenței la întindere prin despicare se face pe cuburi, cilindri, prisme.
Această încercare denumită metoda braziliană constă în comprimarea unei epruvete, după două generatoare diametral opuse. Rezistența la întindere prin despicare, Rtd, se calculează cu relația [15]:
Rtd = 2F / πbh ( N/mm2) (3.17) în care: F – forța de rupere, în N; b – lățimea medie a secțiunii transversale de rupere, în mm; h – înălțimea medie a secțiunii transversale la rupere, în mm. Testele au fost efectuate în conformitate cu SR EN 12390-3, partea 4 [129]. Pentru testare s-a folosit o presă hidraulică, înregistrându-se valoarea forței de rupere. Forța se aplică perpendicular pe direcția de turnare a materialului compozit, continuu și uniform până la rupere (figura 3.10.).
Figura 3.10. Testarea pentru rezisten ța la întindere prin despicare
Comportarea la întindere prin despicare a materialelor compozite armate dispers cu fibre de sticlă, depinde de procentul de armare cu fibre şi de caracteristicile fibrelor. Soluționarea experimentului planificat În tabelul 3.11. sunt prezentate rezultatele obținute în urma testării rezistenței la întindere prin despicare iar în tabelul 3.12. coeficienții ecuațiilor de regresie.
28
Tabelul 3.11. Rezultatele experimentale obținute în urma testării rezistenței laîntindere prin despicare Nr. ordine Lungime fibră X1 Procent fibră X2 Rezistența la întindere prin despicare
Rtd (N/mm2) Codificată Reală (mm) Codificată Reală (%)
1 -1 10 -1 0.5 3.1 2 +1 30 -1 0.5 3.45 3 -1 10 +1 1.5 3.8 4 +1 30 +1 1.5 4.2 5 -1.414 5 0 1 3.8 6 +1.414 35 0 1 4.43 7 0 20 -1.414 0.25 3.32 8 0 20 1.414 1.75 4.21 9 0 20 0 1 4.45 10 0 20 0 1 4.39 11 0 20 0 1 4.52 12 0 20 0 1 4.41 13 0 20 0 1 4.43
Calcularea coeficienților de regresie conduce la realizarea primului pas din procesul regresiei. Ȋn tabelul 3.12. sunt prezentați coeficienții ecuațiilor de regresie pentru rezistența la întindere prin despicare la un nivel de ȋncredere de 90%.
Tabelul 3.12. Coeficienții ecuațiilor de regresie şi limita de semnificație Coeficient Rezistența la întindere prin despicare Semnificația coeficientului Eroare de distribuție
Despicare b0 4.44 semnificativ 0.211 b1 0.2051 semnificativ 0.167 b2 0.3386 semnificativ b12 0.0125 nesemnificativ 0.179 b11 -0.2381 semnificativ b22 -0.4131 semnificativ 0.236
Forma regresiei liniare în termeni de factori codificați pentru rezistența la întindere prin despicare este:
Y2= 4.44 + 0.2051 *x1 + 0.3386 * x2 – 0.2381 * x12- 0.4131 * x2
2 (3.18) Prin studierea ecuaţiei de regresie, în cazul rezistenței la întindere prin despicare Y2, pot fi evidențiate următoarele aspecte:
• influenţa variabilelor x1 şi x2 este diferită;
• coeficientul termenului linear corespunzător lungimii de fibră fiind 0,2051, iar coeficientul termenului linear corespunzător procentului de fibră fiind 0,3386, indică
29
faptul că influenţa lungimii de fibră nu este mai semnificativă decât influenţa procentului de fibră asupra rezistenței la întindere prin despicare Y2.
• partea liniară a ecuaţiei de regresie are termeni pozitivi, ceea ce indică o maximizare a funcţiei (funcţiei obiectiv), atunci când variabilele x1 si x2 vor varia spre nivele pozitive ale domeniului experimental.
• interacţiunile dintre termeni nu au influenţă asupra rezistenței la întindere prin despicare.
• Coeficienții termenilor pӑtratici prezintă acelaşi semn, indicând faptul că suprafaţa de răspuns va fi un paraboloid eliptic care rezultă şi prin prelucrarea grafică a ecuaţiilor de răspuns.
3.3.2.1. Analiza influenței parametrilor in dependenți asupra rezistențeila întindere prin despicare [Y2]
În urma analizei efectelor variabilelor independente în cazul testării la despicare a materialelor compozite poate fi remarcat faptul că alura curbelor rezultate este similară, rezultatele fiind influențate în egală măsură de procentul de fibră şi de lungimea acestora (figura 3.12.).
Figura 3.12. Analiza variabilelor independente asupra rezisten ței la întindere prin despicare
Pentru determinarea relevanței modelului au f ost considerate două nivele de încredere, respectiv nivelul L1 (90%) şi nivelul L2 (70%) (figura 3.13.). În cazul testării la despicare cei doi paramatrii de intrare avuți în vedere influențează în mod egal rezistența structurilor compozite testate conform matricei experimentale propuse.
30
Figura 3.13. Interacțiunile matricei asupra rezistenţei la întindere prin despicare (Y2)
Importanţa influenţelor factorilor şi a interacţiunii dintre ei s-a stabilit prin analiză
dispersională şi analiză ANOVA pentru nivele de încredere de 90 % şi 70 % (figura 3.8.).. În urma analizei suprafețelor de răspuns 2D (figura 3.17.) și 3D (figura 3.16.), realizate cu ajutorul programului DOE++, s-adelimitat zona de maxim pentru variabila de răspuns rezistența la despicare [Y2].
Figura 3.16. Suprafețe de răspuns 3D - rezistența la întindere prin despicare
Și în cazul solicitării la despicare optimizarea modelului presupune maximizarea rezistenței. Punctul de maxim corespunde unui punct care nu a fost definit în programul experimental, și anume x1= 0,5 și x2=0,5, corespunzător unor valori reale x1= 25 mm și x2= 1,25%.
31
Analiza suprafețelor de răspuns 2D pentru rezistența la întinde re prin despicare arată că punctul de maxim se află în apropierea centrului experimentului.
Figura 3.17. Suprafețe de răspuns 2D - rezistența la întindere prin despicare
3.3.2.2. Validarea rezultatelor experimentale pentru rezistența la î ntindere din
despicare (Y2)
Pentru validarea modelului experimentul a fost repetat iar datele obţinute au fost comparate cu valorile calculate cu ajutorul modelului. Datele experimentale obținute au fost similare, după cum se poate observa în tabelul 3.16. şi confirmate de abaterea procentuală AP[%]
Tabel 3.16. Validarea modelului pentru rezistența la întindere prin despicare Parametrii Rezistența la întindere prin despicare (N/mm2)
Lungime de fibră (mm)
Procent de fibră (%)
Valoare experimentală YE
( N/mm2 )
Valoare experimentală validata YEV
( N/mm2 )
Abaterea procentuală AP[%]
(cu rel. 3.18.) 25 1,25 4,43 4,44 0.22
Proba martor si anume compozit fara fibre are valoarea rezistenței la întindere prin despicare de 3,65 N/mm2 . 3.3.3. Studiul influenţei fibrelor de sticlă asupra rezistenţei la compresiune [Y3]
Rezistenţa la compresiune este o valoare convenţională, folosită pentru definirea calităţii
betonului prin clasa de beton. Calculul rezistenţei materialului compozit la compresiune se face cu relaţia 3.19 [15].:
Rc =Pmax /Acub ( N/mm2 ) (3.19) unde: Rc – rezistenţa la compresiune a compozitului la 28 zile de la turnare, (N/mm2); Pmax – valoarea forţei maxime care produce ruperea, (N) ;
32
Acub – aria secţiunii transversale a cubului, (mm2). Epruvetele de material compozit cu matrice minerală armate dispers cu fibră de sticlă au fost testate pentru a se vedea comportamentul lor mecanic, la rezistenţa la compresiune (Rc). Testele au fost efectuate în conformitate cu SR EN 12390-3:2009, partea 3, [128]. Pentru testare s-a folosit o presă hidraulică, înregistrându-se valoarea forţei de rupere. Forța se aplică perpendicular pe direcţia de turnare a compozitului, continuu și uniform până la rupere.Testările (figura 3.18) au arătat că prezenţa fibrelor de sticlă îmbunătăţește modul de rupere a compozitului armat dispers.
Figura 3.18. Testarea pentru rezisten ța la compresiune
Soluționarea experimentului planificat Rezultatele experimentale obținute î n urma testării rezistenței la compresiune a compozitelor cu matrice minerală armate dispers cu fibră de sticlă sunt prezentate în tabelul 3.17.
Tabelul 3.17. Rezultatele experimentale obținute în urma testӑrii rezisțentei la compresiune Nr.
ordine Lungime fibrӑ X1 Procent fibrӑ X2 Rezistența la compresiune
Rci (N/mm2) Codificatӑ Realӑ (mm) Codificatӑ Realӑ (%)
1 1 30 -1 0.5 42.4 2 -1.414 5 0 1 40.53 3 0 20 -1.414 0.25 38.7 4 1.414 35 0 1 45.95 5 0 20 0 1 44.05 6 0 20 0 1 45.8 7 0 20 0 1 44.2 8 0 20 1.414 1.75 36.05 9 0 20 0 1 45.1 10 1 30 1 1.5 43.7 11 -1 10 1 1.5 41.2 12 -1 10 -1 0.5 37.9 13 0 20 0 1 44.8
33
În tabelul 3.20. sunt prezentați coeficienții ecuației de regresie pentru rezistența la compresiune, fiind marcați cei cu un efect semnificativ asupra modelului şi excluşi cei cu un efect minor.
Tabelul 3.20. Coeficienții ecuațiilor de regresie şi limita de semnificație
Coeficient Rezistența la compresiune Semnificația coeficientului Eroare de distribuție
Compresiune b0 44.79 semnificativ 0.211 b1 1.8331 semnificativ
0.167 b2 0.7695 semnificativ b12 -0.5 nesemnificativ
0.179 b11 -0.7612 semnificativ b22 -2.7562 semnificativ 0.236
Forma regresiei liniare în termeni de factori codificaţi pentru rezistența la compresiune este:
Y3= 44,79 + 1,8331 * x1 + 0,7695 * x2 – 0,7612 * x12 – 2,7562 * x2
2 (3.20) Pe baza analizei ecuației de regresiei se poate face o verificare a modelului. Pentru validarea modelului se vor considera valori experimentale ale modelului propus. Valorile sunt calculate pentru rezistenţa la compresiune. Prin studierea ecuaţiei de regresie, în cazul rezistenței la compresiune Y3, pot fi evidențiate următoarele aspecte:
• influenţa variabilelor x1 şi x2 este diferită;
• coeficientul termenului linear corespunzător lungimii de fibră fiind 1,8331, iar coeficientul termenului linear corespunzător procentului de fibră fiind 0,7695,indică faptul că influenţa lungimii de fibră este mai semnificativă decât influenţa procentului de fibră asupra compresiunii Y3.
• partea liniară a ecuație i de regresie are termeni pozitivi, ceea ce indică o maximizare a funcției (funcției obiectiv), atunci când variabilele x1 si x2 vor varia spre nivele pozitive ale domeniului experimental.
• coeficienţii termenilor pătraticiau influenţă asupra rezistenţei la compresiune, mai semnificativă este influenţa procentului de fibră decât influenţa lungimii de fibră.
• Coeficienții termenilor pӑtratici prezintă acelaşi semn (maximizare) , indicând faptul că suprafaţa de răspuns va fi un paraboloid eliptic care rezultă şi prin prelucrarea grafică a ecuaţiilor de răspuns.
3.3.3.1. Analiza influenței parametrilor independenți asupra rezistenței la compresiune [Y3]
34
În cazul testării la compresiune se remarcă faptul ca lungimea fibrelor nu prezintă un efect determinant asupra modelului studiat. În schimb, analiza parametrului x2, corespunzător procentului de fibră, relevă faptul că valoarea optimă se obţine în zona centrală a experimentului.
Figura 3.20..Analiza variabilelor principale asupra rezisten ței la compresiune
În cazul acestei variantei cei doi factori prezintă o interdependenţă, intersecţia celor două linii demonstrează acest lucru (figura 3.20). În vederea determinării interacţiunilor dintre cei doi parametrii au fost considerate valorile extreme și cele medii obţinute. În vederea determinării relevanţei modelului au fost considerate două nivele de încredere, respectiv nivelul L1 (90%) și nivelul L2 (70%). În cazul solicitării la compresiune, analiza alurii curbelor de răspuns prezentate în figura 3.21. relevă faptul că pentru un interval de încredere de 90% valorile funcției de răspuns obținute au o tendință crescătoare, în timp ce pentru intervalul de încredere de 70%, tendința de evoluție a funcției de răspuns este descrescătoare.
Figura 3.21. Interacțiunile matriceiasupra rezistenței la compresiune
35
Analizând curbele experimentale rezultate, se poate concluziona că valoarea optimă corespunde unor valori ale variabilelor codificate x1=0 și x2=0, respectiv valorilor reale x1=20 mm și x2=1%.
Figura 3.24. Suprafețe de răspuns 2D - rezistența la compresiune
Analizând suprafețele de răspuns 2D (figura 3.24.)și tridimensionale (figura 3.25.) este evident faptul că rezistența optimă (maximă) la compresiune se obține pentru valoar ea medie a parametrului x2, corespunzătoare unei valori reale de 1% procent de fibră de sticlă. În ceea ce privește parametrul x1 (lungimea de fibră), creșterea acestuia influențează semnificativ rezistența la compresiune, astfel încât zona optimă de rezistență se plasează la limita superioară a intervalului analizat.
Figura 3.25. Suprafețe de răspuns 3D - rezistența la compresiune
36
Pentru solicitarea la compresiune, zona de maxim corespunde unor valori ale parametrului x1 cuprinse în intervalul 25 mm÷35 mm lungime de fibră, în timp ce pentru procentul de fibră din amestec valoarea optimă este punctuală, respectiv 1%.
3.3.3.2. Validarea rezultatelor experimentale pentru rezistența la compresiune (Y3)
Pentru validarea rezultatelor experimentale pentru rezistenț a la compresiune s-au comparat valorile calculate în baza modelului factorial cu valori practice determinate prin testare. Erorile procentuale sunt mai mici de 10 %, deci se poate considera cӑ modelul matematic este adecvat. Pentru verificarea adecvanței modelului, experimentul a fost repetat iar datele comparate cu valorile calculate cu ajutorul modelului. Datele experimentale obținute au fost simil are, dupӑ cum se poate observa în tabelul 3.22.
Tabel 3.22. Validarea modelului pentru testarea la compresiune Parametrii Rezistența la compresiune (N/mm2)
Lungime de fibră x1
(mm)
Procent de fibră x2
(%)
Valoare experimentală YE
(N/mm2)
Valoare experimentală validata YEV
(N/mm2)
Abatere procentuală Ap[%]
(cu rel. 3.18.) 20 1 44,79 44,66 0.29
Proba martor ș i anume compozit fӑrӑ fibre are valoarea rezistenței la compresiune de 43,89 N/mm2. Fațӑ de proba martor se observӑ o valoare mult mai ridicatӑ a rezisten țelor materialului compozit armat dispers cu fibre. 3.4. Concluzii
Modelarea statistică s-a realizat cu un program factorial central compus rotabil de ordinul II, care a stabilit matricea experimentalăconținând un număr de 13 experimente, din care 8 sunt distincte, iar 5 se referă la zona din centrul programului. Ȋn urma analizalor statistice se constată următoarele: - Lungimea de fibră are ceea mai mare influenţă asupra rezistentelor mecanice ale compozitului armat dispers, în special a rezistenţei la încovoiere; -La compresiune fibrele au tendinţa de a păstra fisurile nedeschise lăsând impresia că epruveta testată nu este distrusă; -Ȋn cazul testării la încovoiere a materialelor compozite s-a obț inut un punct critic (punct de maxim absolut), care corespunde valorilor reale ale variabilelor de intrare x1= 30 mm și x 2 = 1,5%. Valoarea rezistenței la încovoiere în acest punct este 4,12 N/mm2, ceea ce corespunde la o creștere a rezistenței față de proba martor – compozit fără fibre (3,09 N/mm2) de 33,3%. - Ȋn cazul testării la despicare a materialelor compozite s-a obț inut un punct critic (punct de maxim absolut) care corespunde valorilor codate ale variabilelor de intrare x1= 0,5 și x 2=0,5, corespunzător unor valori reale x1= 25 mm și x 2= 1,25%. Această combinație de variabile a fost verificată în validarea modelului obțin ându-se valoarea a rezistentei la despicare de 4,44 N/mm2,
37
ceea ce corespunde la o creștere a rezistenței față de proba martor – compozit fără fibre (3,65 N/mm2) de 21,6%. - Ȋn cazul testării la compresiune a materialelor compozite s-a obț inut un punct critic (punct de maxim absolut) care corespunde valorilor reale ale variabilelor de intrare x1= 30 mm și x2= 1%. Această combinație de variabile a fost verif icată în validarea modelului obțin ându-se valoarea rezistenței la compresiune de 44,66 N/mm2, ceea ce corespunde la o creștere a rezistenței față de proba martor – compozit fără fibre (43,8 N/mm2) de 1,96%. -deci se poate concluziona că fibrele influențează proprietățile mecanice ale materialului compozit prin creșterea rezistențelor mecanice și întârzierea procesului de fisurare.
38
CAPITOLUL 4.Cercetări privind influența fibrelor de sticlă asupra durabilității compozitului cu matrice minerală cu armare dispersă
4.1. Considerații generale
Durabilitatea materialului compozit cu matrice mineralăse defineşte ca fiind ”capacitatea acestuia de a-şi păstra proprietăţile fizico-chimice şi mecanice în timp, la acţiunea distructivă şi agresivă a mediului exterior, care provoacă degradări şi uneori distrugeri ale elementelor de construcţie” [104].
Studiul durabilităţii elementelor de material compozit armat dispers are ca obiectiv prioritar stabilirea unor măsuri care să asigure, într-un mod acceptabil, anticiparea duratei de funcţionare, prin identificarea cât şi tratarea corespunzătoare a degradărilor apărute pe parcursul anilor de exploatare a construcţiei. Materialul compozit cu matrice minerală armat cu fibre de înaltă performanţă este un material de construcţie inovator. Prin adăugarea fibrelor rezistenţa sa crește comparativ cu betonul standard, crescându-i în același timp durabilitatea. Datorită calităţilor fibrelor înalt performante, compozitele obţinute prin armare dispersă prezintă proprietăţi superioare faţă de betoanele obișnuite, astfel: • fibrele limitează procesul de microfisurare, în momentul apariţiei fisurilor, fibrele care traversează fisura preiau o parte din tensiuni, împiedicând astfel propagarea acestora; • fibrele conferă compozitului ductilitate, proprietate necesară pentru realizarea unor structuri cu o bună comportare la acţiuni seismice; • datorită unei distribuţii spaţiale, oarecum omogene a fibrelor, materialul compozit armat dispers prezintă o rezistenţă mai mare la încovoiere, compresiune, șoc și la uzură [27,50].
4.2. Studii privind durabilitatea materialelor compozite cu matrice minerală armate dispers cu fibre de sticlă
În cadrul acestui subcapitol se urmăreşte punerea în evidenţă a influenţiei prezenţei fibrelor de sticlă asupra caracteristicilor de durabilitate ale materialelor compozite cu matrice minerală armate dispers cu fibre. Aceste caracteristici se vor analiza prin studierea rezistenţei la agenţi chimici agresivi, la şoc termic, la absorbţia de apă şi a coeficientului de dilatare termică liniară a compozitului.
39
Reţeta de amestec este prezentată în tabelul 4.1. Tabelul 4.1. Reţeta de amestec
Componente Dozaj [%] ciment CEM I 14,11 % nisip 35,19 % agregat sortul 4 … 8 mm 16,72 % sortul 8 … 16 mm 24,39 % apă 7,83 % cenuşă 1,56 % superplastifiant 0,2 % fibre de sticlă 1 %
Rezolvarea problemei durabilităţii compozitului cu matrice minerală armat dispers cu
fibre este deosebit de importantă, deoarece prin creşterea duratei de exploatare se obţine o mai bună folosire a resurselor naturale ceea ce va genera o îmbunătăţire a calităţii mediului înconjurător.
4.2.1. Studiul influenței agenţilor chimici asupradurabilităţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă
Datorită acţiunilor chimice agresive ale mediului de exploatare, are loc un proces fizico-chimic de degradare (distrugere) a materialului compozit cu matrice minerală.
Determinarea constă în stabilirea gradului de rezistenţă la atacul diferiţilor agenţi chimici, din care cei mai puternici sunt acizii şi hidroxizii. S-a considerat utilă studierea rezistenţei materialului la agenţii chimici cei mai agresivi, la două grade de concentraţie diferite a agenţilor chimici.
Aparatura utilizată: balanţă electronică digitală cu precizie de 0,001 g, etuvă termoreglabilă, baie de apă curgătoare la temperatura camerei, baie de fierbere cu apă la 100 0C, termohigrometru digital pentru determinarea condiţiilor de mediu, termometru cu mercur.
Materiale utilizate: soluţie de acid clorhidric HCL 3% (V/V) preparat din acid clorhidric concentrat având densitatea de ρ= 1,19 g/ml, soluţie de acid clorhidric HCL 18% (V/V) preparat din acid clorhidric concentrat având densitatea de ρ= 1,19 g/ml, soluţie de hidroxid de potasiu – KOH de 30 g/l, soluţie de hidroxid de potasiu – KOH de 100 g/l, 4 vase (pahare) din sticlă borosilicatică având fiecare capac pentru acoperire, materiale de absorbit şi şters (cârpe, hârtie absorbantă), lampă electrică.
Numărul de epruvete pentru încercare este de cinci bucăţi (conform SR EN ISO 10545-13:2001) dintre care o epruvetă este păstrată ca martor [RC-1] folosită la compararea defectelor ce pot apărea în materialul încercat la acţiunea chimică.
40
Derularea experimentului
În tabelul 4.2. sunt centralizate datele experimentale privind determinarea rezistenţei chimice a materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă, iar în tabelul 4.3. sunt înregistrate valorile rezistenţei chimice a materialului compozit cu matrice minerală fără fibre.
Tabel 4.2. Tabel cu date experimentale privind determinarea rezistenţei chimice a materialului: compozitcu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă.
Nr.crt Cod
epruvetă Masa
iniţială
Masa constantă înainte de încercare
Masa constantă după încercare
Diferenţa (pierderea)de masă
după încercare Δm
Observaţii
Simbol UM
m0
[g]
m1
[g]
m2
[g] Δm [g] Δm [%]
1 RCF-1 120,42 116,52 - - - Probă martor
2 RCF-2 126,61 122,82 121,21 1,61 1,27 Probă încercată în soluţie de HCl 3%
3 RCF-3 135,67 132,12 129,38 2,74 2,02 Probă încercată în
soluţie de HCl 18%
4 RCF-4 130,36 126,66 125,68 0,98 0,75 Probă încercată în soluţie de KOH
30g/l
5 RCF-5 130,26 126,46 125,49 0,95 0,73 Probă încercată în soluţie de KOH
100g/l
Tabel 4.3. Tabel cu date experimentale privind determinarea rezistenţei chimice a materialului: compozit cu matrice minerală fără fibre
Nr.crt Cod epruvetă
Masa iniţială
Masa constantă înainte de încercare
Masa constantă după încercare
Diferenţa (pierderea)de masă
după încercare Δm
Observaţii
Simbol UM
m0
[g]
m1
[g]
m2
[g]
Δm [g] Δm [%]
1 RC-1 124,92 120,32 - - - Probă martor 2 RC-2 128,81 124,72 121,91 2,81 2,18 Probă încercată în
soluţie de HCl 3% 3 RC-3 129,69 124,82 119,18 5,64 4,35 Probă încercată în
soluţie de HCl 18% 4 RC-4 131,35 125,86 123,88 1,97 1,51 Probă încercată în
soluţie de KOH 30g/l
5 RC-5 129,86 125,99 123,38 2,61 2,01 Probă încercată în soluţie de KOH
100g/l
41
Analiza şi interpretarea rezultatelor:
În urma atacului chimic asupra epruvetelor încercate nu au apărut decolorări/colorări, umflături, exfolieri, fisuri sau desprinderi de material urmate de precipitare în soluţie. Analizând valorile maselor probelor, înainte şi după ce au avut loc reacţiile chimice dintre soluţiile de diferite concentraţii de acid clorhidric şi hidroxid de potasiu se pot evidenția următoarele aspecte:
• Pentru concentraţiile de 3 % şi 18 % ale soluţiilor de HCl are loc o pierdere de masă diferită în funcţie de concentraţia acidului, ceea ce e normal, aceasta fiind mai mare odată cu creşterea concentraţiei (Δm = 1,27 % pentru soluţiile d e HCl d e 3 % şi Δm= 2,02 %pentru soluţiile d e HCl d e 1 8 %) la co mp ozitu l cu fib ră, iar la cel fără fib răs-a înregistrat o pierdere de masă mult mai mare (Δm= 2,18 % pentru soluţiile de HCl de 3 % şi Δm= 4,35 % pentru soluţiile de HCl de 18 %)
• Pentru concentraţiile de 30 g/l şi 100 g/l ale soluţiilor de KOH are loc deasemenea o pierdere de masă diferită în funcţie de concentraţie, aceasta fiind mai mare odată cu creşterea concentraţiei în hidroxid (Δm= 0,98 g pentru solu ţiile de KOH de 30 g/l şi Δm = 0,95 g pentru soluţiile de KOH de 100 g/l) la materialul compozit cu fibră şi la cel fără fibră (Δm= 1,97 g pentru soluţiile de KOH de 30 g/l şi Δm = 2,61 g pentru soluţiile de KOH de 100 g/l).
• pierderile de masă sunt mult mai mari în cazul compozitului fără fibră mai ales la atacul acidului clorhidric (HCl) de 18 %, peste 50 % făţă de cel armat cu fibre.
Pierderea de masă mai redusă la acţiunea agresivă a agenţilor chimici în cazul compozitului armat cu fibre se datorează fibrelor de sticlă care au asigurat păstrarea integrităţii matricei minerale, ele fiind imune la acţiunea agenţilor chimici.
Din graficul prezentat în figura 4.5. se poate observa cum pierderea de masă (Δm%) cea mai mare este a materialului compozit fără fibre în HCl concentrat de 4,35%, faţă de 2,02% în cazul materialului compozit cu fibre. Se poate spune că armarea cu fibră a materialului compozit este benefică în cazul agresiunilor chimice.
42
Figura 4.5. Grafic cu diferenţa de masă la acţiunea agenţilor chimici (HCl, KOH)
În toate cazurile de rezistenţă chimică a materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă nu au apărut defecte pe materialul studiat, iar experimentul s-a desfăşurat în conformitate cu prevederile SR EN ISO 10545-13:2001.
4.2.2. Studiul influenței dilatării termice liniare asupra durabilităţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă
Fenomenul fizic prin care dimensiunile unui corp (volumul, lungimea, suprafaţa) cresc în urma variaţiei temperaturii se numește dilatare termică.
Dilatarea termică a materialului compozit este proprietatea acestuia de a-şi mări volumul odată cu creşterea temperaturii datorită dilatării tuturor componenţilor săi. Aprecierea dilatării termice a compozitului se face prin determinarea coeficientului de dilatare liniară măsurat pe epruvete prismatice.
Aparate utilizate: incintă termostatată, șubler de exterior/interior , microcomparator digital, termohigrometru digital. Numărul de epruvete încercate este de 6 bucăţi.
Se determină coeficientul de dilatare termică liniară pentru temperaturi cuprinse între cea a mediului ambiant şi 100 0C, în conformitate cu prevederile SR EN 1992-1-1 şi SR EN 1991-1-5.
Derularea experimentului
În tabelul 4.4. sunt centralizate rezultatele experimentale privind determinarea dilatării termice liniare a materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă, iar în tabelul 4.5. sunt înscrise rezultalele experimentale privind determinarea dilatării termice liniare a materialului compozit cu matrice minerală fără fibre.
43
Tabelul 4.4. Rezultatele experimentale privind determinarea dilatării termice liniare a materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă.
Nr.crt Cod epruvetă
Temp. laborator
Temp. dilatometru
Diferenţe de temp.
Lungimea iniţială a epruvetei
Alungirea Coef. de dilatare liniară
Notaţie T1 T2 ΔT L0 ΔL αl
UM 0C 0C 0C mm mm 0C-110-5
1 DTLF-1 20 100 80 71,9 0,040 0,70 10-5
2 DTLF-2 20 100 80 70,8 0,039 0,68 10-5
3 DTLF-3 20 100 80 70,2 0,038 0,67 10-5
4 DTLF-4 20 100 80 71,4 0,040 0,71 10-5
5 DTLF-5 20 100 80 71,2 0,039 0,69 10-5
6 DTLF-6 20 100 80 71,1 0,039 0,69 10-5
Tabelul 4.5. Rezultatele experimentale privind determinarea dilatării termice liniare a materialului compozit cu matrice minerală fără fibre.
Nr.crt Cod epruvetă
Temp. laborator
Temp. dilatometru
Diferenţe de temp.
Lungimea iniţială a epruvetei
Alungirea Coef. de dilatare liniară
Notaţie T1 T2 ΔT L0 ΔL αl
UM 0C 0C 0C mm mm 0C-110-5
1 DTL-1 20 100 80 70,5 0,041 0,73 10-5
2 DTL-2 20 100 80 71,2 0,041 0,69 10-5
3 DTL-3 20 100 80 70,8 0,039 0,71 10-6
4 DTL-4 20 100 80 71,9 0,040 0,72 10-5
5 DTL-5 20 100 80 70,7 0,040 0,73 10-5
6 DTL-6 20 100 80 70,9 0,041 0,72 10-5
44
Analiza şi interpretarea rezultatelor
La betonul obişnuit coeficientul de dilatare lineară are valori cuprine între 0.6*10-5… 1.3*10-5, în funcţie de natura cimentului, dozajul şi natura agregatelor [51]. Valorile obţinute în cadrul acestui experiment se încadrează în acest interval, atât cele pentru materialul compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă cât şi a compozitului cu matrice minerală fără fibre.
Valoarea medie a dilatării termice liniare pentru materialul compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă este: αm1 = 0,69 10-50C-1, iar a materialului compozit cu matrice minerală fără fibre este apropiată ca valoare α m2 = 0,72 10-50C-1, ambele valori sunt conforme cu prevederile SR EN 1992-1-1 şi SR EN 1991-1-5.
Figura 4.7. Valoarea medie a dilatării termice liniare pentru materialul compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă şi a compozitului fără fibre
Valoarea medie mai mică a dilatării termice liniare pentru materialul compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă (figura 4.7.) se justifică prin prezenţa fibrei de sticlă, la care temperaturi de 1000C nu au nici o influenţă. Fibrele de armare nu au permis dilatarea termică a compozitului.
4.2.3. Studiul influenței rezistenţei la şoc termic asupra durabilităţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă. Metoda prin imersie
Această testare constă în expunerea epruvetelor de material compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre şi a celor fără fibre la variaţii puternice şi imediate de temperatură. Din punct de vedere fizic încercarea în sine este foarte dură pentru materialul studiat, datorită trecerilor bruşte de la o temperatură de 15 0C la una de 1450C şi invers.
45
Pentru aprecierea cantitativă a modificărilor se calculează:
a)Masa iniţială medie ( m0m (g)) cu relaţia 4.3.:
m0m= (m02+m03+m04+m05)/4 (g) (4.3.)
b)Pierderea de masă cu relaţia 4.4. :
Δm = m0 - mf (g) (4.4.)
Unde: mo = masa iniţială a epruvetelor, (g);
mf = masa finală a epruvetelor, (g);
Δm = pierderea de masă, (g).
c) Absorbţia de apă medie,după cel de al 10-lea ciclu de încercare (temperatură ridicată - temperatură joasă) cu relaţia 4.6.:
[%] (4.6.)
Efectuarea încercării:
În tabelul 4.7. sunt date primare privind determinarea rezistenţei la şoc termic a materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibră de sticlă, iar în tabelul 4.8. sunt centralizate datele experimentale ale compozitului fără fibre
Tabelul 4.7. Tabel cu date privind determinarea rezistenţei la şoc termic pentru compozitul armat cu fibre
Nr.crt
Cod epruvetă
Lung(L)
Lăţ.(l)
Supraf. (S)
Masa iniţială(
m0)
Masa după
absorbţie apă(mabs)
Masa finală după
încercare (mf)
Pierderea de masă
Δm=m0-mf
Abs. de apă Ab
UM
mm mm mm2 g g g % g %
1 RSTF-1 100,5 33,8 3396,9 164,31 - - - - -
2 RSTF-2 100,7 32,6 3289,5 160,99 162,42 160,02 0,6 0,97 0,88
3 RSTF-3 100,3 33,1 3319,9 163,15 164,48 162,04 0,68 1,11 0,81
4 RSTF-4 100,9 31,9 3218,7 155,28 156,45 154,01 0,81 1,27 0,75
5 RSTF-5 100,8 32,7 3296,1 161,31 162,51 160,11 0,74 1,20 0,74
46
Tabelul 4.8. Tabel cu date privind determinarea rezistenţei la şoc termic pentru compozitul fără fibre Nr.
crt
Cod epruvetă
Lung (L)
Lăţ.(l)
Supraf. (S)
Masa iniţială
(m0)
Masa după absorbţie apă (mabs)
Masa finală după
încercare
(mf)
Pierderea de masă
Δm=m0-mf
Abs. de apă Ab
UM mm mm mm2 g g g % g %
1 RST-1 100,5 33,8 3396,9 164,31 - - - - -
2 RST-2 100,6 32,6 3279,5 159,89 161,72 157,02 1,79 2,87 1,14
3 RST-3 100,3 33,1 3319,9 163,15 164,98 162,06 0,66 1,09 1,12
4 RST-4 100,7 31,9 3288,7 165,08 166,85 164,01 0,65 1,07 1,07
5 RST-5 100,8 32,7 3396,1 165,13 166,98 164,21 0,56 0,92 1,12
Analiza şi interpretarea rezultatelor:
Absorbţia de apă în structura compozitului poate fi neglijată având în vedere valoarea foarte mică a acestui indicator de 0,79% la compozitul cu fib re şi de 1,11% la cel fără fibre. Totuşi compozitul fără fibre prezintă o valoare a absorbţiei de apămai mare cu 28 % faţă de cel armat cu fibre (figura 4.9.). Această situație ar putea fi explicată atât prin scăderea porozității materialului compozit datorită prezenței fibrelor de sticlă în matricea minerală, cât și prin caracterul hidrofob al fibrelor de sticlă. După examinarea cu ochiul liber şi după utilizarea soluţiei de albastru de metil pentru detectarea defectelor după încercare s-a constatat că materialul (nici o epruvetă din cele 8 supuse încercărilor) nu au suferit modificări (deformări, umflături, fisuri, exfolieri sau desprinderi de material), ceea ce s-a observat şi din datele experimentale de mai sus – pierderea de masă şi absorbţie de apă. Probele martor RSTF-1 si RST-1, au fost comparate cu probele testate.
Încercările de rezistenţă la şoc termic, metoda prin imersie, s-au finalizat cu următoarele valori medii:
pentru compozitul armat dispers cu fibre de sticlă:
• Absorbţia de apă medie: Abmed1= 0,79%
• Pierderea de masă medie: Δ mmed1= 0,71 %
iar pentru compozitul fără fibre avem:
47
• Absorbţia de apă medie: Abmed2= 1,11%
• Pierderea de masă medie: Δ mmed2= 0,91 %
Aceste valori au permis întocmirea reprezentării grafice din figura 4.9.
Figura 4.9. Grafic cu pierderea de masă şi absorţia de apă medie [%]. Metoda prin imersie
Ţinând cont de gradul de duritate al celor 10 cicluri de încercare la şoc termic, cu treceri succesive între cele 2 limite de temperatură, ceea ce probabil nu se va întâmpla niciunde în condiţii naturale de exploatare, se poate trage concluzia că materialul încercat întruneşte condiţii bune de utilizare în practică.
Materialul compozit este bun din punctul de vedere al absorbţiei de apă la rece, ceea ce îl pretează a putea fi folosit în locuri foarte umede sau chiar în zone cu ape curente.
Nu se constată defecte vizibile ale materialului supus la încercare pentru determinarea rezistenţei la şoc termic, în conformitate cu prevederile SR EN 10545-9:2000.
4.2.4. Studiul influenței absorbţiei de apă asupra durabilităţii compozitului armat dispers cu fibre de sticlă. Metoda prin fierbere
Determinarea absorbţiei de apă a materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă şi a compozitului fără fibre (metoda prin fierbere) constă în determinarea cantităţii de apă absorbită, care se poate face prin imersarea epruvetelor în apă sau prin fierbere.
48
Absorbţia de apă prin fierbere în baie de apă la 1000C timp de 2 ore şi răcirea în apă de 2 ore şi 15 min. deci un total de imersare în mediu lichid de 4 ore şi 15 min., este un mediu dur de încercare pentru un material compozit. Numărul de epruvete încercate este de 3 bucăţi, în conformitate cu prevederile SR EN ISO 10545-3:1999. Epruvetele se usucă în etuvă la (110±5) 0C până se ajunge la o masă constantă, apoi probele se răcesc în exicator cu silicagel. Se cântăreşte fiecare epruvetă apoi se supun la fierbere, urmată de răcirea lor în baie de apă şi cântărirea lor după timpul prevăzut în SR EN – ul de lucru. Apoi se determină absorbţia de apă cu relaţia 4.7.:
[%] (4.7.)
Unde: Eb = absorbţia de apă, (%); m2b = masa de saturare (umedă), (g); m1 = masa constantă, (g).
Efectuarea încercării:
Rezultatele experimentale sunt trecute în tabelele 4.9. şi 4.10.
Tabelul 4.9. Rezultatele experimentale ale compozitului armat cu fibre Nr. crt.
Cod epruvetă Masa iniţială
Masa constantă
Masa de saturare (umedă)
Diferenţa de masă la saturare Absorbţie de apă
Simbol m0 m1 m2b Δm=m2b-m1 Eb
UM g g g % g % 1 EbF-1 327,255 326,035 328,535 0,76 2,50 0,76 2 EbF-2 324,183 323,012 325,503 0,76 2,49 0,77 3 EbF-3 325,451 324,209 326,769 0,78 2,56 0,78
Tabelul 4.10. Rezultatele experimentale ale epruvetelor din compozit fără fibre Nr. crt.
Cod epruvetă Masa iniţială
Masa constantă
Masa de saturare (umedă)
Diferenţa de masă la saturare Absorbţie de apă
Simbol m0 m1 m2b Δm=m2b-m1 Eb
UM g g g % g % 1 Eb-1 328,132 326,065 329,705 1,1 3,64 1,12 2 Eb-2 325,286 323,812 327,602 1,16 3,79 1,17 3 Eb-3 329,021 326,107 330,047 1,19 3,94 1,21
49
Analiza şi interpretarea rezultatelor:
Determinarea nivelului de absorbţie de apă pentru materialul compozit armat dispers cu fibre de sticlă s-a realizat prin metoda fierberii, conform SR EN ISO 10545-3:1999. Valoarea medie determinată esteEb med1 = 0,77 % pentru compozitul armat dispers cu fibre de sticlă și Eb med2 = 1,16 % pentru matricea minerală fără fibre. După cum se poate observa în figura 4.11. valoarea medie a absorbţiei de apă prin metoda fierberii pentru materialul compozit fără fibre (1,16 % ) este mai mare decât la cel cu fibre (0,77 % ), deci fibrele de sticlă aşa cum era de aşteptat nu permit absorbţia de apă în materialul compozit. Datorită reducerii golurilor din matrice (ocupate de fibre) şi a caracterului hidrofob a fibrei de sticlă, materialul compozit devine mai impermeabil.
Figura 4.11. Grafic cu absorbtia de apa. Metoda prin fierbere
Ţinând cont de aceste valoari medii se poate aprecia că materialul se comportă bine la acest indicator fizic, ceea ce îl face apt de utilizare în diverse situaţii naturale în care este prezentă şi apa. Capacitatea de absorţie a apei influenţează în mod direct caracteristicile mecanice ale materialului compozit (rezistenţa la rupere, la uzură, duritatea superficială) şi bineînţeles rezistenţa la ger şi la a, genţii chimici [76, 105].
4.3. Concluzii
În acest capitol s-a urmărit punerea în evidenţă a influenţei prezenţei fibrelor de sticlă asupra caracteristicilor de durabilitate ale materialelor compozite armate dispers cu fibre.
50
În urma atacului chimic asupra epruvetelor de material compozit armat cu fibre şi a celui fără fibre nu au apărut decolorări/colorări, umflături, exfolieri, fisuri sau desprinderi de material urmate de precipitare în soluţie. Totuşi pierderile de masă sunt mult mai mari în cazul compozitului fără fibră mai ales la atacul acidului clorhidric (HCl) de 18 %, peste 50 % făţă de cel armat cu fibre. Pierderea de masă mai redusă în cazul compozitului armat cu fibre se datorează prezenţei fibrelor de sticlă care au asigurat păstrarea integrităţii matricei minerale (ele fiind imune la acţiunea agenţilor chimici agresivi).
Valoarea medie mai mică a dilatării termice liniare pentru materialul compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă se justifică prin prezenţa fibrei de sticlă la care temperaturi de 1000C nu au nici o influenţă. Fibrele de armare nu au permis dilatarea termică a compozitului.
Absorbţia de apă în structura materialului compozit armat cu fibre prezintă o valoare mică de 0,79 % faţă de 1,11% la cel fără fibre, încât se poate aprecia că materialul nu absoarbe apă în exces, o explicaţie ar fi caracterul hidrofob al fibrelor de sticlă.
În cazul absorbţiei de apă prin metoda fierberii o comportare mai bună se obţine pentru materialul compozit armat dispers cu fibre de sticlă. Datorită reducerii golurilor din matrice (ocupate de fibre), a caracterului hidrofob a fibrei de sticlă şi a unei rezistenţe termice bune a fibrei de sticlă, materialul compozit devine mai impermeabil. Capacitatea de absorţie a apei influenţează în mod direct caracteristicile mecanice ale materialului compozit (rezistenţa la rupere, la uzură, duritatea superficială) şi bineînţeles rezistenţa la ger şi la agenţii chimici. Compozitele armate cu fibre nu prezintă un risc de coroziune atât de ridicat precum armătura din oţel tradiţională, unde apar probleme cu mediile puternic agresive, chimice, care pot deteriora grav structura.
51
CAPITOLUL 5. CONCLUZII GENERALE
Cercetările întreprinse şi rezultatele prezentate în primele patru capitole ale tezei
evidenţiază o serie de aspecte ştiinţifice semnificative care confirmă actualitatea temei abordate şi
utilitatea practică a acesteia pentru extinderea domeniilor de utilizare a fibrelor textile şi a
materialelor textile în general. Ca urmare sunt formulate seturi de concluzii asociate principalelor
aspecte prezentate în lucrarea de doctorat, după cum urmează:
1. Cu privire la stadiul şi perspectiva de dezvoltare a textilelor tehnice
1.1. S-a realizat o prezentare generală a materialelor textile tehnice, a principalelor grupe
de aplicaţii, punând accentul pe materialele compozite.
1.2. În funcție de destinația finală materialele textile tehnice sunt clasificate în 12 grupe:
agricultură, construcţii, industria de confecţii (materiale auxiliare), textile de interior (produse
pentru tapiţerie de mobilier, pentru acoperirea podelelor şi produse decorative), geotextile, textile
industriale, medicină, transporturi, ambalaje, protecţie (personală şi de bunuri), activităţi sportive
şi recreative, protecţia mediului înconjurător.
1.3. Materialele compozite în raport cu materialele tradiţionale dispun de atuuri
importante şi aduc numeroase avantaje funcţionale: rezistenţă mecanică şi chimică bună, masă
redusă, costuri de întreţinere reduse, o diversitate a formelor şi dinamica design-ului.
1.4. Utilizarea materialelor compozite care înglobează textile contribuie la sporirea
securităţii (rezistenţe bune la şocuri şi la foc), prelungesc durata de viaţă a structurilor datorită
proprietăţilor mecanice şi chimice excelente, oferă o bună izolare termică şi fonică a clădirilor.
1.5. Conceptul de textile tehnice pentru construcţii, este un termen ce desemnează orice
tip de component textil (fibre, filamente, fire, ţesături, tricoturi, neţesute, împletituri, materiale
compozite) utilizate la fabricarea construcţiilor.
1.6. În cazul materialelor compozite cu ranforsare textilă, matricea poate fi de tip
polimeric, metalic, ceramic, mineral etc.
52
1.7. Materialele textile sunt utilizate tot mai des la armarea betonului, pentru a creşte
rezistenţa structurii cât şi pentru a preveni apariţia fisurilor la uscarea acestuia.
1.8. În domeniul construcțiilor, textilele oferă soluţii şi pentru reducerea costurilor
materialelor, pentru un consum mai redus de energie şi pentru reducerea la minimum a
deşeurilor. Multe textile tehnice şi fibre textile minimizează cheltuielile de producţie prin
reciclarea deşeurilor, asigurând astfel protecţia mediului.
1.9. Materialele compozite armate cu textile reprezintă alternative promiţătoare pentru
reducerea problemelor de mediu, în ceea ce priveşte construcţiile uşoare.
1.10. Fibrele/firele textile atât cele tradiționale câ t și cele înalt performante sunt utilizate
în construcții la realizarea de materiale compozite cu diverse aplicații.
1.11. Influenţa fibrelor în matricea minerală este resimţită mai ales în comportarea la
întindere, la încovoiere, la fisurare şi deformare.
1.12. În cazul materialelor compozite ranforsate textil, cu matrice minerală, funcțiile
materialelor textile (fie FRC, fie TRC) sunt în principal legate de sporirea rezistenței mecanice la
diferite solicitări, fiabilitate și non-poluare (funcția ecologică).
2. Cu privire la prelucrabilitatea fibrelor de sticlă la prepararea compozitelor cu
matrice minerală
2.1. Introducerea fibrelor în compozitul cu matrice minerală şi cenuşă a ridicat probleme
de prelucrare, legate de apariţia fenomenului de flotare a fibrelor deasupra amestecului şi de
aglomerare a fibrelor în amestec cu influenţă negativă asupra uniformităţii distribuţiei fibrelor de
sticlă în matricea minerală.
2.2. Pentru îmbunătăţirea condiţiilor de preparare a compozitului s-au propus următoarele:
introducerea fibrelor în amestecul umed, utilizare de agregate adecvate cu lungimea de fibră,
adăugare de aditivi pentru realizarea unui amestec mai fluid și evitarea vibrării prea îndelungate a
compozitului.
2.3. În scopul micșorării impactului asupra mediului s -a redus proporţia de ciment şi s-a
introdus o cantitate echivalentă de cenuşă de termocentrală (deşeu industrial).
2.4. Totodată, acest studiu a relevat şi importanța valorii densităţii de lungime a firelor, în
sensul că un fir prea gros (2400 tex) necesită o defibrare prealabilă pentru a evita aglomerarea de
fibre în structura compozitului.
53
2.5. Analiza SEM a structurii compozitului a permis evidențierea integrării complete a
fibrelor de sticlă în matricea minerală. Fibrele de sticlă prezintă depuneri de minerale la
suprafață, ceea ce confirmă o bună legatură la interfața între fibra de sticlă și matricea de tip
mineral.
2.6. Îmbunătățirea nivelului de uniformitate a distribuției fibrelor de sticlă în compozit s-a
verificat prin studiul comparativ al comportării mecanice a mostrelor de material compozit
produs prin cele două metode – metoda inițială și metoda îmbunătățită. S-a pornit de la ideea că o
distribuție neuniformă a fibrelor în matrice determină o comportare mecanică la un nivel inferior
și s-a studiat influenţa acestei distribuţii asupra coeficientului de variaţie a proprietăţilor
mecanice a materialului compozit.
2.7. S-a urmărit realizarea unui amestec omogen şi uniform care să constituie garanţia
obţinerii unui material compozit armat dispers de calitate superioară şi a valorificării eficiente a
materiilor prime.
2.8. Pentru obţinerea unui material compozit performant se impune să fie aleasă acea
metodă (procedeu) prin care să se obţină o productivitate bună cu eforturi minime de consum
energetic, materiale, mijloace tehnice şi forţă de muncă pentru realizarea unui material calitativ şi
performant.
3. Cu privire la influenţa fibrelor de sticlă asupra proprietăţilor mecanice ale
compozitului cu matrice minerală armat dispers
3.1. Utilizarea fibrelor de sticlă pentru armarea dispersă a structurilor minerale utilizate în
construcții trebuie privită și din punct de vedre textil. Literatura de specialitate indică numeroase
studii privind compozitele cu matrice minerală, care însă nu se concentrează pe materialul de
armare – fibrele textile.
3.2. Studiul realizat în acestă lucrare urmărește optimizarea caracteristicilor de lungime și
a procentului de fibră de sticlă utilizat pentru armarea dispersă a compozitelor cu matrice
minerală în scopul obținerii nivelului de performanță maxim prin îmbunătățirea comportării
mecanice.
3.3. Modelarea statistică a proprietăților mecanice ale compozitului armat dispers cu fibră
de sticlă s-a realizat cu un program factorial central compus rotabil de ordinul II, cu 13
experimente, din care 8 distincte şi 5 în zona din centrul programului.
54
3.4. Factorii de influență considerați ca mărimi independente în matricea experimentală
sunt lungimea de fibră și procentul de fibră utilizate la arm area dispersă a materialului compozit
cu matrice minerală.
3.5. Variabilele de ieșire ale experiment elor au avut în vedere nivelurile de performanță
mecanică a materialului compozit, reflectat prin rezistența la întindere din încovoiere (R ti),
rezistența la întindere prin despicare (Rtd), rezistența la compresiune (Rc).
3.6. Metoda DOE de prelucrare a datelor experimentelor permite aprecierea influenței
unei variabile independente asupra variabilelor de ieșire și a unui grup de variabile de intrare
asupra variabilelor de ieșire.
3.7. Din analiza datelor statistice se evidențiază următoarele aspecte:
- lungimea de fibră are cea mai mare influență asupra rezistențelor mecanice ale
materialului compozit cu matrice minerală armat dispers;
- comportarea la întindere din încovoiere şi întindere prin despicare a compozitelor armate
cu fibre de sticlă, depinde de procentul de armare cu fibre şi de caracteristicile fibrelor;
- la compresiune fibrele au tendința de a păstra fisurile nedeschise lăsând impresia că
epruveta testată nu este distrusă.
3.8. Ȋn cazul testării la încovoiere a materialelor compozite s-a obținut un punct critic
(punct de maxim absolut), care corespunde valorilor reale ale variabilelor de intrare x1= 30 mm și
x2 = 1,5%. Această combinație de variabile (x1= 30 mm și x 2 = 1,5%) a fost utilizată pentru
validarea moselului matematic obținându-se valoarea rezistenței la încovoiere în acest punct de
4,12 N/mm2, ceea ce corespunde la o creștere a rezistenței față de proba martor – compozit fără
fibre (3,09 N/mm2) de 33,3%.
3.9. Ȋn cazul testării la despicare a materialelor compozite s -a obținut un punct critic
(punct de maxim absolut) care corespunde valorilor codate ale variabilelor de intrare x1= 0,5 și
x2=0,5, corespunzător unor valori reale x1= 25 mm și x 2= 1,25%. Această combinație de
variabile (x1= 25 mm, x2= 1,25%) a fost utilizată pentru validarea modelului matematic
obținându-se valoarea rezistenței la despicare de 4,44 N/mm2, ceea ce corespunde la o creștere a
rezistenței față de proba martor – compozit fără fibre (3,65 N/mm2) de 21,6%.
3.10. Ȋn cazul testării la compresiune a materialelor compozite s-a obținut un punct critic
(punct de maxim absolut) care corespunde valorilor reale ale variabilelor de intrare x1= 30 mm și
x2= 1%. Această combinație de variabile (x1= 30 mm, x2= 1,%) a fost utilizată pentru validarea
55
modelului matematic obținându-se valoarea rezistenței la compresiune de 44,66 N/mm 2, ceea ce
corespunde la o creștere a rezistenței față de proba martor – compozit fără fibre (43,8 N/mm2) de
1,96%.
3.11. Prezența fibrelor orientate aleatoriu în materialul compozit întârzie pe de o parte
momentul apariției primelor fisuri, iar pe de altă parte, împiedică devoltarea rapidă a acestora
având ca efect final un număr mult mai mare de fisuri pe unitate de volum, dar de deschidere
mult mai mică.
3.12. Se poate concluziona că fibrele influențează proprietățile mecanice ale materialului
compozit prin creșterea rezistențelor mecanice și întârzierea procesului de fisurare.
4. Cu privire la influenţa fibrelor de sticlă asupra durabilităţii compozitului cu
matrice mierală cu armare dispersă
4.1. Prin studiul durabilităţii materialului compozit armat dispers s-a urmărit punerea în
evidenţă a influenţei prezenţei fibrelor de sticlă asupra caracteristicilor de durabilitate ale
materialelor compozite armate dispers cu fibre.
4.2. S-au efectuat testări pe probe realizate din compozit cu matrice minerală armat
dispers cu fibre de sticlă şi a compozit fără fibre, supuse la acţiunea agenţilor chimici agresivi, la
şoc termic, la absorbţia de apă şi la dilatare termică.
4.3. În urma atacului chimic asupra epruvetelor de material compozit armat cu fibre şi a
celui fără fibre s-a constatat că nu au apărut decolorări/colorări, umflături, exfolieri, fisuri sau
desprinderi de material urmate de precipitare în soluţie. Totuşi pierderile de masă sunt mult mai
mari în cazul compozitului fără fibră mai ales la atacul acidului clorhidric (HCl) de 18 %, peste
50 % făţă de cel armat cu fibre. Pierderea de masă mai redusă în cazul compozitului armat cu
fibre se datorează prezenţei fibrelor de sticlă care au asigurat păstrarea integrităţii matricei
minerale (ele fiind imune la acţiunea agenţilor chimici agresivi) .
4.4. Valoarea medie mai mică a dilatării termice liniare pentru materialul compozit cu
matrice minerală armat dispers cu fibre de sticlă se justifică prin prezenţa fibrei de sticlă la care
temperaturi de 1000C nu au nici o influenţă. Fibrele de armare nu au permis dilatarea termică a
compozitului.
56
4.5. În cazul absorbţiei de apă prin metoda fierberii o comportare mai bună se obţine
pentru materialul compozit armat dispers cu fibre de sticlă, o creştere de peste 30 % făţă de cel
fără fibre. Datorită reducerii golurilor din matrice (ocupate de fibre), a caracterului hidrofob a
fibrei de sticlă şi a unei rezistenţe termice bune a fibrei de sticlă, materialul compozit devine mai
impermeabil.
4.6. Capacitatea de absorţie a apei influenţează în mod direct caracteristicile mecanice ale
materialului compozit (rezistenţa la rupere, la uzură, duritatea superficială) şi bineînţeles
rezistenţa la ger şi la agenţii chimici.
4.7. Compozitele armate cu fibre nu prezintă un risc de coroziune atât de ridicat precum
armătura din oţel tradiţională, unde apar probleme cu mediile puternic agresive, chimice, care
pot deteriora grav structura.
Pe ansamblu se poate aprecia că materialul compozit cu matrice minerală cu armare
dispersă cu fibre textile are caracteristici de comportare mai bune decât betonul tradiţional,
situaţie dovedită în practică şi confimată prin lucrarea de faţă.
Noutatea temei abordată în lucrare constă în faptul că prin studiile, încercările şi experimentele
realizate s-a demonstrat că se poate obţine un material compozit armat dispers cu fibre de sticlă
eficient, pentru care nu se găsesc informaţii şi studii suficiente.
Complexitatea domeniului abordat precum și a temei studiate în această lucrare, a necesitat o
abordare multidisciplinară și colaborarea cu specialiști din domeniul ingineriei civile sau a
modelării și analizei statistice, reliefându -se (conturându-se) astfel natura interdisciplinară a
temei abordate de autor.
Pe baza rezultatelor obţinute în lucrare s-a ajuns la concluzia că armarea dispersă cu fibre de
sticlă, reduce gradul de deteriorare și prelungește timpul de deformare a compozitului cu matrice
minerală armat dispers.
O parte din cercetările prezentate au constituit obiectul unor lucrări ştiintifice care au fost
publicate în reviste de specialitate sau în volume ale manifestărilor ştiintifice naţionale şi
internaţionale [84, 85, 86, 87, 88, 89, 90].
Contribuţiile personale aduse prin lucrare sunt:
sistematizarea informațiilor legate de materialele textile, în special pentru armarea
materialelor compoziteutilizate în construcţii;
57
structurarea informațiilor legate de alegerea materiei prime folosită la armarea materialelor
compozite;
definirea funcţiilor specifice materialelor textile folosite în domeniul construcțiilor;
realizarea unui material ecologic (compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre), mai
rentabil din punct de vedere economic;
stabilirea procesului optim de prelucrare a fibrelor de sticlă în vederea obținerii de materialele
compozite cu matrice minerală cu distribuție uniformă a materialului dipers de armare;
cercetareaexperimentală a proprietăţilor mecanice ale materialului compozit cu matrice
minerală (rezistenţa la încovoiere, la despicare, compresiune) și optimizarea acestora;
studierea prelucrabilităţii materialului compozit cu matrice minerală armat dispers cu fibre de
sticlă;
utilizarea programului DOE++ pentru modelarea statistico–matematică în vederea optimizării
conținutului de fibrepentru creşterea rezistenţelor mecanice a materialului compozit armat cu
fibre.
cercetarea experimentală a durabilităţii materialului compozit armat dispers.
Diseminarea rezultatelor teoretice şi practice obţinute în lucrare a fost realizată prin:
• lucrări publicate în reviste de specialitate cotate ISI, cu factor de impact: 2
• lucrări publicate în reviste de specialitate:1
• prezentare de lucrări la conferinţe internaţionale: 5
În urma cercetărilor efectuate a rezultat că fibrele textile au potențial în domeniul construcțiilor,
fapt pentru care se identifică câteva direcții de cercetare ulterioară:
• Diversificarea materiei prime folosită la armarea dispersă a materialelor compozite cu
matrice minerală prin utilizarea altor tipuri de fibre de înaltă performanță;
• Controlul anizotropiei materialelor compozite cu matrice minerală prin utilizarea unor
materiale textile cu arhitectură plană – 2D și spațială – 3D;
• Identificarea modului optim de dispunere a structurilor textile 1D în compozitul cu
matrice minerală;
• Studiul comportării mecanice a materialelor compozite cu matrice minerală ranforsate
textil, prin dezvoltarea de materiale textile cu senzori înglobați sau cu materiale
conductive (studierea răspunsului electric).
58
BIBLIOGRAFIE
1. ACI Committee 544 –Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete, Report
544.2R-86, ACI Materials Journal, N°6, November/December, pag. 583-593, 1986.
2. Adanur, S. – Overview of Industrial Textiles, în Wellington Sears Handbook of Industrial
Textiles, editor Adanur, S., Technomic Publishing Co., ISBN 0-8247-9304, pag. 3-11,1995.
3. Adanur, S. – Textile Structural Composites, în Wellington Sears Handbook of Industrial
Textiles, editor Adanur S., Technomic Publishing Co., ISBN 0-8247-9304, pag. 231-268,
1995.
4. Araujo, M. –Fibrous and composite materials for civil engineering applications, editori
Fangueiro, R., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 978 84569 558 3, 2011.
5. Ashby, M.F.– Material Selection in Mechanical Design, Third Edition, Oxford : Elsevier
Butterworth –Heinemann, 2005.
6. ASTM D2256 – Standard Test Method for Tensile Properties of Yarns by the Single-Strand
Method, ASTM collection, vol. 7.1, 2008.
7. Alămoreanu E., Negruţ C., Jiga G., – Calculul structurilor din materiale compozite,
Universitatea “Politehnica" Bucureşti, 1993.
8. Avram C., Bob C., – Noi tipuri de betoane speciale – Facultatea de Construcţii Timişoara,
Ed. Tehnică Bucureşti, 1980.
9. Avram, D. –Structuri Textile Fire, Ed. Performantica, Bucuresti, ISBN 973 8075 61 0, 2005.
10. Avram, D., Mustata, A. - Fire Tehnice – Structura proprietaţi şi domenii de utilizare, Ed.
„Gh. Asachi”, Iasi, ISBN 973 8050 04 9, 1999.
11. Bader, Lekakou – Processing for Laminated Structures, înComposites Engineering
Handbook, editor Hallick, P.K, Marcel Dekker Inc., New York, ISBN 0 8247 9304 8, pag.
450-462, 1997.
12. Bannister, M. – Challenges for Composites into the Next Millennium, Composites Part A:
Applied Science and Manufacturing, vol. 32 Elsevier, Amsterdam, pag. 901-910, 2001.
13. Barker, T. –Quality by Experimental Design, ed. Marcel Dekker Inc., New York, 1985.
59
14. Bărbuță M, Diaconescu RM, Harja M., - Using Neural Networks for Prediction of Properties
of Polymer Concrete with Fly Ash. J Mater Civil Eng, 2012.
15. Bărbuță, M., Marin, E., Cimpeanu,S. M., Paraschiv, G., Lepadatu, D., Bucur, R. D. –
Statistical Analysis of the Tensile Strength of Coal Fly Ash Concrete with Fibers Using
Central Composite Design, Advances in Materials Science and Engineering, Article ID
486232, 2015.
16. Bejan, L., Ţăranu, N., Bârsănescu, P., Cioara, L., Mocanu, F., – Probleme moderne ale
structurilor compozite. CERMI, Iaşi, 2006.
17. Bentur, A., Mindess, S. -Fibre Reinforced Cementitious Composites (second edition). Taylon
& Francis, London and New York, 2007.
18. Berndt, M.L. – Properties of sustainable concrete containing fly ash, slag and recycled
concrete aggregate. Construction and Building Materials, vol. 23, Elsevier, pag. 2606-2613,
2009.
19. Blaşcu, V. – Fibre Textile, Ed Performantica, Bucureşti, ISBN 978 973 730 346 2, 2007.
20. Blutcher, J.T., Narusawa, U., Katsumata, M., Nemeth, A. - Continuos Manufacturing of
Fiber-Reinforced Metal Matrix Composite Wires – Technology and Product Characteritics,
Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 32, Elsevier, Amsterdam, pag.
1759-1766, 2001.
21. Bolander, J.E., Choi, S., Duddukuri, S.R.–Fracture of fiber-reinforced cement composites:
effect of fiber dispersion. Internațional Journal of Fracture, Springer, vol. 154, issue 1-2, pag
73-86, 2008.
22. Bordeianu, D.L. –Fibre textile, Ed. Universităţii din Oradea, vol II, 2005.
23. Bordeianu, D.,L, Gribincea, V.– Fibre textile, vol. I- Proprietăţi generale, Ed. Performantica,
Iaşi, 2002.
24. Bunsell, A.R. – Fibre Development for Composite Materials, în Fibre Reinforcements for
Composite Materials, editor Bunsell, A.R., Composite Materials Series, vol. 2, Elsevier
Science Publishers B.V., Amsterdam, ISBN 0 404 42801, pag. 1-17, 1988.
25. Byrne, C. – Technical Textiles market – an overview, în Handbook of Technical Textiles,
editori Horrocks, A.R., Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1
85573 385 4, pag. 1-23, 2000
60
26. Calundann, G., Jaffe, Jones, R.S., Yoon,, H. – High performance organic fibres for composite
reinforcement, în Fibre Reinforcements for Composite Materials, editor Bunsell, A.R.,
Composite Materials Series, vol. 2, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, ISBN 0
404 42801, pag. 211-248, 1988
27. Ceroni, F., Cosenza, E., Gaetano, M., Pecce, M. –Durability issues of FRP rebars in
reinforced concrete members. Cement & Concrete Composites,vol.26, pag. 857-868, 2006.
28. Chattopadhyay R. – Cap1. Introduction: types of technical textile yarn, Part I Advances in
textile yarn production, Technical textile Yarns-Industrial and medical applications,
Woodhead, Publishing Limited, Cambridge, ISBN 978-1-84569-549-1, pag.4-53, 2010.
29. Chen, X., Gong, R.H. – Technical Yarns, in Handbook of Technical Textiles, editori
Horrocks, A.R., Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573
385 4, pag. 42-60, 2000.
30. Ciobanu, L. – Contribuţii la dezvoltarea şi realizarea tricoturilor cu destinaţie tehnică, Teza
de doctorat, Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” Iaşi, 2003.
31. Ciupac, I. – Beton armat și beton precomprimat , Manual, Editura “TEHNICĂ-INFO”,
Chișinău, pag. 367,2013.
32. Cristescu, N., – Mecanica materialelor compozite, Vol.1, Universitatea Bucureşti, 1983.
33. Cochran W.G., Gertrude M.C, – Experimental Design, John Wiley & Sons Inc., New
York,1965.
34. Croarkin C., Tobias P., – e-Handbook of Statistical Methods, editor Mary Natrella, 2003.
35. David, J.W. -Fly Ash Soil Stabilization for Non- Uniform Subgrade Soils. Properties and
Construction Guidelines, vol. 1, London, 2005.
36. David Rigby Associates –Technical textile and nonwovens: world market forecasts to 2010,
2010.
37. Diefendorf, R.J. – Carbon/Graphite Fibers, in Engineered Material Handbook, ASM
International Handbook Committee, volume I “Composites”, ISBN 0 87170 279 7, pag.
49-53, 1989.
38. Dow, N.F. Ramnath, V. – Analysis of Woven Fabrics for Reinforced Composite Materials,
NASA Contract Rept. 178275, 1987.
61
39. Dreschler, K. – 3-D Textile Reinforced Composites for the Transportation Industry, în 3D
Reinforcements in Composite Materials, editor Miravete, A., CRC Press, Woodhead
Published Ltd., UK, ISBN 185573 376 5, pag. 43-65,1999.
40. Dudgeon, C. – “Polyester Resins”, în “Engineered Material Handbook”, ASM International
Handbook Committee, volume I “Composites”, 1989, ISBN 0 87170 279 7, p. 90-96
41. Fangueiro R., – Fibrous and composite materials for civil engineering applications, editori
Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 978 84569 558, 2011.
42. Fisher, G. – Intelligent Textiles for Medical and Monitoring Applications, Technical Textiles
International, pag. 11-14, 2001.
43. Fitzer, E., Heine, M. – Cabon fibre manufacture and surface treatment, în Fibre
Reinforcements for Composite Materials, editor Bunsell, A.R., Composite Materials Series,
vol. 2, Elsevier Science Publishers, Amsterdam, ISBN 0 404 42801, pag. 73-148 , 1988.
44. Florentine, R.A. – “Magnaweave Process – from Fundamentals to Applications”, Textile
Research Journal, nr. 10/1983, p. 620-623
45. Fukuta et al. în 15th Textile Research Symposium, the Textile Machinery Society of Japan,
Osaka, 1984, p. 36-38
46. Fung, W. – Textiles in Transportation, în Handbook of Technical Textiles, editori Horrocks,
A.R., Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573 385 4, pag.
490-528, 2000.
47. Ganga R. et al. – Reinforced Concrete Design with FRP Composites. CRC Press, London,
2007.
48. Geier, M.H. –Quality Handbook for Composite Materials, Chapman&Hall, London, 1994.
49. Geoghehan, P.J. – DuPont ceramics for structural applications – the SEP Noveltex
technology, 3rd Textile Structural Composites Symposium, Philadelphia, USA, 1-2 iunie,
1988.
50. Gherman L., Florea N., P. Mihai, C-tin Cozmescu – Caracteristici mecanice ale betonului
armat dispers cu fibre metalice , Universitatea Tehnicã „Gh. Asachi“,Revista Constructiilor
nr. 37 – mai 2008.
51. Ghid de proiectare pentru controlul fisurarii elementelor masive si peretilor structurali de
beton armat datorita contractiei impedicate - Indicativ GP 115-2011.
62
52. Gosnell, R.B. – Thermoplastic Resins, în Engineered Material Handbook, ASM International
Handbook Committee, volume I “Composites”, 1989, ISBN 0 87170 279 7, p. 97-104
53. Gram H.E.– Durability of Natural Fibers in Concrete, Stockholm, pag 225, 1985.
54. Green J.R., Margerison D. – Statistical Treatment of Experimental Data,Elsevier,Amsterdam,
Olanda, 1978.
55. Gribincea, V. –Fibre Textile, Ed Performantica, Bucuresti, ISBN 978 973 730 535 0, 2008.
56. Gupta, P.K. – Glass fibre for composite materials, în Fibre Reinforcements for Composite
Materials, ediotr Bu8nsell, A.R., Composite Materials Series, vol. 2, Elsevier Science
Publishers B.V., Amsterdam, ISBN 0 404 42801, pag.19-72, 1988.
57. Guttman I.W., Hunter J.S. –Introductory Engineering Statistics, Jon Wiley & Sons Inc.,New
York, 1982.
58. Hadăr, A., – Probleme locale la materiale compozite, Teză de doctorat, U.P.B., 1997.
59. Hamsen, G.E. –Tests for Reinforcement Fibers, în Engineered Material Handbook, ASM
International Handbook Committee, volume I “Composites”, ISBN 0 87170 279 7, pag. 285-
288, 1989.
60. Hamsen, N.W. – Carbon Fibers, în Engineered Material Handbook, ASM International
Handbook Committee, vol. I “Composites”, ISBN 0 87170 279 7 pag. 112-113, 1989.
61. Hardman, E. – Textiles in Filtration, în Handbook of Technical Textiles, editori Horrocks,
A.R., Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573 385 4, pag.
316-357, 2000.
62. Heide, M. – “Spacer Fabrics: Trends”, Kettenwirk-Praxis, E17-E20, pag. 41-84, 2001.
63. Heide, M. – “Spacer Fabrics with Specific Protective Characteristics”, Melliand
International, 124-E 1125, pag. 506-508, 2000.
64. Herzsberg, I. – Bannister, M.K., Leong, K.H., Falzon, P.J. – Research in Textile Composites
at the Cooperative Research Centre for Advanced Composite Structures, Journal of the
Textile Institute, vol. 88, pag. 52-74, 1997.
65. Hill, B.J., McIlhagger, R. – Resin Impregnation and Prediction of Fabric Proprieties, in “3D
Reinforcements in Composite Materials”, editor Miravete, A., CRC Press, Woodhead
Published Ltd., UK, , ISBN 185573 376 5, p. 285-305, 1999.
66. Hollaway, L. – Glass Reinforced Plastics in Construction: Engineering Aspects, Surrey
University Press, Glasgow, ISBN 0 903384 21 3, 1978.
63
67. Holmes, D.A. – Waterproof Breathable Fabrics, in Handbook of Technical Textiles, editori
Horrocks, A.R., Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573
385 4, pag.282-314, 2000.
68. Horrocks, A.R., Anand, S.C. –Handbook of technical textiles, The Textile Institute, 2000.
69. Hyer, M.W. – Stress Analysis of Fiber-Reinforced Composite Materials, WCB McGraw-Hill,
Boston, ISBN 0 07 016700 1,1997.
70. Ifju, P.G. – Instrumentation Practices for Tension & Shear Testing of Composite Materials,
în Manual on Experimental Methods for Mechanical Testing of Composites, Jenkins, C.H.
editor, Fairmont Press Inc., a 2a ediţie, ISBN 0 88173 284 2, pag. 101-111, 1989.
71. Ilinoiu O. G. –Cauze si factori de degradare a betonului si betonului armat [I ] Coroziunea
Betonului – Revista Constructiilor februarie 2006.
72. Isopescu D., Oprisan G.,Tăranu N., Drăghici G. – Materiale compozite, Universitatea Tehnică
Iasi, Facultatea de Constructii si Arhitectură, 2000.
73. Jones, R. M., – Mechanics of Composite Materials, Scripta Book, Washington D. C., 1975
74. Juska, T.D., Puckett, P.M. – Matrix Resins and Fiber/Matrix Adhesions, în Composites
Engineering Handbook, editor Hallick, P.K, Marcel Dekker Inc., New York, ISBN 0 8247
9304 8, pag. 101-166, 1997.
75. Kaw, A.K. – Mechanics of Composite Materials, CRC Press, New York, ISBN 0 8493 9656
5, 1997.
76. Krenchel H. –Durability of Polypropylen Fibres in Concrete, Nordic Concrete Research,
N°6, Oslo, Decembre, pag. 143- 154, 1987.
77. Ko, F.K. – Textile Composites for the New Millenium, Proceeding of the 30th Textile
Research Symposium at Mt. Fuji in the New Millenium, Japan, 2001.
78. Kumar, S. – Fibers, Fabrics and Fillers, în Composites Engineering Handbook, editor
Hallick, P.K, Marcel Dekker Inc., New York, ISBN 0 8247 9304 8, pag. 51-100, 1997.
79. Lomov, S.V., Huysmans, G., Luo, Y., Parnas, R.S., Prodomou, A., Verpoest, I., Phelan, F.R.
– Textile composites: modelling strategies, Composites Part A: Applied Science and
Manufacturing, vol.32A, Elsevier, Amsterdam, pp. 1379-1394,2001.
80. Mallick, P.K. – Introduction: Definitions, Classifications and Applications, în Composites
Engineering Handbook, editor Hallick, P.K, Marcel Dekker Inc., New York, ISBN 0 8247
9304 8, pag. 1-50, 1997.
64
81. Manea, L., R., – Tehnologii de obtinere a nanofibrelor prin electrofilare, Ed. Tehnopress,
Iaşi, 2011.
82. Manea, L., R., – Textile inteligente. Materiale si sisteme inteligente, Ed. Tehnopress, ISBN
978-973-730-702-535-7, pag. 205, 2008.
83. Manea, L., R., – Structuri textile inovative, Ed. Performantica, ISBN 973-730-229-X, 978-
973-930-229-8, pag. 149, 2006.
84. Marin, E., Bărbuță, M., Ciobanu, L., Cioară, I., Ionesi D. S., Dumitras C., – Study regarding
the optimization of the mechanical behaviour of glass fibre reinforced concrete, Journal of
Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 16, No. 11-12, November - December, pag.
1411 – 1417, 2014.
85. Marin, E., Bărbuță, M., Ciobanu, L., Cioară, I.,–Development of concrete with glass yarn
reinforcement, 15th Romanian Textiles and Leather Conference, ISSN-L 2285-5378, pag.
211-214, CORTEP 2014.
86. Marin, E., Bărbuță, M., Ciobanu, L., Cioară, I., –Practical issues related to the processing of
fibre reinforced concrete made with reycled materials, 14th SGEM GeoConference on
Energy and Clean Technologies, SGEM2014 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-
16-2 / ISSN 1314-2704, June 19-25, Vol. 2, pag 191-198, 2014.
87. Marin, E., Bărbuță, M., Ciobanu, L., Cioară, I., –Practical aspects related to the testing of
FRC, Technical Textiles.Buletinul Institutului Politehnic Iaşi, Secţiunea Textile
Pielărie,Tomul LIX(LXIII), fasc 4, pag. 39-47, 2013.
88. Marin, E., Cioară, I, Ciobanu, L., –Study regarding the mechanical behaviour of high
performance fibres, ISKA, Lucrare publicată în volumul „INTERNATIONAL SYMPOSIUM
IN KNITTING AND APPAREL”, ISKA, Textiles of the Future, organizată de „Gheorghe
Asachi” Technical University of Iaşi, Faculty of Textiles Leather and Industrial Management,
21-22 Iunie,Iaşi, România, ISSN 2069 –1564, pag. 428-433, 2013.
89. Marin, E., Bărbuță, M., Ciobanu, L., Cioară, I.,–Production of textile reinforced concrete,
14th Romanian Textiles and Leather Conference, CORTEP, 6-8 September, Sinaia, Romania,
ISSN: 2285-5378, pag. 289-291, 2012.
90. Marin, E., Bărbuță, M., Ciobanu, L., Cioară, I., –Mechanical behaviour of reinforcement
geotextiles made of warp knitted fabrics, 14th Romanian Textiles and Leather Conference,
CORTEP, 6-8 September, Sinaia, Romania, ISSN: 2285-5378, pag. 275-284, 2012.
65
91. Mathews, F.L. , Rowlings, R.D. –Composite Materials: Engineering and Science, Woodhead
Published Ltd, UK, ISBN 1-85573-473-7, 1999.
92. Matsuo, T., Suresh, M.N. – The Design Logic of Textile Products, editat de Harisson, P.W.,
Textile Progress, vol. 27, nr. 3, 2000.
93. May, C.A. –Epoxy Resins, în Engineered Material Handbook, ASM International Handbook
Committee, vol. I “Composites”, ISBN 0 87170 279 7, pag. 66-67, 1989.
94. Mâlcomete, O., Blaşcu, V., Homutescu, J. –Fibre textile, Editura Fundaţiei Academice “Gh.
Zane”, Iaşi, 2000.
95. McConnel, R., Popper, P. – Complex Shaped Braided Structures, U.S. Patent 4,719,837
96. Methuen, J.M. – Specifications, test methods and quality control of advanced composites, în
“Engineered Material Handbook”, ASM International Handbook Committee, volume I
“Composites”, ISBN 0 87170 279 7, pag. 145-170,1989.
97. Mihail R.‚ –Introducere în strategia experimentării cu aplicaţii în tehnologia chimică, Ed.
ŞtiințăşiEnciclopedică, Bucureşti, 1976.
98. Miller, D.M. – Glass Fibers în Engineered Material Handbook, ASM International
Handbook Committee, volume I “Composites”, ISBN 0 87170 279 7 pag. 45-48, 1989.
99. Miraftab, M. – Technical Fibres, în Handbook of Technical Textiles, editori Horrocks, A.R.,
Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573 385 4, pag. 24-40,
2000.
100. Montgomery, D.C. – Design and Analysis of Experiments, a 3a ediţie, John Wiley&Sons,
Inc., New Zork, 1991.
101. Mouritz, A.P., Bannister, M., Falzon, P.J., Leong, K.H. – Review of Applications for
Advanced Three - Dimensional Fibre Textile Composites, Composites Part A: Applied
Science and Manufacturing, vol.30, Elsevier, Amsterdam, pag. 1445-1461, 1999.
102. Muckhopadhyay, S.K. –High-performance Fibres, Textile Progress, vol. 25, nr. 3/4, Textile
Institute, ISBN 1 870812 66 1, 1993.
103. Ogin, S. – Textile-Reinforced Composite Materials, în Handbook of Technical Textiles,
Horrocks, A.R., Annand, S.C. editori, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1
85573 385 4, pag. 264-279,2000.
104. Oneţ T., Kiss Z., Becski A. –Efectul fisurării asupra durabilităţii betonului, Ovidius
University Annals of Constructions, 2000.
66
105. OneţT., –Durabilitatea betonului armat, Editura tehnică, Bucuresti, 1994.
106. Oucief, H., Habita, M.F., Redjel, B. - Hybrid fiber reinforced self-compacting concrete:
hardened properties. International Journal of Civil Engineering, vol. 4, no. 2, 2006, pp. 77-85.
107. Pavel, R., –Contribuţii privind implementarea materialelor compozite în construcţia de
maşini, Teză de doctorat, Bucureşti, 1999.
108. Pebly, H.E. – Glossary of Terms, ASM International Handbook Committee, volume I
Composites, ISBN 0 87170 279 7, pag. 1-26,1989.
109. Peters, S.T. –Handbook of Composites, Chapman & Hall London, 1998.
110. Phillips, L.N. – Fabrication, in Design with Advanced Composite Materials, editor Phillips,
L.N., Design Council, London, ISBN 0 85072 238 1, pag. 37-68, 1989.
111. Phillips, L.N. – Introduction, in “Design with Advanced Composite Materials”, editor
Phillips, L.N., Design Council, London, ISBN 0 85072 238 1, pag. 1-32, 1989.
112. Pigliacampi, J. – Aramid Fibers, in Engineered Material Handbook, ASM International
Handbook Committee, volume I “Composites”,ISBN 0 87170 279 7, pag. 114-115, 1989.
113. Pigliacampi, J. – Organic Fibers, in Engineered Material Handbook, ASM International
Handbook Committee, volume I “Composites”, ISBN 0 87170 279 7, pag. 54-57, 1989.
114. Pebly, H.E. – Glossary of Terms, în Engineered Material Handbook, ASM International
Handbook Committee, volume I Composites, ISBN 0 87170 279 7, pag. 1-26, 1989.
115. Pritchard, M., Sarsby, R.W., Annand, S.C. – Textiles in civil engineering. Part 2 – Natural
fibre geotextiles, în Handbook of Technical Textiles, editori Horrocks, A.R., Annand, S.C.,
Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573 385 4, pag. 372-406,2000.
116. Rankilor, P.R. – Textiles in civil engineering. Part 1 – Geotextiles, în Handbook of
Technical Textiles, editori Horrocks, A.R., Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd.,
Cambridge, UK, ISBN 1 85573 385 4, pag. 358-371,2000.
117. Rawcliff, N. – Conductive Textiles Already Revolutionising Our Lives, Technical Textiles
International, 9, pag. 25-28, 2001.
118. Reinhardt, T.J., Clements, L.L. – Introduction to Composites, în Engineered Material
Handbook, ASM International Handbook Committee, volume I “Composites”, ISBN 0 87170
279 7, pag. 24-27, 1989.
67
119. Rigby, A.J., Anand, S.C. – Medical textiles, în Handbook of technical textiles, editori
Horrocks, A.R., Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573
385 4, pag. 407-424, 2000.
120. Rosato,D.V. –Designing with Reinforced Composites, Hanser Publishers, USA, ISBN 1-
56990-211-9, 1997.
121. Saville, B.P. – Physical Testing of Textiles, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge,
England, ISBN 0 8493 0568 3, 1999.
122. Scardino, F. – An Introduction to Textile Structures and their Behaviour, în Textile
Structural Composites, Composite Materials Series, vol. 3, editori Tsu-Wei Chou, Ko, F.K.,
Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, ISBN 0 444 42992 1, pag. 1-24,1989.
123. Schoenberg, T. –Boron and Silicone Carbide Fibers, în Engineered Material Handbook,
ASM International Handbook Committee, vol. I Composites, ISBN 0 87170 279 7, pag. 58-
59, 1989.
124. Scott, R.A. – Textiles in Defence, în Handbook of Technical Textiles, editori Horrocks, A.R.,
Annand, S.C., Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, ISBN 1 85573 385 4, pag. 425-
460, 2000.
125. Slabu, V. – Elemente de statistica, Ed. Tehnica-INFO, Chişinău, 2007.
126. SR EN 12390-1:2013, Încercare pe beton întărit. Partea 1: Formă, dimensiuni şi alte
condiţii pentru epruvete şi tipare.
127. SR EN 12390-2:2009, Încercare pe beton întărit. Partea 2: Pregătirea şi păstrarea
epruvetelor pentru încercări de rezistenta.
128. SR EN 12390-3:2005 Încercare pe beton întărit. Partea 3: Rezistenţa la compresiune a
epruvetelor.
129. SR EN 12390-4:2005 Încercare pe beton întărit. Partea 4: Rezistenţa la întindere prin
despicare a epruvetelor.
130. SR EN 12390-5:2005 Încercare pe beton întărit. Partea 5: Rezistenţa la întindere prin
încovoiere a epruvetelor.
131. Swamy R.N., Mangat P.S., Rao C.V. – The Mechanics of Fibre Reinforcement of Cement
Matrices in Fibre Reinforced Concrete, International Symposium, Ottawa 1973, ACI
Publication SP-44, Detroit,pag. 1-28, 1974.
68
132. Taloi, D., Bratu, C., Florian, E., Berceanu, E. – Optimizarea proceselor metalurgice,
Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1983.
133. Teodoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L.– Durabilitatea betonului, Editura Tehnica- 1982.
134. Titu, M. –Statistica tehnica si proiectarea experimentelor, Ed. Universitatii “L. Blaga”,
2005.
135. Tuleaşcă L. – Contribuţii la realizarea structurilor de rezistenţă cu ajutorul betoanelor
fibrate, Teză de doctorat, Universitatea Tehnică Gh. Asachi, Iaşi, 1999.
136. Ţăranu, G., Budescu, M., Lungu, I., Ţăranu, N., Pleşu, G., Susan, M.,– Materiale compozite
cu fibre sintetice, o soluţie eficientă pentru lucrările de construcţii. Asociaţia Inginerilor
Constructori Proiectanţi de Structuri (AICPS), 2010
137. Ţăranu N., Oprisan, G., Taranu, G., Bejan, L., Budescu, M., –Glass fibre reinforced textile
composites strengthening solutions for masonry arches, SSE '09: Proceedings of the 11th
Wseas International Conference on Sustainability in Science Engineering, ISSN: 1790-2769,
ISBN: 978-960-474-080-2,pag: 514-519, 2009.
138. Ţăranu N., Oprisan G., Budescu M., Taranu G., Bejan L., – Improving structural response
of masonry vaults strengthened with polymeric textile composite strips, Latest Trends on
Engineering Mechanics, Structures, Engineering Geology Book Series: Mathematics and
Computers in Science and Engineering, ISSN: 1792-4294, ISBN: 978-960-474-203-5, pag.
186-191, 2010
139. Ţăranu N., Ţăranu G., Budescu , M., Oprişan, G., Munteanu, V., – FRP strengthened
masonry arches for monumental buildings, FRPRCS-9 Sydney, Australia, ISBN: 978 0
9806755 0 4, 2009.
140. Ţăranu N., Oprişan G., Budescu M.and Gosav I., – Hollow concrete poles with Polymeric
Composite Reinforcement, Journal of Applied Sciences, 2009,
141. Ţăranu N., Oprisan G., Budescu M., Banu C., Munteanu V., Ionita O., –Tensile
characteristics of glass fibre reinforced polymeric bars. In: Romanian Journal of Materials,
Vol. 40, No4, 323-331, 2010.
142. Vasiliev, V.V., Morozov, E. –Mechanics and Analysis of Composite Materials, Published by
Elsevier Science 2001-02-22, ISBN 13: 9780080427027, 2001.
69
143. Walker, R.P., Adanur, S. – Classification of Fabrics, Wellington Sears Handbook of
Industrial Textiles, editor Adanur, S., Technomic Publishing Co., ISBN 0-8247-9304, pag.
87-95, 1995.
144. Watson, J.C. – Glass Fibers, în Engineered Material Handbook, ASM International
Handbook Committee, vol. I Composites, ISBN 0 87170 279 7, pag. 107-111, 1989.
145. Yang, H.H. – Kevlar Aramid Fiber, John Wiley & Sons Ltd., Chicester, England, ISBN 0
471 9365 7, 1993.
146. Yang, H.H. – Aramid fibres, în Fibre Reinforcements for Composite Materials, editor
Bunsell, A.R., Composite Materials Series, vol. 2, Elsevier Science Publishers B.V.,
Amsterdam, ISBN 0 404 42801, pag. 250-327, 1988.
147. Yang, Y., Boom, R., Irion, B., Jan van Heerden, D., Kuiper, P., de Wit, H. – Recycling of
composite materials, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 51, pag.
53-68, 2012.
148. Zhao, F.Q., Ni, W. – Activated fly ash/slag blended cement. Resources, Conservation and
Recycling, vol. 52, pag. 303-313, 2007.
149. Zweben, C. – Overview of Composite in Civil Engineering and the Infrastructure, în
Mechanics of Composite Materials and Structures, editori Mota Soares, C.A., Mota Soares,
C.M., Freitas, M.J.M., vol. I “Main Lectures”, Portugal, 12-24 iulie, pag. 361-378, 1998.
150. *** http://www.revistaconstructiilor.eu/wpcontent/uploads/2008/05/nr_37_mai_2008.pdf,
consultat la data de 18.02.2013.
151. *** http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2008/04/30/durabilitatea-elementelor-
din-beton-armat-concepte-moderne/, consultat la data de 15.04.2013.
152. *** https://www.moresteam.com/toolbox/design-of-experiments.cfm, consultat la data de
15.04.2013.
153. ***http://www.rasfoiesc.com/inginerie/constructii/Rezistentele-mecanice-ale-beto21.php,
consultat la data de 16.04.2013.
154. ***http://www.mentorbeton.ro/principalele-ingrediente-in-constructia-unei-case/betonul-
scurt-istoric_731.html, consultat la data de 16.04.2013.
155. ***http://www.howconcreteworks.com, consultat la data de 16.04.2013.
156. ***http://www.dex-tex.info, accesat la data de 28.05.2014.
157. *** http://www.resist.pub.ro/Cursuri_master/SMC, accesat la data de 22.03.2014.
70
158. ***http://www.dw.de/fibre-de-carbon-un-material-nou-pentru-constructia-de-poduri,
accesat la data de 28.05.2014.
159. *** http://www.messefrankfurt.com, consultat la data de 25.01.2012.
160. ***http://www.eesc.europa.eu, accesat la data de 12.04.2014.
161. ***http://plase.net/produse/plase-protectie/plasa-contra-pasari/, accesat la data de
18.07.2012.
162. *** http://www.emidale.ro/,
163. ***http://www.tesaturi-textile.ro/produse/tesaturi+sintetice/tesaturi+impermeabile,
accesat la data de 18.07.2012.
accesat la data de 18.07.2012.
164. ***http://www.trisoplast.nl/, accesat la data de 18.07.2012.
165. ***http://www.temco.ro/proteze-vasculare-tricotate-ro, accesat la data de 18.07.2012.
166. ***http://orthostreams.com/2012/05/biomedical-structures-introduces-breakthrough-
textile-weaving-for-tendons-ligaments/, accesat la data de 18.07.2012.
167. ***http://www.vopsitoriemasini.ro/tapiterie/, consultat la data de 22.02.2013.
168. ***http://www.321auto.ro/centura-de-siguranta-salveaza-vieti/, consultat la data de
22.02.2013.
169. ***http://www.dds-filter.com/de/online-meeting, consultat la data de 22.02.2013.
170. ***http://cgilrimini.com/protectia-muncitorului-in-constructii-la-locul-de-munca/,
consultat la data de 22.02.2013.
171. ***http://www.romtech.ro/cbrn/protectie-cbrn/protectie-individuala.html, consultat la
data de 22.02.2013.
172. ***http://www.archiexpo.com/architecture-design-manufacturer/concrete-facade-panel-
6237.html, consultat la data de 22.02.2013.
173. ***http://www.constructalia.com, consultat la data de 22.02.2013.
174. ***http://civilengineeringandme.wordpress.com, consultat la data de 20.02.2013
175. ***http://aditivi.afacereamea.ro/betoane-si-mortare/armare, consultat la data22.02.2013
176. ***http://buildipedia.com/aec-pros/from-the-job-site/zaha-hadids-heydar-aliyev-cultural-
centre-turning-a-vision-into-reality, consultat la data de 22.02.2013.
177. ***http://www.holcim.ro/produse-si-servicii/produse/ciment.html, consultat la data de
22.01.2015.
71
178. ***http://www.casamea.ro/casa/constructii/materiale/cimentul-portland-4920, consultat la data de 22.01.2015.
179. ***http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S6/24.pdf, consultat la data de 20.01.2015.
180. ***http://geotextile.ro/geotextile/aplicatii.php, consultat la data de 12.01.2015.
181. ***https://webapi.eesc.europa.eu/...2012.../content, consultat la data de 12.01.2015.
182. *** http://www.ce.berkeley.edu/, consultat la data de 12.01.2015.
183. *** http://plasedepescuit.ro/vintir accesat la data de 18.07.2012
184. *** http://www.archiexpo.com/architecture-design-manufacturer/architectural-fabric-
6672.html, consultat la data de 12.01.2015.
185. *** http://www.domafon.ro/produse/protectii-pentru-saltele/protectie-saltea-antiacarieni/
186. *** http://www.all-for-home.ro/desprenoi, consultat la data de 11.01.2015.
187. *** http://www.sistemendustriyel.net, consultat la data de 11.01.2015.
188. ***http://www.ro-ambalaje.ro/37-articol-ambalaje-din-materiale-textile-
caracteristici.html, consultat la data de 12.01.2015.
189. *** http://www.cottontex.ro/, consultat la data de 22.01.2015.
190. *** https://webapi.eesc.europa.eu/...2012.../content, consultat la data de 22.01.2015.
191. *** http://www.vetrotextextiles.com /, consultat la data de 22.01.2013.
