JOURNAL ANALISIS STRUKTUR III

PENELITIAN BETON DAN SEMEN

journal homepage: http://ees.elsevier.com/CEMCON/default.asp

Disusun dan diterjemahkan oleh:

Hafidh Al Asy’ari

5095111020

PROGRAM S1 TEKNIK SIPIL

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS TEKNOLOGI YOGYAKARTA

2011

Autogenous healing of engineered cementitious composites under wet–dry cycles

Yingzi Yang 1, Michael D. Lepech, En-Hua Yang, Victor C. Li

Department of Civil and Environmental Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109-2125, USA

ABSTRAK

Penyembuhan diri Engineered cementitious Komposit (ECC) dikenai dua siklus yang berbeda pembasahan dan pengeringan rezim diteliti dalam makalah ini. Untuk mengukur penyembuhan diri, pengukuran frekuensi resonansi dilakukan sepanjang siklus pembasahan-pengeringan diikuti dengan pengujian tarik spesimen ECC uniaksial penyembuhan diri. Melalui penyembuhan diri, ECC retak-rusak pulih 76% sampai 100% dari nilai frekuensi resonansi awal dan mencapai rebound berbeda dalam kekakuan. Bahkan untuk spesimen sengaja pra-rusak dengan microcracks oleh loading sampai regangan tarik 3%, kapasitas regangan tarik setelah penyembuhan diri pulih mendekati 100% bahwa dari spesimen perawan tanpa preloading apapun. Juga, efek dari suhu selama siklus pembasahan-pengeringan menyebabkan peningkatan kekuatan ultimate tetapi sedikit penurunan dalam kapasitas regangan tarik spesimen pra-rusak rehealed. Makalah ini menjelaskan penelitian eksperimental dan menyajikan data yang mengkonfirmasi penyembuhan autogenous cukup kuat ECC dalam lingkungan biasa ditemui untuk berbagai jenis infrastruktur.

© 2009 Elsevier Ltd All rights reserve

1. Latar Belakang

Struktur beton retak dapat terjadi dalam setiap tahap kehidupan. Karena material beton itu sendiri sebagai dalam kasus penyusutan terkendali, atau faktor eksternal seperti akibat beban berlebihan, paparan lingkungan yang keras, prosedur konstruksi yang buruk, atau kesalahan desain. Celah memiliki banyak efek negatif terhadap kinerja mekanis dan durabilitas struktur beton. Pengembangan beton yang dapat secara otomatis kembali ini hilangnya kinerja sangat diinginkan. Sejalan dengan hal ini, penyembuhan diri dari beton retak, umumnya dikenal sebagai penyembuhan autogenous, adalah sebuah fenomena yang sering dipelajari [1-12] investigasi eksperimental. dan pengalaman praktis telah menunjukkan bahwa retakan di cementitiousmaterials memiliki kemampuan untuk menutup diri mereka sendiri, misalnya air yang mengalir melalui beton retak melambat dari waktu ke waktu. Dalam kasus ekstrim, ini retakan yang dapat ditutup sepenuhnya.

Bahan kimia rumit / proses fisik penyembuhan diri-retak pada beton sebelumnya telah diselidiki [2-5]. Pengaruh berbagai parameter pada penyembuhan diri, termasuk lebar retak, tekanan air, pH air penyembuhan, suhu, kesadahan air, konsentrasi air klorida, dan komposisi beton, telah dibahas dalam karya-karya sebelumnya. Mekanisme berikut penyembuhan autogenous pada beton telah dikutip: hidrasi lebih lanjut dari semen tidak bereaksi [2,5], ekspansi beton di sisi-sisi retak (pembengkakan C-S-H), kristalisasi (kalsium karbonat), penutupan retak oleh materi padat (kotoran) di celah thewater dan closingof oleh partikel beton yang rusak akibat retak spalling [4]. Di antara ini, banyak peneliti telah menunjukkan bahwa kristalisasi calciumcarbonatewithin retak adalah mekanisme utama untuk penyembuhan diri dari beton jatuh tempo [2-6].

Biasanya, Formula versi amodified dari Poiseuille digunakan untuk menjelaskan aliran air dalam beton yang retak [5]. Model ini, berasal dari aliran teori plat paralel dengan fluida mampat, bersama dengan hasil eksperimen, menunjukkan bahwa lebar retak merupakan faktor dominan tidak efektif melibatkan fivemechanisms di atas diri-penyembuhan. Oleh karena itu, banyak dari karya-karya sebelumnya telah tersirat perlunya pengendalian retak lebar efektif untuk mencapai penyembuhan diri dalam bahan semen. Sayangnya, retak lebar dalam struktur beton tergantung pada bala bantuan baja tidak mencapai keandalan yang memadai untuk penyembuhan diri yang kuat untuk mengambil tempat.

Engineered semen Komposit (ECC) adalah jenis yang unik serat kinerja tinggi diperkuat komposit semen. ECC fitur daktilitas tarik tinggi (kapasitas regangan tarik) dengan kadar serat sedang, biasanya 2% volume. Dari minat khusus adalah kemampuan bahan ECC untuk berubah bentuk untuk strain tarik tinggi di bawah beban, umumnya lebih dari 3%, sambil mempertahankan lebar retak ketat dari sekitar 60 pM sampai kegagalan [13], Gambar asshownin. 1. ECC dengan lebar retak mengendalikan diri serendah 20 pM telah dikembangkan [14]. Ini lebar retak steady state dapat dilihat sebagai aset yang material yang melekat ECC, mirip dengan kuat tekan atau modulus elastis. Dengan karakteristik ini, ECC materi diharapkan memiliki potensi yang baik untuk melakukan penyembuhan diri dalam berbagai kondisi lingkungan, bahkan ketika komposit yang dikencangkan untuk strain beberapa persen. Pembentukan diri-penyembuhan dalam ECC terlihat untuk meningkatkan termductility-panjang dan daya tahan ECC setelah retak, dan membangun bahan rekayasa lebih tahan lama sipil.

The crackwidth ketat di ECC merupakan hasil dari kemampuannya untuk pengalaman di retak-withmuch propagasi dari retak flankmaintaining konstan (steady state) crackwidth sebagai panjang retak meningkat tanpa batas [15]. Tidak seperti beton normal atau beton berserat, fitur ini memungkinkan ECC kontrol diri dengan lebar retak independen dari baja memperkuat rasio

dan struktur dimensi. Dengan karakteristik ini, lebar retak kecil di spesimen untuk penelitian laboratorium identik dengan yang di structures.When skala penuh dikombinasikan dengan pengerasan regangan-tarik di ECC, diinginkan crackwidth

kecil dapat dengan mudah dikenakan pada spesimen ECC untuk memeriksa rehealing retak kerusakan, tanpa memerlukan kontrol umpan balik seperti dalam kasus pengendalian retak dalam ketegangan lembek beton normal atau beton berserat.

Sedangkan pengetahuan tentang proses penyembuhan diri pada beton tersedia, spesifik sehubungan dengan penyembuhan diri di ECC terbatas, terutama dalam hal terkena berbagai kondisi lingkungan. Kondisi ini bisa sangat bervariasi dan meliputi: ofwind aksi pengeringan dan sinar matahari; hujan air yang mengandung senyawa sulfur terlarut dari polutan industri (hujan asam yaitu); jembatan-dek run-off atau semprot jalan terkontaminasi dengan garam klorida dari deicing; pembekuan dan pencairan tindakan; serangan sulfat dan karbonasi. Penelitian ini berfokus pada penyembuhan diri pra-rusak bahan ECC dewasa (usia enam bulan) di bawah siklik pembasahan dan pengeringan.Wetting dan drying was digunakan sebagai metode uji dipercepat untuk mensimulasikan kondisi lingkungan luar struktur inwhich ECC dikenakan tindakan pengeringan angin dan matahari dan membasahi oleh limpasan hujan atau pencairan salju. Kerusakan Spesimen yang memaksakan oleh tensionloading ke jumlah tetap strain tarik. Sebagai spesimen menyembuhkan diri di bawah siklik terkena pembasahan dan pengeringan

lingkungan, dimonitor perubahan frekuensi resonansi menunjukkan luas dan tingkat penyembuhan diri. Selain melaporkan data ini, pemulihan sifat mekanik dan transportasi ECC setelah penyembuhan diri sendiri, juga disajikan.

2. Program Eksperimental

2.1. Self-healing metode pemeriksaan

Dalam penelitian ini, pengukuran frekuensi resonansi, uji tarik uniaksial dan pengujian permeabilitas air digunakan untuk mengukur perilaku penyembuhan diri sendiri dalam hal pemulihan sifat mekanik dan transportasi. Metode-metode pengujian secara singkat sebagai berikut.

2.1.1.Resonan frekuensi pengukuran Frequencymeasurement Thematerial resonan berdasarkan ASTMC215 (Cara uji untuk Transverse Fundamental, longitudinal, dan torsional Resonant Frekuensi Beton Spesimen) tampaknya menjadi teknik sangat menjanjikan dan relatif sederhana untuk memantau tingkat dan laju penyembuhan autogenous. Metode test (ASTM C215), yang bergantung pada perubahan frekuensi resonansi, telah terbukti merupakan ukuran yang baik degradasi material akibat kerusakan membeku mencair dan secara khusus referencedwithin ASTMC666 untuk thawevaluation membeku. Dalam karya ini, bagaimanapun, daripada mengukur kerusakan, teknik ini (menggunakan

mode frekuensi melintang) disesuaikan sebagai ukuran perkiraan cakupan dan tingkat penyembuhan diri di crackedmaterial, ketika penyembuhan dilihat sebagai pengurangan kerusakan material. ECC spesimen berukuran 230 mm dengan 76 mm dengan 13 mmwere disiapkan untuk penelitian ini.

Penelitian pendahuluan [16] menunjukkan bahwa hubungan bi-linear ada antara frekuensi resonansi dan kerusakan ECC beberapa retak (deformasi yaitu regangan tarik) untuk pre-loaded Speci ECC-mens (Gbr. 2). Sifat bilinear kemungkinan akibat dari peningkatan jumlah retak serta peningkatan crackwidth sebesar nilai regangan kecil (di bawah sekitar 1%), sedangkan tarik lebih tegang adalah menemani-modated terutama dengan meningkatkan jumlah microcracks dengan rata-rata lebar retak remainingmore atau kurang konstan. Hal ini menyebabkan penurunan tajam di frekuensi resonansi dengan nilai regangan yang lebih kecil, dan pembusukan lebih lambat pada nilai regangan lebih besar dari sekitar 1%. Dalam Gambar. 2, "RF Rasio" adalah frekuensi resonansi di setiap regangan preloaded diberikan, dinormalisasi dengan bahwa pada regangan nol, yaitu, frekuensi resonansi diukur dengan ECC perawan tanpa preloading. Oleh karena itu, perubahan frekuensi resonansi dapat digunakan sebagai sarana cepat untuk mengukur tingkat kerusakan (terlampir tarik tegang luar retak pertama) towhich sebuah spesimen ECC telah menjadi obyek dan derajat pemulihan dalam spesimen ECC pra-rusak setelah terkena berbagai lingkungan untuk penyembuhan diri.

2.1.2. Uniaksial pengujian tarik

Uji tarik uniaksial digunakan untuk menilai kualitas penyembuhan diri, besarnya sifat mekanik pulih diukur dibawah beban tarik uniaksial. Secara khusus, kekuatan, regangan tarik kapasitas dan kekakuan dicatat setelah spesimen yang rusak terkena berbagai lingkungan untuk penyembuhan diri. Sebuah sistem pengujian servo-hidrolik digunakan dalam modus perpindahan kontrol untuk melakukan uji tarik. Tingkat pembebanan yang digunakan adalah 0,0025 mm / s untuk mensimulasikan kondisi pembebanan kuasi-statik. Pelat Aluminium terpaku kedua

sisi di ujung spesimen ECC kupon (230 mm x 76 mm x 13 mm) untuk memfasilitasi mencengkeram. Dua Transduser perpindahan linear variabel eksternal yang menempel pada spesimen untuk mengukur deformasi spesimen. Rincian lebih lanjut dari tes ini dapat ditemukan di [13].

Ini sama set-up digunakan untuk menerapkan preloading untuk diri ini penyembuhan studi. Regangan tarik nilai sampai dengan 3% yang digunakan untuk mensimulasikan berbagai tingkat kerusakan di ECC. Beberapa microcracks diinduksi di ini pra-rusak spesimen. Namun, bahkan pada tingkat regangan tinggi, lebar retak tetap di bawah sekitar 60 μm.

2.1.3. Air uji permeabilitas

Untuk melakukan pengujian permeabilitas, uji falling head digunakan untuk specimenswith permeabilitas rendah, sementara tes kepala konstan digunakan untuk spesimen (seperti crackwidth thosewithlarge) dengan permeabilitas terlalu tinggi untuk praktis menggunakan uji falling head. Kepala jatuh dan setup kepala uji permeabilitas konstan telah diadaptasi dari Wang et al.

[17] dan Cernica [18]. Kedua setup skematis ditunjukkan pada Gambar. 3 (a) dan (b), masing-masing.

Koefisien permeabilitas k spesimen di kepala jatuh test dan di uji kepala konstan dapat ditentukan dengan menggunakan pers. (1) dan (2), masing-masing.

dimana adalah luas penampang pipa, L adalah ketebalan spesimen dalam arah aliran, A adalah luas subjek cross sectional mengalir, tf adalah durasi uji, h0 adalah kepala hidrolik awal, hf adalah final hidrolik kepala, dan V adalah volume cairan melewati spesimen selama pengujian.

Teknik pengujian permeabilitas diadopsi untuk menguji diri penyembuhan ECC pra-rusak setelah mengekspos untuk siklus basah-kering. Dengan cara ini, penyembuhan autogenous mengarah ke pemulihan perlawanan untuk mengangkut air melalui permeasi diselidiki.

2.2. Pengkondisian lingkungan

Program percobaan terdiri dari dua pembasahan siklik danpengeringan rezim. Satu rezim siklik (CR1) dikenakan spesimen ECC untuk inwater perendaman pada suhu 20 ° C selama 24 jam dan pengeringan di udara laboratorium pada 21 ± 1 ° C selama 24 jam, di mana tidak ada efek suhu dipertimbangkan. Rezim ini digunakan untuk mensimulasikan lingkungan outdoor siklik seperti hari hujan dan hari jernih. Rezim siklik kedua (CR2) terdiri dari inwater perendaman pada suhu 20 ° C selama 24 jam, oven pengeringan 55 ° C selama 22 jam, dan pendinginan di udara laboratorium pada 21 ± 1 ° C selama 2 h. Ini digunakan untuk mensimulasikan lingkungan outdoor siklik bergantian antara hari hujan dan hari dengan sinar matahari dan temperatur tinggi.

2.3. Persiapan spesimen ECC

Proporsi Campuran bahan ECC digunakan dalam penelitian ini adalahdiberikan dalam Tabel 1. Bahan ECC digunakan untuk studi ini memiliki kapasitas regangan tarik dari sekitar 3% dan rata-rata negara lebar retak stabil 60 μm. Untuk mempersiapkan ECC, Tipe I semen portland biasa, pasir dengan ukuran butir rata-rata 110 μm, Kelas F fly ash biasa disediakan oleh Bahan Boral Technologies,12mmKuralon-II REC-15 polyvinlyalcohol serat Kuraray dipasok oleh Perusahaan, dan berbagai polycarboxylate tinggi berbasis

air peredam (adva ® Cast 530) fromW.R. Grace & Co digunakan. Serangkaian spesimen kupon itu, ia dilemparkan dari sebuah batch tunggal disusun dengan menggunakan mixer Hobart paksa berbasis. ECC segar kemudian ditutup dengan lembaran plastik dan demolded setelah 24 jam Spesimen dibiarkan udara menyembuhkan dalam kondisi laboratorium kelembaban dan suhu selama 6 bulan. Kekuatan tekan ECC sekitar 60 MPa pada umur 28 hari.

Spesimen pertama kali dimuat untuk berbeda yang telah ditentukan tingkat regangan tarik uniaksial from0.3% hingga 3%, pada usia 6 bulan. Pada muat, sejumlah kecil retak sekitar 15% diamati. Untuk account untuk ini, semua diberi ukuran lebar retak dilakukan di negara diturunkan. Tabel 2 menunjukkan rata-rata jumlah retak dalam dua seri spesimen dimuat dan crackwidths sesuai mereka atas ukuran panjang 100 mm. Maksimum, bukan rata-rata lebar retak, dilaporkan di sini untuk menyorot lebar retak yang sangat ketat melekat dalam ECC dibandingkan dengan beton. Sementara penyembuhan diri sendiri dalam struktur akan berlangsung di negara dimuat, pembongkaran ini diharapkan hanya memiliki dampak kecil pada ECC kemampuan penyembuhan diri. Setelah bongkar, specimenswere ini kemudian terkena siklus tenwet-kering (CR1 atau CR2).

2.4. Single-retak specimen

Untuk menguji pengaruh crackwidth pada penyembuhan diri, serangkaian terpisah dari spesimen kupon mortar berukuran 230 mm dengan 76 mm 13 mm diperkuat dengan sejumlah kecil (0,5% vol.) polivinil alkohol (PVA) serat disusun. Untuk spesimen, kecuali untuk kandungan serat, yang constituteswere lainnya sama seperti yang diberikan dalam Tabel 1. Spesimen ini

sengaja dibuat untuk menunjukkan respons khas pelunakan ketegangan-serat normal beton sehingga retak tunggal lebar retak dikendalikan dapat diperkenalkan. Setiap spesimen pertama kali

dimuat di bawah ketegangan uniaksial untuk menghasilkan retak tunggal dengan lebar retak antara 0 μmand300 μm. Resonansi frekuensi dan koefisien permeabilitas diukur setelah penimbunan paparan CR1, untuk memantau penyembuhan diri spesimen dengan lebar retak yang berbeda.

3. Pembahasan

3.1. Pengaruh lebar retak pada penyembuhan diri

Gambar. 4 menunjukkan frekuensi resonansi retak spesimen tunggal sebelum dan sesudah siklus basah-kering sebagai fungsi dari retak width.untuk sumbu y diberikan frekuensi resonansi spesimen sebelum dan sesudah pengkondisian basah-kering yang ditentukan, dinormalisasi dengan frekuensi resonansi uncracked (perawan) material. Oleh karena itu, rasio RF 100% merupakan pemulihan total frekuensi resonansi. Diharapkan bahwa hidrasi lebih lanjut dan perubahan kadar air selama rezim pengkondisian spesimen dapat berkontribusi untuk beberapa fraksi pemulihan frekuensi resonansi. Untuk account untuk ini, rata-rata frekuensi resonansi spesimen uncracked perawan di bawah 10 rezim pengkondisian yang sama siklik (10 siklus CR1) digunakan dalam normalisasi. Setiap titik data yang mewakili paling sedikit dua uji hasil.

Seperti yang terlihat pada Gambar. 4, frekuensi resonansi spesimen setelah 10 eksposur basah-kering siklik dapat memulihkan hingga 100% dari nilai uncracked asalkan lebar retak disimpan di bawah 50 pM. Dengan peningkatan lebar retak, namun tingkat kerusakan material ditunjukkan oleh penurunan meningkat frekuensi resonan dan sejauh mana diminishes.When penyembuhan diri lebar retak melebihi 150 pM, frekuensi resonansi spesimen tetap tidak berubah bahkan setelah di bawah akan pengkondisian siklus basah-kering, menandakan sulitnya memperbaiki kerusakan mikrostruktur dalam bahan-bahan ini retak.

Seiring dengan pemantauan frekuensi resonansi, uji permeabilitas dilakukan pada spesimen retak tunggal setelah 10 siklus basah-kering. Gambar. 5 merangkum koefisien permeabilitas spesimen preloaded setelah 10 eksposur pengkondisian siklik sebagai fungsi dari lebar retak. Meskipun dikenal [19,20] bahwa self-penyembuhan dapat terjadi selama tindakan sangat melakukan tes permeabilitas, data yang ditampilkan di sini adalah nilai awal sehingga permeabilitas perubahan selama tes itu sengaja dikeluarkan. Jadi setiap penyembuhan diri terdeteksi di sini terutama karena eksposur siklus basah-kering. Dari Gambar. 5, dapat dilihat bahwa setelah pengkondisian, permeabilitas spesimen dengan lebar retak di bawah 50 μm pada dasarnya adalah identik dengan spesimen uncracked perawan, yang merupakan pemulihan hampir penuh properti transportasi, permeabilitas. Dengan meningkatnya lebar retak, permeabilitas meningkat secara eksponensial, dengan sedikit atau tanpa pemulihan setelah sepuluh siklus basah-kering.

Pengukuran frekuensi resonansi (Gbr. 4) dan pengukuran permeabilitas (Gbr. 5) bersama-sama menunjukkan bahwa penyembuhan diri autogenous dalam bahan semen berbasis di kedua sifat mekanik dan transportasi dapat dicapai, asalkan kerusakan harus dibatasi lebar retak yang sangat ketat , di bawah 150 μm dan sebaiknya di bawah 50 μm, paling tidak di 10 rezim siklus basah-kering eksposur. Lebar retak ini sangat ketat sulit untuk mencapai andal dalam kebanyakan bahan beton konvensional, bahkan ketika tulangan baja yang digunakan. Namun, bahan ECC dengan kontrol retak lebar yang melekat ketat dengan mudah memenuhi persyaratan ketat.

3.2. Self-penyembuhan ECC

Dari Gambar. 6 (a) dan (b), dapat dilihat bahwa frekuensi resonansi semua spesimen ECC dimuat berangsur-angsur pulih di bawah siklik pembasahan dan pengeringan. Setidaknya dua spesimen yang diuji untuk setiap tingkat strain. Teduh band menunjukkan kisaran frekuensi resonansi spesimen ECC perawan yang menjalani siklus yang sama pembasahan dan pengeringan rezim pengkondisian. Frekuensi resonansi untuk semua spesimen stabil setelah 4 sampai 5 siklus. Spesimen dikenakan strain tarik tinggi menunjukkan frekuensi yang awal rendah setelah retak, karena lebar retak sedikit lebih lebar dan yang jauh lebih banyak retak (Tabel 2), dan nilai pemulihan akhirnya lebih rendah setelah pembasahan-pengeringan siklus.

Gambar. 7 (a) menunjukkan tingkat penyembuhan diri dalam spesimen ECC preloaded, dinyatakan dalam rasio RF sebelum dan sesudah CR1 pengkondisian. Ditemukan bahwa rasio RF bervariasi antara 40% (untuk spesimen dimuat sampai 3%) dan 82% (untuk spesimen dimuat menjadi 0,3%) sebelum pengkondisian. Setelah siklus basah-kering, rasio RF meningkat menjadi 87% -100%. Untuk spesimen CR2 (Gbr. 7 (b)), rasio RF menurun menjadi 31% (untuk spesimen dimuat sampai 3%) menjadi 83% (untuk spesimen dimuat menjadi 0,3%) sebelum pengkondisian. Setelah siklus basah-kering, rasio RF meningkat menjadi 77% -90%. Jumlah lebih rendah diri-penyembuhan dalam rezim CR2 dibandingkan dengan tahun CR1 rezim ini mungkin karena kurang produk rehealing seragam terbentuk di dalam celah-celah. Namun, studi lebih lanjut diperlukan untuk mengkonfirmasi pengaruh suhu terhadap penyembuhan diri.

Yang menarik adalah hubungan antara tingkat self-healing dan tingkat ketegangan dalam spesimen ECC dimuat di bawah CR1. Pengujian regangan serieswith Pra-loaded tarik sebesar 0,5% dipamerkan pengurangan frekuensi resonansi hanya 18%, sedangkan pre-loaded untuk 3 regangan% menunjukkan penurunan awal 60%. Self-penyembuhan dalam spesimen tegang 0,5%

menunjukkan frekuensi resonansi kembali kembali ke 100% dari nilai awal, sedangkan spesimen regangan untuk 3% pre-loaded kembali ke hanya 87% dari frekuensi awal. Fenomena ini ditangkap pada Gambar. 8 yang menyoroti rebound pada frekuensi resonansi sebagai fungsi dari jumlah retak dalam spesimen ECC. Karena jumlah meningkat retak, rasio pemulihan (jumlah rebound setelah CR1) juga meningkat. Ini berarti bahwa kerusakan themore berpengalaman dalam jumlah formof retak, kesempatan lebih dari retak penyembuhan menyajikan spesimen. Namun, akhir-kondisi diri sembuh mungkin tidak lengkap seperti di spesimen tegang ke deformasi yang lebih rendah. Hal ini mungkin disebabkan adanya probabilistik lebar retak yang lebih besar yang membatasi jumlah penyembuhan diri untuk spesimen yang sangat tegang.

Gambar. 9 dan 10 showthe preloading kurva tegangan-regangan tarik spesimen ECC serta tarik reload kurva tegangan-regangan spesimen ECC diri-sembuh setelah siklus pengkondisian dan CR1 CR2, masing-tively. Dalam plot, strain sisa permanen diperkenalkan pada tahap preloading tidak diperhitungkan dalam kurva tegangan-regangan selama tahap reload. Hal ini memberikan sebuah conservativemeasurementof kapasitas regangan tarik spesimen rehealed. Untuk seri uji CR1, kekuatan retak pertama hampir semua spesimen setelah penyembuhan diri turun di bawah kekuatan retak pertama dari spesimen perawan (sebelum kerusakan diinduksi). Kapasitas regangan tarik setelah penyembuhan diri untuk ini berkisar spesimen dari 1,7% menjadi 3,1%. Untuk seri uji CR2, sekali lagi kekuatan retak pertama semua spesimen setelah penyembuhan diri tetap di bawah kekuatan pertama-retak spesimen perawan. Besarnya regangan tarik setelah penyembuhan diri untuk spesimen CR2 berkisar from0.8% menjadi 2,2%. Namun, kekuatan utama setelah penyembuhan diri sebenarnya lebih tinggi daripada spesimen pre-loaded, terutama untuk spesimen pre-loaded untuk 2 -

3%. Suhu tinggi dalam resimen pengkondisian basah-kering untuk CR2 mungkin telah menyebabkan hidrasi semen tidak bereaksi dan fly ash dan peningkatan serat / obligasi matriks yang bertanggung jawab untuk kekuatan ultimate lebih tinggi dari spesimen rehealed. Demikian pula, efek yang sama bisa menyebabkan suatu peningkatan ketangguhan inmatrix yang membatasi jumlah ofmultiple cracking [21] bertanggung jawab untuk daktilitas tarik. Mekanisme yang tepat (s) menyebabkan perbedaan perilaku reheal bawah CR1 dan CR2 memerlukan studi lebih lanjut, tetapi di luar cakupan tulisan ini.

Gambar. 11 menunjukkan sifat tarik spesimen ECC yang telah dimuat ke tingkat regangan 3%, kemudian dibongkar, dan segera mengisi tanpa penyejuk siklus basah-kering. Seperti yang diharapkan, ada perbedaan yang luar biasa dalam kekakuan awal antara spesimen perawan dan specimenwith rusak pre-loaded tidak ada penyembuhan-diri. Hal ini disebabkan pembukaan kembali retakan dalam spesimen pre-loaded selama reload. Pembukaan retakan ini menawarkan sedikit perlawanan beban. Namun sebagai pembuka kembali ke crackwidth asli, serat menjembatani lebih andmore di celah-celah akan kembali terlibat. Pembebanan lebih lanjut kemudian menyebabkan regangan-pengerasan dan multiple-proses perengkahan untuk melanjutkan.

Dengan membandingkan kekakuan thematerial spesimen diri-sembuh pada Gambar. 9 dan kekakuan thematerial 10with penyembuhan specimenswithout dimuat ulang diri dalam Gbr.11, dapat dilihat bahwa pemulihan signifikan dari

kekakuan spesimen ECC setelah penyembuhan diri hadir. Hasil ini ditangkap pada Gambar. 12 yang menunjukkan rasio kekakuan (kekakuan tarik spesimen selama reload dinormalisasi oleh spesimen perawan) setelah CR1 CR2 dan pendingin. Rasio kekakuan untuk spesimen tanpa menjalani pengkondisian dan karena itu tidak penyembuhan diri juga diperlihatkan untuk referensi. Hal ini terlihat bahwa kekakuan pemulihan inmaterial yang khas untuk kedua rezim pengkondisian, bahkan untuk spesimen pra-rusak sebanyak 3% preloading strain. Hasil ini mengkonfirmasi tanpa keraguan bahwa penyembuhan diri hasil ECCmaterial tidak hanya dalam penyegelan retak, tetapi juga dalam rehabilitasi sifat tarik sampai tingkat tertentu, dalam hal ini kekakuan awal dari bahan bawah beban tarik. Temuan dalam pemulihan kekakuan tarik konsisten dengan rebound frekuensi resonansi diamati dalam spesimen ECC diri-sembuh (Gbr. 8). Resonansi frekuensi secara langsung berhubungan dengan modulus dinamis, atau kekakuan, suatu bahan. Bersama-sama, hasil tes ini mendukung anggapan bahwa penyembuhan diri sendiri dalam pengertian sifat mekanik dapat dicapai dalam ECC.

Struktur mikro spesimen ECC sebelum dan sesudah penyembuhan diri ditampilkan inFig.13 (a) dan (b). Hal ini dapat dilihat bahwa residu abundantwhite hadir di sepanjang garis retak siklus pengkondisian afterwet-kering. Selanjutnya, dari hasil analisis EDX (Gbr. 14), ditemukan bahwa mayoritas produk diri-sembuh merupakan ciri khas dari kristal kalsium karbonat.

Gambar. 15 menunjukkan spesimen ECC mengalami tarik beban setelah menjalani penyembuhan diri melalui pengkondisian rezim CR1. Specimenwas ini dimuat untuk regangan 2% sebelum terkena siklus basah-kering. Sekali lagi, diri distinctivewhite-produk sembuh dapat diamati

dalam foto ini. Selanjutnya, dapat dilihat bahwa sebagian besar retak yang membentuk dalam diri-sembuh spesimen cenderung mengikuti garis retak sebelumnya dan merambat melalui materi-diri sembuh. Hal ini tidak mengherankan karena sifat relatif lemah dari kristal kalsium karbonat dibandingkan dengan terhidrasi cementitiousmatrix. Kekuatan retak rendah pertama di spesimen rehealed (Gambar 9 dan 10) juga dapat dikaitkan dengan fakta bahwa retak pertama di

spesimen rehealed di reload dimulai dari bahan-diri sembuh (kalsium karbonat) yang memiliki kekuatan lebih rendah dibandingkan untuk cementi terhidrasi tiousmatrix berdekatan. Healingmay lengkap juga akan bertanggung jawab atas strength.However retak rendah pertama, hal ini tidak selalu terjadi. Seperti dapat dilihat pada Gambar. 16 dan 17, retak baru dan jalur retak telah diamati untuk formulir berdekatan dengan retakan sebelumnya menyembuhkan diri yang kini menunjukkan sedikit atau tidak ada newcracking. Kemungkinan acara ini sangat bergantung pada sifat-sifat retak berdekatan matriks untuk penyembuhan diri, dan kualitas bahan penyembuhan diri sendiri. Namun, fenomena ini berfungsi sebagai bukti nyata kemungkinan pemulihan penuh sifat mekanik melalui penyembuhan diri dalam bahan ECC. Tentu saja, celah rehealed ditunjukkan pada Gambar. 16 adalah transmisi beban tarik cukup tinggi menyebabkan baru retak pada tetangganya.

4. Kesimpulan

Dari karya ini, tiga kesimpulan yang dapat ditarik luas mengenai penyembuhan-diri bahan ECC tunduk pada siklus basah-kering. Terutama, strategi yang disengaja digunakan untuk meningkatkan penyembuhan diri melalui desain bahan semen (ECC) dengan lebar retak inheren ketat efektif. Kedua, penyembuhan diri di kedua properti transportasi properti andmechan-ical ditampilkan untuk dapat dicapai. Ketiga, penggunaan frekuensi resonansi telah ditetapkan sebagai metode uji non-destruktif untuk secara unik menentukan tingkat kerusakan (deformasi strain yaitu) yang spesimen telah dikenakan. Sementara teknik yang relatif sederhana ini terutama digunakan dalam penelitian ini untuk mengukur penyembuhan diri, atau "kerusakan terbalik", ia memiliki prospek yang menjanjikan dalam penelitian masa depan untuk mengukur tingkat kerusakan dalam ECC dikenakan tingkat strain diketahui. Berdasarkan studi EDX terbatas, mekanisme penyembuhan diri di ECC adalah pertumbuhan kalsit dalam retakan yang ketat. Namun, penelitian yang lebih rinci sedang menjalani untuk mengkonfirmasi hal ini. Selain itu, sejumlah kesimpulan tertentu lainnya dapat ditarik.

1) Lebar retak, dalam bahan semen berbasis harus dikendalikan di bawah 150 pM, sebaiknya below50 pM, dalam rangka untuk melakukan perilaku yang jelas penyembuhan diri.

2) Empat dua lima siklus pengkondisian basah-kering yang diperlukan untuk mencapai manfaat penuh dari penyembuhan diri.

3) Cukup penyembuhan dalam spesimen dikenakan regangan tarik sebesar 0,3% dan 3% membawa frekuensi resonansi kembali ke 100% dan 76% dari nilai awal, masing-masing. Hal ini menunjukkan hubungan antara tingkat penyembuhan diri dalam spesimen ECC retak, dan tingkat kerusakan strain yang mereka telah dikenakan.

4) Cukup jelas penyembuhan dapat meningkatkan kekakuan ECC retak sehingga benar penyembuhan diri mekanik dari komposit.

5) Efek dari suhu selama penyembuhan diri dapat menyebabkan peningkatan kekuatan utama dan sebagai cahaya penurunan kapasitas regangan tarik dari ECC. Kualitas penyembuhan diri dengan CR2 pada suhu tinggi muncul lebih rendah dibandingkan dengan CR1, berdasarkan uji frekuensi resonansi, serta hasil pengujian kekakuan.

6) Untuk contoh ECC dikenakan pra-beban saring dari tingkat tinggi, bahkan sampai 2% atau 3%, bahan yang masih bisa mempertahankan kapasitas regangan tarik sebesar 1,8% menjadi 3,1% setelah penyembuhan diri. Artinya, karakteristik daktilitas tarik ECC dipertahankan. Bahan menyembuhkan diri ECC tetap ulet.

Penutup

Penelitian ini sebagian didanai melalui NSF Muses Biocomplexity Program Hibah (CMS-CMS-0223971 dan 0329416), sebuah NSF Sipil Infrastruktur Grant CMMI 0700219, dan China National Scholarship.MUSES (Bahan Gunakan: Sains, Teknik, dan Masyarakat) mendukung proyek-proyek bahwa penelitian mengurangi dampak merugikan manusia pada sistem, total interaktif penggunaan sumber daya, desain dan sintesis material baru dengan dampak yang ramah lingkungan pada sistem biocomplex, asmaximizing serta efisiensi penggunaan individualmaterials sepanjang siklus hidup mereka.

Refrensi

1) C.A. Clear, The effects of autogenous healing upon the leakage ofwater through cracks in concrete, Cement and Concrete Association Technical Report No. 559, 1985.

2) C. Edvardsen, Water permeability and autogenous healing of cracks in concrete, ACI Materials Journal 96 (1999) 448–455.

3) P.S.Mangat, K. Gurusamy, Permissible crack widths in steel fiber reinforcedmarine concrete, Journal of Materials and Structures 20 (1987) 338–347.

4) W. Ramm, M. Biscoping, Autogenous healing and reinforcement corrosion of water penetrated separation cracks in reinforced concrete, Journal of Nuclear Engineering and Design 179 (1998) 191–200.

5) H. Reinhardt,M. Joos, Permeability and self-healing of cracked concrete as a function of temperature and crackwidth, Journal of Cement and Concrete Research 33 (2003) 981–985.

6) P. Schiessl, N. Brauer, Influence of autogenous healing of cracks on corrosion of reinforcement,Durability ofBuildingMaterials and Compoments71 (1996) 542–552.

7) S.S. Sukhotskaya, V.P. Mazhorova, Y.N. Terekhin, Effect of autogenous healing of concrete subjected to periodic freeze–thaw cycles, Journal of Hydrotechnical Construction 17 (1983) 294–296.

8) S. Granger, A. Loukili, G. Pijaudier-Cabot, G. Chanvillard, Experimental characteriza- tion of the self-healing of cracks in an ultra high performance cementitiousmaterial: mechanical tests and acoustic emission analysis, Cement and Concrete Research (2007) 519–527.

9) S. Jacobsen, J. Marchand, H. Homain, SEM observations of the microstructure of frost deteriorated and self-healed concrete, Journal of Cement and Concrete Research 25 (1995) 1781–1790.

10) S. Jacobsen, J. Marchand, L. Boisvert, Effect of cracking and healing on chloride transport in OPC concrete, Journal of Cement and Concrete Research 26 (1996) 869–881.

11) S. Jacobsen, E.J. Sellevold, Self healing of high strength concrete after deterioration by freeze/thaw, Journal of Cement and Concrete Research 26 (1996) 52–62.

12) C. Aldea, W. Song, J.S. Popovics, S.P. Shah, Extent of healing of cracked normal strength concrete, Journal of Materials In Civil Engineering 12 (2000) 92–96.

13) V.C. Li, S.Wang, C.Wu, Tensile strain-hardening behavior of polyvinyl alcohol engineered cementious composite (PVA-ECC), ACI Materials Journal 98 (2001) 483–492.

14) E. Yang, Y. Yang, V.C. Li, Use of high volumes of fly ash to improve ECC mechanical properties and material greenness, ACI Materials Journal 104 (2007) 620–628.

15) V.C. Li, On engineered cementitious composites (ECC) — a review of the materials and its applications, Journal of Advanced Concrete Technology 1 (2003) 215–230.

16) Y. Yang, M. Lepech, V.C. Li, Self-healing of ECC under cyclic wetting and drying, Proceedings of Int'l Workshop on Durability of Reinforced Concrete under Combined Mechanical and Climatic Loads, Qingdao, China, 2005, pp. 231–242.

17) K. Wang, D.C. Jansen, S.P. Shah, A.F. Karr, Permeability study of cracked concrete, Journal of Cement and Concrete Research 27 (1997) 381–393.

18) J.N. Cernica, Geotechnical Engineering, Holt, Reinhart & Winston, New York, 1982.

19) M.B. Weimann, V.C. Li, Drying Shrinkage and Crack Width of ECC, BMC 7, Poland, 2003, pp. 37–46.

20) Lepech, M.D., A Paradigm for Integrated Structures and Materials Design for Sustainable Transportation Infrastructure, Ph.D. Dissertation, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 2006.

21) Wang, S., Micromechanics Based Matrix Design for Engineered Cementitious Composites, Ph.D. Dissertation, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, 2005.