UHPCに埋め込まれた金属マイクロファイバーのプルアウト挙動に及ぼすファイバー材料とファイバー粗さの影響．

Effect of Fibre Material and Fibre Roughness on the Pullout Behaviour of Metallic Micro Fibres Embedded in UHPC.

• Niels Wiemer
• Alexander Wetzel
• Maximilian Schleiting
• Philipp Krooß
• Malte Vollmer
• Thomas Niendorf
• Stefan Böhm
• Bernhard Middendorf

抄録

超高性能コンクリート（UHPC）に極細繊維を補強材として使用することで、引張強度が向上し、特にひび割れ後の挙動が改善されます。繊維を使用しない場合、コンクリート母材の緻密な構造は、荷重がかかると脆性破壊を引き起こします。繊維補強によってこの挙動を打ち消すためには、繊維とセメント質マトリックスの間の最適な結合が不可欠です。複合材料の特性には、材料の初期表面だけでなく、両材料の接合時に変化する界面遷移帯（ITZ）での接合特性も重要です。これらの変化は、主に繊維上のセメント系相の結合によって誘導される。本研究では、3種類の繊維を使用しました：真鍮コーティングのスチール繊維、ステンレススチール繊維、およびニッケル-チタン形状記憶合金（SMA）です。SMA繊維は、熱活性化や応力によって引き金となって、刻印された形状を「記憶」する能力（形状記憶効果と呼ばれる）を持っており、主に繊維強化UHPCの優れた性能を提供しています。しかし、これまでの研究では、NiTi繊維は鋼繊維よりもコンクリートマトリックスへの接着強度が低く、最終的には複合材の機械的特性の劣化につながることが示されています。したがって、両方の材料間の結合を改善する必要があります。考えられる戦略は、レーザー処理によって繊維の表面を様々な程度に粗面化することである。その結果、レーザー処理された繊維は、改善された結合挙動によって特徴づけられることが示される。異なる金属合金組成のストレートで滑らかな繊維の接着強度を決定するために、本研究では、コンパクトテンションシア（CTS）装置を用いて複数の繊維を直列に特徴づけた。臨界評価のために、これらの試験で得られた結果を、従来の試験方法、すなわち、繊維補強材を用いたコンクリートプリズムを用いた曲げ試験の結果と比較した。結合挙動は、繊維補強材を用いたプリズム（4×4×16cm）の曲げ強度の結果と比較されます。

The use of micro fibres in Ultra-High-Performance Concrete (UHPC) as reinforcement increases tensile strength and especially improves the post-cracking behaviour. Without using fibres, the dense structure of the concrete matrix results in a brittle failure upon loading. To counteract this behaviour by fibre reinforcement, an optimal bond between fibre and cementitious matrix is essential. For the composite properties not only the initial surfaces of the materials are important, but also the bonding characteristics at the interfacial transition zone (ITZ), which changes upon the joining of both materials. These changes are mainly induced by the bond of cementitious phases on the fibre. In the present work, three fibre types were used: steel fibres with brass coating, stainless-steel fibres as well as nickel-titanium shape memory alloys (SMA). SMA fibres have the ability of "remembering" an imprinted shape (referred to as shape memory effect), triggered by thermal activation or stress, principally providing for superior performance of the fibre-reinforced UHPC. However, previous studies have shown that NiTi-fibres have a much lower bond strength to the concrete matrix than steel fibres, eventually leading to a deterioration of the mechanical properties of the composite. Accordingly, the bond between both materials has to be improved. A possible strategy is to roughen the fibre surfaces to varying degrees by laser treatment. As a result, it can be shown that laser treated fibres are characterised by improved bonding behaviour. In order to determine the bond strength of straight, smooth fibres of different metal alloy compositions, the present study characterized multiple fibres in series with a Compact-Tension-Shear (CTS) device. For critical evaluation, results obtained by these tests are compared with the results of conventional testing procedures, i.e., bending tests employing concrete prisms with fibre reinforcements. The bond behaviour is compared with the results of the flexural strength of prisms (4 × 4 × 16 cm) with fibre reinforcements.