FRP Kompozit Testleri

Pull-Off Testleri

2009’dan önce, çekme testleri için kılavuz olarak kullanılan standart ASTM’dir (2009b). Bu standart, öncelikle kaplamaların çekme dayanımı için bir test yöntemi olarak oluşturulmuştur. Bununla birlikte, numune hazırlama ve test prosedürlerindeki benzerlikler nedeniyle, standart, önceki çalışmalar tarafından betona bağlanmış FRP malzemelerinin çekme dayanımının test edilmesine yönelik bir yöntem olarak kullanılmıştır. Bu özel test uygulamasının popülaritesinin artmasıyla, ASTM (2009a), özellikle betona bağlanmış FRP’nin çekme kuvvetini belirlemek için oluşturulmuştur. Standart, betona yapıştırılmış ıslak döşeme ve atölye yapımı veya katkılı laminatlara uygulanabilir. Test tahribatsız olarak sınıflandırılamaz, ancak nispeten küçük ölçekli olması nedeniyle, yüzey onarımları minimum düzeydedir.

Test, FRP – beton bağının dayanabileceği en yüksek gerilme kuvvetini (bağa dik olarak uygulanır) belirler. Yöntem, dolly veya disk olarak da adlandırılan metalik dairesel bir yükleme tertibatının test edilen yüzeye yapıştırılmasından oluşur. Dolly, merkezde bir çekme test cihazı olarak da bilinen sabit hizalama yapışma test cihazının takılmasına izin veren dişli bir delik içerir. Takıldıktan sonra, test cihazı yavaşça uygulanır

dolinin kısmi veya tam olarak ayrıldığına şahit oluncaya kadar, bağın gerilmesi, bu noktada yükün maksimum bağ kuvveti olduğu kabul edilir. Dairesel delik kesici, test edilen alanı yüzeyin geri kalanından izole etmek için kullanılır. Bu delik, genellikle 50 mm (2,0 inç) alınan yükleme tertibatıyla aynı çapta olmalıdır.

Test prosedürü aşağıdaki adımlardan oluşur:

1. FRP ile dışardan güçlendirilmiş düz bir beton yüzeyi ile başlayın;
2. FRP yüzeyinden ve beton alt tabakaya dairesel bir çekirdek açın. Çekirdek derinliğini 6 ila 12 mm (0,25 ve 0,50 inç) arasında tutun;
3. FRP yüzeyini pürüzlendirerek, temizleyerek ve tamamen kurutarak hazırlayın;
4. Dolileri bir yapıştırıcı (epoksi) ile hazırlanan yüzeye yapıştırın ve yapıştırıcının üretici talimatlarını takip ederek kurumasını sağlayın;
5. Çekme test cihazını dikkatlice takın ve hizalayın;
6. Yükü, çekme kuvvetini maksimum kuvvete ulaşılana kadar yavaşça döndürerek 1 MPa / dak (150 psi / dak) değerinden daha düşük bir oranda uygulayın; ve
7. Maksimum çekme kuvveti ve başarısızlık modunun özelliklerini rapor edin.

Pull-Off Test yöntemi

Yapışkan kuvveti, test edilen yüzeye dik olan doğrudan bir yük tarafından uygulanan maksimum gerilme kuvveti olarak belirlenir. Çekme yükü, test alanına yapıştırılmış tanımlı bir çekme kafası plakası vasıtasıyla uygulanır. Yapışma kuvveti, arıza yükü ile test alanı arasındaki bölümdür. Bu yazıda açıklanan tüm testlerde, test alanı ön çekme plakalarının boyutuna uygun olarak yerinde kesilmiştir. Bunlar, 50 mm x 50 mm’lik kare metalik plakalar veya 50 mm çapında dairesel metalik plakalar olabilir. Doğrudan çekme kuvveti testi için test makinesi, ekli bir elektrikli motor tarafından sağlanan uygulanan kuvvetin otomatik kontrolünün ek özelliği ile standart gereksinimlere uygundur.

Kompozit Çekme Testleri

Çekme testleri, 270 kN kapasiteli, elle çalıştırılan evrensel bir test makinesi kullanılarak gerçekleştirildi. Örnekler yaklaşık 250 MPa oranında yüklenmiştir. Çubuk uzaması, 50.8 mm ölçü uzunluğuna sahip LVDT tabanlı, klipsli bir ekstensometre kullanılarak ölçülmüştür. Yük verilerinin kaydedilmesine izin vermek için test makinesinin hidrolik tartı sistemine bir basınç dönüştürücü eklenmiştir. Test makinesi tablasının hareketini izlemek için bir yer değiştirme sensörü kullanıldı. Ekstensometre, basınç transdüseri ve yer değiştirme sensörü bir dijital veri toplama sistemine bağlandı ve üç kanal saniyede iki kez okundu. Hasar görmemesi için ekstensometre çubuktan beklenen nihai yükün yaklaşık% 70’i oranında çıkarıldı. Numune kırılıncaya kadar test devam edildi ve yükte ani bir düşüş oldu. Sadece numunenin serbest uzunluğunda arızaların meydana geldiği sonuçlar, çekme dayanımının belirlenmesi için geçerli sayıldı. Ham yük-yer değiştirme verileri diskte depolandı ve daha sonra önceden kurulmuş kalibrasyon ilişkileri kullanılarak mühendislik birimlerine dönüştürüldü. Bu veriler, numunenin yaklaşık gerilme oranını belirlemek için kullanılabilir. eğrinin şekli gerilme-gerinme eğrisine benzer ve kırılmanın önceden uyarı yapılmadan aniden oluştuğunu gösterir. Gerilme-gerilme grafiğinin doğrusal bölümündeki noktalara en uygun çizgiyi bulmak için doğrusal regresyon analizi kullanılmıştır ve çizginin eğimi statik esneklik modülüdür.

FRP KOMPOZİTİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN ANALİZİ YOLU

Lif takviyeli polimer kompozit, sürekli liflerin lamina oluşturan matriks içine gömülmesiyle oluşturulur. Daha sonra, FRP laminat birbirinin üzerine iki veya daha fazla tek yönlü laminat uygulayarak oluşturulur. Bu laminatlar, inşaat sektöründe kullanılan FRP ürünlerinin çoğunluğunu oluşturur. Tek yönlü bir FRP lamina’nın mekanik özelliklerini analiz etmenin iki yolu vardır. Makroskopik olarak lamina yarı homojendir, yani her yerde aynı mekanik özelliklere sahiptir. Öte yandan, lamina iki bileşenin bir birleşimidir; bu nedenle mikroskobik düzeyde, heterojendir. FRP kompozitler yapısal uygulamalar için yaygın olarak kullanılır; bu nedenle inşaat mühendisliği temel olarak makroskopik düzeyde mekanik özelliklerle ilgilidir. Bu özellikleri belirlemek için genellikle iki aşamalı bir analiz yapılır. İlk adım, iki bileşenli malzemenin mekanik özelliklerine ve bunların mikromekanik analizini gerçekleştirerek hacim fraksiyonlarına bakar. İkincisi, klasik laminasyon teorisi kullanılarak, laminatın mekanik özellikleri makro mekanik üstlenilerek oluşturulur.

LAMİNA’NIN MAKROMEKANİĞİ

Bu seviyedeki FRP lamina, farklı elastik modüllere, kesme modüllerine ve Poisson’ın yönüne göre değişen oranlarına sahiptir. Diğer iki ortogonal yöne kıyasla liflerin uzunlamasına doğrultuda farklı mekanik özelliklerinden dolayıdır. Bu nedenle, tek yönlü FRP lamina ortotropik bir malzeme olarak muamele edilir.

Bir LAMİNA MİKROMEKANİĞİ

FRP laminasının heterojen olduğu söylenir, bu iki bileşenden oluştuğu anlamına gelir: bir elyaf ve bir polimer. Bu nedenle, mekanik özellikler bu iki malzemeden ve bunların hacim fraksiyonlarından elde edilir. Fiberlerin ve bir matrisin lokal gerilmeleri, deformasyonları ve etkileşimleri göz önüne alındığında, mekanik özelliklerin belirlenmesinde mikromekanik yaklaşım üstlenir. Birçoğu mevcut, ancak sadece ikisi basit olarak kabul edilir ve bu nedenle yaygın olarak kullanılır:

1. Malzeme yaklaşımı mekaniği
2. Yarı-ampirik yaklaşım

Düz Kupon Testi – ASTM D3039 / D3039M

Düzlem içi çekme özelliklerinin belirlenmesine izin veren polimer matris kompozitlerinin test edilmesi için standart test yöntemi. Dikdörtgen kuponlar, mekanik test makinesinin saplarına (örneğin Instron 4505) yerleştirilir ve monoton olarak yüklenir. Numunenin başarısızlığından önceki maksimum kuvvet, nihai bir mukavemet hesaplamasına izin verir. Gerinim ölçerler kullanılırken gerilme tepkisi kaydedilebilir ve bu, nihai gerilme gerginliğinin, gerilme esneklik modülünün, Poisson oranının ve bilinmeyen bir tepki gösteren örnekler için geçiş gerginliğinin türetilmesine izin verir. Çekme tek yönlü numune geometrisi önerileri 25 mm uzunluğunda, 15 mm genişliğinde ve 1.5 mm kalınlığındadır. Standart yöntem ayrıca kavrama hasarını ve erken arızayı önlemek için tek yönlü numuneleri test ederken sekmelerin kullanılmasını vurgulamaktadır (ASTM D3039, 2008). Bununla birlikte, ayrıntılı kılavuzlar için, numune hazırlama ve test etme adım adım ilerleyen ASTM D3039 standardının tamamına bakın.

ASTM D3039 tarafından tarif edilen standart metot, ayrıca ayarlanan üç gerginlik ölçer için gerilme verilerinin analizinde rehberlik eder. Çekme tepkisini etkileyen faktörlere ve nihai sonuçlar üzerinde önemli bir etkiye sahip olabileceğinden bildirilmesi gereken sapmalara özellikle dikkat edilmesi gerektiğini belirtmek önemlidir. Bunlar aşağıdakileri içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir:

• malzemenin kendisi;
• malzemenin hazırlanması ve düzenlenmesi;
• Örneklerin kürlenmesi;
• numune hazırlama ve test etme ortamı;
• numunelerin hizalanması ve kavranması;
• test oranı;
• boşluk içeriği (ASTM D3039, 2008).

FRP parametrelerinin belirlenmesinde kritik faktörlerden birinin başarısızlığı olduğunu bilmek önemlidir.

ARIZA KRİTERLERİ

FRP kompozitini tarif ederken, başarısızlık modlarını ve belirli fenomenlerin neden ortaya çıktığını ve sonuçlarını bilmek gereklidir. Genel olarak, herhangi bir kompozit malzemede olduğu gibi, FRP, bir gerilme durumu, liflerin ve matrisin özellikleri ve bir tabakanın yanı sıra liflerin katmanlı düzenlemesi gibi faktörlere bağlı karmaşık bir başarısızlık mekanizmasına sahiptir. Mikroskobik seviyede FRP hatası, üç elemanla veya bunların çeşitli kombinasyonlarıyla ilişkilendirilebilir. Bunlar yırtılma, burkulma veya ayrılma, matris arızası (enine gerginlik, enine sıkıştırma, kayma) ve fiber-matris arızası gibi elyaf arızalarıdır. Bu nedenle FRP kompozitinin mukavemetinin ve başarısızlığının tahmini, FRP kompozitinin mekanik özelliklerini öngörme özelliklerine sahip olan sayısız mikroskobik yaklaşıma rağmen çok zordur. Makroskopik bakış açısından, iki yaygın başarısızlık modu vardır: intra laminer ve inter laminer başarısızlık.

INTRALAMINAR HATASI

Bu başarısızlık türü, her bir tabakadaki gerilmelerin ve suşların neden olduğu münferit laminaların içindeki başarısızlıkla ilişkilidir. Bunun için en popüler dört başarısızlık kriteri vardır: maksimum stres kriteri, maksimum gerilme kriteri, Tsai-Hill kriteri ve Tsai-Wu kriteri. Düzlem içi yüklemeye maruz kalan lamina mukavemet parametrelerine dayanır. Bu parametreler boyuna gerilme veya basınç dayanımı, enine çekme veya basınç dayanımı ve düzlem içi kayma dayanımıdır. Deneysel çalışmalara göre, güç parametrelerinin öngörülmesinde en iyi etki, Tsai-Wu kriterine sahiptir. Bununla birlikte, maksimum stres ve gerilme kriteri, önemli hatalar yaratır.

INTERLAMINAR FAILURE

Yapışmış lamellerin ayrılmasıyla ortaya çıkan bitişik laminalar arasındaki başarısızlıkla veya bitişik lamellerin kaymasıyla ilişkilidir. Bunlar sırasıyla laminer normal ve laminer arası kayma gerilmelerinden kaynaklanır. Bu gerilmeler serbest kenarların yakınında meydana gelir ve bu nedenle ‘serbest kenar gerilmeleri’ olarak adlandırılır. Ortak oluşum yerleri cıvata delikleri veya çeşitli geometrik kırılmalar olabilir. Serbest kenar gerilmeleri, komşu laminaların etkili özelliklerinde bir uyumsuzluk nedeniyle ortaya çıkan malzeme özelliklerine ve kalıplama sırasına bağlıdır.

FRP-LIKE BRITTLE MALZEMELERİN ÇEKME TESTLERİ

Bazı araştırmacılar FRP kuponlarının gerilme Testini yaptı. Amaçları, malzemenin nihai mukavemetini, nihai zorlanma ve elastik modülü belirleyen ASTM D3039’da önerilen bir taneden alternatif karbon epoksi kupon analizi yöntemi geliştirmekti. Sonuç olarak, daha küçük bir saçılma sağlayan alternatif yöntem geliştirdiler, dolayısıyla daha iyi gerilme parametrelerinin tahminleri.

ÇEKME TESTİ ÖNERİLEN YÖNTEMLER

bazı bilim adamları on kontrol örneği hazırlama konusunda çalışmaya başladı. Tipik arıza modunu ve tipik nihai çekme dayanımını belirlemek için Instron 4505 makinesinde test edildiler. Bu,% 10 değişim katsayısı ile ortalama 850 MPa’lık bir mukavemetle sonuçlandı. Arıza alanı tırnakların etrafındaydı, bu nedenle yakalama basıncı nedeniyle erken arızayı sınırlamak için tırnak kalınlığı 1.5 mm’den 3 mm’ye çıkarıldı.

Kontrol testlerinden sonra, spesifikasyonlara göre birkaç örnek hazırlandı ve bunlardan sadece yirmi ikisi kalite kontrol kontrolünden geçti. On bir örnek ASTM D3039’a göre üç gerginlik ölçer ve önerilen dört gerginlik göstergesinin hizalanmasıyla onbir örnek ile donatıldı.