INTRODUCERE

În prezent, există un mare interes pentru dezvoltarea tehnologiei de utilizare a materialelor din fibre naturale în compozite de ciment. Fibrele naturale există în cantități rezonabil de mari în întreaga lume, iar fibrele vegetale naturale sunt produse în majoritatea țărilor în curs de dezvoltare. Fibrele naturale au fost folosite pentru a consolida materialele anorganice de mii de ani. Printre exemple se numără paiele pentru cărămizi, noroiul și stâlpii, tencuiala și trestiile. În acest secol, alte fibre, cum ar fi nuca de cocos, bambusul, fibrele celulozice din lemn, lâna sau așchii, fibrele liberiene, fibrele din frunze, fibrele din semințe și fructe au fost folosite în produse pe bază de ciment-nisip (Gram, 1983; Paramasivam et al., 1984; Sera et al., 1990; Duvaut et al., 2000; Brahmakumar et al., 2005; Asasutjarit et al., 2007; Ismail, 2007; Zain et al., 2010; Zain et al., 2011; Mulinari et al., 2011). Fibrele pot fi clasificate fie ca fiind naturale, fie artificiale, iar fibrele naturale sunt împărțite în continuare în diferite grupe (Fordos, 1989; Kelly-Yong et al., 2011; Feng et al., 2011). Utilizarea fibrelor naturale ca armătură în beton (matrice ciment-nisip) a fost investigată în mod cuprinzător în multe țări (Rehsi, 1991; Atnaw et al., 2011) Materialele armate cu fibre naturale, care pot fi utilizate în producția de materiale de construcții, sunt în prezent în principal cele pe bază de fibre de nucă de cocos, bambus, trestie de zahăr, henequen și sisal (Dawood și Ramli, 2011; Hamid et al., 2011). Principalele motive pentru utilizarea fibrelor naturale sunt disponibile din abundență și sunt relativ ieftine. Se susține, de asemenea, că materialele compozite din fibre naturale oferă avantaje de mediu, cum ar fi reducerea dependenței de sursele de energie/materiale neregenerabile, reducerea emisiilor de poluanți, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, îmbunătățirea recuperării energiei și biodegradabilitatea componentelor la sfârșitul ciclului de viață (Joshi, 2003; Majeed, 2011; Hamzah et al., 2010). O metodă adecvată de fabricare a foilor de acoperiș din beton din fibre naturale a fost rapid dezvoltată și răspândită în țări din America Centrală, Africa și Asia prin intermediul IT Building Materials Workshop din Marea Britanie și altele. Metoda care presupune consolidarea cimentului sau a produselor din beton cu fibre naturale, cum ar fi nucă de cocos, sisal și iută, a fost aplicată în cel puțin 28 de țări. Atunci când se combină aceste fibre cu matricea de ciment, fibrele sunt utilizate în două moduri. Pe de o parte, fibrele din betonul proaspăt fac posibilă modelarea simplă a unui produs. Pe de altă parte, fibra mărește duritatea materialului, astfel încât produsul să poată rezista la manipulare și la o sarcină structurală.

Fibrele de nucă de cocos sunt produse agricole reziduale obținute în urma prelucrării uleiului de nucă de cocos și sunt disponibile în cantități mari în regiunile tropicale ale lumii, mai ales în Africa, Asia și America. Fibrele de nucă de cocos nu sunt utilizate în mod obișnuit în industria construcțiilor, ci sunt adesea aruncate ca deșeuri agricole. Cu toate acestea, odată cu căutarea unui sistem de locuințe la prețuri accesibile atât pentru populația rurală, cât și pentru cea urbană din țările în curs de dezvoltare, au fost prezentate diverse scheme axate pe reducerea costurilor materialelor de construcție convenționale. Una dintre sugestiile aflate în prim-plan a fost procurarea, dezvoltarea și utilizarea de materiale de construcție locale alternative, neconvenționale, inclusiv posibilitatea de a utiliza unele deșeuri și reziduuri agricole pentru a înlocui parțial sau integral materialele de construcție convenționale. În țările în care sunt evacuate deșeuri agricole din abundență, aceste deșeuri pot fi utilizate ca material potențial sau material de înlocuire în industria construcțiilor (Olanipekun et al., 2006; Nor et al., 2010). O astfel de alternativă este fibra de nucă de cocos, produsă din abundență are potențialul de a fi utilizată ca agregat grosier de substituție în beton (Adeyemi, 1998, Zain et al., 2010). Cantitatea uriașă de deșeuri de fibre de nucă de cocos care sunt produse în fabrici. Practica actuală de eliminare a deșeurilor prin incinerare în cadrul industriei se face în mod normal într-un mod necontrolat și contribuie în mod semnificativ la poluarea atmosferică. Astfel, aceste reziduuri devin costisitoare pentru a fi eliminate prin satisfacerea cerințelor reglementărilor de mediu. În această situație, se depun eforturi pentru a îmbunătăți utilizarea acestor subproduse prin dezvoltarea de produse cu valoare adăugată. Una dintre modalitățile de eliminare a acestor reziduuri ar fi utilizarea fibrelor de nucă de cocos în materiale de construcție constructive. Coaja de palmier de ulei (OPS) este endocarpul dur care înconjoară miezul de palmier.

În întreaga lume continuă să aibă loc cercetări și dezvoltări extinse în ceea ce privește înțelegerea și aplicațiile materialelor din fibră de cocos pentru beton. Aceste activități includ, printre altele, dezvoltarea unor fibre noi, mai rezistente, a unor compozite mai bune armate cu fibre și a unor noi înlocuitori (Fordos, 1989). Proprietățile mecanice ale compozitelor poliesterice armate cu fibre de nucă de cocos realizate de Mulinari et al. (2011). În această lucrare, s-a determinat modificarea chimică a fibrelor de nucă de cocos prin tratament alcalin în vederea utilizării acestora ca armătură în rășina poliesterică. Proprietățile mecanice au fost evaluate prin teste de tracțiune și oboseală. Suprafețele epruvetelor fracturate au fost examinate pentru a evalua mecanismele de rupere. Rezultatele testelor au prezentat o scădere a duratei de viață la oboseală a compozitelor la aplicarea unei tensiuni mai mari, din cauza legăturii interfaciale, care nu a fost adecvată.

Gunasekaran și Kumar (2008) au investigat posibilitățile de utilizare a cojii de nucă de cocos ca agregat în beton. Constatările au indicat că absorbția de apă a agregatului din coajă de nucă de cocos a fost mare, de aproximativ 24%, dar valoarea de strivire și valoarea de impact a fost comparabilă cu cea a altor agregate ușoare. Aceștia au constatat că densitatea medie a betonului proaspăt și rezistența medie la compresiune în cub la 28 de zile a betonului care utilizează agregate din coajă de nucă de cocos au fost de 1975 kg m-1 și, respectiv, 19,1 N mm-1. Se concluzionează că cojile de nucă de cocos zdrobite sunt adecvate atunci când sunt folosite ca înlocuitor al agregatelor convenționale în producția de beton ușor.

Studiul anterior al lui Olanipekun et al. (2006) a arătat că cojile de nucă de cocos sunt adecvate ca înlocuitor al agregatelor convenționale în producția de beton structural. Rezultatele au indicat, de asemenea, o reducere a costurilor de 30% pentru betonul produs din coji de nucă de cocos. În afară de utilizarea sa în producția de material pentru acoperișuri din fibre, cealaltă posibilitate de utilizare a fibrelor de nucă de cocos ca agregat în producția de beton nu a primit nicio atenție serioasă. Cu toate acestea, Adeyemi (1998) a realizat pentru un raport de amestec (1:2:4) adecvarea fibrei de nucă de cocos ca substitut fie pentru agregatul fin, fie pentru cel grosier în producția de beton. S-a examinat faptul că fibrele de nucă de cocos au fost mai potrivite ca agregat ușor cu rezistență scăzută atunci când au fost utilizate pentru a înlocui agregatul grosier comun în producția de beton. Fibra de nucă de cocos este endocarpul dur și pietroasă, dar ușoară și de dimensiuni naturale. Datorită suprafețelor rigide de origine organică, acestea nu vor contamina sau leșia pentru a produce substanțe toxice odată ce se leagă în matricea betonului. În plus, fibrele de nucă de cocos sunt mai ușoare decât agregatul grosier convențional, astfel încât betonul rezultat va fi ușor. Prin urmare, poate fi folosit ca un bun înlocuitor al agregatului grosier pentru a produce beton structural în industria construcțiilor.

Acest studiu a raportat rezultatele unei investigații efectuate cu privire la utilizarea compozitelor din fibre de nucă de cocos mărunțite în beton ca înlocuitori ai agregatului grosier convențional. Proprietățile fizice și mecanice ale betonului simplu sunt, de asemenea, comparate cu cele ale betonului compozit din fibre de nucă de cocos. Obiectivul principal a fost de a încuraja utilizarea acestor produse aparent reziduale ca materiale de construcție în locuințele cu costuri reduse și acolo unde pietrele concasate sunt costisitoare pentru producerea de beton ușor. S-a așteptat, de asemenea, să servească scopului de a încuraja dezvoltatorii de locuințe să investească în construcția de locuințe care încorporează aceste materiale cu costuri reduse.

MATERIALE ȘI METODE

Investigații asupra materialelor
Fibre de nucă de cocos: Fibrele de nucă de cocos au fost colectate din magazinul care a venit din Sri Lanka. A fost obținută după extragerea uleiului în fabrică de la periferia exterioară a fructului de nucă de cocos. Cojile au fost apoi spălate corespunzător și uscate la aer timp de cinci zile la temperatura ambiantă, iar ulterior au fost clasificate în conformitate cu standardul ASTM C330 (2009). Fibrele au fost tăiate cu o foarfecă ascuțită menținând o lungime cuprinsă între 15 și 35 mm. Fibrele tăiate au fost uscate la cuptor la 80°C timp de 5 ore și au fost utilizate desicatoare pentru răcire. Fibrele tocate au fost folosite pentru a determina lungimea, diametrul, grosimea, umiditatea naturală, capacitatea de absorbție a apei și densitatea fibrelor.

Agregate: Agregatul grosier sub formă de granit concasat a fost colectat din origine ignea. Dimensiunea particulelor utilizate variază între 5 și 20 mm. Nisipul de râu ca agregat fin a fost folosit pentru a amesteca betonul în conformitate cu standardul ASTM C33 (2006). Toate particulele care trec prin sita ASTM nr. 4, deschidere 4,75 mm, dar sunt reținute pe sita nr. 230, deschidere 63 μm.

Ciment și apă: Pentru amestecarea betonului s-a folosit ciment obișnuit de tip Portland ale cărui proprietăți se confirmă în cerința ASTM tip I, iar apa a fost colectată de la stâlpul standului de laborator.

Prepararea epruvetelor de încercare: Au fost turnate cuburi de beton cu dimensiunile de 100x100x100 mm și prisme cu dimensiunea de 100x100x300 mm atât pentru betonul simplu cât și pentru cel armat cu fibre de cocos pentru determinarea diferitelor proprietăți ale betonului. Pentru turnarea epruvetelor s-a folosit o proporție de amestec de 1:2:3 în greutate de ciment Portland obișnuit, nisip de râu, piatră spartă și fibre de nucă de cocos. Raportul apă/ciment a fost de 0,4 pentru acest amestec. Raportul apă/ciment a fost menținut constant la toate procentajele diferite de fibre în volum. Adezivul numit „seal frost” a fost, de asemenea, utilizat pentru întărirea rapidă a betonului. S-au folosit 70 de grame de seal frost la 1 kg de ciment. La prepararea epruvetelor, la început, nisipul și cimentul au fost amestecate în mod corespunzător în mașină și apoi au fost adăugate pietre concasate. În cazul betonului armat cu fibre, fibrele au fost, de asemenea, adăugate în amestecul cunoscut sub numele de metoda premix. Toate ingredientele au fost amestecate corespunzător cu ajutorul mașinii de amestecat beton. Lucrabilitatea betonului proaspăt a fost investigată imediat după amestecarea finală a betonului cu ajutorul testului de tasare. Pentru a evita golurile, pentru compactare s-au folosit ciocanul și vibratorul. Cuburile și prismele au fost turnate prin umplerea fiecărei matrițe în trei straturi; fiecare strat a fost compactat în mod normal cu 25 de lovituri de la o tijă de oțel cu diametrul de 16 mm înainte de a se turna următorul strat, iar pentru prisme s-a folosit un vibrator. Valorile de afundare au fost atinse 54 și 38 mm pentru betonul simplu și, respectiv, pentru betonul cu fibre de nucă de cocos, ceea ce reprezintă o lucrabilitate ridicată și medie. Toate epruvetele au fost lăsate în matrițe timp de 24 de ore pentru a se întări la temperatura ambiantă. Acestea au fost scoase din matriță și transferate într-un rezervor de întărire. Temperatura de întărire a fost de 30±2°C. Amestecurile de beton și epruvetele au fost pregătite în conformitate cu prevederile standardelor ASTM C330 (2009), ASTM C469, (1987) și BS 8110-1.

Test de rezistență la compresiune: Pentru determinarea rezistenței la compresiune a betonului armat cu fibre de nucă de cocos au fost utilizate două tipuri de mașini universale de testare. Mașina de testare Avery Denison este fabricată în Regatul Unit. Rata de încărcare a acestei mașini este de 10-3000 kN min-1. Experimentele au fost efectuate folosind această mașină cu o rată de încărcare de 136 KN min-1. O dată pe an, este necesară calibrarea acestei mașini. Mașina de testare Dartec a fost, de asemenea, utilizată pentru a determina rezistența la compresiune a betonului armat cu fibre de nucă de cocos. Această mașină poate trasa automat un grafic al sarcinii în funcție de distanță. Pornind de la graficul sau datele date, este posibil să se realizeze graficul tensiune-deformație al unei probe specifice. Capacitatea de încărcare a acestei mașini este de până la 500 KN. Viteza de compresiune a acestei mașini este de la 0,00015 la 2,0 mm sec-1. Experimentul a fost realizat folosind această mașină cu o viteză de compresiune de 0,00015 mm sec-1. Testul de rezistență la compresiune a betonului simplu și a betonului armat cu fibre de nucă de cocos a fost efectuat pentru a afla sarcina finală de rupere, rezistența la compresiune, numărul de fisuri, lungimea și lățimea acestora și, în final, pentru a observa relația tensiune-deformare. Testul de încărcare statică a fost realizat cu ajutorul mașinii de testare DARTEC. Testul experimental de rezistență la compresiune a fost realizat în laborator, așa cum se arată în Fig. 1.

Microscop electronic de scanare (SEM): Microscopul electronic de scanare a fost utilizat pentru a determina grosimea și secțiunea transversală a fibrelor. SEM este capabil să producă imagini de înaltă rezoluție ale suprafeței unei probe. Un SEM poate rezolva caracteristici mult mai mici decât un microscop standard, până la aproape 2 nanometri. Într-un microscop electronic cu baleiaj (SEM) clasic, electronii sunt emiși termic dintr-un catod de tungsten sau de hexaborură de lantan (LaB6) și sunt accelerați spre un anod; alternativ, electronii pot fi emiși prin emisie de câmp (FE). Tungstenul este utilizat deoarece are cel mai înalt punct de topire și cea mai mică presiune de vapori dintre toate metalele, permițând astfel încălzirea acestuia pentru emisia de electroni. Atunci când fasciculul de electroni primari interacționează cu proba, electronii pierd energie prin împrăștiere și absorbție repetată într-un volum în formă de lacrimă al probei, cunoscut sub numele de volum de interacțiune, care se întinde de la mai puțin de 100 nm până la aproximativ 5 μm în interiorul suprafeței.

Testul de rezistență la tracțiune a fibrei de nucă de cocos: Pentru a determina rezistența la tracțiune a fibrei de nucă de cocos, s-a utilizat mașina de testare la tracțiune Hounsfield. Această mașină poate trasa automat graficul sarcină vs. extensie. Din datele date, se poate realiza tensiunea și extensia până la rupere a fibrelor de nucă de cocos. Testul de rezistență la tracțiune a fibrelor de nucă de cocos a fost efectuat pentru a investiga comportamentul fibrelor sub sarcină de tracțiune, extensia maximă a fibrelor sub sarcină de tracțiune și punctul de rupere. Pentru realizarea acestui experiment a fost utilizată mașina de testare la tracțiune Hounsfield. După testarea completă, această mașină poate trasa automat un grafic Încărcare vs. extindere. Din datele de sarcină-extensie, valoarea tensiunii și a deformației pot fi obținute după cum urmează:

Patru grosimi diferite de fibre au fost supuse testului de rezistență la tracțiune. Fibrele s-au montat în fălcile mașinii de încercare la tracțiune cu o lungime de gabarit (lungimea liberă a fibrelor de la o făclie la alta) de 35 mm. După ce au fost bine fixate în fălci, mașina a început să meargă pe parcursul testului. În general, fălcile sunt trase de fibră în două direcții opuse. Fibra se rupe automat atunci când este atinsă în expansiunea sa finală. Punctul în care fibra se rupe este cunoscut sub numele de punct de rupere. Toate testele au fost efectuate cu o viteză de 15 mm min-1.

REZULTATE ȘI DISCUȚII

Structura fizică a fibrei de nucă de cocos: Micrograful electronic cu scanare (SEM) a fost utilizat pentru a observa formarea fizică a fibrelor de nucă de cocos. Figura 2-4 prezintă fotografia SEM a mănunchiului de fibre, a suprafeței fibrelor și, respectiv, a secțiunii transversale a fibrelor.

Din Fig. 2, s-a observat că fibra privită în general cu ochii deschiși este în cele din urmă atașată cu 5/6 fibre simple. Partea stângă a Fig. 2 a arătat fibra unică, care este de 5-6 ori mai mică decât celelalte fibre. De asemenea, s-a observat că suprafața fibrei de nucă de cocos nu este netedă, consultați Fig. 3. Astfel, într-o matrice, aceasta poate realiza o legătură puternică cu alte materiale. Secțiunea transversală a fibrei a arătat în mod clar o gaură în mijlocul acesteia și găuri mici în jurul ei, așa cum este ilustrat în Fig. 4. Se estimează aproximativ că există 15-20% găuri în comparație cu o singură secțiune transversală a fibrei.

Proprietăți fizice ale fibrei
Lungimea fibrei de nucă de cocos: În general, lungimile naturale ale fibrelor de nucă de cocos sunt cuprinse între 60-230 mm. Lungimile fibrelor au fost măsurate folosind o riglă de oțel și 30 de bucăți au fost alese la întâmplare pentru a afla lungimea fibrei de nucă de cocos. Cu toate acestea, în acest studiu s-au folosit fibre de nucă de cocos tăiate cu dimensiunea de 15-35 mm.

Diametrul fibrei de nucă de cocos: Pentru a determina diametrul fibrei de nucă de cocos, s-a folosit micrometrul cu o precizie de 0,01 mm. S-a observat că diametrul fibrei de nucă de cocos este de 0,17-0,24 mm.

Umiditatea naturală a fibrei de nucă de cocos: Pentru a determina umiditatea naturală, fibrele au fost la început uscate în aer liber timp de 5 zile și apoi aceleași fibre au fost uscate într-o etuvă la 80°C timp de 5 h. Greutățile fibrelor au fost măsurate folosind un cântar electronic de banc cu o precizie de 0,01 g. Umiditatea naturală H a fost calculată folosind Ecuația 1 și s-a constatat că umiditatea naturală a fibrei de nucă de cocos este de 12,2%. Se poate observa că procentele de umiditate sunt aproape similare pentru diferite tipuri de probe de fibre de nucă de cocos:

unde, Wd și WO sunt greutatea fibrelor uscate la aer și, respectiv, uscate în cuptor.

Absorbția de apă: În timpul amestecării și uscării matricei, fibrele absorb apă și se dilată. Umflarea fibrelor împinge departe betonul, cel puțin la nivel micro. Apoi, la sfârșitul procesului de uscare, fibrele pierd umiditatea și se retrag aproape la dimensiunile lor inițiale, lăsând în jurul lor goluri foarte fine. Capacitatea de absorbție a apei W a fost calculată folosind Ecuația 2:

unde, Wsw și Wad sunt greutatea fibrelor înmuiate în apă potabilă și, respectiv, greutatea fibrelor uscate la aer. Măsurătorile au fost efectuate la intervale de 24 h timp de 7 zile. Datele experimentale au arătat că absorbția maximă de apă a fibrelor de nucă de cocos are loc în primele 24 h și până la creșterea până la 120 h.

După 120 h, fibra ajunge în stare complet saturată și această stare continuă pentru ultima dată, așa cum este ilustrat în Fig. 5.

Densitatea fibrei: Densitatea fiecărei fibre este un parametru important. Pentru materialele compozite, densitatea fibrelor are un efect semnificativ. Greutatea fibrelor într-o matrice compozită depinde de densitatea fibrelor. Densitatea fibrei de nucă de cocos, ρf, a fost calculată folosind Ecuația 3 și s-a constatat că densitatea fibrei de nucă de cocos este de 1,18 g cm-3. S-a observat că densitățile fibrelor de nucă de cocos sunt aproape aceleași pentru diferite tipuri de probe:

unde, mf este masa fibrei, mw este masa apei, mw* este masa apei redusă la volumul fibrei, ρw este densitatea apei.

Proprietăți mecanice ale fibrelor
Rezistența la tracțiune a fibrelor de nucă de cocos: Testul de rezistență la tracțiune a fibrelor de nucă de cocos a fost efectuat pentru a investiga comportamentul fibrelor sub sarcină de tracțiune, extensia maximă a fibrelor sub sarcină de tracțiune și punctul de rupere. Pentru realizarea acestui experiment a fost utilizată mașina de testare la tracțiune Hounsfield. S-au luat patru grosimi diferite de fibre și s-au obținut următoarele rezultate, după cum se menționează în tabelul 1. Fig. 6 și 7 arată sarcina în funcție de extensia fibrelor de nucă de cocos pentru probele 2 și, respectiv, 3.

Datele experimentale au arătat că rezistența medie a fibrelor de nucă de cocos este de 19,51 MPa și tensiunea până la rupere este de 2,83. De asemenea, s-a observat că rezistența și deformația la rupere nu depind de suprafața fibrei. Cu cât suprafața fibrelor este mai mare, cu atât rezistența și deformația la rupere nu sunt întotdeauna mai mari.

În principal, rezistența fibrelor depinde de compoziția lor și de compoziția chimică, de procesul de separare a fibrelor, de tratament, umiditate, temperatură etc.

Densitatea betonului simplu și a betonului armat cu fibre de cocos: Greutatea și volumul betonului simplu și a betonului armat cu fibre au fost măsurate înainte de încercarea de rezistență la compresiune. Greutatea obținută a fiecărui beton a fost împărțită la volumul acestuia pentru a afla densitatea. În figura 8 este prezentată densitatea betonului simplu și a betonului armat cu fibre. Rezultatul experimental a arătat că densitatea betonului simplu este mai mare decât cea a betonului armat cu fibre. Se observă, de asemenea, că densitatea betonului a scăzut odată cu creșterea volumului de fibre de nucă de cocos în agregatul grosier convențional, așa cum este ilustrat în Fig. 8.

Compararea proprietăților betonului simplu și ale betonului armat cu fibre: Betonul simplu și cel armat cu fibre a fost încărcat sub sarcină statică, pentru a afla rezistența ultimă la compresiune a diferitelor volume de fibre de beton, așa cum se arată în Fig. 9. Numărul, lungimea și lățimea fisurilor au fost, de asemenea, măsurate atât pentru betonul simplu, cât și pentru betonul armat cu fibre de cocos după ce a fost încărcat cu sarcină statică, după cum se arată în Fig. 10-12. De asemenea, relația tensiune-deformație și modulul de elasticitate pentru betonul simplu și pentru betonul armat cu fibre de nucă de cocos sunt prezentate în Fig. 13 și, respectiv, 14.

Se observă din rezultatele încercărilor (Fig. 9) că rezistența la compresiune a scăzut treptat datorită creșterii procentului de volum de fibre în betonul convențional. Pentru betonul convențional cu 0% volum de fibre au cele mai mari valori ale rezistenței la compresiune pentru raportul de amestec specificat. În cazul numărului, lungimii și lățimii fisurilor, betonul armat cu fibre a prezentat un comportament optimist în comparație cu betonul simplu. Se concluzionează că rezistența betonului depinde de rezistența, rigiditatea și densitatea agregatelor grosiere. În general, o densitate mai mică determină o rezistență mai mică. Creșterea procentului de volum al fibrelor de nucă de cocos scade densitatea betonului și, prin urmare, dă o rezistență mai mică la compresiune.

Numărul, lungimea și lățimea fisurilor au fost măsurate atât pentru betonul simplu cât și pentru cel armat cu fibre de nucă de cocos după ce a fost încărcat cu sarcină statică. Fisurile au fost numărate în acele suprafețe în care s-au dezvoltat mai mult decât alte suprafețe. Datele experimentale au arătat că dezvoltarea fisurilor este mai mică în cazul betonului armat cu fibre. Betonul armat cu șapte procente din volumul de fibre a dezvoltat cel mai mic număr de fisuri dintre celelalte tipuri de beton armat cu fibre. Figura 10 prezintă numărul de fisuri în cazul betonului simplu și al diferitelor procente de volum de fibre. Betonul simplu a dezvoltat mai multe fisuri în comparație cu betonul armat cu fibre. În general, în beton, fisurile apar atunci când tensiunea atinge modulul de rupere al betonului. Pentru toate epruvetele, fisura a apărut în poziția de înălțime medie a cuburilor de beton. Modelul vertical al fisurilor indică faptul că acestea au fost fisuri de flexiune. Se poate observa din test că spațierea fisurilor în cazul betonului simplu a fost cea mai mare, apoi diferitele procente de volum de fibre din betonul armat.

Datele experimentale au arătat că lungimea fisurii este mai mică în cazul betonului armat cu fibre în comparație cu betonul simplu. Există o relație liniară între lungimea fisurii și natura încărcării. Pentru toate tipurile de beton, cea mai mare lungime a fisurii a fost constatată cu 80% din sarcina statică. Prin urmare, betonul armat cu fibre de nucă de cocos poate limita lungimea fisurii. Lungimea fisurilor în cazul betonului simplu și al betonului armat cu fibre sunt prezentate în Fig. 11.

Datele experimentale au arătat că lățimea fisurii este mai mică în cazul betonului armat cu fibre în comparație cu betonul simplu, așa cum se arată în Fig. 12. În cazul betonului cu 1% volum de fibre, lățimea fisurii scade odată cu scăderea încărcării. Pe de altă parte, lățimea fisurii la 3, 5 și 7% a prezentat rezultate diferite în cazul încărcării statice. S-a evidențiat în mod clar că lățimea betonului simplu este mai mare decât cea a tuturor conținuturilor de volum de fibre. Astfel, betonul armat cu fibre de nucă de cocos poate limita lățimea fisurii. Mai mult decât atât, fisurile cu spații închise sau un număr mai mare de fisuri conduc la o lățime mai mică a fisurilor. Motivul pentru acest comportament este că spațierea fisurilor este o funcție atât de rezistența la tracțiune, cât și de rezistența de legătură a betonului. Scăderea rezistenței la tracțiune a betonului se datorează scăderii rezistenței acestuia pentru contribuția procentului de volum al fibrelor, apoi scăderii rezistenței de aderență a betonului. Atunci când diferitele procente de volum de fibre adăugate pe betonul convențional, astfel poziția fisurii o distanță mai scurtă este necesară pentru ca forța de tracțiune din fibră să fie retransferată către betonul înconjurător, ceea ce implică o distanță mai mică între fisuri.

Utilizând graficul Sarcina (KN) vs. distanța (mm) și datele, a fost trasată curba tensiune-deformare atât pentru betonul simplu cât și pentru cel armat cu fibre. Figura 13 prezintă relația tensiune-deformare a betonului simplu și a betonului armat cu fibre.

Se observă că betonul simplu prezintă o tensiune mai mare decât betonul amestecat în volum de fibre. În consecință, betonul cu volum de fibre prezintă valori mai mari ale tensiunii decât betonul convențional. Aceasta implică faptul că betonul cu volum de fibre nu poate rezista la o cantitate mai mare de sarcină și prezintă cedare fragilă în etapele ultime de încărcare.

Modululul de elasticitate este panta unei curbe tensiune-deformație. Curbele de solicitare-deformare adesea nu sunt trasee drepte, ceea ce indică faptul că modulul se modifică în funcție de cantitatea de deformare. În acest caz, panta inițială este de obicei utilizată ca modul. Modulul de elasticitate se mai numește și modulul Youngs. Pentru a determina modulul de elasticitate, a fost calculată tangenta curbei tensiune-deformație pentru materialele simple și cele armate cu fibre de nucă de cocos. Figura 14 prezintă modulul de elasticitate al betonului simplu și al betonului armat cu fibre. Rezultatul experimental a arătat, de asemenea, că modulul de elasticitate este ușor mai mare în cazul betonului simplu în comparație cu betonul armat cu fibre. Este remarcabil faptul că betonul cu 3% din volumul de fibre a prezentat un modul de elasticitate mai mare decât betonul cu 1% din volumul de fibre. Acest lucru este atribuit în principal valorii mai mici de rigiditate a fibrelor de nucă de cocos în comparație cu pietrișul. Evoluția valorilor E ale betonului este influențată de tipul de agregat grosier, de tipul de ciment, de raportul w/c al amestecului, de dimensiunea agregatelor și de vârsta de întărire (Alexander și Milne, 1995). În general, modulul de elasticitate al betonului depinde de rigiditatea agregatului grosier. De asemenea, zona interfacială dintre agregate și pastă și proprietățile elastice ale materialelor componente influențează modulul de elasticitate al betonului.

CONCLUZIE

Acest studiu a prezentat rezultatele unui program experimental care investighează proprietățile fizice și mecanice ale betonului armat care încorporează diferite procente volumice de fibre de nucă de cocos. Pe baza rezultatelor experimentale și a observațiilor, se pot afirma următoarele concluzii:

RECOMANDĂRI

Acest studiu a fost realizat în cadrul Laboratorului de Structuri Grele, School of Computing, IT and Engineering, University of East London, Marea Britanie și School of Civil Engineering, Linton University College, Legenda Education Group, Malaezia, iar autorii doresc să mulțumească tehnicienilor din laborator pentru asistența oferită la fabricarea și testarea epruvetelor.