[論文レビュー] Characterization of Surface Deformation Behavior, Mechanical and Physical Properties of Modified-clay Bricks

David N. Githinji, Charles Kyuti Nzila+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2016

Masonry and Concrete Structural Analysis被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、木くずおよびポリスチレンで修飾された粘土レンガの機械的・物理的および表面変形挙動を調査する。粒子画像速度計測法（PIV）を用いて、非粘土含有量の増加が体積密度、圧縮強度および曲げ強度を低下させ、孔隙率および水分吸収率を増加させることを示している。変更されたレンガの変形は、破壊に近づくにつれて非均一かつ局所的になり、破壊点付近に集中する。

ABSTRACT

The demand for building material is ever increasing owing to population growth. Compacted clay bricks are an important integral building material especially for low cost durable and affordable housing segment. This is a valued building material since its properties can be modified to suit various loading conditions. In this paper, the mechanical and physical properties of clay bricks modified with varying proportions of sawdust and polystyrene are determined. Increment of non-clay material proportion in the modified-clay bricks increases their porosity and water absorbency while their bulk densities, compressive and flexural strengths decreases. The use is made of Particle Image Velocimetry (PIV) method to assess the surface deformation behavior of the modified-clay bricks under uniaxial compressive loading. The distribution of surface deformation as assessed through PIV method is relatively uniform in pure-clay bricks while modified-clay bricks indicates a non-uniform deformation localized near the loading point at low strains. The strain distribution progressively spread out in the modifiedclay brick as the failure point is approached.

研究の動機と目的

• 木くずおよびポリスチレンで修飾された粘土レンガの機械的および物理的特性を評価すること。
• 一軸圧縮荷重下における修飾粘土レンガの表面変形挙動を評価すること。
• 材料組成の変化と孔隙率、水分吸収性、および強度特性の変化との相関を特定すること。
• 高度な画像技術を用いて、修飾レンガにおけるひずみ分布の進化を理解すること。

提案手法

• 木くずおよびポリスチレンを添加剤として、異なる配合比で粘土レンガを製作した。
• 標準的な試験手順を用いて、圧縮強度および曲げ強度を測定した。
• 体積密度および水分吸収率などの物理的特性を、実験室試験によって測定した。
• 一軸圧縮荷重下における表面変形挙動を、粒子画像速度計測法（PIV）を用いて分析した。
• 時間経過に伴うひずみ分布パターンを可視化およびマッピングし、変形の局所化を評価した。
• 材料組成と機械的・物理的性能との相関を特定するために、データを収集および分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 木くずおよびポリスチレンの含有割合を増加させると、粘土レンガの圧縮強度にどのような影響を与えるか？
• RQ2 非粘土添加物が、修飾粘土レンガの孔隙率および水分吸収率に与える影響は何か？
• RQ3 一軸圧縮下における純粋な粘土レンガと修飾粘土レンガの表面変形挙動にどのような差があるか？
• RQ4 低ひずみ状態における修飾粘土レンガの変形はどこに局所化しているか？ また、破壊に近づくにつれてその局所化はどのように変化するか？
• RQ5 PIV解析によって、修飾粘土レンガにおける非均一なひずみ分布がどの程度明らかにされるか？

主な発見

• 非粘土材料（木くずおよびポリスチレン）の含有割合を増加させると、粘土レンガの体積密度が顕著に低下した。
• 圧縮強度は非粘土含有量の増加に伴い低下し、軽量化と構造的性能の間にはトレードオフがあることが示された。
• 曲げ強度も、レンガマトリックス内での木くずおよびポリスチレンの含有割合の増加に伴い低下した。
• 孔隙率および水分吸収性は、非粘土含有量の増加に伴い上昇し、修飾レンガの透水性が高まっていることが示唆された。
• PIV解析により、純粋な粘土レンガでは荷重下で比較的均一な表面変形が観察された。
• 修飾粘土レンガでは、初期段階でひずみが荷重点付近に局所化しており、破壊に近づくにつれて徐々に広がっていった。