[논문 리뷰] Characterization of Surface Deformation Behavior, Mechanical and Physical Properties of Modified-clay Bricks

David N. Githinji, Charles Kyuti Nzila외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 21.

Masonry and Concrete Structural Analysis인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 사립과 폴리스티렌으로 개질된 점토 브릭의 기계적, 물리적 및 표면 변형 거동을 조사한다. 입자 영상 속도 측정법(PIV)을 사용하여, 비점토 성분 비율을 높일수록 밀도, 압축 및 굽힘 강도는 감소하고, 다공도 및 수분 흡수는 증가함을 보여주며, 고장 직전에 변형이 하중 지점 근처에서 국소화되고 점차적으로 확산됨을 확인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 사립과 폴리스티렌으로 개질된 점토 브릭의 기계적 및 물리적 성질을 평가하기 위해.
• 단축 압축 하중 하에서 개질 점토 브릭의 표면 변형 거동을 평가하기 위해.
• 재료 조성의 변화와 다공도, 수분 흡수성 및 강도 성질의 변화 간의 상관관계를 규명하기 위해.
• 고급 영상 기술을 활용하여 개질 브릭에서 변형률 분포의 변화를 이해하기 위해.

제안 방법

• 다양한 비율의 사립과 폴리스티렌을 첨가제로 사용하여 점토 브릭을 제조하였다.
• 표준 시험 절차를 사용하여 압축 및 굽힘 강도를 포함한 기계적 성질을 측정하였다.
• 실내 시험을 통해 밀도 및 수분 흡수와 같은 물리적 성질을 정량화하였다.
• 단축 압축 하중 하에서 표면 변형 거동을 입자 영상 속도 측정법(PIV)을 사용하여 분석하였다.
• 시간에 따라 변형률 분포 패턴을 시각화하고 지ap하여 변형 국소화 정도를 평가하였다.
• 재료 조성과 기계적 및 물리적 성능 간의 상관관계를 규명하기 위해 데이터를 수집하고 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사립과 폴리스티렌의 비율을 높일수록 점토 브릭의 압축 강도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 비점토 첨가제가 개질 점토 브릭의 다공도 및 수분 흡수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 단축 압축 하중 하에서 순수 점토 브릭과 개질 점토 브릭의 표면 변형 거동은 어떻게 다른가?
• RQ4 낮은 변형률 수준에서 개질 점토 브릭의 변형은 어디에 국소화되며, 고장이 다가올수록 어떻게 변화하는가?
• RQ5 PIV 분석을 통해 개질 점토 브릭에서 비균일한 변형률 분포가 어느 정도 드러나는가?

주요 결과

• 비점토 재료(사립 및 폴리스티렌)의 비율을 높일수록 점토 브릭의 밀도가 크게 감소하였다.
• 비점토 함량이 높아질수록 압축 강도가 감소하여 경량화와 구조적 성능 사이의 상충 관계를 시사하였다.
• 사립 및 폴리스티렌의 비율이 증가함에 따라 굽힘 강도도 감소하였다.
• 다공도 및 수분 흡수는 비점토 함량이 높아질수록 증가하여 개질 브릭의 투과성 증가를 시사하였다.
• PIV 분석 결과, 순수 점토 브릭은 하중 하에서 상대적으로 균일한 표면 변형을 보였다.
• 개질 점토 브릭에서는 낮은 변형률에서 하중 지점 근처에 변형이 국소화되었고, 고장이 다가올수록 점차적으로 확산되었다.