[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究调查了掺入锯末和聚苯乙烯的黏土砖在机械性能、物理性能及表面变形行为方面的表现。利用粒子图像测速技术（PIV），研究发现：随着非黏土含量的增加，砖体的体积密度、抗压强度和抗弯强度降低，而孔隙率和吸水率升高；在破坏前，改性砖的变形表现出非均匀性和局部化特征，且在接近破坏时逐渐扩展。

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.

研究动机与目标

• 评估掺入锯末和聚苯乙烯的黏土砖的机械与物理性能。
• 评估改性黏土砖在单轴压缩载荷下的表面变形行为。
• 将材料组成的变化与孔隙率、吸水率及强度性能的变化相关联。
• 利用先进成像技术理解改性砖中应变分布的演化过程。

提出的方法

• 采用不同比例的锯末和聚苯乙烯作为掺合料制备黏土砖。
• 通过标准测试方法测定包括抗压强度和抗弯强度在内的机械性能。
• 通过实验室测试量化体积密度和吸水率等物理性能。
• 在单轴压缩载荷下，利用粒子图像测速技术（PIV）分析表面变形行为。
• 随时间可视化并绘制应变分布图，以评估变形的局部化现象。
• 收集并分析数据，以关联材料组成与机械及物理性能表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 增加锯末和聚苯乙烯的比例如何影响黏土砖的抗压强度？
• RQ2 非黏土添加剂对改性黏土砖的孔隙率和吸水率有何影响？
• RQ3 在单轴压缩下，纯黏土砖与改性黏土砖的表面变形行为有何不同？
• RQ4 在低应变水平下，改性黏土砖的变形集中在何处？随着破坏的临近，这种变形如何演变？
• RQ5 PIV分析在多大程度上揭示了改性黏土砖中非均匀的应变分布？

主要发现

• 增加非黏土材料（锯末和聚苯乙烯）的比例显著降低了黏土砖的体积密度。
• 随着非黏土含量的提高，抗压强度下降，表明轻质化与结构性能之间存在权衡。
• 随着锯末和聚苯乙烯在砖体基质中比例的增加，抗弯强度也呈下降趋势。
• 孔隙率和吸水率随非黏土含量的增加而升高，表明改性砖的渗透性增强。
• PIV分析显示，纯黏土砖在载荷作用下表现出相对均匀的表面变形。
• 在改性黏土砖中，变形最初在载荷点附近局部化，随着破坏的临近逐渐扩散。