بخشی از مقاله
رفتار الياف كربن در بتن
خلاصه:
مقاله حاضر نتايج آزمايشات براي تعيين خواص و رفتار پيونذ الياف كربن نشان مي‌دهد. رفتار تحت بار حرارتي مورد مطالعه بوده است.
مقدمه:
بدليل افزايش تقاضا براي استفاده از مواد جديد نيز خوردنده الياف كربن توحه بيشتري را در حوزة طراحي پل به خود اختصاص مي‌دهد. مزيت آن كاهش پوشش بتن بدليل مقاومت به خوردگي در پوشش بتن و موارد مرتبط مي‌باشد. براي رشته‌هاي پيش تنيده در بارهاي زياد و آنها با رشته‌هاي فولادي مقايسه مي‌شوند. استفاده از تقويت با كربن غيرپيش تنيدة تهيه شده از مشي‌ها، هنوز رايج شده است. توسعة مش تقويت بافت شامل تعيين خواص الياف و رفتار كوتاه مدت و بلندمدت در بتن مي‌باشد. رفتار پيوند الياف كربن غيرتلقيصي در بتن ، رضايتبخش نمي‌باشد زيرا الياف داخلي در ناحية پيوند مي‌لغزند، آزمايشات با الياف اپوكسي ادامه يافت. رزين اپوكسي بايد پيوند الياف با الياف را بهبود بخشد و ظرفيت حمل بار توسط فعال كردن الياف
بيشتر، بهبود يابد.
لايه‌بندي اپوكسي در الياف كربن و بسته به مقدار الياف در تماس با زرين اپوكسي است. در عكس REM نحوة پوشش اپوكسي الياف كربن ديده مي‌شود. در اينجا آزمايشات با انواع مختلف الياف و مخلوط‌هاي شده و رفتار تحت عمل حرارتي ارائه مي‌شوند.
2- آزمايشات PWlLOWT .
قبل از توسعه يك مش تقويت الياف كربن، رفتار پيوند بين الياف و بتن بايد تعيين شود. بنابراين آزمايشات مختلفي انجام شدند. در اين بررسي‌ها قطرهاي الياف با استحكام‌هاي بتن مختلف تركيب شدند. نمونه‌هاي آزمايش در جايي بكار رفتند كه آزمايش قبلاَ شرح داده شده است. آزمايشات پيوند در موخ‌شوله فور تكنيك، ويرت شافت‌اوند، كولتور(HTWK) لايپزيك انجام شدند. براي نعيين استحكام بتن نمونه‌ها 3 مكعب10/10/10cm3 براي هر مخلوط بتن توليد شد و پس از 28 روز قبل از آزمايشات، آماده گرديدند. در مرحله اول الياف با ضخامت مختلف در تركيب با استحكام‌هاي بتن بررسي شدند. جدول زير آزمايشات انجام شده را نشان مي‌دهد.
تمام نمونه‌ها داراي طول پيوند40 تا 50mm بودند.
براي حصول رابطه بين استحكام بتن و رفتار پيوند، آزمايشات شمارة 5 و 10 مقايسه مي‌شوند. شكل‌هاي 2 و 3 نشان مي‌دهند كه استحكام پيوند در بتن با چهار برابر استحكام فشاري بالاتر، دو برابر مي‌شود. منحنيهاي پيوند در نمودار‌هاي زير ديده مي‌شوند. X آزمايشات شماره 6 تا 15 منجر به شكست پيوند نشدند بلكه منجر به شكست كششي الياف شدند.
نيروهاي مربوط به استحكام كشش نظري الياف بودند. از مقايسة 1 و3 مشاهده مي‌شود كه تاثير يك زرين اپوكسي برروي رفتار پيوند مي‌تواند بطور تجربي نشان داده شود. نيروي PWLLOWT در آزمايش 3 با استحكام بتن يكسان، دو برابر مي‌شود. تاثير انواع مختلف هندسة بكار رفته براي مش نمي‌توانست اندازه‌گيري شود. از اين آزمايشات مشاهده مي‌شود كه يك استحكام پيوند كوچك كمتر از 50mm براي نيروي كششي الياف در بتن با استحكام بالا چقدر است.
3- بررسي تاثيرات حرارتي روي رفتار پيوند الياف لايه‌اي بطور مكانيكي:
3.1- علائم مقدماتي
توجه به بارهاي حرارتي انجام گرفت زيرا ضريب انبساط حرارتي سيمهايCFK با بتن تفاوت دارد. در جهت شعاعي، ضريب حرارتي بيشتر است ولي در جهت طولي سيم كمتر است. يعني در دماي بالاتر سيم CFK باعث تنش‌هاي كششي شعاعي در بتن و تنش‌هاي برشي در منطقه پيوند مي‌شود. اگر دما پايين آيد، سيم بيشتر منقبض مي‌شود و از بتن جدا مي‌شود. دماي گرفتن بتن مي‌تواند بيش از 60° باشد كه بستگي به شرايط مرزي دارد.Setino اگر اعضاي بسياري موجود باشد و سيمهاي CFK با دماي گرفتن بالا تماس داشته باشد پيوند از بين مي‌رود قبل از اينكه بار‌گذاري عضو صورت گيرد چون ابعاد نمونه‌هاي آزمايش خيلي كوچك هستند گرما خيلي سريع مي‌تواند خارج شود بنابران اين موضوع در آزمايشات واقعي رخ نداد.
3.2 – آزمايشات مقدماتي:
3.2.1.- بررسي مقدماتي آزمايش
تضمين رسيدن دماي محيط به منطقه تماس سيمهاي CFK مهم است يعني
شيب حرارت در داخل مونه بايد صفر باشد لذا نمونه تهيه شده با همان ابعاد نمونة Pnllout بررسي گرديد. پروپهاي دما در محور وجود داشت و در نقطه‌اي بروي سطح سيلندر( استوانه) و 2 پروپ در حالت دهنده براي اندازه‌گيري دماي محيط وجود داشت. هدف تعيين حداقل اقامت نمونه در دماي محيط ثابت بود كه در آن توزيع ثابت دما در نمونه رخ مي‌دهد شكل 4 منحنيهاي دماي نقاط اندازه‌گيري را در محدودة 0-36 ساعت و 0-4 ساعت نشان مي‌دهد.در زوم(zoom) مي‌توان مشاهداه كرد كه تقريباَ هيچ تفاوتي بين نقطه مركزي و كواتر يك چهارم
وجود نداردو دماي داخلي براي دماي سطح در مدت 2ساعت مي‌باشد. پس از 3/5 ساعت يك تفاوت ثابت k3/5 وجود دارد اين تفاوت از اين جقيقت ناشي مي‌ِود كه پرو پ زير نمونه قرار گرفت و به عنصر گرم كردن نزديك بود و يك شيب حرارتي در هواي حالت‌دهنده( تهويه) وجود داشت. در اين نتايج يك اقامت 4:25 ساعت در سطح دماي ثابت براي نمونه‌هاي آزمايش pull out انتخاب شد.
3.2.2- بررسي نظري:
مسئله انتقال حرارت مي‌تواند بطور رياضي توسط يك معادله ديفرانسيل
جزئي داده شود. چون دماي يك و مطلق فقطط براي زمان بدست مي‌آيد يك حد معيني بايد تعيين شود. انتقال حرارت در اجسام صلب مي‌تواند در مختصات كلي توسط عبارت‌هاي زير شرح داده شود:
معادله به شكل مختصات استوانه‌اي نوشته شده است ( شكل 5)
در معدلات اوليه و شرايط مرزي rباr جايگزين مي‌شود. راه حل توسط بسط سريها ممكن است ضرايب و متغيرها بويژه معادلات حاوي توابع Bessel بستگي دارد. براي كار برد عملي نموگرام‌هايي وجود دارد كه دما برروي سطح ر انشان مي‌دهد، در محورذ مركزي استوانه و دماي ميانگين براي حصول يك دماي ثابت در نمونه بكار مي‌رود:
تعيين مقدار واقعي ضريب انتقال حرات مشكل است كه هيچ ثابت فيزيكي ندارد ولي به هشرايط مرزي مختلف بستگي دارد مقدار براي با تأثير معكوس انتخاب مي‌شود كه دورة گرم كردن را شرح مي‌دهد. براي دوره سرد كردن مقدار نتايج كمتر است زيرا به هدايت حرارتي يك بعدي را در نظر بگيريد كه منجر به نتايج زير مي‌شود:
براي تفاوت دما تا محور مياني
براي تفاوت دماي ميانگين كالريمتريك
براي حالت دو بعدي هدايت حرارت (V/Q) ، اقامت كاهش مي‌يابد براي تفوت دماي ميانگين كالريمتريك:
نتايج تابع دو بعدي با يافته‌هاي تجربي منطبق نمي‌باشد. يك تفاوت اقامت 10 دقيقه وجود دارد كه توسط تعيين معين مي‌شود.براي برآورد تأثير اقامت براي محاسبه شد.
