بخشی از مقاله
بررسی نتایج حاصله از آزمایشهاي چسبندگی بولت به سیمان در شرایط فشار جانبی ثابت به کمک سلول تغییریافته هوك
چکیده
مطالعات زیادي در زمینه استفاده از بولت به عنوان تقویت کننده فعال در سازه هاي سنگی و روشـهاي افـزایش ظرفیـت بـاربري آنهـا صـورت گرفته است. در این میان عوامل زیادي هستند کهمستقیماً بر روي این ظرفیت باربري تاثیر می گذارند. از جمله مهمترین این عوامل مقـدار فشار محصورکننده اي است که بطورجانبی پیرامون بولت تزریق شده اعمال می گردد. ظرفیت باربري بولت با تغییر این فشار میتواند تغییرات فاحشی از خود نشان دهد در این تحقیق، تعدادي آزمایش کشش (Pullout Test) تحـت شـرایط اعمـال فـشار جـانبی ثابـت بـا دو نـوع میـل مهـار((AIIIφ28, Dywidagφ20 و بـا دو نـسبت آب بـه سـیمان 0/4) و (=w:c0/5 در طولهـاي درگیـري Embedment length ) mm100) و mm150 انجام شد. آزمایشها تحت فشارهاي جانبی مختلف انجام گرفتند که در هر آزمایش، میزان فـشار جـانبی ثابـت نگهداشـته شـد.بـدین منظور سلولی موسوم به سلول سه محورة تغییر یافته هوك (Modified Hoek Cell) طراحی و ساخته شد. نتایج نشان می دهند که بـا افـزایش فشار جانبی، مقاومت چسبندگی نیز افزایش پیدا میکند و با افزایش جابجایی بولت پس از گذر از یک نقطه، این مقدار کاهش می یابد. پـارامتر مهم مورد برسی دیگر، اتساع نمونه بود. جابجایی شعاعی سیمان که بدلیل وجود ناهمواري در سطح بولت ایجاد میشود، توسط بازوهاي فلـزي که روي آن کرنشسنج4 نصب شده، اندازهگیري شدند. نتایج بدست آمده نشان میدهد با افزایش فـشار جـانبی، از جابجـایی شـعاعی کاسـته میشود. همچنین نرخ جابجایی شعاعی با افزایش جابجایی محوري بولت کم می شود و از اتساع به سمت انقباض می رود.
کلید واژه ها: چسبندگی سیمان، تست کشش بولت، بولت، سلول هوك، نگهداري.
.1 مقدمه
بولتهاي تزریق شده در تمام طول، پس از استفاده موفق از بولتهاي با مهارهاي مکانیکی و نقطـه اي در دهـه 50 ، بـه صـنعت معرفی و به میزان وسیعی در ساخت فضاهاي زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفتند. در گیر بودن ساقه بولت با سـیمان و سـنگ در تمام طول آن در بولتهاي تزریقی ضمن مرتفع نمودن خطر گسیختگی اتصال نقطه درگیري (در بولتهاي مکـانیکی) باعـث ازدیاد سختی محوري و موثر تر شدن بولت در جلوگیري از حرکت توده سنگهاي ناپیوسته گردید. نکته قابل توجه آنکه انتقال نیرو به توده سنگ اطراف در مهارهاي درگیرمکانیکی تنها به نقطه درگیري و خود میله آنکر بستگی دارد حال آنکـه در انـواع تزریقی علاوه بر مواردیکه ذکر شد، مشخصات خمیر سیمان و روند جابجایی سنگ نیز تأثیر بسزایی در نوع توزیع بار در طـول بولت دارد .[Moosavi, et al. 1996] مقدار تنش شعاعی وارده به سیمان نیز سهم بسزایی در این چسبندگی دارد که نقش این عامل در مقاله حاضر مورد بررسی قرار گرفته است.
.2 مفهوم ظرفیت چسبندگی
ایده استفاده از فولاد بعنوان عاملی براي تقویت بتن به سالها پیش باز می گـردد. شـاید Hyatt , 1877 اولـین بـار بـه امکـان استفاده از فولاد براي جبران مقاومت کششی کم در سیمان پرتلند توجه نمود. این توجـه سـپس سـرآغاز تحقیقـات وسـیعی گردید که در دهه 60 این نکته مهم را اثبات کرد که در اکثر موارد، گسیختگی در ساقه فولاد رخ نداده بلکه ایـن امـر بـصورت لغزش در سطح تماس سیمان – فولاد روي می دهد.
چسبندگی (Bond) طبق تعریف عبارتست از مقدار مقاومتیب است که میلمهاردر مقابل یـرون آمـدن از داخـل یـک خمیـره (معمولا“ سیمان) از خود نشان میدهد. در مورد اینکه چسبندگی از خواص سیمان است یا فولاد اختلاف نظر است ولـی قـدر مسلم آنست که خواص هر دو در این امر موثر است. ظرفیت چسبندگی فولاد به سیمان (و چنانکه در کاربرد هاي ژئـوتکنیکی متداول است چسبندگی بولت به سیمان) گاهی بصورت نیروي چسبندگی و بـر حـسب (N) وگـاهی بـر حـسب تـنش برشـی پیرامون بولت بر حسب (N/mm2) بیان میگردد.
از آنجائیکه مکانیزم لغزش بولت از داخل سیمان یک فرآیند اصطکاکی است لذا هر عاملی که در جهت افـزایش ایـن اصـطکاك اثر کند باعث افزودن مقاومت چسبندگی خواهد شد. از مهمترین عوامل افزایش این مقدار مقاومت میتوان به زاویـه اصـطکاك سطح بین میله و سیمان و نیروي عمود بر این سطح اشاره کرد. در مواردي کـه از بولتهـاي آج دار اسـتفاده گردیـده، مقـدار چسبندگی فوق تابع اندازه و شکل آج بوده و بعضا“ تا بیشتر از 2 برابر حالت صاف افزایش پیدا کرده است ..] .[
از دیگر عوامل مؤثر در ظرفیت چسبندگی، مقاومت فشاري خمیر سیمان میباشد. بسیاري از تحقیقات نشان داده که با افزایش مقاومت فشاري سیمان، ظرفیت چسبندگی نیز افزایش مییابد.[Gilkey,1940] در بـسیاري از روابـط تجربـی گذشـته کـه دراین زمینه ارائه شده، نظیر رابطه (Dight(1983 اثر محدودیت جانبی2 سیمان بعنوان عاملی مـؤثر در ظرفیـت چـسبندگی بحساب آورده نشده حال آنکه این عامل یکی از مهم ترین پارامترهاي موثر بر ظرفیت چسبندگی است که در این تحقیق توجه خاصی به آن شده است.
.3مکانیزم لغزش میلمهار از داخل سیمان
ظرفیت چسبندگی چنانکه در تحقیقات بسیاري از محققین آورده شده، در میلههاي تغییر شکل یافته ناشی از سه عامل اسـت . [Littlejohn and Bruce, 1977] چسبندگی شیمیائی سیمان به فولاد، اصطکاك بین این دو ماده و درهم قفل شدگی بین آجهاي فولادي وسیمان. بلا فاصله پس از شروع لغزش بولت، عامل اول به صفر کاهش مییابـد. سـپس دو عامـل بعـدي
(علی الخصوص عامل درهم قفل شدگی) است که باعث بـروز مقاومـت در برابـر کـشش مـی شـود. طبـق مطالعـات Rehm ((1961 اتساع3 سیمان در نتیجه حرکت شعاعی سـیمان روي رخـسارة آج، روي مـیدهـد. بیـشترین حرکـت در محلـی رخ میدهد که روي سطح سیمان ترك شعاعی ایجاد گردد. حرکت آج باعث بیرون راندن لایـه سـیمانی شـده و منجـر بـه ایجـاد جابجاي شعاعی در سطح خارجی سیمان می شود. در این مورد ترك در واقـع در نتیجـه غلبـه بـر مقاومـت کشـشی مماسـی سیمان رخ میدهد. ترکهاي شعاعی مولاًمع زمانی که فشار جانبی کمی بر نمونه وارد می شود بیشتر بوجود میآیند.
به دلیل مکانیزم اصطکاکی گسیختگی چسبندگی، اعمال فشار جانبی نقش بسزایی در افزایش این مقاومت دارد. فـشار جـانبی در واقع تنش عمودي پیرامون سیمان را زیاد کرده و اجازة ترك خوردن را به سیمان نمیدهد. نتیجه اینکـه اگـر تـرك هـم در سیمان بوجود آید، تراکم باعث میگردد که بازشدگی به حد معینی محدود گـردد و بـا افـزودن محـدودیت جـانبی مقـدار آن کاهش یابد.[Malvar,1992] شکل 3 ایجاد ترك ومنحنی چسبندگی-لغزش را بر حسب میزان محدودیت جانبی به نمـایش میگذارد.
تجربیات بدست آمده حاکی از آنست که فشار جانبی میتواند باعث تغییرات 100 درصدي در مقاومـت چـسبندگی شـود. لایـه سیمان بعنوان یک استوانه جدار ضخیم میتواند بر حسب مقدار ترك ایجاد شده در آن با وجود نیروي خـارجی رفتـاريکـاملاً الاستیک،کاملاً پلاستیک یا کمی تركخوردة الاستیک داشته باشد که هر کدام میتوانند بصورت جداگانه رفتـاري متفـاوت در چسبندگی ایجاد کنند.
(Soroushian (1991 تفاوت بین لغزش بولت و از دست رفتن چـسبندگی بـا سـیمان را در دو شـرایط بـدون محـصوریت جانبی و وجود محصوریت جانبی را مطابق شکل 2 تشریح کرد. محصوریت جانبی در نمونه هاي این تحقیق مستقیما“ توسـط اعمال تنش جانبی توسط سلول هوك تامین می شود.
شکل-2 از دست رفتن چسبندگی بـا (الـف)تـرك شـعاعی در سـیمان غیـر محـصور، (ب) کـشش در سـیمان محـصور شـده
.[Soroushian,1991]
.4آزمایش تعیین چسبندگی در فشار جانبی ثابت
جهت آزمایش کشش بولت از محفظهاي استفاده شد که بتوان در آن مجموعه بولت و سـیمان در برگیرنـده آن را تحـت فـشار جانبی ثابت قرار داد. بدین منظور، سلول هوك تغییریافتهاي((MHC مطابق شکل 3 ساخته شد تا بتوان به نمونه فشار جانبی تا MPa 60 اعمال کرد. اعمال فشار جانبی توسط روغن هیدرولیک و وارد کردن کشش محوري به میله توسط جک با سیلندر خالی1 صورت گرفت. نمونهها از یک میله که در داخل سیلندري از سیمان قالب ریزي شده تـشکیل مـی شـود. ایـن اسـتوانه سیمانی مطابق شکل 3 داراي قطر mm5/63 و ارتفاع mm387 میباشد. براي قالب ریزي از دو غلظت متفاوت آب به سیمان 0/4) و (=w:c0/5 استفاده گردید. در قسمت بالا و پایین نمونه از دو حلقه فـولادي جهـت درگیـري بـا دیـوارههـاي سـلول و جلوگیري از نشت آن استفاده شد. طول درگیري مؤثر بولتها 100 وmm150 در نظر گرفته شد. بولتهایی که بکار رفتنـد از دو نوع AIII بقطر mm28 و Dywidag بقطر mm20 بودند.
