بخشی از مقاله
خلاصه
سازه بایستی قادر به حفظ پایداری و مقاومت خود در زمان آتش سوزی برای محافظت از جان انسان ها باشد. بتن از سال ها پیش به عنوان اساسی ترین مصالح ساختمانی شناخته شده است. از گذشته های دور، بتن را دارای خواص ضد حریق می دانستند. به همین سبب بیشترین نگرانی از سازه های بتنی در زمان آتش سوزی مربوط به آرماتورها و جاری نشدن آن ها بوده است. در این پژوهش، تعداد 120 نمونه ی استوانه ای به ابعاد 10*20 سانتیمتر و بتن با عیارهای 400 و 700 و میزان 0/6و 0/4درصد حجم کل بتن از الیاف فولادی و پلی پروپیلن ساخته و تحت دماهای 25، 100، 250، 500 و 700 درجه سانتی گراد در کوره الکتریکی قرار گرفته و مقاومت فشاری، کششی و خمشی نمونه ها با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مقاومت فشاری و خمشی در دمای 25 درجه و مقاومت کششی در دمای 250 درجه بیشترین مقدار را از خود نشان داده است.
کلمات کلیدی: بتن الیافی، الیاف فولادی و پلی پروپیلن، آتش، مقاومت فشاری و کششی و خمشی.
.1 مقدمه
در دهه ی 1940 مطالعاتی بر روی خواص مکانیکی بتن معمولی تحت حرارت انجام شد. نتایج این مطالعات که بر روی رفتار سیمان، ملات، نمونه های بتنی و اعضای بتن مسلح انجام شد، زیربنایی برای ضوابط و توصیه های بسیاری از آئین نامه ها جهت تعیین مقاومت بتن در حرارت بالا گردید. پس از گذشت 40 سال مطالعات اثر حرارت بر روی رفتار بتن های با مقاومت بالا آغاز شد. این مطالعات نشان دادند که وقوع پوسته شدگی انفجاری در بتن با مقاومت بالا تحت افزایش حرارت سریع بود. از طرفی با افزایش دما، مقاومت و مدول الاستیسیته در بتن های با مقاومت بالا به شدت کاهش یافت ] .[1
هرتز در سال های 1984 و 1991 با آزمایشاتی که انجام داد به بررسی اثر آتش بر روی بتن پرداخت 2]و.[3 وی دو سری آزمایش را بر روی دما، اندازه ی نمونه ی استوانه ای و درصد الیاف فولادی به منظور کاهش خطر انفجار انجام داد. در سری اول آزمایشات، تعداد 15 نمونه ی استوانه ای به ابعاد 10*20 سانتی متر با مقدار میکروسیلیس 14 الی 20 درصد مطابق روش آزمایش مقاومت پسماند بررسی شدند.
دیدریکس و همکاران در سال 1988 با انجام آزمایش بر روی بتن با مقاومت بالا به بررسی اثر آتش بر بتن با مقاومت بالا پرداختند .[ 4] آنها چهار نوع بتن را مورد ارزیابی قرار دادند. دورانی و کاستیلو در سال 1990 بر روی دو نوع بتن با مقاومت معمولی و مقاومت بالا، اثر افزایش دمای گذرا بر روی مقاومت و رفتار بار-جایجایی را مطالعه کردند .[5 ]
فِلیکِتی و دیگران در سال 1996 با آزمایشاتی خواص بتن های با مقاومت بالا پس از قرارگیری در معرض آتش را بررسی کردند .[ 6 ] روشی که در این مطالعه برای بررسی خواص بتن مورد ارزیابی قرار گرفت روش مقاومت پسماند است. بتن های مورد آزمایش با سیلیکافوم ساخته و دارای مقاومت 72 و 95 مگاپاسکال بودند.
فان و کارینو در سال 2002 طی یک برنامه ی آزمایشگاهی به بررسی اثر دمای بالا بر روی خواص مکانیکی و قابلیت ایجاد پوسته شدگی در بتن با مقاومت بالا پرداختند .[ 7 ] در این آزمایش خواص مکانیکی نمونه های بتنی استوانه ای با مقاومت بالا با افزایش حرارت تا 600 درجه ی سانتی گراد بررسی شد.
هان و همکاران در سال 2004 پدیده ی پوسته شدگی در بتن های حاوی الیاف پلی پروپیلن را مورد ارزیابی قرار دادند. طرح اختلاطی که استفاده کردند حاوی 0، 5 و 10 درصد حجمی بتن از الیاف فولادی بود. با افزایش مقدار پلی پروپیلن در بتن، پوسته شدگی کاهش یافت . [8 ]
زیاری و بهنود در سال 2008 به بررسی مقاومت پسماند بتن با مقاومت بالا در برابر افزایش حرارت پرداختند .[9 ] سهماران و همکاران در سال 2010 خواص مکانیکی و ریزساختار بتن مقاومت بالای آسیب دیده از افزایش حرارت را بررسی کردند . [10 ]
ژائو و همکاران در سال 2012 به بررسی بتن های GGBS حاوی الیاف فولادی و پلی پروپیلن تحت دماهای بالا پرداختند. آن ها برای بتن هایی که در دماهای بالای 800 درجه قرار می گیرند، مقاومتی را پیشنهاد دادند .[ 11 ]
چِن و همکاران در سال 2014 به بررسی مقاومت فشاری بتن های حاوی الیاف فولادی با سنگدانه های مختلف تحت دماهای بالا پرداختند. ترکیبات الیاف فولادی به نسبت حجمی بتن عبارتند از 0، 0/5، 1 و 1/5 درصد. نتایج نشان داد که تا دمای 250 درجه %85 مقاومت بتن بدست آمده و تا دمای 400 و 600 درجه %59 و %31 از مقاومت بتن نسبت به حالتی که تحت دما قرار ندارد کاهش یافته است . [12 ]
جمِران و همکاران در سال 2015 رفتار بتن های الیافی با الیاف های فولادی و پلی پروپیلن را تحت حرارت های بالا بررسی کردند . آن ها دو طرح اختلاط مختلف برای الیاف ها دادند، بطوری که این دو الیاف بطور همزمان در بتن با نسبت های 0-100 و 25-75 و 50-50 و 75-25 ریخته شده اند. نتایج نشان داد که با افزایش حرارت، از مقاومت بتن کاسته شده و بتن شکننده تر شده است. همچنین دماهای مورد بررسی 27 و 200 و 400 درجه ی سانتی گراد بوده و نسبت های الیاف های فولادی و پلی پروپیلن 0-100 و 25-75 مقاومت بهتری نسبت به حالات دیگر دارند .[ 13 ]
دماهای بالا بعلت ایجاد تغییرات فیزیکی و شیمیایی، عامل مخربی برای بتن هستند 14 ]و.[ 15 سرانو و همکاران در سال 2016 تحقیقاتی را در زمینه ی بتن های حاوی الیاف فولادی و پلی پروپیلن تحت آتش انجام دادند. آن ها تست فشار و کشش روی نمونه های استوانه ای انجام دادند. آزمایش آتش روی این نمونه ها داخل کوره ی الکتریکی نبوده، بلکه در معرض مستقیم آتش قرار گرفتند. نتایج نشان می دهند که افزودن الیاف در بتن حدود 1 الی 2 درصد مقاومت را افزوده اما پس از رسیدن به مقاومت ماکزیمم، شکل پذیری آن ها کم می شود .[ 16 ]
الیاف های فولادی بعلت رفتار غیرخطی که در بتن دارند، مقاومت کششی را افزایش داده و بعلت شکل پذیری بالا، از رشد ترک ها جلوگیری می کنند .[ 21-17]
یِرماک و همکاران در سال 2017 اثر دماهای بالا بر بتن های حاوی الیاف فولادی و پلی پروپیلن را بررسی کردند. نوع بتن مورد استفاده از نوع بتن های با مقاومت بالا - HSC - بوده و تحت چندین دمای مختلف قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش حرارت، رسانایی الکتریکی بتن کم شده و با سرد شدن تدریجی نمونه ها، این مقدار افزایش می یابد .[ 22]
با توجه به مطالعات انجام شده و خلأهای مطالعاتی، در این مقاله خصوصیات مکانیکی دو نوع بتن با عیار 400 و 700 تحت دماهای 25، 100، 250، 500 و 700 درجه ی سانتی گراد بررسی شد. بتن ها حاوی الیاف های فولادی و پلی
پروپیلن با درصدهای حجمی 0/6 و 0/4 می باشند. در مجموع تعدادی نمونه در قالب آزمایش های فشار و کشش و خمش مورد ارزیابی قرار گرفته و درصد تغییرات مقاومت، مدول الاستیسیته، وزن، ابعاد و همچنین نحوه ی رشد ترک ها در هر آزمایش بررسی گردید.
-3 برنامه آزمایشگاهی
در این مقاله تعداد 120 عدد نمونه حاوی 0/6 و 0/4 درصد الیاف فولادی و پلی پروپیلن جهت تعیین مقاومت فشاری، کششی و خمشی در نظر گرفته و تحت دماهای 25، 100، 250، 500 و 700 درجه قرار گرفته شد.
-1-3 مشخصات مصالح مصرفی
جدول - 1 - مشخصات مصالح مورد استفاده در ساخت بتن های مورد آزمایش را نشان می دهد.
جدول:2 خواص فیزیکی و مکانیکی الیاف های مصرفی
الیاف فولادی بکار رفته در این پژوهش از شرکت صنایع مفتولی زنجان و همچنین روان کننده ی مورد استفاده از شرکت بتن شیمی خاتم تهیه شده است. شکل - 1 - تصویری از الیاف و فوق روان کننده ی مصرفی در این پژوهش را نشان می دهد.
