بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق به بررسی مشخصات مکانیکی بتنهای حاوی الیاف فولادی موجدار و قلابدار رایج در کشور ایران با درصدهای حجمی الیاف مختلف - الیاف موجدار با درصدهای: 0 ، 0/5و _ 1 الیاف قلابدار با درصدهای: 0/3 ، 0/5، 1، 1/5و - 2 میپردازد. برای این منظور، ابتدا با بررسی چندین طرح اختلاط با مصالح سنگی مختلف طرح اختلاط مناسب جهت پاشش روی سطوح بدست آمد. سپس با اضافه کردن الیاف فولادی در نسبتهای حجمی مختلف به بتن، 8 طرح اختلاط با مقدار و نوع الیاف فولادی مختلف بدست آمد. برای هر طرح، نمونهی مکعب مستطیلی جهت تعیین مقاومت خمشی، نمونهی مکعبی برای بدست آوردن مقاومت فشاری، نمونهی استوانهای جهت تعیین مدول ارتجاعی و مقاومت فشاری تهیه و عملآوری شد. با مقایسهی نتایج بتن الیافی مشخص شد که مشخصات مکانیکی بتن با افزودن الیاف بهبود یافته و بیشترین تأثیر را بر مقاومت خمشی داشته است. همچنین افزودن حدود 1تا 1/5 درصد حجمی الیاف فولادی قلابدار به بتن، مناسبترین مشخصات مکانیکی را ایجاد کرد.
کلمات کلیدی: الیاف فولادی، بتن الیافی، مشخصات مکانیکی بتن، مقاومت بتن.
.1 مقدمه
بتن یکی از پرمصرفترین مواد در صنعت ساختوساز است که دارای ضعفهایی ازجمله مقاومت کششی و ظرفیت کرنشی کم در هنگام گسیختگی و همچنین رفتار ترد و غیرقابلپیشبینی در هنگام بارگذاری است. برای بهبود رفتار و مشخصات مکانیکی بتن، مسلح کردن بهوسیلهی میلگرد و یا پیش تنیدگی بتن مطرح شد. محققان در سراسر دنیا از روشهای مختلف و نوینی برای بهبود مشخصات بتن استفاده میکنند. ازجمله مواد جدیدی که جایگاه ویژهای در صنعت ساختوساز به خود اختصاص داده، الیاف تقویتکننده است که این الیافها میتواند از جنس فولاد، شیشه، مواد طبیعی، پلیمر و مواد مصنوعی باشد.
الیاف فولادی تقویتکننده از طریق مسلح سازی بتن با افزایش یکپارچگی سنگدانهها در بتن، کمک به کنترل گسترش ترکها یا پیشگیری از شکست ترد بتن و همچنین پخش تصادفی در بتن با جذب تنشهای کششی با جهتگیری نامعلوم باعث بهبود خواص بتن میشود. اولین بررسی تخصصی بتن الیافی در دههی1960 میلادی در آمریکا گزارششده است .امروزه الیاف فولادی کاربردهای صنعتی فراوانی دارد. بهطور مثال، در ساخت کف سالنهای صنعتی میتوان از این نوع بتن بهجای بتن مسلح متداول سود جست. این نوع بتن از بهترین مصالح مورداستفاده برای مقاومسازی دیوارهای بنایی برای حفظ یکپارچگی دیوار و همچنین ساخت بناهای مقاوم به ضربه، همچون سازهی پناهگاهها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار میرود. مواردی دیگری از بهکارگیری این نوع بتن، ساخت قطعات پیشساخته ساختمانی و یا پاشیدن بتن روی سطوح انحنادار همچون تونلها است.
الیاف فولادی مورداستفاده در بتن الیافی مطابق استاندارد [ 1] ACI 544 باید نسبت طول به ضخامت در محدوده 20 تا 100 داشته باشد تا بتواند بهطور مناسب در بتن توزیع شود و همچنین درصد حجمی الیاف فولادی اضافهشده به بتن درجا باید در محدوده 0/25 تا 2 درصد باشد تا ساخت بتن تسهیل شود.
.2 پیشینه تحقیق
نعمان و همکاران در سال 1983 با استفاده از سرعت بارگذاریهای مختلف و همچنین الیافهای با نسبت طول به ضخامت مختلف به این نتیجه رسیدند که جذب انرژی بتن الیافی یک تا دو برابر جذب انرژی بتن معمولی است و همچنین با بالا رفتن سرعت بارگذاری، مدول گسیختگی و انرژی جذبشده نیز افزایش مییابد .[2] بالاسوبرامینیان و همکاران در سال 1996 بیان کردند که الیاف فولادی بهطور قابلتوجهی مقاومت ضربهای را افزایش میدهد و همچنین نتیجه گرفتند که مقاومت ضربهای الیاف موجدار در مقابل الیاف ناودانی شکل و صاف بهتر است .[3] ناتاراج و همکاران در سال 2005 با بررسی درصد حجمیهای مختلف الیاف در بتن و ایجاد ضربه در سنهای مختلف بتن به تأثیر قابلتوجه مقاومت ضربهای در اثر افزودن الیاف پیبرند .[4] نیلی و همکاران در سال 2010 با بررسی آب به سیمانهای مختلف، با و بدون سیلیکافوم و همچنین درصد حجمیهای مختلف الیاف فولادی در بتن به این نتیجه رسیدند که افزودن الیاف فولادی باعث افزایش مقاومت کششی و مقاومت خمشی و همچنین افزایش چشمگیری در مقاومت ضربهای بتن الیافی میشود و الیاف فولادی همراه با سیلیکافوم مقاومت ضربهای و شکلپذیری را بهطور قابلملاحظهای افزایش میدهد .[5] اولیویتو و زوکارو در سال 2010 با بررسی الیافهای با میزان طول به ضخامت مختلف و طرح اختلاطهای مختلف به این نتیجه رسیدند که در آزمایش تکمحوری فشاری الیافها تأثیر کمی دارند، گرچه نمونهها بهطور کامل شکستند و خردشدگی در بالا و پایین رخ نداد و همچنین با افزایش الیاف فولادی میزان سختی و شکلپذیری نمونههای خمشی افزایش یافت .[6] علوینیا و همکاران در سال 2012 بامطالعهی آزمایشگاهی و عددی به این نتیجه رسیدند که افزایش درصد حجمی الیاف در بتن، افزایش در مقاومت ضربهای را در پی دارد همچنین به این نتیجه رسیدند که الیاف فولادی خیلی مؤثرتر از الیاف پلیپروپیلن است .[7] مورالی و همکاران در سال 2014 به این نتیجه رسیدند که الیاف قلابدار در جذب انرژی ضربه بهتر از الیاف موجدار عمل میکند آنها همچنین نشان دادند که کاهش سرعت امواج آلتروسونیک نشاندهندهی گسترش گسیختگی داخلی و کاهش مقاومت است.[8] بولکباچ و همکاران در سال 2014 به این نتیجه رسیدند که نسبت مقاومت کششی دونیم شدن استوانه به مقاومت فشاری بتنهای الیافی در حدود 0/083 تا 0/1 است و همچنین با افزایش درصد حجمی الیاف فولادی در بتن، مقاومت کششی افزایش مییابد .[9]
نیلی و همکاران در سال 2016 با بررسی بتن الیاف فولادی تحت اثر ضربات دینامیکی با سرعت بالا - - 600- 1130m/s و ضربه شبه استاتیکی با سرعت کم - - 3m/s پی بردند که در هر دو مورد الیاف فولادی نقش اصلی در یکپارچگی نمونهها دارد، همچنین تحت ضربهی شبه استاتیکی گسیختگی به شکل شعاعی و قطری است ولی تحت ضربات دینامیکی با سرعت بالا نمونههای بدون الیاف شکست برشی دارند و نمونههای دارای الیاف بدون اینکه گسیخته شوند پرتابهی ضربه به داخل نمونه فرو میرود .[10]
جیسکارون و همکاران در سال 2017 با بررسی مقادیر مختلف میزان الیاف فولادی در بتن و بررسی مقاومت فشاری، خمشی، برشی، کششی - دونیم شدن استوانه - ، مدول ارتجاعی و آزمایش ضربه روی نمونههای مکعبی و دال بتن الیافی به این نتیجه رسیدند که تأثیر الیاف فولادی در مقاومت ضربهای و مقاومت برشی بیشتر از تأثیر در مدول ارتجاعی و مقاومت فشاری است. افزایش میزان الیاف در بتن گرچه باعث کنترل بهتر ترکها و افزایش مقاومت کششی میشود ولی افزایش آن به 1/5 درصد در حین آزمایش احتمال گلولهای شدن - - Balling را افزایش میدهد .[11]
در سال 2017 با بررسی خستگی در آزمایش بارگذاری کشش مستقیم در بتن الیافی دریافتند که نحوه تغییرشکل در بتن الیافی و بتن معمولی شبیه یکدیگر است و به رابطهای بین کرنش ثانویه و عمرخستگی برای بتن معمولی و بتن الیافی پی بردند و همچنین تحت اثر بارگذاری یکسان عمر خستگی با افزایش درصد حجمی الیاف در بتن - از صفر تا 1/5 درصد - ، افزایش مییابد .[12]
.3 برنامه آزمایشگاهی
مشخصات مصالح مصرفی و جزئیات ساخت نمونهها در این بخش ارائه میشود.
.1 .3 مصالح مصرفی
در این تحقیق دو نوع الیاف فولاد تولیدی کارخانهی دنیای بتن پارسیان تهران - شکل - 1- با مشخصات جدول-1 استفاده شده است. سیمان مورداستفاده، سیمان پرتلند نوع-2 کارخانهی شهرکرد است که دارای ترکیب مواد جدول-2 است. سنگدانهها از معدنهای قلات و دوکوهک شیراز انتخاب شد. با ترکیب وزنی سه به یک از سنگدانههای معادن فوق با بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه 10 میلیمتر، منحنی سنگدانههای ترکیبی مطابق شکل-2 است که در محدوده قابلقبول استاندارد ACI 544 قرار دارد . طرح اختلاط سنگدانهی مورداستفاده بعد از بررسی چندین طرح اختلاط مختلف با سنگدانههای مختلف و میزان آب به سیمانهای مختلف مطابق جدول-3 برحسب وزن مصالح مصرفی در یک مترمکعب بتن بدست آمد.
شکل--1 الیاف موجدار و قلابدار
جدول--1 مشخصات الیاف فولادی مصرفی
