بخشی از مقاله
چکیده
بتن سخت شده به دلیل ترد بودن، دارای مقاومت کششی کم و قابلیت تحمل کرنشی پایینی میباشد. مقاومت کم سبکدانهها و شکنندگی این مصالح باعث میشود، بتن سبک حاوی این مصالح تردتر و شکنندهتر باشند و تحت اثر بارگذاری شکست ناگهانی در آنها رخ دهد. به منظور افزایش شکلپذیری و جلوگیری از گسترش ریز ترکها و همچنین ایجاد پیوستگی مناسب در بتن و افزایش ظرفیت جذب انرژی، همچنین بالا نبردن چندان وزن سازه در برابر بارهای ضربهای، میتوان از الیاف فولادی استفاده کرد.
درتحقیق پیش رو به بررسی خصوصیات مکانیکی بتن سبکسازهای و تاثیر الیاف فولادی بر این خصوصیات در سنین 7 و 28 روزه پرداخته شده است. الیاف فولادی استفاده شده در شکلهای موجدار با نسبت طول به قطر 37/5 و صاف با انتهای قلابدار به نسبت طول به قطر50 و درصد حجم ثابت %1 در ترکیبهای مختلف میباشد. برای محاسبهی خصوصیات مکانیکی از آزمایشهای مقاومت فشاری و مقاومت کششی - برزیلی و مستقیم - مدول الاستیسیته و ضریب پواسون استفاده شده است. نتایج بیانگر افزایش مقاومت خمشی و به خصوص مقاومت کششی بتن میگردد و تأثیر چندانی بر مقاومت فشاری نشان نمیدهد.
-1 مقدمه
سبکسازی در سازهها با دلایلی همچون کاهش اتلاف انرژی در ساختمانها، بهبود عملکرد لرزهای و نظایر آن بسیار مورد توجه بوده است. از جمله راهکارهای مناسب جهت داشتن عملکردی مناسب و اقتصادی، استفاده از بتن سبک میباشد؛ لذا برای داشتن بتن سبک سازهای مناسب، تأمین سنگدانههای مرغوب و با کیفیت الزامی است. پوکهی معدنی اسکریای قروه در کردستان با داشتن چندین معدن مختلف اسکریا از جمله منابع مناسب برای تهیهی این نوع بتن به شمار میرود؛ و با توجه به منابع طبیعی عظیمی که دارا میباشد، میتواند نیازبه سنگدانههای سبک را تا چندین دههی آینده تأمین کند.
اسکریا از جمله قدیمیترین سبکدانههایی میباشد که مورد استفاده قرار گرفتهاست - شکرچیزاده و همکاران,. - 1387 این سبکدانه در اثر ورود مواد مذاب آتشفشانی به محیطهای آبی مانند دریاها و دریاچهها و سرد شدن مواد مذاب، حبابهای نسبتاً درشتی در آن ایجاد میشود که گاهی اوقات به هم پیوستهاند و تا سطح سنگدانه امتداد یافتهاند. سنگدانهها نقش مؤثری را در ساختار بتن و خصوصیات مکانیکی آن ایفا میکنند.
بتن حاوی سنگدانههای سبک به دلیل ترد و شکنندهتر بودن و همچنین مقاومت کمتر سنگدانههای آن نسبت به بتن معمولی ناگهان شکسته میشوند و ضعف این نوع بتنها زمانی بیشتر آشکار میشود که تحت اثر بارگذاریهای لرزهای و دورهای قرار گیرند؛ چرا که در این نوع بارگذاریها مقاطع دچار خستگی شده و مقاومت آنها رفته رفته کم میشود - خوشرفتار، عباسنیا, . - 1386 ایدهی اضافه کردن الیاف به مخلوطهای ترد و شکننده که در مقابل کشش توان ناچیز دارند، از زمانهای قدیم وجود داشته است. علیرغم اینکه تکنولوژی بتن الیافی در ایران کمتر شناخته شدهاست، امروزه در دنیا انواع بسیار متنوعی از الیاف برای کاربردهای گوناگون در بتن وجود دارد که یکی از پرکاربردترین آنها، الیاف فولادی میباشد
اولین تلاش اصلی برای مسلح کردن بتن به وسیلهی جاگذاری الیافهای فولادی در اوایل دههی 1960 در کشور آمریکا صورت گرفت. بعد از آن تحقیقات و کاربردهای صنعتی بسیار زیادی دربارهی بتن مسلح با الیاف فولادی انجام گرفته است
الیاف فولادی دارای مدول الاستیسیته و کرنش شکست بالایی بوده، که با توجه به قابلیت شکلپذیری مناسب و مقاومت کششی بالا از مناسبترین و اقتصادیترین نوع الیاف به حساب میآید - وظیفه خواه، منافپور, . - 1389 الیاف فولادی دارای اشکال متفاوتی است از جمله - مستقیم، صاف با انتهای قلابدار- موجدار و ... - که جهت بهبود رفتار بتن قابل ساخت هستند. مزیتهای بیان شده سبب کاربرد بیشتر این نوع الیاف نسبت به سایر الیاف در بتن میباشد.
در این تحقیق به بررسی اثر الیاف فولادی با تفاوت در شکل، نسبت طول به قطر و زمان 7 - روزه، 28 روزه - در خصوصیات مکانیکی بتن سبک ساخته شده با سنگدانهی سبک اسکریای قروه پرداخته شده است تا بتوان زمینهی استفاده از این منابع طبیعی در ساخت و توسعهی بتن سبک سازهای و استفاده از آن در اجزاء سازه را بهبود بخشید.
-2 تاریخچهای از کارهای انجام شده
با بررسی کارهای گذشتگان این نتیجه حاصل شدهاست که ایدهی استفاده از الیاف از روزگاران باستان وجود داشتهاست. مصریان قدیم از کاه برای مسطح کردن آجرهای گلی استفاده نمودهاند . - Mehta,P.k, 1986 - در سال 1910 یک سری آزمایشات برای مقاومت بتن به وسیلهی الیافهای کوتاه توسط پورتر انجام گرفت. او با اضافه کردن گل میخ به بتن افزایش مقاومت کششی و خردشدگی بتن را به دست آورد
در سال 1939 زیتکویچ یک روش برای بهبود رفتار بتن مسلح بافت او از الیافهای سیم آهنیقریباًت به طول 100mm و قطر 1m که به الیاف فولادی مورد استفاده در بتن امروزی بسیار شبیه بود استفاده کرد و نتیجه گرفت که مقاومتهای فشاری کششی و برشی افزایش یافتند . - Beddar,M, 2008 - از اوایل دهه 1960 تحقیقات متعددی در زمینهی بتن مسلح به الیاف فولادی صورت گرفته است.
نتایج حاکی از این بوده است که هر چه الیاف فولادی بکار رفته در بتن افزایش یابد، مقاومت کششی در 7 روز اول بسیار سریع افزایش مییابد . - Quresh, L. A. et.al, 2008 - در تحقیقی نمونههای بتنی سبک دارای درصد حجمی مختلف الیاف فولادی %0، %5، %1 ، %1/5 و %2 برای بررسی اثر الیاف بر خواص مکانیکی بتن سبک مورد آزمایش قرار گرفتند.
آزمایشات نشان دادند که تا حد زیادی افزودن الیاف فولادی به بتن میتواند خواص مکانیکی بتن شامل مقاومت خمشی- مقاومت کششی و مقاومت در برابر ضربه را بهبود بخشد. اما اثر کمی روی مقاومت فشاری ایجاد میکند. همچنین نسبت حجمی - 1% -% 1/5 - پیشنهاد شدهاست Hadi, M.N . - wang,h .t. and wang,l.c, 2013 - آزمایشی را جهت مقایسهی رفتار دال بتن مسلح با استفاده از الیاف فولادی و پروپیلن انجام داد
نتایج آزمایش نشان داد که افزایش %1 حجمی الیاف فولادی بهترین اثر را در شکلپذیری دالها دارد . - Hadi, M. et.al,2008 - در سال 1395 هوشنگ دباغ و سوده اکبرپور به بررسی خصوصیات هندسی الیاف فولادی بر خواص مکانیکی بتن سبک سازهای با نسبت %1 حجمی برای 2 شکل الیاف فولادی صاف با انتهای قلابدار با نسبت طول به قطر - Ld = 50 - و موجدار با انتهای ساده - - Ld = 30 با عملآوری 28 روزه پرداختند. نتایج آنها حاکی از این بود که ترکیب الیاف فولادی مورد استفاده بر مقاومت فشاری و مدول الاستیسته چندان تأثیر نداشته است و دیگر خواص بتن را بهبود بخشیده است
در این تحقیق به بررسی اثر الیاف فولادی بکاررفته با طولهای متفاوت در بتن سبکسازهای پرداخته شدهاست و خصوصیات مکانیکی از جمله مقاومت فشاری، مقاومت کششی برزیلی، مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، مقاومت کششی مستقیم و ضریب پواسون تعیین شده و آزمایشها بر روی نمونههای 7 روزه و 28 روزه انجام گرفتهاست.
-3 برنامهی آزمایشگاهی
در تحقیق پیشرو برنامهی آزمایشها شامل تعیین مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، مقاومت کششی برزیلی، مقاومت کششی مستقیم، ضریب پواسون و مدول الاستیسته بر روی نمونههای عملآوری شدهی 7 روزه و 28 روزه بر روی بتن سبکسازهای و بررسی اثر الیافها بر آن میباشد.
-1-3 پارامترهای آزمایش
عبارتند از %1 حجم ثابت و تفاوت در نوع و طول الیاف مورد استفاده
-2-3 مشخصات مصالح مورد مصرفی
دراین تحقیق برای ساخت بتن سبک سازهای مورد نظر از سبکدانه اسکریا استفاده شده است - شکل. - 1 حدود دانهبندی را بر اساس استاندارد - 9 - - ASTM C330 - بدست آورده و مشخصات آن تعیین شده است - جدول - 1؛ همچنین برای تعیین وزن مخصوص و جذب آب سنگدانهها از استاندارد - 8 - - ASTM C127 - استفاده شده است
در تحقیق انجام گرفته از سیمان پرتلند تیپ یک سامان کرمانشاه استفاده شده است. برای رسیدن به کارایی مورد نظر در بتن مورد آزمایش و همچنین کاهش نسبت آب به سیمان و استفاده از الیاف فولادی، از فوق روانکنندهی مصرفی از نوع کاهندهی قوی آب فاقد یون کلر با نام تجاری - Power plast- Es - استفاده شدهاست. الیاف فولادی مورد استفاده در تحقیق در دو شکل صاف با انتهای قلابدار با نسبت طول به قطر 50 و موجدار با نسبت طول به قطر 37/5 میباشند
- جدول . - 3 مشخصات آنها را نشان میدهد و فرم هندسی الیاف مورد استفاده را در شکل - 2 - مشاهده میکنید.
شکل: 1 پوکهی معدنی اسکریا
شکل: 2 الیاف فولادی مصرفی
جدول: 1 مقایسهی دانهبندی استاندارد - ASTM C330 - با دانهبندی مصالح مصرفی
