بخشی از مقاله
چکیده
زمانی که بتن رطوبت خود را از دست میدهد، دچار جمع شدگی و کاهش حجم شده و در نهایت باعث ایجاد ترک و افزایش تغییرشکل بتن می شود. در این پژوهش اثر الیاف پلی پروپیلن، فولادی، شیشه، بازالت و پلیمر بر مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و ترکهای انقباضی - سنین اولیه - مخلوط های بتنی پر مقاومت مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش انقباض از نوع مهار شده، بر روی نمونههای بتنی به شکل حلقه با ارتفاع 150 میلی متر، قطر داخلی 30 میلی متر و قطر خارجی 40 میلی متر مطابق استاندارد ASTM C 1581 انجام شد.
پارامترهای اصلی مورد مطالعه در این پژوهش عرض ترک و سن ترک خوردگی ناشی از انقباض مهار شده بود. نتایج نشان داد که افزودن الیاف موجب افزایش مقاومت فشاری در سن 3، 7 و 28 روز به ترتیب تا %16، %20 و % 3 و نیز موجب افزایش شاخص چقرمگی خمشی تا 7/7 برابر میشود. الیاف فولادی و شیشه عملکرد خوبی در تامین مقاومت خمشی داشتند اما در کاهش سرعت و زمان ترک خوردگی انقباضی، نسبتا ضعیف عمل میکنند. همچنین ترک در تمام حلقه های بتنی به جز مخلوط حاوی پلی پروپیلن به ترک عمقی توسعه پیدا کرد. مخلوطهای حاوی الیاف پلی پروپیلن تا %84 کاهش عرض ترک و %62 افزایش سن ترک خوردگی را از خود نشان دادند.
.1 مقدمه
صنعت بتن طی سالهای اخیر توسعه و پیشرفت چشمگیری را تجربه کرده است و منجر به تولید و توسعه بتن هایی با کیفیت و کاربری بالا مانند بتن با عملکرد - HPC - 1 و مقاومت بالا - HSC - 2 شده است. با توجه به مقاومت کششی کم بتن و نیز کاهش ضعف شکنندگی در چند دهه اخیر از الیاف با نسبت طول به قطر بالا که در تمام حجم بتن توزیع و پراکنده شده، استفاده می شود.
به کار گیری الیاف در بتن و کامپوزیتهای سیمان پایه، به منظور افزایش چقرمگی و شکل پذیری در ناحیه پسا ترک به طور قابل توجهی افزایش یافته است. انهدام و خرابی بتن به شدت به تشکیل ماکروترک ها و میکروترک ها تحت اثر بارگذاری و یا تأثیرات محیطی وابسته است .[3-1] تغییرات گرمایی و رطوبتی در خمیر سیمان باعث ایجاد ریز ترک ها میشوند که در سطح دانه های درشت متمرکز میشوند.
با افزیش بارگذاری و نیز سایر مسائل محیطی، ریزترک ها در جسم بتن منتشر میشود. استفاده از الیاف مختلف یک عامل موثر در کاهش انتشار ترک ها و همچنین موجب بهبود خاصیت جذب انرژی و طاقت بتن شده که میتواند به نحو مطلوبی خطر شکست سازه های بتنی به خصوص در مناطقی که تحت بارهای مکرر و لرزه ای قرار میگیرند را کاهش دهد.
استفاده از الیاف نقش عمده در جلوگیری از ورقه شدگی، ترک های انقباضی و ترک های حرارتی به عنوان جایگزین با آرماتور حرارتی، دارد. از عمده الیاف متداول مصرفی میتوان به الیاف فولادی و پلی پروپیلن اشاره کرد .[6-4] شکل 1 شماتیک تاثیر الیاف بر فرآیند شکافته شدن بتن تحت بارگذاری کششی را نشان میدهد.
جمع شدگی به طور کلی به چهار دسته تقسیم میشود : جمع شدگی در سنین اولیه - جمع شدگی پلاستیک یا مویینه - ، جمع شدگی خودبه خودی، جمع شدگی کربناتاسیون و جمع شدگی ناشی از خشک شدن. جمع شدگی سنین اولیه در بتن تازه به علت تبادل رطوبت از سطح به محیط توسط تبخیر و تبادل جرم از درون بتن به سطح آن صورت می گیرد.
جمع شدگی پلاستیک در چند ساعت اولیه بعد از ریختن بتن اندازه گیری میشودو توسط طرح اختلاط بهینه و روش عمل آوری مناسب قابل پیشگیری میباشد. فعل و انفعالات بین خمیر سیمان سخت شده و کربن دی اکسید منجر به جمع شدگی کربناتاسیون میشود.
کاهش حجم ناشی از این پدیده به آهستگی و در محیط پیرامونی صورت میگیرد و نسبت به جمع شدگی ناشی از خشک شدن قابل صرف نظر میباشد. جمع شدگی ناشی از خشک شدن به علت تبادل رطوبت ناشی از تغییرات رطوبت نسبی بین محیط و بتن بوجود میآید. نوع اخیر، قسمت عمده ای از تغییرات حجم ناشی از جمع شدگی در بتن با مقاومت معمولی و بالا را شامل میشود، به همین دلیل در این مقاله به طور اخص به بررسی این نوع جمع شدگی پرداخته شده است
تاکنون تحقیقات گستردهای در زمینه تأثیر انواع مختلف الیاف شامل الیاف طبیعی و مصنوعی بر روی خصوصیات بتن انجام گرفته است. به عنوان نمونه، افشار تأثیر استفاده از الیاف فولادی را بر خواص مکانیکی بتن با مقاومت بالا مورد بررسی قرار داد.
همچنین کامرانی و مقصودی روشهای مختلفی را برای تخمین عددی تنش های ناشی از جمع شدگی در بتنهای حجیم استفاده نمودند.
باقری و همکارانش استفاده از الیاف فولادی را جهت افزایش مقاومت ضربه ای بتن مورد استفاده قرار دادند. طی سالهای اخیر، الیاف پلیمری نسل جدیدعمدتاً بر پایه پلی پروپیلن با عملکرد بهبود یافته، ارائه شد بطوری که با افزایش قطر و طول این الیاف، امکان کاربرد آنها در حجمهای به مراتب بالاتر فراهم شده است. لذا محققین زیادی در زمینه کاربرد این نوع الیاف و تأثیر آن بر روی عملکرد بتن تحقیقات خود را انجام دادند.
به عنوان نمونه، مستوفی نژاد و حاتمی به بررسی تأثیرات استفاده از الیاف پلی پروپیلن بر ترک خوردگی ناشی انقباض و کارایی بتن پرداختند.
متوسلیان به بررسی تأثیر استفاده از الیاف پلیپروپیلن بر میزان ترکهای ناشی از جمع شدگی در بتن خودتراکم پرداخت. آنها در تحقیقات خود، تأثیر استفاده از درصدهای مختلف الیاف پلیمری شامل الیاف پلیمری نسل جدید ماکرو و فولادی را بر روی خواص مقاومت ضربه ای بتن بررسی نمودند.
هدف از این پژوهش بررسی اثر انواع الیاف مختلف پلی پروپیلن، فولادی، شیشه، بازالت و پلیمری بر مقاومت فشاری، خمشی و انقباض در سن اولیه بتنهای با مقاومت بالا است. پارامترهای مورد مطالعه در این پژوهش عرض ترک و سن ترک خوردگی ناشی از انقباض مهار شده است.به همین منظور الیاف با درصد حجمی 0/1 در مخلوطهای بتنی با نسبت آب به مواد سیمانی ثابت 0/38 استفاده شد.
شکل .1 شماتیک تاثیر الیاف بر فرآیند شکافته شدن بتن تحت بارگذاری کششی
2. برنامه آزمایشگاهی
2. 1 مصالح مصرفی
سیمان استفاده شده دراین پژوهش از نوع تیپ 1-425 مطابق ضوابط ASTM C33 است. دوده سیلیسی مصرفی نیز به عنوان یک ماده پوزولانی معدنی، جایگزین بخشی از وزن سیمان در مخلوطهای بتنی، شد. مشخصات سیمان و دوده سیلیسی در جدول 1 آمده است. درشت دانه مصرفی در این پژوهش از نوع رودخانه ای با چگالی 2/69 و حداکثر اندازه19 میلی متر، همچنین ریز دانه مصرفی از نوع طبیعی شسته با چگالی 2/6 استفاده شد.
در این پژوهش از 5 نوع الیاف مختلف پلی پروپیلن، فولادی، شیشه، بازالت و فورتا با %0/1 حجمی مخلوط بتن استفاده شد. در جدول 2 خصوصیات آن ها آمده است.
جدول .1 مشخصات سیمان و دوده سیلیسی
جدول .2 مشخصات الیاف مصرفی
2 .2 مخلوطهای بتنی
در این پژوهش 6 طرح مخلوط بتنی - یک طرح شاهد و پنج طرح الیافی - با نسبت آب به مواد سیمانی ثابت 0/38 و جایگزینی %10 وزنی دوده سیلیسی با سیمان، ساخته شد. باتوجه به نسبت آب به مواد سیمانی پایین جهت رسیدن به کارایی مطلوب از مواد افزودنی فوق روان کننده برپایه پلی کربوکسیلات استفاده شد. طرحهای مخلوط در جدول 3 نشان داده شده اند.
مخلوط های بتنی پس از انجام آزمایش کارایی در داخل قالب ها ریخته شدند و بعد از تراکم بر روی میز ویبره، با یک روکش پلاستیکی - جهت جلو گیری از بخار رطوبت - پوشانده شدند. پس از 24 ساعت نمونههای بتنی از قالب ها بیرون آورده شدند و تا روز آزمایش در مخزن آب در دمای معمولی عمل آوری شدند.
