بخشی از مقاله
چکیده
کامپوزیت سیمانی مهندسیشده - ECC - ، نوعی بتن ریزدانه با مقاومت کششی بالا و شکل پذیری مناسب است که حاوی حداکثر % 2 حجمی الیاف کوتاه می باشد. بروز رفتار سختشوندگی کرنشی و ایجاد تعداد زیاد ریزترک به جای یک ترک عمیق سراسری در اثر اعمال بار، از جمله خواص منحصر به فرد این ماده به شمار میآید. بنابراین با توجه به زلزلهخیز بودن کشورما، به نظر میرسد که ECC، آینده ی صنعت بتن در بحث زلزله، دوام و پدافند غیرعامل باشد. تاکنون الیاف متعددی در ECC به کار رفته اند که در این میان، الیاف پلیوینیلالکل - PVA - رایجترین نوع الیاف مورد استفاده هستند.
با توجه به اهمیت استفاده از این مادهی ارزشمند و با درنظر گرفتن اینکه الیاف PVA در کشور ما تولید نمیشود، در این مقاله به امکانسنجی جایگزینی این ماده با الیاف کربن تولید شده در داخل کشور پرداخته شده است. برای این منظور نمونههایی به ابعاد 230 100 9 میلیمتر حاوی %2 حجمی الیاف کوتاه کربن و PVA به طول 8 میلی متر ساخته شده است و تأثیر جایگزینی 25، 50، 75 و %100 حجمی الیاف PVA با الیاف کربن بر خواص خمشی کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از آزمون خمش چهارنقطهای نمونهها حاکی از آن است که مقادیر بالای کربن به تولید کامپوزیت ترد و با استحکام بالا منجر میشود، درحالیکه مقادیر بالای PVA شکلپذیری کامپوزیت را افزایش میدهد.
واژههای کلیدی:
کامپوزیت سیمانی مهندسیشده؛ بتن ریزدانه؛ کربن؛ پلیوینیلالکل؛ چقرمگی خمشی
مقدمه
استفاده از الیاف کوتاه در مواد پایه سیمانی، جهت بهبود رفتار کششی و خمشی آنها به عنوان یکی از روشهای مؤثر جهت تقویتکردن این مواد مورد توجه محققان قرار گرفته است .عموماً افزودن الیاف به ماتریس پایه سیمانی موجب کاهش ترکخوردگی، بهبود مقاومت، ظرفیت جذب انرژی، شکلپذیری و چقرمگی ماتریس میگردد و یکی از انواع بتن که علیرغم مقدار کم الیاف - حداکثر %2 حجمی - از شکلپذیری بالایی برخوردار است، کامپوزیت سیمانی مهندسیشده - 1ECC - میباشد.
این ماده که حاوی مقادیر بالایی خاکستربادی است و نسبت آب به مواد سیمانی در آن بسیار اندک است، در هنگام اعمال نیرو دو رفتار منحصر به فرد از خود نشان میدهد: - 1 ایجاد تعداد زیادی ریزترک، و - 2 بروز رفتار سختشوندگی کرنشی. بدین معنا که پس از ایجاد اولین ترک، با افزایش کرنش میزان تنش در این ماده افزایش پیدا میکند. این امر تا زمانی ادامه پیدا می کند که ریزترکها به هم وصل شده و یک سطح ترک ایجاد نمایند. در این زمان تنش با شیب ملایم کاهش پیدا کرده و رفتار ماده به حالت نرمشوندگی تبدیل میشود.
بدیهی است که در ECC نیز همانند سایر کامپوزیتها، خواص نهایی به خواص هریک از اجزا، یعنی لیف، ماتریس و فصلمشترک آنها بستگی دارد. تاکنون انواع الیاف پلیمری - مانند پلیاتیلن، پلیپروپیلن و پلیوینیل الکل - و الیاف فولادی و طبیعی در ECC مورد استفاده قرار گرفتهاند و الیاف PVA به عنوان بهترین گزینه جهت تقویتکنندگی این ماده معرفی شده اند . از سوی دیگر، الیاف کربن، الیافی با استحکام و مدول بالا هستند و در برخی موارد به عنوان تقویتکننده در خمیر و ملات سیمانی به کار برده شدهاند . اما گزارشی مبنی بر استفاده از این الیاف در ECC مشاهده نشده است.
الیاف کربن همانند الیاف فولادی قوی هستند و از نظر شیمیایی خیلی پایدارتر از الیاف شیشه در محیطهای قلیایی میباشند. به علاوه این الیاف چگالی پایینی دارند - به خصوص در مقایسه با الیاف فولادی - و نسبت استحکام آنها به چگالی در میان انواع الیاف، بیشتر از بقیه است. مشکل اصلی الیاف کربن قیمت بالای آنها میباشد در حالی که برای بیشتر کاربردهای مواد سیمانی، قیمت تمامشدهی پایین امری ضروری به حساب می آید.
مواد و روشها
در این مطالعه از سیمان پرتلند، نوع 1، تولید شده توسط شرکت سیمان تهران و نیز ماسه سیلیسی با بیشینه اندازه ذرهی 210 میکرومتر استفاده شد. طرح اختلاط مورد استفاده در ساخت نمونه ها بر اساس طرح اختلاط یک نوع ECC تجاری - ECC-M45 - انتخاب گردید.
آمادهسازی نمونه ها
نمونه های خمشی به ابعاد 230*100*9 میلیمتر ساخته شدند. برای اطمینان از تکرارپذیری نمونهها، از هر نمونه، 5 آزمونه تهیه گردید. هیبرید الیاف PVA و کربن با نسبتهای 100/0، 75/25، 50/50، 25/75 و 0/100 و به میزان %2 حجمی مورد استفاده قرار گرفتند. یک نمونهی شاهد - بدون الیاف - نیز جهت بررسی تأثیر حضور الیاف ساخته شد. نمونه ها به مدت 28 روز در حمام آب عملآوری شده و سپس تحت آزمون خمش 4 نقطهای قرار گرفتند.
آزمون خمش 4 نقطه ای
آزمون خمشی مطابق با استاندارد بر روی همهی نمونهها انجام شد . برای این منظور از دستگاه یونیورسال تولیدی توسط شرکت سنتام، مدل STM-150، لودسل 2000 Kg.f و فک خمش 4 نقطه ای استفاده شد. آزمون با نرخ ثابت 1 mm/min انجام پذیرفت.
