بخشی از مقاله
خلاصه
شکنندگی و مقاومت کم سبکدانهها منجر به شکست ناگهانی بتن های سبک میشود. استفاده از الیاف بویژه الیاف فولادی در مواد شکننده مانند بتن سبک یک گام موثر در جلوگیری از انتشار ریزترکها و ترکها بوده و باعث افزایش مقاومت کششی، خمشی و شکل پذیری بتن میگردد.
خصوصیات هندسی الیاف تاثیرات قابل توجهی روی خصوصیات مکانیکی کامپوزیت داشته است و استفاده از ترکیب مناسب آن می تواند به بهبود کلی خواص بتن منجر شود. لذا در این تحقیق به بررسی خصوصیات هندسی الیاف فولادی در بهبود خواص بتن سبک سازه ای پرداخته شده است.
الیاف فولادی استفاده شده در این تحقیق در دو شکل صاف با انتهای قلابدار با نسیت طول به قطر50 و موجدار با نسبت طول به قطر 30، با درصد حجمی ثابت %1 و در ترکیبات مختلف میباشند.
برای تعیین ترکیب بهینه الیاف فولادی مورد استفاده، بررسیهای آزمایشگاهی در خصوص خواص مکانیکی بتن سبک الیافی شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مدول گسیختگی - مقاومت خمشی - و مدول الاستیسیته صورت گرفته است. نتایج نشان میدهد ترکیب الیاف فولادی مورد استفاده، تاثیر چندانی بر مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن سبک نداشته ولی باعث بهبود خواص دیگر آن بخصوص مقاومت خمشی شده است.
1. مقدمه
سبک سازی سازهای روی مقدار نیروی زلزله تاثیر گذاشته و باعث اقتصادی شدن مقاطع و آسیب کمتر در اثر زلزله میشود. یکی از عوامل تاثیرگذار در کاربرد بتن سبک سازهای، تامین سبکدانه مناسب و مرغوب میباشد. از جمله منابع سبکدانه موجود در کشور، پوکه معدنی اسکریا در منطقه قروه کردستان میباشد.[1] اسکریا منشا آذرین دارد و جزء پوکههای معدنی است.
رنگ آن تیره و در رنگهای قهوهای مایل به قرمز، قرمز، خاکستری و یا سیاه میباشد2] و.[3 ساخت بتن سبک و کاربرد آن در اجزای سازهای میتواند نقش موثری بر ایمنی، صرفهجویی در انرژی و اقتصاد، و ملاحظات زیست محیطی داشته باشد. سنگدانهها به علت اینکه نسبت حجمی بیشتری را در بتن اشغال میکنند، تاثیر بیشتری روی خصوصیات مکانیکی بتن دارند. شکنندگی و مقاومت کم سبکدانهها منجر به شکست ناگهانی بتنهای سبک میشود.
لذا بتن سبک دارای چقرمگی شکست و استحکام کششی بسیار پایینتر از بتن معمولی است. استفاده از الیاف در مواد شکننده مانند بتن سبک یک گام موثر در جلوگیری از انتشار ریزترکها و ترکها بوده و همچنین باعث تامین شکلپذیری و افزایش قابلیت جذب انرژی بتن میشود
خاصیت جذب انرژی و طاقت بتن به نحو مطلوبی میتواند خطر شکست سازههای بتنی به خصوص در مناطقی که تحت بارهای مکرر و لرزهای قرار میگیرند را کاهش دهد
ایده استفاده از الیاف برای تقویت مواد شکننده به دوران باستان مانند استفاده از کاه یا موی اسب در خشت های گلی برمیگردد. توسعههای نوین استفاده از الیاف در صنعت ساخت و ساز در دهه 1960 با افزودن الیاف فولادی به سازههای بتن آرمه آغاز و در دهههای 1970، 1980 و 1990 با افزودن الیاف پلیمری، الیاف شیشه، الیاف کربن ادامه یافت.
بتن الیافی با مقاومت بالا دارای کاربردهای سازهای فراوانی میباشد که درآن انواع متفاوت الیاف برای افزایش چقرمگی بتن، شکلپذیری و مقاومت کششی و خمشی به کار میرود تا مقاومت سازهای تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی افزایش یافته و انتشار ترک و خردشدگی کاهش یابد.[14-12] در تحقیقی نمونه های بتن سبک دارای درصد حجمی مختلف الیاف فولادی 0 ، 0/5 ، 1 ، 1/5 و 2 برای بررسی اثر الیاف بر خواص مکانیکی بتن سبک مورد آزمایش قرار گرفتند.
نتایج آزمایشگاهی نشان داد که افزودن الیاف فولادی میتواند تا حد زیادی خواص مکانیکی بتن سبک شامل مقاومت کششی، مقاومت خمشی و مقاومت در برابر ضربه را بهبود بخشد، اما اثر کمی بر روی مقاومت فشاری دارد. همچنین نسبت حجمی مناسب از این نوع الیاف فولادی 1-1/5 پیشنهاد شده است.[15] طبق تحقیقات صورت گرفته در میان انواع مختلف الیاف، الیاف فولادی در بهبود خصوصیات بتن کاربرد موثرتری نسبت به دیگر الیاف دارد.
خصوصیات مکانیکی بتن الیافی - FRC - به شدت به مواد، هندسه، شکل، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و مقدار الیاف وابسته بوده و همچنین به خصوصیات بتنی که در آن قرار میگیرد نیز بستگی دارد. هنگامی که یک الیاف انتخاب میشود، از میان بی نهایت ترکیب خصوصیات هندسی وابسته به آن مانند شکل سطح مقطع، طول، قطر یا قطر معادل و مدل تغییرشکل سطح انتخاب شدهاست. این خصوصیات هندسی برای یک نوع الیاف یکسان، تاثیرات قابل توجهی روی خصوصیات مکانیکی بتن داشته-است.
الیاف فولادی دارای خصوصیات مختلف هندسی میباشد. برای بیان هندسه آنها از یک مقدار عددی به نام نسبت طول به قطر یا نسبت منظر1 که عبارتست از نسبت طول الیاف به قطر معادل مقطع استفاده میشود.[16] مطالعات محدودی به تاثیر الیاف فولادی با خصوصیات هندسی مختلف بر خواص بتن سبک پرداختهاند. لذا در این تحقیق به بررسی اثر الیاف فولادی در اشکال، نسبت طول به قطر و سطوح مختلف بر خواص مکانیکی بتن سبک ساخته شده با اسکریا قروه به منظور بهبود خواص بتن سبک و فراهم نمودن زمینه توسعه کاربرد این بتن ها دراعضای سازهای پرداخته میشود.
2. برنامه آزمایشگاهی
.1,2 مشخصات مصالح مصرفی
در این تحقیق برای ساخت بتن سبک سازاهای از سبکدانه - درشتدانه و ریزدانه - اسکریا قروه استفاده شده است - شکل . - 1 برای تعیین حدود دانهبندی، وزن مخصوص و جذب آب سنگدانهها به ترتیب طبق [17] ASTM C330 و [18] ASTM C127 عمل شده است. حدود دانهبندی و مشخصات سنگدانهها در جداول - 1 - و - 2 - ارائه شده است.
سیمان مورد استفاده در ساخت نمونه ها از نوع سیمان پرتلند تیپ یک سامان کرمانشاه می باشد. برای دستیابی به کارایی موردنظر، کاهش نسبت آب به سیمان و استفاده از الیاف فولادی از فوق روان کننده مصرفی از نوع کاهنده قوی آب بر پایه پلی-کربوکسیلات فاقد یون کلر با نام تجاری POWER PLAST-ES استفاده شده است. الیاف فولادی در این تحقیق در دو شکل صاف با انتهای قلاب-دار با نسبت طول به قطر 50 و موجدار با نسبت طول به قطر 30 میباشند که مشخصات آن در جدول - 3 - و شکل - 2 - ارائه شده است.
شکل -1 پوکه معدنی اسکریا شکل -2 الیاف فولادی مورد استفاده
جدول -1 مقایسه دانه بندی استاندارد ASTM C330 با دانه بندی مصالح مصرفی
جدول-2 مشخصات سبکدانه اسکریا قروه بر طبق ASTM C127
جدول -3 مشخصات الیاف فولادی مصرفی
.2,2 طرح اختلاط
بتنهای سبک سازهای باید دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی باشند، به گونهای که بتوان از آنها در اعضای سازهای استفاده کرد. طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، بتن سبک سازهای دارای وزن مخصوصی بین 1400 -1900kg/m3 بوده و حداقل مقاومت فشاری مورد نیاز برای آن MPa 17 است.[ 19 ] نسبت اختلاط برای ساخت بتن سبک سازهای، بر اساس شیوه پیشنهاد شده در دستورالعمل [20] ACI 211.2 منظور شد.
مقادیر و نسبت مخلوط بتن سبک مورد بررسی در جدول - 4 - ارائه شده است. در این تحقیق، 6 طرح شامل 3 سری، بدون الیاف، با الیاف تک و با الیاف در مدل ترکیبی ساخته شده است. طرح بدون الیاف به عنوان طرح مرجع - Ref - بوده و برای مقایسه استفاده شده است. درصدهای مختلف ترکیب الیاف مورد استفاده مطابق جدول - 5 - با درصد حجمی ثابت %1 به طرح اختلاط معرفی شده اضافه شدند. میزان اسلامپ در کلیه طرحها 6-8 سانتیمتر بوده است.
جدول -4 طرح اختلاط بتن سبک - بر حسب - - kg/m3 -
