بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه بتن الیافی با کارایی بسیار بالا - UHPC - با استفاده از مصالح محلی به صورت آزمایشگاهی ساخته شده و پس از طی مراحل سعی و خطا، طرح اختلاطی بهینه با مشخصههای مکانیکی مطلوب به دست آمده است. به منظور بهبود شکل پذیری آن، الیاف فولادی به آن افزوده شده است. بتن با کارایی بسیار بالا که در سالهای اخیر در بیشتر کشورهای پیشرفته صنعتی جهان مانند فرانسه، آمریکاو کانادا به کار گرفته شده است از لحاظ برخی مشخصههای مکانیکی مانند مقاومت فشاری و دوام بسیار کارآمد میباشد ولی بالا بودن مقاومت فشاری دلیلی بر شکلپذیرتر بودن آن نیست و بایستی این نقطهضعف برطرف گردد.
یکی از راهکارهای برطرف کردن این نقیصه استفاده از الیاف فولادی میباشد که منجر به تولید نسل جدیدی از بتن به نام بتن الیافی با کارایی بسیار بالا - UHPFRC - شده است. نتایج آزمایشگاهی از این بررسی برای برخی از مشخصههای مکانیکی از قبیل مقاومت فشاری به دست آمده، و با نتایجی که مولف دوم به عنوان پژوهشگر مهمان در دانشگاه بینالمللی فلوریدا در راستای پایان نامه دکتری به دست آورده، مقایسه شده و طرح اختلاط مناسبی برای بتن ارائه شده است.
مقدمه
بتن با کارایی بالا - UHPC - که به عنوان بتن پودری واکنشپذیر - RPC - نیز شناخته میشود، دارای مشخصات مکانیکی و دوام عالی بوده و یکی از پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی بتن محسوب میشود .[1] این نوع بتن دارای مقاومت فشاری، مقاومت کششی، چسبندگی و شکل-پذیری بسیار بالا و نسبت آب به سیمان و نفوذپذیری بسیار کم و در نتیجه دوام بسیار زیاد میباشد .[2] معیار اصلی در ساخت بتن UHPC بر این اساس استوار است که بتوان با کاهش ترکهای ریز و مویی به طرح اختلاطهایی با چگالی بالا دست یافت که با بهکارگیری تکنیکهای زیر امکانپذیر میباشد:
· همگنسازی بتن و جایگزینی ریزدانه به جای درشتدانه در بتن،
· بهبود مشخصات مواد سیمانی با اضافه کردن افزودنیهای پوزولانی مانند میکروسیلیس 4]،[3،
· کاهش نسبت وزنی آب به مواد سیمانی به کمتر از 0/2 با به کارگیری فوق روانکنندهها،
· بهینهسازی دانهبندی برای دستیابی به بیشترین چگالی مصالح،
· افزودن مقادیری از میکرو الیاف فولادی جهت دستیابی به شکلپذیری کافی،
· فراهم نمودن شرایط مناسب عملآوری .[5-8]
بتن با کارایی بالا در سازههای مهم مختلف و به طور گسترده در سازههای مهم مورد استفاده قرار گرفته است. مقاومت فشاری و کششی بالای این نوع بتن، امکان بهسازی و بهینهسازی را در اعضای سازهای فراهم کرده و ویژگی دوام و ماندگاری زیاد با افزایش طول عمر بتن، امکان استفاده از آن را به عنوان پوشش و یا پوسته نازک فراهم کرده است. در آمریکا بتن با کارایی بالا اولین بار در یک پل با تیرهای پیشتنیده و دهانه ساده مورد استفاده قرار گرفته است که در شکل 1 نشان داده شده است .[9]
بتن با کارایی بالا در سال 2000 در کشور آمریکا به صورت تجاری مورد استفاده قرار گرفته است. وزارت راه کشور آمریکا در سال 2001 استفاده از بتن با مقاومت بالا را به منظور استفاده در سازههای مهم بزرگراهها از جمله پلها، مورد ارزیابی قرار داده و این امر منجر به کاربرد این نوع بتن در زمینه پلسازی از قبیل تیرهای پیشساخته و پیشتنیده، پانلهای مجوف پیشساخته برای دال پلها، پرکننده بین پانلهای دال و تیر بتنی و همچنین بین بالهای تیرهای مجاور شده است. امروزه استفاده از این نوع بتن در کشورهای کانادا، فرانسه، استرالیا، اتریش، کرواسی، ایتالیا، ژاپن، هلند، نیوزلند، اسلوانی، کره جنوبی و سوئیس رواج یافته است .[9]
طرح اختلاط بتن UHPC اغلب شامل آب، میکروسیلیس، سیمان، ماسه ریزدانه، فوق روانکننده و پودر سنگهایی مانند کوارتز و ... میباشد. این نوع بتن از لحاظ مقاومت فشاری بسیار کارآمد بوده و دارای مقاومت فشاری بین 140 تا 220 مگاپاسکال و حتی بیشتر از آن میباشد ولی بالا بودن مقاومت فشاری دلیل بر عملکرد خوب بتن نبوده و این بتن از لحاظ شکلپذیری در مقایسه با سایر مشخصههای آن، دارای ضعف بوده و تردشکن میباشد.
یکی از بهترین روشهای جلوگیری از تردشکنی در بتنهای UHPC ، به کارگیری الیاف فولادی در ابعاد ماکرو و یا میکرو در بتن بوده که منجر به ایجاد نسل دیگری از بتن به نام بتن الیافی با کارایی بسیار بالا - UHPFRC - شده است. وجود الیاف فولادی در این نوع بتن، شکلپذیری مصالح را در کشش و فشار بالا برده و باعث افزایش مقاومت خمشی و کششی بتن شده است؛ این در حالی است که تاثیر آن بر مقاومت فشاری بتن کم است .[10]
مبانی پژوهش
بر اساس تحقیقات گستردهای که در سالهای اخیر در سطح جهان انجام گرفته است، تولید بتن UHPC دیگر محدود به دامنه مصالح انحصاری این نوع بتن نمیباشد ولی استفاده از مقادیر بسیار بالای میکروسیلیس و ماسه کوارتزی ریزدانه در UHPC، ساخت این نوع بتن را در مناطقی که امکان دسترسی به این مصالح کم است، با محدودیت روبرو کرده است. در این زمینه تحقیقات مختلفی انجام شده است بطوریکه در آنها امکان استفاده از مصالح محلی موجود به عنوان جایگزین برای میکروسیلیس و ماسه کوارتزی ریزدانه مورد ارزیابی قرار گرفتهاند .
[11-14] در این تحقیق به دلیل دسترسی به میکروسیلیس و ماسه کوارتزی و یا ماسه ریز قابلجایگزین، ساخت بتن UHPFRC با استفاده از مصالح تاییده شده در سطح جهانی امکانپذیر میباشد. تنها تفاوت در نسبتهای مصالح به کار رفته میباشد که به دلیل استفاده از مصالح محلی و با هدف دستیابی به رفتاری مطلوب از بتن دستخوش تغییر شدهاند. در نهایت به مشخصههای مکانیکی بتن حاصل از طرح اختلاط با مصالح بومی که در مقایسه با مصالح غیر بومی در حد قابل قبولی بوده است، دست یافته شده است.
بتن الیافی با کارایی بسیار بالا
بتن الیافی با کارایی بسیار بالا نوع جدیدی از انواع بتن میباشد که در سالهای اخیر توسعه یافته است. در مقایسه با بتن با کارایی بالا - **HPC - ، بتن الیافی با کارایی بسیار بالا دارای رفتار فشاری، رفتار کششی و دوام بهتری میباشد .[15] مطالعات اولیه روی بتن الیافی با کارایی بالا در کشور فرانسه، در سال 1995 و بواسطه تکنولوژی ساخت بتن پودری واکنشپذیر انجام گرفته و سپس در اروپای غربی، آسیا، استرالیا و ایالات متحده آمریکا گسترش یافته است. این نوع بتن دارای کاربردهای سازهای مختلفی از جمله ساخت پل و ساختمان و همچنین کاربردهای غیرسازهای مانند ساخت مبلمان خیابانها و لوازم زینتی میباشد.
این تکنولوژی به طور عمده در دو کشور فرانسه و اروپای غربی، در هر دو زمینه ساخت سازههای جدید و تعمیر و مقاومسازی سازههای قدیمی، توسعه یافته است. کشور فرانسه اولین کشوری بوده است که با تجربه و آگاهی بر مشخصات مصالح، در سال 2002 الزاماتی را برای به رسمیت شناختن مصالح مصرفی و اصول طراحی سازههای UHPFRC که به منزله نوآوری بزرگی در این نوع مصالح بوده است، ارائه کرده است .[16] - AFGC - شکل 2 نمونهای از کاربرد این نوع بتن را در پوستههای نازک با بارگذاری فوقالعاده زیاد نشان میدهد.
