بخشی از مقاله
چکیده:
بتن توانمند الیافی نوآوری جدید در شاخه بتنهای با عملکرد بالا محسوب میشود. بتن پرمقاومت و خودتراکم که از انواع بتن توانمند میباشند هریک دارای ویژگیهای منحصر به فرد بوده و ترکیب آنها با بتن الیافی بر خواص مکانیکی بتن حاصله تاثیر چشمگیری میگذارد. ساخت بتنی که مرکب از سه نوع بتن خودتراکم، بتن پرمقاومت و بتن الیافی باشد باید بتواند تمامی خصوصیات و شرایط هر یک از این سه نوع بتن را تامین نماید واز این رو می تواند شرایط طراحی این نوع بتن ترکیبی را سخت و دشوار کند.
تحقیقاتی بر روی خواص مکانیکی بتنهای توانمند و الیافی به صورت مجزا و بتن توانمند الیافی مانند مقاومت خمشی و مقاومت کششی و مقاومت فشاری انجام شده است ولیکن جهت نیل به بتن توانمند الیافی شامل این سه نوع بتن تحقیقات خاصی صورت نپذیرفته است. برای دستیابی به طرح مخلوط بتن توانمند الیافی ابتدا حجم بهینه خمیر در ملات محاسبه و سپس حجم ملات در بتن محاسبه شد.
با توجه به نتایج بتنهای توانمند الیافی تازه در تحقیق از الیاف فولادی با نسبت صفر - بتن شاهد - ، 0/25، 0/5، 0/75 و 1 درصد حجمی بتن استفاده شد و بعد از 28 روز عمل آوری بتنها مقاومت فشاری آنها محاسبه شد. با توجه به آزمایشهای صورت پذیرفته بر اساس بیشترین مقاومت فشاری، بهترین درصد حجم ملات در بتن خودتراکم در محدود 68-72 درصد حجم بتن قرار دارد و بیشترین مقاومت فشاری در مقدار 0/5 درصد الیاف به دست آمد.
-1 -1 مقدمه
امروزه بتن به عنوان یکی از پر مصرفترین مصالح ساختمانی در جهان شناخته شده است. اقتصادی بودن، در دسترس بودن اجزا تشکیل دهنده، مقاومت خوب آن، قابلیت قرارگیری در شکلها و قالبهای مختلف و همچنین مقاومت فشاری بالا عواملی است که سبب مقبولیت عمومی در استفاده از بتن به عنوان یک ماده ساختمانی میگردد. بتن یکی از مهمترین مصالح ساختمانی است که استفاده از آن در همه کشورهای دنیا رو به افزایش است. در اوایل دهه 1980 میلادی بتن خاصی با عنوان بتن توانمند مطرح شده است که خصوصیاتی از آن مانند مقاومت فشاری، دوام، مقاومت در برابر عوامل مهاجم خارجی، کارایی بالا، سخت شوندگی کرنش زیاد، نمای ظاهری مناسب و در نهایت قابل توجیه بودن از نظر اقتصادی برای کاربردهای خاصی توسعه یافته است .[1]
در سال 1990 میلادی، مهتا1 و ایتسین2 واژه بتن توانمند را برای مخلوطهایی با مقاومت بالا، کارایی بالا و دوام بالا تعریف کردند. در سال 1991، کمیته فعالیتهای فنی انجمن بتن آمریکا3، یک کارگروه به منظور توسعه تعریف و تفسیر مشخصات بتن توانمند تشکیل داد. در سال 1998 تعریف و ویژگیهای زیر برای بتن توانمند به تصویب رسید: بتن توانمند یک بتن ترکیبی با ترکیبی خاص و یکنواختی مورد نیاز است که همیشه نمی توان با ترکیبات معمول و مخلوط کردن، اجرا و عمل آوری عادی به آن دست یافت. در تفسیر تعریف بتن توانمند، ویژگیها برای یک کاربرد خاص در نظر گرفته شده اند. بارزترین ویژگیهایی که ممکن است برای کاربردهای خاص در نظر گرفته شوند، سهولت در اجرا، تراکم پذیری بدون جداشدن، مقاومت در سنین کم و بهبود مقاومت طولانی مدت و خواص مکانیکی است .[2]
امروزه بتنهای توانمند کاربردهای متنوعی از جمله استفاده در ساختمانهایی که در شرایط اقلیمی مهاجم می باشند، اسکلهها، بنادر، تونلها، قطعات پیش ساخته، پل و غیره، داشته و کاربرد آنها نیز رو به افزایش می باشد .[3] به طور معمول تفاوت بتن توانمند و بتن معمولی، در کاربرد مواد افزودنی شیمیایی و معدنی - جایگزین سیمان - و کاهش نسبت آب به سیمان می باشد. استفاده از این مواد، امکان کاهش نسبت آب به سیمان و مقدار سیمان را بوجود آورده و در حین حال سبب افزایش دوام نیز می شوند.
با توجه به اینکهعموماً مواد جایگزین سیمان موادی ارزان قیمت هستند - یا محصول جانبی کارخانه می باشند و یا بصورت طبیعی وجود دارند - ، استفاده توام مواد جایگزین سیمان و مواد افزودنی شیمیایی سبب اقتصادی شدن نیز میگردد.[4] افزایش تردی باعث شکستهای ناگهانی و فاجعه باری در سازههای در معرض زلزله، انفجار و یا بارهای ناگهانی میشود. به همین علت و در بسیاری از موارد، طراحان مایل اند این رفتار به صورت شکست نرمتر اصلاح شود.
در اوایل دهه 1980 میلادی، تولید یک بتن با مصالح الیافی و با رفتارکششی شکل پذیر مورد توجه قرار گرفت. یکی از روشهای موثر برای این کار استفاده از الیاف باریک و غیرممتد است که به صورت تصادفی در زمینه پخش میشوند. این الیاف می توانند از جنس فولاد، شیشه، پلیمر و غیره باشند. انهدام و زوال بتن به شدت به تشکیل ترکها و ریزترکها در اثر بارگذاری و یا تاثیرات محیطی وابسته است. تغییرات گرمایی و رطوبتی در خمیر سیمان باعث ایجاد ریز ترکها میشوند و چنین ترکهایی در سطح دانههای درشت متمرکز میشوند و با تاثیر بیشتر بارگذاری و نیز سایر مسایل محیطی، ریزترکها در جسم بتن منتشر میشوند. استفاده از الیاف مختلف در بتن و ساخت بتن الیافی به عنوان یک گام موثر در جلوگیری از انتشار ریزترکها و ترکها و جبران ضعف مقاومت کششی بتن محسوب میشود .[5]
-2-1 مکانیزم شکست و تاثیر الیاف بر آن
بتن یک ماده مرکب است و مقاومت آن تابع خصوصیت خمیر سیمان و سنگدانهها و اندرکنش بین اجزا میباشد. منحنیهای تنش-کرنش مربوط به هر جزء اصلی بتن شامل خمیر و سنگدانه به غیر از مواقعی که مقدار تنش بسیار زیاد است خطی است اما منحنی تنش-کرنش بتن غیر خطی میباشد . این غیر خطی بودن منحنی تنش-کرنش تنها به دلیل عمل مرکب اجزاء نیست بلکه به خصوصیت پیوستگی خمیر-دانه - ناحیه انتقالی - نیز نقش دارد.
به طورکلی نقش اصلی الیاف افزوده شده به بتن ایجاد اتصال بین ترکهایی است که به هر دلیلی به وجود می آیند. اگر الیاف به حد کافی محکم باشند و به طور کامل به ماتریس سیمان بچسبند و مقدارشان در واحد حجم کافی باشد، می توانند عرض ترکها را پایین نگه دارند و باعث شوند که بتن الیافی تنشهای بزرگ تری را بعد از رسیدن به حداکثر تنش، در مرحله بعد از تر ک خوردگی تحمل کند. بدین ترتیب الیافها بعد از ترک خوردگی بتن، باعث شکل پذیری به بتن میشوند .[6]
-2 مروری برتحقیقات گذشته
اوکامورا و همکارش در سال 2002، رسیدن به حالت خودتراکمی مخلوط بتن را به مشخصات مصالح و نسبت مخلوط آنها وابسته میداند. وی در تحقیقات خود در سال 1986 با ثابت نگه داشتن مقدار سنگدانه درشت در حد 50 درصد حجم مواد جامد و سنگدانه ریز در حد 40 درصد حجم ملات و با تنظیم نسبت آب به سیمان و افزودن فوقروانکننده، نشان داد که ساخت بتن خودتراکم با اتکا به اجزاء تشکیل دهنده آن امکان پذیر است. اوکامورا در نهایت طرحی به شرح ذیل ارائه داد:
- تعیین هوایمخلوط - عموماً - 2% ممکن است به سبب نیاز به مقاومت بیشتر در برابر یخ زدگی، مقدار بیشتری لحاظ شود.
- محاسبه مقادیر حجمی درشتدانه : این میزان به دلیل برخورد سنگدانهها و خطر کاهش کارایی بتن نباید بیش از 60 درصد حجم، مخلوط شود، لذا میزان بهینه درشتدانهها براساس دو پارامتر حداکثراندازه سنگدانه و شکسته یا گردگوشه بودن آن بدست میآید. کاهش حداکثر اندازه سنگدانهها و یا استفاده از گردگوشهها سبب افزایش سهم نسبی درشتدانه میشود .
- محاسبه میزان ماسه : میزان بهینه ماسه در حدود 50-40 درصد کل مخلوط میباشد .
- محاسبه میزان نسبت آب به پودر و فوقروانکنندهها : با آزمایشهای مختلف اسلامپ و قیف v میزان بهینه آب به مواد پودری 0/9-0/8 میباشد . با آزمایشات متعدد، میتوان میزان بهینه فوقروانکننده را نیز متناسب با کارایی مطلوب بدست آورد .[ 7 ] موسسه افنارک در گزارش خود درسال 2002، با الهام از روش اوکامورا و اوزاوا حجم درشتدانه را بین 28 تا 35 درصد مناسب میداند و مقدار پودر بتن خودتراکم را بین 350 تا 600 کیلوگرم بر مترمکعب پیشنهاد کرده است و مقدار مصرف سیمان را بین 350 تا 500 کیلوگرم بر مترمکعب بیان مینماید .[8] دومون در سال 2005، با مراجعه به گزارشهای فنی مرتبط با بتن خودتراکم، 68 مخلوط بتن خودتراکم را از 43 مقاله منتشر شده، که حاوی اطلاعات و شرح پروژههای اجرا شده در سالهای 1993 الی 2003 بودند، انتخاب کرد و طرح مخلوط آنها را تجزیه و تحلیل نمود.
- میزان جریان اسلامپ آنها بین 600 تا 750 میلیمتر بوده است.
- در 75 درصد از سنگدانه شکسته یا شن با حداکثر دانه 16 و 20 میلیمتر استفاده شده است.
- مقدار پودر 500-410 کیلوگرم استفاده شده بود.
- حجم درشتدانه 31/2%
- نسبت وزنی آب به پودر.[9] 0/34
