بخشی از مقاله
چکیده
مصالح ساختمانی ساخته شده با سیمان، خواص کششی/خمشی ضعیفی داشته و در کرنشهاي کم دچار شکست میشوند. لذا از الیاف مختلف از جمله الیاف معدنی و مصنوعی براي بهبود این خواص استفاده میشود. در چند سال اخیر با توجه به نگرانی-هاي به وجود آمده در مورد مسائل زیست محیطی به کارگیري الیاف طبیعی به جاي تقویت کنندههاي متعارف بسیار مورد توجه و ترغیب قرار گرفته است.
بهکارگیري الیاف سلولزي به عنوان تقویت کننده به دلیل خواص مکانیکی خوب، مدول بالا و چگالی کم، در دسترس بودن و وجود منابع بازیافتی و خصوصیات عایق صوتی و حرارتی مناسب میباشدکه موجب کاهش وزن و بهبود خواص کششی، خمشی، شکلپذیري و چقرمگی کامپوزیتهاي پایه سیمانی میشود. در این تحقیق میکروالیاف سلولزي به عنوان جایگزین الیاف مصنوعی پلیوینیلالکل در درصدهاي حجمی مختلف در کامپوزیت سیمانی مهندسی شده بهکار رفته شد و رفتار خمشی این کامپوزیتها تحت خمش سه نقطه اي مورد بررسی قرارگرفت.
میکرو الیاف سلولزي از کاغذ کرافت تحت واکنشهاي شیمیایی - قلیایی و اسیدي - و سپس عملیات التراسونیک تهیه شده و در درصدهاي مختلف بهصورت مستقل و هیبرید با الیاف PVA در کامپوزیت به کار رفت. نتایج نشان داد که میکروالیاف سلولزي به طور قایل توجهی خواص خمشی بتن ریزدانه را بهبود داد.
-1 مقدمه
بتن به طور وسیعی در ساخت و سازهاي عمرانی به کار میرود اگرچه بتن مناسب و ارزان قیمت میباشد اما رفتار شکنندهي آن تحت بار کششی یکی از خواص نامطلوب آن میباشد که منجر به توسعهي کامپوزیت سیمانی تقویت شده با الیاف میشود. رفتار شکنندگی بتن به دلیل رشد سریع ترك اولیه میباشد که به شکست ناگهانی نمونه با کرنش کم در محدوده %0.01 منجر میشود به منظور بهبود رفتار بتن، بتن تقویت شده با الیاف FRC با اضافه کردن الیاف کوتاه کربن در ماتریس بتنی ساخته شد و توسعهي این نوع بتن از سال 1970 آغاز شد.
مطالعات و تحقیقات با الیاف تقویتکنندهي مختلف در این نوع بتن صورت گرفت. انجمن بتن آمریکا بتن الیافی را بر حسب نوع الیاف به کار برده شده در این کامپوزیت به 4 دسته، بتن تقویت-شده با فلز SFRC، بتن تقویتشده با الیاف شیشه GFRC، بتن تقویتشده با الیاف مصنوعی مانند کربنSFRC، بتن تقویت-شده با الیاف طبیعی SNFRC تقسیم میکند .[1] تحقیقات متعددي در زمینه به کارگیري الیاف گیاهی با منشأ متفاوت در کامپوزیت سیمانی انجام شده است. این تحقیقات به امکان به کارآیی و قابلیت الیاف گیاهی در کامپوزیت سیمانی اشاره دارد
تحقیقات در افزایش میزان شکلپذیري در بتن به کامپوزیت سیمانی مهندسی شده انجامید که توسط پرفسور لی تولید شده است .[5] کامپوزیت سیمانی مهندسی شده بتن ریزدانهي تقویت شده با الیاف است که شکلپذیري بسیار بالایی دارد. تحقیقات در زمینه این کامپوزیت با الیاف مصنوعی متعدد صورت گرفته است
با توجه به اهمیت دستیابی به الگوي مصرف پایدار در مواد ساختمانی تحقیقات در زمینه بهینهسازي ساخت این کامپوزیت با اثرات محیطی کمتر گسترش یافته است و منجر بهECC سبز شده است که نخستین گام در توسعهي آن توسط لی انجام شد
تحقیقات انجام شده تاکنون در توسعهي ECC سبز در بررسی امکان جایگزینی سیمان با ضایعات بوده و جایگزینی الیاف طبیعی به جاي تقویتکنندههاي متعارف مصنوعی بررسی نشده است
در این تحقیق از میکرو الیاف سلولزي به دست آمده از کاغذ کرافت به صورت مجزا و مخلوط با الیاف پلی وینیلالکل در کامپوزیت سیمانی مهندسی شده استفاده شد و با رفتار کامپوزیت تقویت شده با الیاف پلیوینیلالکل مقایسه شد.
-2 مواد و روش ها
طرح اختلاط مورد استفاده در تهیهي ماتریس، طرح اختلاط نوعیECC تجاري میباشد که در جدول - 1 - این طرح اختلاط گزارش شده است. در این پروژه از الیاف PVA چینی و الیاف کاغذ کرافت تهیه شده از کارخانه چوب و کاغذ مازندران استفاده شد. همچنین سیمان مورد استفاده در این پروژه سیمان تیپ 1 تهیه شده از شرکت سیمان تهران میباشد.
براي تهیه میکرو الیاف سلولزي از فرایند شیمیایی-مکانیکی شامل استفاده از سدیمهیدروکسید %10 وزنی و اسیدسولفوریک%30 وزنی استفاده شد و همچنین هموژنایزر فراصوت استفاده شد.
جدول - - - 1طرح اختلاط کامپوزیت
نمونههاي ساخته شده در ابعاد 210 ×100×9mm میباشند. به منظور بررسی عملکرد خمشی نمونهها تحت آزمون خمش سه نقطهاي قرار گرفتند. براي مقایسه نمونهها با یگدیگر نتایج نیرو بر حسب جابهجایی با استفاده از فرمولهاي 1 - و - 2 به تنش-کرنش تبدیل شدند.
که در آن، نیروي خمشی بر حسب نیوتون، L فاصله تکیهگاهی بر حسب میلی متر و b و h به ترتیب عرض و ضخامت ورقه ECC بر حسب میلیمتر و D جابهجایی میله بارگذار بر حسب میلیمتر می باشند. سرعت مورد استفاده براي آزمون خمشی 5 __ در نظر گرفته شده است. شکل - - 1 تصویر نمونه تحت خمش سه نقطهاي را نشان میدهد.
شکل - - - 1 تصویر نمونه کامپوزیتی تحت خمش سه نقطهاي
-3 تجزیه و تحلیل نتایج
در این قسمت نتایج حاصل از تست خمش نمونههاي کامپوزیتی که پس از 28 روز عملآوري در رطوبت 95 ±5 مورد آزمون قرار گرفتند بررسی میشود. شکل - - 2 نمودار تنش-کرنش خمشی نمونهي شاهد را نشان میدهد. همانطور که در شکل دیده میشود نمونه حالت تردد و شکننده دارد.
شکل - - 3 استحکام خمشی و شکل - - 4 چقرمگی کامپوزیت حاوي میکروالیاف سلولزي در سه درصد حجمی مختلف و نمونه شاهد را نشان میدهد. همانطور که دیده میشود افزودن میکروالیاف باعث کاهش استحکام خمشی و چقرمگی کامپوزیت شده است.
