بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سعی شده است تا تاثیر سیستم کامپوزیتی هیبریدی به عنوان یک انتخاب برای مقاوم سازی سازه های بتن آرمه ارزیابی شود. ترکیب الیاف مصنوعی و طبیعی برای محصورکردن قسمت خارجی استوانه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند.
یک تحلیل عملکردی مقایسه ای از محصورشدگی با پلیمر مسلح الیاف سیسل-شیشه ای ترکیبی - HSGFRP - در مقابل محصورشدگی مجزا با استفاده از پلیمر مسلح الیاف کربنی - CFRP - ، پلیمر مسلح الیاف شیشه ای - GFRP - و پلیمر مسلح سیسل - SFRP - انجام می شود.
رفتار فشاری محوری، پاسخ تنش -کرنش و ویژگی های جذب انرژی مورد مطالعه قرار می گیرند. کاربرد الیاف سیسل به همراه الیاف شیشه ای منجر به بهبود ویژگی های جذب انرژی می شود. برای پیش بینی مقاومت نهایی بتن محصورشده با HSGFRP، معادله جدیدی برپایه فشار محصورشدگی جانبی معرفی می شود که با نتایج آزمایشگاهی مطابقت خوبی دارد. مطالعات عملکردی دوام نشان داد کهقرارگرفتنِ نمونه ها در معرض شرایط خشک/مرطوب و تغییرات دما منجر به افزایش مقاومت برای تمام نمونه های محصور شده با FRP می گردد در حالی که برای نمونه های بدون محصورشدگی این مقدار کاهش می یابد.
-1 مقدمه
زوال سازه های بتن آرمه را می توان به چندین دسته تقسیم بندی کرد : خستگی ، آرماتورهای ناکافی ، محیط خورنده که منجر به خوردگی آرماتورهای فولادی می شود. از این رو نیاز برای توسعه استراتژی های مقاوم سازی اقتصادی، منتج به استفاده وسیعی از پلیمرهای مسلح الیافی به عنوان مصالح تقویت کننده در بتن شد. ویژگی های برجسته ای از - FRP - مانند مقاومت کششی بالا ، مقاومت بالا به نسبت وزن ، مقاومت در برابر خوردگی ، سهولت نصب و مقاومت ویژه بالا آنها را محبوبترین مصالح برای مقاوم سازی سازه ای می کند.
گزارش های اخیر نشان می دهد که محصور سازی ستون های بتنی با - FRP - مقاومت نهایی و رفتار شکل پذیر بتن را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. فایده محصور سازی - FRP - روی سازه ها عمدتا بهبود ظرفیت حمل بار و شکل پذیری بدون افزایش قابل توجه در سطح مقطع عرضی و وزن می باشد. پلیمر مسلح فیبر کربن ، پلیمر مسلح الیاف شیشه ای ، پلیمر مسلح الیاف آرامید - AFRP - و غیره، رایج ترین مصالح به کار رفته برای تقویت سازه های بتنی هستند. اما هزینه بالای آن ها عاملی محدود کننده است و تلاش ها برای توسعه کامپوزیت ها از مواد جایگزین ادامه دارد.
الیاف طبیعی مثل sisal , jute , flax و غیره برای مقاوم سازی بتن مورد آزمایش قرار گرفته اند. در مقایسه با الیاف مصنوعی ، الیاف طبیعی چگالی پایین تری از نمونه دارند و نیز تعدیل کردن خواص کششی و خمشی را نشان می دهند و کم هزینه تر هستند. الیاف طبیعی همچنین معایبی از قبیل دوام و مقاومت پایین در مقایسه با الیاف مصنوعی نیز دارند. بنابراین مطالعات نشان داه اند که هیبریداسیون الیاف طبیعی با الیاف مصنوعی در بهبود سازی ویژگی هایی از کامپوزیت های - FRP - طبیعی کمک خواهد کرد .
در تناسب با هیبریداسیون یک همنیروزایی از ویژگی های مثبت هر دو الیاف وجود دارد. مطالعات انجام شده روی کامپوزیت های ترکیبی مانند Sisal-Jute-GFRT و Sisal-GFRP و Abaca-Jute-GFRP ویژگی های برتری در مقایسه با سیستم تقویت شده الیاف طبیعی جداگانه نشان می دهند. عملکرد سیستم ترکیبی با سیستم های کامپوزیت - FRP - جداگانه مصنوعی و طبیعی متفاوت از قبیل CFRP, GFRP و Sisal FRP و غیره مقایسه می شود. حداکثر مقاومت حاصل از آزمایش با نمونه های موجود پیشنهاد شده برای سیستم های بتنی محصور - FRP - مقایسه می گردد.
برای ارزیابی مقاومت فشاری نهایی از سیستم ترکیبی محصور Sisal-GFRP یک نمونه ریاضیاتی ساخته شده از گزارش های پیشنهادی قبلی ، استفاده می گردد. برای تعیین رفتار نمونه محصور - FRP - برمبنای دوام بلند مدت ، مطالعاتی انجام شده است. نمونه های غیر محصور و نمونه های محصور - FRP - در معرض سه شرایط مختلف مانند تغییرات دما چرخه مرطوب / خشک و محیط قلیایی قرار گرفته اند. نتایج آزمایشات انجام گرفته انتظار می رود به ما شاخصی برای سهولت دسترسی به - FRP - ها به عنوان مصالح تقویت کننده در کاربرد های سازه ای ارائه کند.
-2 روش شناسی
-1-2 مصالح
-1-1-2 بتن
برای تهیه بتن سیمان پرتلند معمولی از نمره 53 که با IS 12269-2013 مطابقت می کند به کار رفته بود. سنگدانه های ریز - ماسه سنگ - به کار رفته ، ماسه تمیز رودخانه بود با مدول نرمی 2,88 و سنگدانه درشت - شن - وزن مخصوص kg/l 1,58 و حداکثر اندازه 20 میلی متر دارند. نسبت اختلاط بتن مطابق IS 10262-2009 انجام گرفته بود و مقاومت فشاری مشخصه مشاهده شده MPa 23 بود . نسبت اختلاط ، برمبنای وزن سیمان: ماسه: سنگدانه درشت به اندازه 1:2,61:3,60 حفظ شده بود. نسبت آب به سیمان 0,5 انتخاب شده بود.50 استوانه بتنی با قطر 100 میلی متر و ارتفاع 200 میلی متر در قالب قرار داده شدند و برای 28 روز مرطوب نگه داشته شدند.
-2-1-2 کامپوزیت پلیمری مسلح الیافی
برای تهیه رزین اپوکسی کامپوزیت araldite LY 556 و سفت کننده HY 991 به عنوان ملات با گرفتن نسبت اختلاط 100:15 به وسیله وزن استفاده شده است. رزین اپوکسی مقاومت کششی MPa 85 و مدول GPa 3,8 دارد. الیاف سیسل حاصل شده به صورت محصولی دو جهتی با ضخامت 1,15 میلی متر از M/S Dc Mills , Cherthala Kerala و الیاف شیشه ای درست کرد حصیر gsm 300 و محصول فیبر کربن gsm 200 به وسیله محلول های کامپوزیتی Hindoostan M/S ، که تهیه شده بود. تست مقاومت کششی منتج از کامپوزیت های sisal ترکیبی بعد از فرآیند جمع شدن بدست آمد که در جدول شماره 1 داده شده است.
-2-2 پیچیدن استوانه های بتنی با - FRP -
استوانه های بتنی بعد از مدت 28 روز ، مرطوب نگه داشتن - عمل آوری شدن - ، برای خشک شدن ، نگهداری می شوند و نواقص سطح برطرف می شوند. ورقهای - FRP - ، مطابق ابعاد موردنیاز استوانه ، برش داده می شوند. اپوکسی وسفت کننده با نسبت 100:15 به نسبت وزن آمیخته شده اند. پوششی از اختلاط اپوکسی سفت کننده به کار برده شده بود در ابتدا روی استوانه بتنی تا فضاهای خالی را پرکند. سپس ورق های طبیعی و مصنوعی مربوطه روی سطح بیرونی استوانه های بتنی مربوطه قرار داده می شوند و پوشش دیگری از اپوکسی رزین سفت کننده دوباره بالای ورق فورا به کار برده شده بود. این گام تکرار شده بود تا تعداد مورد نیاز لایه ها حاصل شد. همه استوانه های محصور - FRP - برای عمل آوری در دمای اتاق قبل از تست تراکم محوری نگه داشته می شوند. شکل 1 گام های متفاوت درگیر در آماده سازی نمونه را نشان می دهد.
-3-2 مکانیسم محصور سازی
همانطور که تنش محوری بتن افزایش می یابد تغییر شکل جانبی - کرنش - افزایش می یابد و ساز و کار محصور سازی برابری تنش کششی دوار را به وسیله فشار شعاعی یکنواخت که در برابر انبساط جانبی بتن عمل می کند توسعه می بخشد. برای ستون های مدور فشار محصور سازی جانبی پیرامونی ، یکنواخت فرض می شود. در مورد کاربرد فشار محوری ، تنش کششی در - FRP - در مسیر دوار ، عمل می کند. فشار محصور سازی افزایش پیدا می کند همچنان که بتن به طور جانبی انبساط می یابد. شکست هنگامی که - FRP - به کرنش کششی نهایی می رسد به علت حداکثر مقدار فشار محصور کننده رخ می دهد. فشار محصور کننده جانبی با استفاده از معادله زیر محاسبه می شود:
جایی که Efrp مدول الاستیسیته f frp , - FRP - مقاومت کششی نهایی - FRP - است ، D قطر استوانه بتنی است ، t ضخامت - کلفتی - - FRP - است، qfrp نسبت حجمی - FRP - است.
-3 نتایج و بحث
در مطالعه حاضر ، دو مورد متفاوت مورد تحلیل قرارگرفته اند تا رفتار فشاری استوانه بتنی ساده پیچیده - FRP - را ارزیابی کنند. تمام نمونه ها در معرض بارهای فشاری محوری در یک دستگاه آزمایش با ظرفیت kN 2000 قرارگرفته اند. پارامترهای مختلف مانند بار ، تنش ، تغییر مکان ، کرنش و غیره اندازه گرفته و مقایسه می شوند.
جدول : 1 ویژگی های مقاومت کامپوزیت های .HSGFRP
