بخشی از مقاله
بررسی آزمایشگاهی مقاومت فشاری و کششی بتن حاوی الیاف ضایعات فولادی
خلاصه
با توجه به رشد روز افزون استفاده از سایر مواد در بتن برای افزایش کیفیت بتن، در سالهای اخیر مطالعات در خصوص الیاف گستردهتر شده است. وجود الیاف میتواند بخشی از ضعفهای بتن در مورد تردی و شکنندگی را جبران کند. حال در این مطالعه به بررسی نقش الیاف ضایعات فولادی بر روی مقاومت فشاری نمونههای مکعبی و مقاومت کششی نمونههای استوانهای در سنین 3، 7 و 28 روزگی و همچنین مقاومت کششی حاصل از خمش نمونههای منشوری در سن 90 روزگی میپردازیم. بتن مورد بررسی شامل الیاف ضایعات فولادی با 3 قطر متفاوت 0/8، 1/0 و 1/2 میلیمتر و دو نسبت وزنی 35 kg/m3 و 70 kg/m3 میباشد که در سنین مختلف با نمونه شاهد مقایسه میگردد. مشاهده میشود که بتن دارای ضایعات الیاف فولادی رشد چشمگیری در افزایش مقاومت کششی دارد. این روند افزایش مقاومت با افزایش مقدار و نسبت طول به عرض الیاف ادامه مییابد.
کلمات کلیدی: بتن، الیاف ضایعاتی، مقاومت فشاری، مقاومت کششی
1. مقدمه
امروزه استفاده از الیاف به دلیل تأثیر مثبت آنها بر خواص بتن مورد توجه قرار گرفته است .[1] الیاف در بتن سبب میشوند شکنندگی بتن به نحوه قابل توجهای کاهش یافته و بتن الیافی رفتار شکلپذیری تحت بارهای مختلف از جمله فشار، کشش و ضربه از خود نشان دهد. الیاف خواص مکانیکی بتن را بهبود بخشیده و مادهای یکپارچه فراهم میآورد و همچنین از گسترش ترک در بتن جلوگیری میکند .[2] طیف وسیع الیاف و دستهبندیهای متفاوتی که از نظر جنس، هندسه و نحوه تولید می توان برای آن قائل شد، باعث شده بتنهای الیافی هم خواص گسترده و متنوعی به خود بگیرند. انواع مختلف الیاف که در بتن مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از الیاف فولادی، الیاف شیشهای، الیاف پلیمری و الیاف طبیعی. در حقیقت هیچ نوع الیافی تمام ویژگیهای بتن را بهبود نمیدهد و هر کدام از انواع الیاف به دلیل ماهیت خود ویژگیهای خاصی از بتن را بهبود میبخشد .[1] در این میان الیاف فولادی دارای مدول الاستیسته بالایی بوده که با توجه به قابلیت شکلپذیری مناسب و مقاومت کششی بالا از مناسبترین نوع الیاف به حساب میآید. که میتواند بر روی برخی از خصوصیات مکانیکی بتن مانند: مقاومت فشاری، مقاوت کششی و مقاومت پیچشی اثرات مطلوب بگذارد 3] و .[4با توجه به خواص ذکر شده در مورد نقش الیاف فولادی در بتن که محققان به اثبات رساندهاند، این الیاف به علت وارداتی و گران بودن در کشور ما جایگاه وسیعی در پروژههای عمرانی ندارند. در صورتی که میتوان به علت فراوانی و ارزانی ضایعات فولادی حاصل از کارگاههای صنعتی، به الیاف تولید شده از این ضایعات فولادی به عنوان جایگذین الیاف فولادی وارداتی توجه کرد. در این تحقیق به بررسی مقاومت فشاری و کششی بتن حاوی الیاف ضایعات فولادی حاصل از تولید سیمجوش میپردازیم.
2. مصالح مصرفی
مصالح مصرفی در این کار آزمایشگاهی شامل آب، سیمان، شن، ماسه و ضایعات الیاف فولادی میباشد. که جزئیات آن به شرح زیر است.
2.1 آب
آب مصرفی در آزمایش آب شهر قزوین با PH = 8/2 میباشد.
2.2 سیمان
سیمان مصرفی در این آزمایش از نوع پرتلند تیپ 2 آبیک میباشد.
2.3 شن
شن مورد استفاده در این تحقیق شن شکسته معدن کوهی میباشد. که حداکثر اندازه آن 12/5 میلیمتر است. مشخصات آن طبق آزمایشات انجام شده در جدول 1 آمده است.
2.4 ماسه
ماسه مورد استفاده در این تحقیق ماسه رودخانهای میباشد. در ابتدا ضریب نرمی آن 3/32 بود که پس از اصلاح دانهبندی ضریب نرمی آن برابر با 2/99 شد. مشخصات ماسه طبق آزمایشات انجام شده در جدول 2 آمده است.
2.5 الیاف ضایعات فولادی
از ضایعات حاصل از تولید سیم جوش الیاف فولادی به طول 5 cm با سه قطر متفاوت 0/8، 1/0 و 1/2 تولید شده که مشخصات آن در جدول3 و شکل 1 آمده است.
جدول -3 مشخصات الیاف ضایعات فولادی
شکل -1 الیاف ضایعات فولادی مورد استفاده
3. طرح اختلاط
طرح اختلاط این آزمایش به روش وزنی حجمی و طبق آییننامه ACI 211.1 انجام شده است. با توجه به مشخصات مصالح که در بالا ذکر شد و آییننامه ACI ، طرح اختلاط نمونهها به صورت جدول 4 میباشد.
در جدول C بیانگر نمونه بدون الیاف ضایعات فولادی است. اولین عدد بعد C نشان دهنده قطر الیاف مورد استفاده است دومین عدد بعد از C نشان دهنده مقدار الیاف موجود در ترکیب است.هنگام ترکیب مصالح در ابتدا 75 درصد آب مورد نیاز را در داخل میکسر میریزیم و پس از آن شن مورد نظر را به داخل مخلوطکن ریخته سپس به آرامی سیمان مورد نظر را به مخلوطکن اضافه میکنیم. پس از آن آهسته آهسته، ماسه را داخل مخلوطکن میریزیم. در زمانی که 50 درصد ماسه را به داخل مخلوطکن ریختیم، الیاف فولادی را همراه ماسه به تدریج به مخلوط اضافه میکنیم. پس از اضافه کردن الیاف فولادی، آب باقی مانده را به داخل میکسر میریزیم. سپس میکسر به مدت 3 دقیقه بکار خود ادامه میدهد تا مخلوط به خوبی ترکیب شود. پس از آن به مدت 3 دقیقه میکسر را خاموش میکنیم. مجدداً میکسر را روشن میکنیم تا به مدت 2 دقیقه کار کند. بعد میکسر را خاموش میکنیم و بتن را به داخل قالبها انتقال میدهیم.در ساخت نمونههای الیافدار، الیاف ضایعات فولادی را با 3 قطر متفاوت و دو نسبت وزنی 35 Kg/m3 و 70Kg/m3 به طرح اختلاط بتن شاهد اضافه میکنیم. لازم به ذکر است که الیاف مستقلاند و جایگزین هیچ یک از اجزاء بتن نمیشوند. این مسأله میتواند به این دلیل باشد که عملکرد الیاف فولادی به هیچ یک از اجزاء بتن شبیه نمیباشد و وظیفه هیچ یک را به عهده نمیگیرد. اگر بخواهیم سادهتر بیان کنیم در بتن سیمان نقش چسبندگی و سنگدانه نقش ایجاد مقاومت فشاری را دارد، حال الیاف به عنوان عضوی که نقش ایجاد مقاومت کششی دارند به مخلوط اضافه میشوند.
3. آزمایشها و نتایج آنها
همانطور که گفته شد در این کار آزمایشگاهی مقاومت فشاری، مقاومت کششی ناشی از شکافت نمونههای استوانهای و همچنین مقاومت کششی ناشی از خمش نمونههای منشوری بتن حاوی الیاف ضایعات فولادی را در سنین مختلف مورد بررسی قرار میدهیم. هر نمونه بتن ما در تمام حالتهای فشاری و کششی شامل 3 آزمونه است که میانگین آنها را مد نظر قرار میدهیم. در ادامه برای هریک از مقاومتها در سنین مختلف نمودارهای رسم میکنیم تا به آسانی تأثیر الیاف ضایعات فولادی بر روی بتن مشخص گردد.
1.3 مقاومت فشاری
مقاومت فشاری بتن در سنین 3، 7 و 28 روزگی توسط آزمونه های مکعبی 15*15 * 15سانتیمتری مورد بررسی قرار میگیرد. که نتایج میانگین آنهادر جدول 5 و شکل 2 مشخص شده است.
جدول -5 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سنین مختلف (MPa)
شکل -2 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سنین مختلف
همانطور که از نتایج مشخص است الیاف ضایعات فولادی در افزایش مقاومت فشاری در سنین اولیه موثر هستند. به طوری که در سن 3 روزگی حضور الیاف با ضخامت 1/0 و به مقدار 70Kg/m3 در بتن، مقاومت فشاری را به میزان 15/76 درصد افزایش میدهد و در سن 7 روزگی حضور الیاف با ضخامت 0/8 و به مقدار 70Kg/m3 در بتن، مقاومت فشاری را به میزان 19/88 درصد افزایش میدهد. اما این تأثیر با افزایش سن بتن کاهش مییابد و در سن 28 روزگی شاهد افزایش مقاومت فشاری در تمام نمونه ها نیستیم. اما حضور الیاف در نمونههای فشاری تحت بررسی همانطور که در تصویر شکل 3 میبینیم علاوه بر افزایش مقاومت فشاری باعث تغییر در نحوه ترکخوردگی نمونهها میشود و نمونه ها پس از ترکخوردگی به صورت یکپارچهتری عمل میکنند. این تأثیر در تمام نمونهها حاوی الیاف در سنین مختلف قابل رویت است.
شکل -3 تصویر آزمونههای فشاری حاوی الیاف فولادی
