تأثیر توأمان الیاف فولادی و میکرو الیاف بر کارکرد کششی بتن فوق توانمند(UHPC)

بتن فوق توانمنددارای عملکرد مصالح خیلی بالا شامل مقاومت بالا و جریان پذیری می­باشد. با وجود اینکه ظرفیت کرنش کششی آن اغلب کمتر از آن در ترکیبات سیمانی با شکل­پذیری بالا است. این مقاله، به­صورت آزمایشگاهی اثر ترکیبات دوگانه الیاف فولادی با قطر مستقیم 2/0 میلی‌متر و میکرو الیاف­های مختلف، بر روی خواص مکانیکی بتن فوق توانمند بررسی شده است. نتایج آزمایشات نشان می‌دهند که ترکیب الیاف مصنوعی با مقاومت زیاد مانند الیاف PE و الیاف فولادی می‌تواند رفتار کششی بتن فوق توانمند را بهبود بخشد و الیاف بازالتی در بهبود مقاومت کششی بتن فوق توانمند، تاثیرگذار بوده است.

مقدمه:

اخیرا تعمیر و بازسازی سازه های فرسوده و مخروبه، به یک موضوع مهم در زمینه مهندسی عمران و معماری تبدیل شده است. بر اساس برگ گزارش ارائه شده در مطبوعات زیرساخت ملی برای سازمان آمریکایی در سال۲۰۰۹، سطح کلی زیرساخت­های آمریکایی از درجه D بود. علاوه براین، تعداد و بزرگی مخاطرات طبیعی و انسانی در حال افزایش است.

تأثیر توأمان الیاف فولادی و میکرو الیاف بر کارکرد کششی بتن فوق توانمند

تأثیر توأمان الیاف فولادی و میکرو  الیاف بر کارکرد کششی بتن فوق توانمند(UHPC)

برای پرداختن به این مسائل، نیاز به پیشرفت­های تکنولوژیکی وجود دارد تا شرایط و عملکرد اعضای سازه­های موجود  بهبود یابد . طبق گزارش اداره بزرگراه فدرال ، پس از اینکه اولین پل با بتن فوق توانمند ساخته شد، تعداد ۹۰ پل با بتن فوق توانمند در آمریکا، استرالیا، کرواسی، فرانسه، آلمان، ایتالیا، ژاپن، جمهوری کره، مالزی، هلند، نیوزیلند و اسلوونی ساخته شده است و توصیه ها و نظریه ها بر روی ساختمان های با بتن فوق توانمند (ساختمان های UHPC) در فرانسه، ژاپنو… منتشر شده ­اند.

منابع آزمون نظام مهندسی عمران محاسبات پایه ۳

منابع آزمون نظام مهندسی عمران ۹۸

مهمترین دلیل اینکه تحقیق روی UHPC به میزان گستره ای انجام شده است و UHPC در سراسر جهان استفاده شده است، خواص عالی UHPC استUHPC . متمایل به مقاومت بالای ۱۵۰ مگاپاسکال، تقویت الیافی برای تضمین رفتار غیر ترد و نسبت چسباننده زیاد با سنگدانه­های خاص می­باشد. علاوه براین، UHPC به مقدار آب خیلی کم گرایش دارد و می تواند به واسطه کنترل چگالی عناصر جامد و صلب و افزودن فوق روان کننده، به خواص رئولوژیکی مناسب دست یابد. اگرچه، شکل­پذیری کششی UHPC خیلی کمتر از آن در ترکیبات سیمانی با شکل­پذیری بالا مانند ترکیبات سیمانی فوق توانمند تقویت شده با الیاف می باشد.

برایی رسیدن به ماکزیمم بهبودی ممکن از طریق تقویت با الیاف، مطالعات قبلی گزارش داده اند که وجود دو نوع یا انواع بیشتر الیاف می تواند مشارکت فزاینده و مکملی در عملکرد مخلوط بتنی ایجاد کند. ترکیب ماکرو الیاف های با اندازه بیش از ۵/۰ میلی متر و میکرو الیاف ها با قطر کمتر از ۰۲۲/۰ میلی متر، در بهبود رفتار کششی بتن تاثیر بیشتری را از خود نشان داده است. همچنین گزارش شده است که بتن تقویت شده با الیاف فولادی دوگانه ماکرو الیاف و میکرو الیاف، در مقایسه با بتن تقویت شده با فقط ماکرو الیاف، مقاومت و سختی بالاتری را از خود نشان داده است.

الیاف فولادی با قطر مستقیم ۲/۰ میلی متر عمدتا برای بتن فوق توانمند استفاده شده است . بنابراین، ممکن است اثر افزودن میکرو الیاف به UHPC با اثرات گزارش شده در پژوهش های قبلی متفاوت باشد.

۴ مخلوط مورد آزمایش قرار گرفت در هر چهار مخلوط، حجم کل الیاف در مقدار ۵/۱ درصد حجم ثابت نگه داشته شده است. نمونه S1.5 مخلوط کنترل است که در آن دو نوع از الیاف فولادی با طول ۵/۱۹ میلی متر و ۵/۱۶ میلی متر به ملات UHPC اضافه شده است. نمونه های S1.0-B0.5، S1.0-PVA0.5 و S1.0-PE0.5، به ترتیب بتن فوق توانمند تقویت شده با الیاف دوگانه به وسیله الیاف بازالتی، الیاف پلی وینیل الکل (PVA) و الیاف پلی اتیلن (PE) در ۳۳ درصد جایگزینی حجمی می باشند.همه الیاف ها دارای مقطع گرد و دایره ای بوده اند.

نتیجه ­گیری:

این مقاله اثر ترکیب الیاف فولادی با قطر مستقیم ۲/۰ میلی متر با میکرو الیاف­ها را بر روی خواص مکانیکی بتن فوق توانمند (UHPC)، به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار داده است. برای بررسی خواص مکانیکی و چگالی نمونه های مختلف، یک سری آزمایشات تجربی (آزمایشگاهی) انجام شده اند. از نتایج آزمایشات گرفته بر روی نمونه های بتن فوق توانمند می توان نتیجه گیری های زیر را استخراج کرد:

• نمونه ۰-PE0.5 که در آن الیاف PE بجای الیاف فولادی به مقدار ۳۳ درصد کل حجم الیاف جایگزین شده است، نسبت به بتن فوق توانمند تقویت شده با الیاف فولادی (S1.5)، عملکرد کششی بهتری را از خود نشان داده است. درحالیکه نمونه S1.0-PE0.5 به میزان ۷/۴ درصد مقاومت فشاری کمتری را از خود نشان داده است، این نمونه ۱۴ درصد مقاومت اولین ترک خوردگی بیشتر، ۱۳ درصد مقاومت کششی نهایی بیشتر و ۳۹ درصد ظرفیت کرنش کششی بیشتری را نسبت به نمونه S1.5 از خود نشان داده است. از طرفی دیگر، نمونه S1.0-PVA0.5 بدترین عملکرد کششی را داشته است. این نشان دهنده این است که سیستم الیاف دوگانه مرکب از الیاف مصنوعی با مقاومت بالا و الیاف فولادی، می تواند برای بهبود رفتار کششی بتن فوق توانمند اتخاذ شود.

تأثیر توأمان الیاف فولادی و میکرو الیاف بر کارکرد کششی بتن فوق توانمند

• درحالیکه نمونه ۰-B0.5 که در آن الیاف بازالتی بجای الیاف فولادی به میزان ۳۳ درصد کل حجم الیاف جایگزین شده است، نسبت به نمونه S1.5، ۱/۱۴ درصد مقاومت فشاری کمتر و ۶۸ درصد ظرفیت کرنشی کمتری را نشان داده است؛ این نمونه ۳۷ درصد مقاومت اولین ترک خوردگی بیشتر ۳ درصد مقاومت کششی نهایی بیشتری را نسبت به نمونه S1.5 از خود نشان داده است. این نشان دهنده است است که الیاف بازالتی متشکل از مواد معدنی مشابه با مواد سیمانی موثر برای بهبود مقاومت کششی بتن فوق توانمند است.
• چگالی نمونه ۵ برابر ۴۸/۲ کیلوگرم بر سانتی مترمکعب بوده است و چگالی نمونه های S1.0-B.5، S1.0-PVA0.5 و S1.0-PE0.5 نسبت به S1.5 به ترتیب ۲، ۶/۱ و ۲/۱ درصد کمتر بوده است.