1-15-2-8. آزمایش اسلامپ بتن الیافی…………………………………………………………………………………………….26
1-16. نانو مواد ها و مشخصات آنها…………………………………………………………………………………………………….26
1-16-1. مواد نانو کمپوزیت………………………………………………………………………………………………………………..27
1-16-2. بتن با عملکرد بالا (HPC) ………………………………………………………………………………………………..27
1-16-3. نانو سیلیس آمورف……………………………………………………………………………………………………………..27
1-16-3-1. نانوسیلیس و مقایسه بعضی خواص آن با سیلیکافیوم……………………………………………………28
1-16-4. نانو لوله ها…………………………………………………………………………………………………………………………….30
فصل دوم: مواد و روشها
2-1. مواد مورد استفاده(Material) ………………………………………………………………………………………………..33
2-1-1. سیمان…………………………………………………………………………………………………………………………………….33
2-1-1-1. سیمان پرتلند پوزولانی (PPC) ………………………………………………………………………………………33

2-1-2. آب اختلاط……………………………………………………………………………………………………………………………..35
2-1-3. سنگدانه ها……………………………………………………………………………………………………………………………..35
2-1-3-1. آزمایش لس آنجلس بر روی سنگدانه های درشت……………………………………………………………36
2-1-4. الیاف پلی پروپیلن…………………………………………………………………………………………………………………..37
2-1-5. ماده افزودنی نانوسیلیس………………………………………………………………………………………………………..38
2-1-6. ماده افزودنی فوق روان کننده………………………………………………………………………………………………..38
2-1-7. قالب ها……………………………………………………………………………………………………………………………………40
2-1-8. روش انجام آزمایشها(Methods) ……………………………………………………………………………………….40
2-1-9. روش تعیین طرح اختلاط به صورت کلی………………………………………………………………………………41
فصل سوم: نتایج و بحث
3-1. آزمایشهای انجام شده…………………………………………………………………………………………………………………45
3-2. نتایج آزمایشهای بتن الیافی……………………………………………………………………………………………………….45
3-2-1. آزمایش مقاومت فشاری…………………………………………………………………………………………………………46
3-2-1-1. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف A (مرجع)………………………………..47
3-2-1-2. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف B ……………………………………………..50
3-2-1-3. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف C………………………………………………51
3-2-1-4. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف D …………………………………………….54
3-2-1-5. بررسی کلی نمودار های آزمایش مقاومت فشاری……………………………………………………………56
3-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم……………………………………………………………………………………57
3-2-2-1. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف A(مرجع)……………..59
3-2-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف B………………………….61
3-2-2-3. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف C…………………………63
3-2-2-4. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف D………………………….65
3-2-2-5. بررسی کلی نمودارهای آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم………………………………………..67
3-2-3. آزمایش سرعت پالس التراسونیک (UPV)…………………………………………………………………………..68
3-2-3-1. روش سرعت پالس……………………………………………………………………………………………………………..68
3-2-3-2. عوامل موثر بر سرعت پالس……………………………………………………………………………………………….69
3-2-3-3. کاربرد روش سرعت پالس………………………………………………………………………………………………….69
3-2-3-4. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف A……………………………….70
3-2-3-5. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف B……………………………….73
3-2-3-6. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف C……………………………….75
3-2-3-7. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف D……………………………….77
3-2-3-8. بررسی کلی نمودارهای آزمایش التراسونیک…………………………………………………………………….79
3-2-4. مقاومت الکتریکی……………………………………………………………………………………………………………………80
3-2-4-1. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف A (مرجع)……….82
3-2-4-2. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف B……………………..85
3-2-4-3. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف C……………………..87
3-2-4-4. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف D…………………….89
3-2-4-5. بررسی کلی نمودارهای آزمایش مقاومت الکتریکی…………………………………………………………..90
فصل چهارم: نتیجهگیری و پیشنهادات
4-1. نتیجهگیری………………………………………………………………………………………………………………………………….96
4-2. پیشنهادها و موضوعات تحقیقی…………………………………………………………………………………………………97
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..99
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل1-1 . یک نمونه شاتکریت با بتن الیافی با الیاف 6 میلیمتری پلی پروپیلن…………………………………6
شکل1-2 . یک نمونه دال پل که در کانزاس آمریکا با بتن الیافی ساخته شده است………………………….6
شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن الیافی و بتن حاوی نانوذرات(نانوسیلیس)…………………………………..9
شکل 1-4. شاخص سایش بتنهای حاوی درصد های مختلف نانوتیتانیوم در سن 28 روزه……………31
شکل 2-1. سیمان پوزولانی اردبیل…………………………………………………………………………………………………….34
شکل 2-2. الیاف 18 میلیمتری مورد استفاده در آزمایشات………………………………………………………………38
شکل 2-3. فوق روان کننده و نانوسیلیس مصرفی(سمت چپ نانوسیلیس) …………………………………….39
شکل 3-1. دستگاه آزمایش مقاومت فشاری و کششی غیرمستقیم…………………………………………………..47
شکل 3-2. مقاومت فشاری نمونه های بدون نانوسیلیس در سنین 28 و 90 روزه (مرجع) ……………49
شکل 3-3. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های بدون نانوسیلیس……………………………………………49
شکل 3-4. مقاومت فشاری نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………………………………………………………..51
شکل 3-5. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس ………………………………….51
شکل 3-6. مقاومت فشاری نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………………………………………………………..53
شکل 3-7. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس ………………………………….53
شکل 3-8. مقاومت فشاری نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس در سنین مختلف……………… …………….55
شکل 3-9. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………………55
شکل 3-10.درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های 28 روزه به ازای درصدهای مختلف نانوسیلیس…………………………………………………………………………………………………………………………………………..56

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل 3-11. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های 90 روزه به ازای درصد های مختلف نانوسیلیس…………………………………………………………………………………………………………………………………………….57
شکل 3-12. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های بدون نانوسیلیس(مرجع) ………………………………60
شکل 3-13. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای نمونه های بدون نانوسیلیس…………..60
شکل 3-14. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس……………………………………62
شکل 3-15. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………..62
شکل 3-16. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس……………………………………64
شکل 3-17. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………..64
شکل 3-18. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………………66
شکل 3-19. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس…………..66
شکل 3-20. درصد افزایش مقاومت کششی نمونههای 28 روزه به ازای درصد های مختلف نانوسیلیس……………………………………………………………………………………………………………………………………………67
شکل 3-21. درصد افزایش مقاومت کششی نمونههای 90 روزه به ازای درصد های مختلف نانوسیلیس…………………………………………………………………………………………………………………………………………….68

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

شکل 3-22. سونیسکوپ مورد استفاده در آزمایش التراسونیک(تعیین مدول الاستیسیته دینامیکی)…………………………………………………………………………………………………………………………………………….69
شکل 3-23. مدول الاستیسیته دینامیکی نمونه های بدون نانوسیلیس(مرجع)……………………………….72
شکل3-24. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی درصد های مختلف الیاف pp………….72
شکل 3-25. مدوا الاستیسیته دینامیکی نمونه های حاوی 2% نانوسیلیس……………………………………….74
شکل 3-26. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی 2% نانوسیلیس……………………………….74
شکل 3-27. مدول الاستیسیته دینامیکی نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس……………………………………76
شکل 3-28. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی 4 % نانوسیلیس………………………………76
شکل 3-29. مدول الاستیسیته دینامیکی نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………………78
شکل 3-30. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی 6 % نانوسیلیس………………………………78
شکل 3-31. درصد افزایش مدول الاستیسیته نمونه های 28 روزه…………………………………………………..79
شکل 3-32. درصد افزایش مدول الاستیسیته نمونه های 90 روزه…………………………………………………..80
شکل 3-33. دستگاه اندازه گیری مقاومت الکتریکی………………………………………………………………………….82
شکل 3-34. مقاومت الکتریکی نمونه های بدون نانوسیلیس(مرجع) ……………………………………………….84
شکل 3-35. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های بدون نانوسیلیس……………………………………..84
شکل 3-36. مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………………………………………………….86
شکل 3-37. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………………………….86
شکل 3-38. مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………………………………………………….88
شکل 3-39. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………………………….88
شکل 3-40. مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس…………………………………………………….90
شکل 3-41. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………..90
شکل 3-42. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های 28 روزه ………………………………………………….91
شکل 3-43. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های 90 روزه ………………………………………………….92
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1. فرآورده های سیمانی تقویت شده با الیاف ………………………………………………………………………………5
جدول 1-2. الیاف های مورد استفاده در بتن…………………………………………………………………………………………….21
جدول 2-1. ترکیب سیمان مصرفی……………………………………………………………………………………………………………34
جدول 2-2. دانه بندی سنگدانه های مصرفی…………………………………………………………………………………………….35
جدول 2-3. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب A……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-4. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب B……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-5. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب C……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-6. نتایج آزمایش لس آنجلس برای ترکیب هایA و B و C……………………………………………………37
جدول 2-7. مشخصات الیاف پلی پروپیلن مصرفی…………………………………………………………………………………….37
جدول 2-8. مشخصات نانوسیلیس مصرفی………………………………………………………………………………………………..38
جدول 2-9. مشخصات فوق روان کننده مصرفی……………………………………………………………………………………….39
جدول 2-10. مشخصات مصالح برای طرح اختلاط طبق ACI………………………………………………………………..41
جدول 2-11. نتایج طرح اختلاط بتن براساس ACI………………………………………………………………………………..42
جدول 2-12. میزان مصالح مصرفی در طرح اختلاط ها……………………………………………………………………………42
جدول 2-13. طرح اختلاط های بتن الیافی حاوی نانوسیلیس…………………………………………………………………43
جدول 3-1. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف A………………………………………….48
جدول 3-2. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف B …………………………………………50
جدول 3-3. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف C………………………………………….52
جدول 3-4. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف D………………………………………….54
جدول 3-5. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف A …………………..59
جدول 3-6. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف B…………………….61
جدول 3-7. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف C…………………….63
جدول 3-8. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف D…………………….65
جدول 3-9. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف A ……………………………………………….71
جدول 3-10. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف B…………………………………………….73
جدول 3-11. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف C …………………………………………….75
جدول 3-12. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف D……………………………………………..77
جدول 3-13. رابطه بین مقاومت الکتریکی و خوردگی بتن………………………………………………………………………81
جدول 3-14. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف A……………………………………………83
جدول 3-15. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف B…………………………………………….85
جدول 3-16. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف C…………………………………………….87
جدول 3-17. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف D……………………………………………89
فصل اول
مقدمه و کلیات
فصل اول
مقدمه و کلّیات
1-1. مقدمه
امروزه بتن به عنوان یکی از پرمصرفترین مصالح جهان و به عنوان ماده ساختمانی قرن بیست و یکم شناخته شده است. ساخت این ماده مرکب با استفاده از ارزانترین و در دسترسترین مواد ساده از یک سو، انعطافپذیری، خواص مقاومتی و دوام آن از سوی دیگر و نیز استفاده از موادی در ساخت آن که به پاکسازی و کاهش آلودگی محیط زیست کمک مینماید موجب آن شده است که بتن به عنوان مصالح ممتاز مطرح شود]1[. بتن ماده ای است که دارای مقاومت زیاد در فشار بوده و از این رو استفاده از آن برای قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب است. لیکن علیرغم مقاومت فشاری قابل توجه، مقاومت کششی کم و شکنندگی نسبتاً زیاد بتن استفاده از آن را برای قطعاتی که تماماً یا به طور موضعی تحت کشش هستند را محدود مینماید]2[. این عیب اساسی بتن در عمل با مسلح کردن آن با استقرار آرماتورهای فولادی در جهت نیروهای کششی برطرف میگردد. شایان ذکر است که در موارد متعددی جهت این نیروهای کششی به طور دقیق معلوم نیست. همچنین با توجه به اینکه آرماتور بخش کوچکی از مقطع را تشکیل میدهد، تصور اینکه مقطع بتن یک مقطع همگن و ایزوتروپ باشد صحیح نخواهد بود. به منظور ایجاد شرایط ایزوتروپی و کاهش ضعف شکنندگی و تردی بتن تا حد ممکن در چند دهه اخیر استفاده از الیاف نازک و نسبتاً طویل که در تمام حجم بتن پراکنده میشود متداول شده است]3[.
مساله دیگری که اخیراً مورد توجه دانشمندان علم بتن قرار گرفته است استفاده از نانومواد در بتن بوده است. محققان با آزمایشات مختلف به این نتیجه رسیدند که مشخصات بتن حاوی نانو مواد در مقایسه با بتن معمولی تحت تاثیر واکنشهای شیمیایی نانومواد با ذرات سیمان و بلورهای هیدروکسید کلسیم موجود در سیمان، عملکرد ماده مرکب بتنی را به شدت تحت تأثیر قرار میدهد]4.[
1-2. معرفی بتن الیافی
1-2-1. تعریف: طبق تعریف ACI 544.1R-82 ، بتن ساخته شده از سیمان هیدرولیکی، آب، شن، ماسه و الیاف، بتن مسلح با الیاف یا بتن الیافی نامیده میشود. در بتن الیافی مانند بتن معمولی میتوان از پوزولانها و دیگر مواد مضاعف استفاده کرد. الیاف در شکلها و اندازه های متفاوت، و از جنس فولاد، مواد پلیمری، شیشه و مواد طبیعی مورد استفاده قرار میگیرد ]5[.
1-2-2. آیین نامههای معتبر بتن الیافی
علاوه بر مطالعات و پژوهشهایی که بصورت مقالات معتبر در مجلات و یا کنفرانسها ارائه گردیده است. آیین نامههای بتن نیز بخشی از قسمتهای خود را به بتن الیافی اختصاص دادهاند. از جمله این آیین نامهها، آیین نامه ACI (انجمن بتن آمریکا) میباشد که با معرفی کمیتهای جداگانه به نام ACI-544 به بررسی مسائل بتن الیافی پرداخته است. این کمیته اولین گزارش را در سال 1973 ارائه نمود و تاکنون این کمیته با چهار گزارش کلی کار خود را افزایش داده است. گزارش های این کمیته با نامهای فرعی 3R,2R,1Rو 4R نامیده میشوند.
در گزارش ACI,544-1R که در سال 1996 ارائه گردید و در سال 1999 بازبینی شد، اطلاعات کاملی از انواع الیاف و خواص آنها و تاثیر آنها بر روی خواص مکانیکی بتن به علاوه آزمایش اندازهگیری طاقت بتن الیافی آمده است. در اصل این گزارش بیشتر به شناسایی انواع الیاف قابل کاربرد در بتن پرداخته و آنها را مقایسه کرده است]6.[
در گزارش ACI,544-2R که در سال 1989 ارائه گردید طریقه انجام آزمایشات و استانداردهای لازم آورده شده است و در مواردی همانند آزمایش ضربه و … حتی طریقه ساخت دستگاه آزمایش نیز توضیح داده شده است]7[.
در گزارش ACI,544-3R که در سال 1998 ارائه گردید، در مورد طرح اختلاط و مصالح مناسب برای بتن الیافی توضیح داده شده است. در این گزارش روشی برای طرح اختلاط آورده نشده بلکه دو طرح اختلاط مثال زده شده و پیشنهاداتی برای بهتر شدن خواص بتن الیافی آورده شده است. به عنوان مثال هر چه سنگدانه ها در بتن الیافی کوچکتر باشند نقش الیاف در بتن اثرگذارتر خواهد بود و یا اینکه پیشنهاد گردیده که در بتن الیافی در صورت امکان از سیمان بیشتری استفاده گردد]8[.
در گزارش ACI,544-4R که در سال 1988 ارائه گردید. به روشهای طراحی با الیاف فولادی پرداخته شده است. البته نتایج این طراحیها هنوز در ACI- 318 وارد نگردیده است]9[.
از آییننامه های دیگر، آییننامه JSCE 1 ژاپن میباشد که روش اندازهگیری طاقت بتن الیافی که توسط این آییننامه ارائه گردیده از اهمیت بالایی نزد محققین برخوردار است. در ضمن آییننامه RILEM در اروپا نیز گزارشهایی در مورد بتن الیافی منتشر کرده است.]10[.
3. کاربردهای بتن الیافی
بتن مسلح به الیاف را میتوان به تنهایی و یا به همراه بتن مسلح معمولی بکار برد. در مواردی که میتوان بتن الیافی را به تنهایی بکار گرفت، عبارتند از:
کف کارخانه ها، توقفگاهها، جایگاههای بنزین و سالنهای صنعتی
روسازی بتنی بزرگراهها، جاده ها و فرودگاهها
سازه های ضد انفجار و ضد حریق
دیواره ها و کف کانالها
قطعات پیش ساخته
در دیگر مواردی که میتوان بتن مسلح معمولی و یا بتن پیش ساخته به کار برد:
شالوده برای موتورها و ماشینآلات بزرگ، پرسهای بزرگ، ژنراتورهای دیزلی
قطعات مربوط به تونلسازی و حفاری معادن
دیوارهای حفاظتی، پناهگاهها
تیر های پیشتنیده بتنی شمعهای ضربهگیر
موارد استفاده از فراوردههای سیمانی تقویت شده با الیاف گوناگون در جدول 1-1 آورده شده است.
کاربردهای مهم بتن الیافی عبارتند از]11[:
1-3-1. بتن پرتابی(شاتکریت)2
یکی از کاربردهای مهم الیاف در بتنپاشی است، بتنپاشی معمولاً برای اجرای لایههای نازک مناسب است. به طور کلی بتن پاشی به دو روش خشک و تر قابل اجراست. در روش خشک پس از اختلاط مصالح خشک، در حین عبور افشانک آب مورد نیاز اضافه میگردد. در روش تر، مخلوط به طور کامل ساخته میشود و سپس در محفظه پمپ دستگاه بتن پاش قرار میگیرد و از طریق لوله به افشانک انتقال مییابد. در عمده شاتکریتهای بتن الیافی از روش خشک استفاده به عمل میآید. از روش تر نیز میتوان استفاده کرد، با این وجود توجه بیشتری جهت توزیع الیاف باید به عمل آید. بیشترین استفاده از بتنپاشی با الیاف در نگهداری زیرزمینها، بویژه دیواره تونلها و معادن، سازه های پوسته ای و تعمیرات سازههای دریایی و کانالهای آب میباشد ]12و13[.
1-3-2. دالهای روی بستر
دالهای روی بستر حاوی الیاف جهت جلوگیری از شکستهای ناشی از بارهای دینامیکی3 و متمرکز و ترکهای ناشی از بار و غیر آن (مانند حرارت و جمع شدگی) در کف سالنهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند و جایگزین دالهای مسلح به آرماتور در اکثر موارد میشوند. این دالها در روسازی جادهها، پیادهروها، فرودگاهها و بویژه سالنهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. با استفاده از این نوع بتن(بتن الیافی) روسازی فرودگاهها را می توان 25 تا 40 درصد نازکتر از بتن غیر مسلح و با فاصله درزهای اجرایی بیشتر، اجرا کرد.
خستگی خمشی عامل مهمی است که بر عملکرد روسازی اثر میگذارد. اطلاعات موجود نشان میدهد که الیاف، مقاومت بتن را بطور موضعی و کلی در برابر خستگی به نحو قابل ملاحظهای افزایش میدهند]12[.
جدول 1-1. فرآورده های سیمانی تقویت شده با الیاف
شیشهپانلهای پیش ساخته، دیوارنما، لولههای فاضلاب، سقفهای پوستهای بتنیفولادبلوکهای سقفی، روکش جادهها، کف پلها، سازههای مقاوم در برابر انفجار، پی ماشینآلاتپلیپروپیلنشمعها، دالهای بتنی، سازههای دریایی، پوشش تونلها، سازههای تحت بارگذاری ضربهایآزبستورقهها، لوله، صفحهها، لولههای فاضلاب، ورقههای صاف یا موجدارکربنواحدهای موج دار جهت کفسازی، جداکنندههای موج دارکولارهمانند الیاف کربنبامبوصفحات ساختمانی (اجزای چوبی در ساختمانها)پودر میکابه عنوان ماده جایگزین آزبست در ورقههای سیمانی و لولههای بتنیالیاف گیاهیمواد ارزان قیمت جهت پوشش سقف و پانلهای نما
شکل1-1 . یک نمونه شاتکریت با بتن الیافی با الیاف 6 میلیمتری پلیپروپیلن]14[
شکل1-2 . یک نمونه دال پل که در کانزاس آمریکا با بتن الیافی ساخته شده است.
1-3-3. صنایع نظامی
از بتن مسلح به الیاف در برخی از کشورها در صنایع نظامی استفاده گسترده به عمل میآید. کاربردهای سازه ای آن استفاده از الیاف با و یا بدون تسلیح توسط آرماتورهای معمولی است که در قطعات دالها، دیوارها، کف، تیرها و ستونها انجام میگیرد. نتایج آزمایشها نشان داده است که این گونه قطعات در مقابل انفجار، پخش شدگی و پراکندگی بسیار کمتری در مقایسه با دالهای غیرمسلح به آرماتورهای معمولی ایجاد میکنند]12[.
1-3-4. کف سالنهای صنعتی
به علت خاصیت الیاف در افزایش مقاومت ضربه ای، بتن الیافدار نسبت به بتن معمولی (حدود 5 تا 10 برابر)، توجه عمدهای در ساخت کف سالنهای صنعتی به الیاف معطوف است زیرا تخریب سریع سالنهای صنعتی، بر اثر بارهای دینامیکی و ضربه ماشینآلات و قطعات سنگین، بزرگترین مشکل در این گونه سازه ها به شمار میرود. افزایش مقاومت ضربهای، مقاومت بیشتری را در مقابل تورق و هوازدگی بتن به وجود میآورد]11[.
1-4. مزایا و معایب بتن الیافی
الیافی که به طور تصادفی در سرتاسر بتن پخش شده اند می توانند ترکها و افت های حاصل از جمعشدگی پلاستیک را بطور همزمان کنترل کنند. این مواد ترکیبی (بتن الیافی) مقاومت و ظرفیت جذب انرژی بالایی دارند. به طور کلی الیاف نمیتوانند جایگزین خوبی برای آرماتورهای مرسوم مورد استفاده در سازه های باربر همانند تیرها و ستونها باشند. الیاف و آرماتور هر کدام نقش خود را در تکنولوژی بتن دارند و نمیتوانند جایگزین یکدیگر شوند ولی میتوانند در جاهای زیادی با یکدیگر مورد استفاده قرار بگیرند]12[. هر چند در تنشهای کششی بزرگ الیاف در مقایسه با آرماتورهای فولادی کارآمد نیستند ولی الیاف در کنترل ترکها و جمع شدگی بتن بهتر عمل میکنند. در نتیجه آرماتورهای متداول برای ظرفیت باربری عضو بتنی استفاده میشوند ولی الیاف در کنترل ترکها بسیار موثر هستند.
به علت این تفاوتها کاربردهای بخصوصی برای الیاف وجود دارد که آنها را از آرماتورهای معمول متمایز کردهاست که عبارتند از:
الیاف نقش مسلحکننده اولیه را بازی میکنند کاری که آرماتورهای فولادی نمیتوانند انجام دهند. تراکم الیاف در سازههای پوستهای نازک معمولا میتواند به میزان حداکثر 5 درصد حجمی افزایش یابد که این امر موجب افزایش چشمگیری در طاقت و مقاومت ملات و بتن میشود.
الیاف در سازههایی که بار یا تغییرشکلهای زیادی را به صورت موضعی تحمل میکنند مثل شمعهای پیشساخته، دیوارهای پیشساخته، سازه های مقاوم در برابر انفجار و در تونلها میتوانند مورد استفاده قرار بگیرند.
الیاف در کنترل ترکهایی که بر اثر دما و رطوبت به وجود میآیند از قبیل روسازی راهها و دالها کاربرد دارند.
استفاده از آرماتورهای فولادی و شبکه های سیمی مستلزم مصرف هزینههای غیرضروری جهت نیروی انسانی و مصالح میگردد. با جایگزین کردن توزیع پخش تصادفی الیاف کوتاه جهت مسلح کردن بتن، هزینههای نیروی انسانی و مصالح به طور قابل توجهی کاهش مییابد.
الیاف تغییر شکلهای حاصل از افت پلاستیک و خستگی را کاهش میدهند.
به طور کلی الیاف یک مسلح کننده موثر برای کنترل عرض ترکها و افت حاصل از جمع شدگی میباشند و زمانی که ترکهای ریز توسط الیاف کنترل میگردند از بوجود آمدن ترکهای بزرگ و مسائل بعدی میتوان جلوگیری کرد]15[.
مزایای استفاده از بتن الیافی عبارتند از]12[:
مقاومت ضربهای و دوام خستگی و مقاومت برشی بتن را افزایش میدهند.
برای اجرا و نصب آنها تجهیزات خاصی نیاز نمیباشد.
مقاومت در برابر ترک خوردگی، شکلپذیری بلندمدت، ظرفیت جذب انرژی و طاقت بتن را افزایش میدهند.
یک بتن مسلح در همه جهات را در اختیار ما قرار میدهند.
با مواد مضاعف و همه تیپهای سیمان و مواد تشکیل دهنده بتن سازگار میباشند.
مقاومت بتن را در مقابل تورق، سایش و هوازدگی سطحی افزایش میدهند.
1-5. جنبههای اقتصادی بتن الیافی
از دید اقتصادی استفاده از الیاف بستگی به کاربرد و شرایط پروژه دارد. الیاف اکنون جایگاه خود را در پروژه های عمرانی پیدا کردهاست. و ارزیابی اقتصادی آن بیشتر مربوط به نوع الیاف مصرفی و چگونگی استفاده از آن میباشد. ولی در مواردی که از الیاف به جای مش بندی استفاده میگردد، فقط بحث برابری قیمت الیاف و مش بندی فولادی نمیباشد بلکه نیروی انسانی ماهر، وسایل و تجهیزات و فضای انبار مصالح و … نیز مطرح میباشد و حتی میتوان با آیندهنگری به قضیه نگریست. هزینههای تعمیر و نگهداری، شرایط جوی و کاربردهایی که سازه در آینده خواهد داشت تمام اینها عواملی هستند که میتوانند مصرف الیاف را از لحاظ اقتصادی توجیه نمایند و یا عکس این موضوع برقرار باشد.
در مواردی ممکن است زمانبندی پروژه بسیار اهمیت داشته باشد و استفاده از الیاف باعث سرعت بخشیدن به روند انجام کار شود و همین موضوع باعث صرفهجویی اقتصادی فراوانی شود مثل زمانی که اجرای یک تونل باعث صرفه جویی زیادی در حمل و نقل میگردد. شاید بحث زمان در پروژههای عمرانی تاکنون در کشور ما مطرح نبوده ولی با پیشرفت روز افزون کشور زمانبندی پروژهها و برآورد اقتصادی آنها حائز اهمیت شده ده است.
1-6. نانومواد در بتن
در چند سال اخیر فناوری تازه نانو امیدهای بسیاری برای بهبود خواص مواد مختلف در دنیا بوجود آوردهاست. فناوری نانو بسیاری از خواص بتن را بهبود میبخشد و تحقیقاتی در این زمینه در کشورهای مختلف جهان در حال انجام است. محصولات نانو برای بتن متشکل از ذراتی هستند که گلولهای شکل بوده و بصورت ذرات خشک پودری یا بصورت معلق در مایع محلول قابل انتشار میباشند که مایع آن معمولترین نوع محلول نانوسیلیس میباشد. در فصل دوم با خصوصیات نانوسیلیس و برتریهای آن نسبت به سایر افزودنیهای سیلیسی بیشتر آشنا خواهیم شد. نانو مواد به دلیل برخورداری از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی برتر، کاربردهای بسیاری در زمینههای مختلف یافتهاند که از جمله میتوان به مواد عایقکننده و فیلترها، ماشین ابزارها، نمایشگرها، باتریها و آهنرباهای پرقدرت اشاره کرد]15[. تاثیر نانوسیلیس بر روی بتن الیافی در شکل 1-3 نشان داده شده است]16[.
شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن الیافی و بتن حاوی نانوذرات(نانوسیلیس)]16[
1-7. خلاصه و اهداف تحقیق
تاکنون تحقیق و پژوهشهای زیادی بر روی بتن الیافی انجام گرفته ولی در کشور ما بر روی بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن(PP) تحقیقات انجام شده اندک و محدود میباشد. مخصوصاً اینکه تاثیر نانوسیلیس روی بتن الیافی بویژه الیاف پلیپروپیلن خیلی کم انجام شدهاست، به همین دلیل استفاده از بتن الیافی بویژه الیاف PP به همراه نانوسیلیس(NS)در این پروژه در نظر گرفتهشد. هدف از انجام این پایان نامه بررسی اثر نانوسلیس بر روی بتن حاوی الیاف 18 میلیمتری PP و بررسی مشخصات و خواص مکانیکی و دوام بتن میباشد. برای این منظور نمونههای بتنی با درصد های مختلف 0 ، 1/0 ، 2/0 و 3/0 درصد الیاف PP همراه با درصدهای نانوسیلیس 0 ، 2 ، 4 و 6 درصد نسبت به وزن سیمان مصرفی تهیه شدهاند. نسبت آب به سیمان در این بتن ها برابر38/0 در نظر گرفته شده است. همچنین عیارسیمان kg/m3 436 بوده است. جمعاً 16 طرح اختلاط مختلف ساخته شد و آزمایش های لازم روی بیش از 192 نمونه انجام پذیرفت. آزمایشهای مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیرمستقیم(آزمایش برزیلی)، التراسونیک(برای تعیین مدول الاستیسیته دینامیکی)، مقاومت الکتریکی، در سنین 28 و 90 روزه روی نمونه ها انجام گرفت.
در ادامه این مطالب در فصل دوم برنامهریزی جهت ساخت نمونهها، تعداد نمونهها، روش انجام آزمایش و به نحوه انتخاب مصالح و طرح اختلاط بتن و مشخصات این مصالح اختصاص یافتهاست. در فصل سوم ارائه نتایج و بررسی و آنالیز نتایج آوردهشده است. در آخر، فصل چهارم شامل نتیجهگیری و ارائه پیشنهادات جهت مطالعات آتی میباشد.
1-8. پیشینه تحقیق
پژوهشهای انجام شده در زمینه بهرهگیری از مواد نانو در بتن و مصالح سیمانی بسیار محدود بوده است. آنچه مسلم است تحقیقات صورت گرفته عموماً بر استفاده از nano-Tio2، nano-Fe2o3 و nano-Sio2 (نانوسیلیس) متمرکز بوده است. از بین نانو مواد مذکور، نانوسیلیس به دلیل دارا بودن خواص پوزولانی از جایگاه بهتری برخوردار بوده و عملکرد مناسبتری از خود نشان داده است. در زمینه استفاده از الیاف پلیپروپیلن در ماتریسهای سیمانی تحقیقات بیشتری صورت گرفته، اما در زمینه اثربخشی الیاف بر خواص مکانیکی و شکلپذیری، اختلاف نظرهایی وجود دارد. برخی از تحقیقات از افزایش پارامترهای مکانیکی خبر دادهاند، در حالی که در برخی دیگر اثر الیاف بسیار ناچیز دانسته شده است. در هرحال مخالفان، عدم برقراری پیوند مناسب را از جمله عوامل موثر بر عملکرد ضعیف الیاف پلیپروپیلن در ماتریسهای سیمانی میپندارند.
در سالهای اخیر از بتن الیافی در ساخت سازهها بسیار استفاده شده است. بین سالهای 1960 تا 2010 تحقیقات زیادی بر روی بتن الیافی انجام گرفته است. در اکثر این تحقیقات، پخش تصادفی الیاف به عنوان یک روش مناسب جهت افزایش خواص مکانیکی بتن تشخیص داده شدند. بخشی از این پژوهشها در مورد خود الیاف و مقایسه آنها با هم از لحاظ جنس، نوع، شکل، درصد حجمی و عملکرد آنها درشرایط مختلف میباشد. قسمت دیگر درباره تاًثیر انواع مختلف الیاف بر روی خواص مکانیکی بتن و مقایسه آنها با همدیگر میباشد. عده دیگری نیز تلاش کردهاند تا کاربردهای جدیدتری برای استفاده از الیاف بیابند، بعضی نیز به دنبال ارائه روابطی برای بتن الیافی بودند.عدهای با اضافه کردن افزودنیهای سیلیسی آزمایشات خود را در پیش گرفتند. کشور ما نیز از این پژوهش بیبهره نبوده است به گونه ای که تحقیقات زیادی به صورت پایاننامه، مقاله و پژوهشهای دانشگاهی در داخل و یا عرصه بین المللی ارائه گردیده است. ولی با این وجود بر روی الیاف پلیمری و به خصوص پلیپروپیلن تحقیقات بسیار کمی انجام شده است و با توجه به اینکه کشور ما نفتخیز میباشد استفاده از این الیاف در مقایسه با سایر الیافها از لحاظ اقتصادی به صرفه میباشد. لذا توصیه میشود که در این زمینه تحقیقات بیشتری انجام گیرد تا این الیاف و کاربردهای آن به پیمانکاران و مشاوران معرفی گردد. در ادامه تحقیقاتی که در زمینه الیاف پلیپروپیلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است در قالب بخشهای مختلف ارائه میگردد و در پایان نیز راهنماها و آیین نامه هایی که در زمینه بتن الیافی تاکنون در جهان ارائه گردیده است معرفی خواهد شد.
1-9. مقایسه چند نوع الیاف از نظر هندسه
باندیا و دابی4 در سال 2000 با استفاده از روش آزمایش مقاومت پسماند5 برای اندازه گیری طاقت بتن الیافی بر حسب نقطه اوج مقاومت پسماند، تحقیقاتی انجام دادند، این روش توانایی داشت تا تاًثیر هریک از پارامترهای مختلف الیاف همچون نوع، طول، شکل، درصد حجمی، هندسه و مدول الاستیسیته را مورد بررسی قرار دهد]17[. دو گروه آزمایش انجام گرفت در آزمایش اول دو نوع الیاف پلیپروپیلن یکی ریسه ای6 و دیگری الیاف منفرد7 با مقاومت بالا مورد آزمایش قرار گرفتند، جوابها بدین گونه بود که الیاف منفرد(مونوفیلامنت) طاقت بتن را بهتر از الیاف ریسهای افزایش دادند. آزمایش دوم نشان داد که الیاف فولادی قلابدار طاقت بهتری را نسبت به الیاف فولادی موجدار در بتن الیافی از خود نشان میدهند.
1-10. مقایسه اثر نوعهای مختلف الیاف از نظر جنس در بتن الیافی
سونگ و هوانگ8 از دانشگاه دفاع ملی تایوان در سال 2004 تحقیقاتی را بر روی خواص مقاومتی بتن مسلح به الیاف پلیپروپیلن و نایلون انجام دادند که در آن توان مقاومتی بتن مسلح به الیاف PP در مقابل بتن مسلح به الیاف نایلون مورد مقایسه قرار گرفت، در این تحقیق از الیاف رشته ای و نازک PP به مقدار 6/0 درصد استفاده گردید]18[، در بتن مسلح به الیاف نایلون تنشهای فشاری و کششی و مدول گسیختگی به ترتیب 3/6 و 7/6 و 3/4 درصد نسبت به بتن مسلح به پلیپروپیلن افزایش یافتند. ولی در آزمایش ضربه ایجاد اولین ترک و گسیختگی نهایی در بتن نایلون دار زودتر رخ داد. همچنین در کاهش ترکهای پلاستیک الیاف پلیپروپیلن موثرتر واقع شدند. علت اینکه الیاف نایلون تنش کششی را بیشتر افزایش داد خوب پخش شدن در بتن تشخیص داده شد.
پری9 در سال 2003 از الیاف کوتاه و بلند پلیپروپیلن با مقاومت بالا و از نوع منفرد جهت مسلح کردن کف سازی خارجی استفاده کرد]19[. او گزارش داد که فرسایش سطح کف سازی ها موجب در معرض دید قرار گرفتن و بیرون زدگی الیاف فولادی میگردد. چه کف سازی، برای پیادهروها باشد چه برای عبور وسایل نقلیه، این امر میتواند خطرناک باشد. برای این تحقیق دو آزمایش صورت گرفت، در آزمایش اول یک دال کوچک مخصوص کفسازی خارجی حاوی الیاف فولادی با انتهای قلاب دار و طول 60 میلیمتر به مقدار 30 کیلوگرم بر مترمکعب و یک دال مشابه شامل الیاف پلیپروپیلن به طول 50 میلیمتر به مقدار 9/6 کیلوگرم بر مترمکعب ساخته شد. برای آزمایش مقاومت خمشی و طاقت خمشی از روش آزمایش سه نقطهای استفاده گردید. نتایج آزمایش خمش نشان داد که بتن مسلح به الیاف فولادی به اندازه 53 درصد مقاومت خمشی را افزایش داده، در حالی که بتن شامل پلیپروپیلن عدد 78 درصد را به ثبت رساند. همچنین در آزمایش دوم از لحاظ مقاومت خارجی در برابر فرسایش الیاف فولادی 20 درصد و الیاف پلیپروپیلن 41 درصد افزایش را ایجاد کردند. پری نتیجه گرفت که الیاف PP برای ساخت کف سازی ها از لحاظ کنترل ترک ها بهتر از الیاف فولادی عمل میکنند.
در سال 2000 کیان و استرون10 از دانشگاه دولتی چین و دانشگاه صنعتی هلند تحقیقاتی در مورد بتن مسلح به الیاف PP و فولادی انجام دادند از الیاف در محدوده 0 تا 95/0 درصد حجمی بتن استفاده شد، آزمایش خمشی چهارنقطه ای بر روی تیرهای منشوری به ابعادcm 5×10×10 انجام شد]20[. نتایج پژوهش نشان داد که الیاف فولادی بلند بر روی ظرفیت باربری و سختی شکست در دامنه جابجاییهای کوچک اثر مثبت دارند ولی در تغییرمکانهای بزرگ الیاف بلند و محکم فولادی بهتر از الیاف نرم PP و الیاف فولادی کوچک در ظرفیت جذب انرژی میباشند.
1-11. تحقیقاتی که منحصراً بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است
در سال 2005 عاطف بدرا و اشرف آشور11 از دانشگاه برادفورد انگلستان تحقیقی را تحت عنوان تغییرات آماری در مقاومت ضربه ای بتن مسلح به الیاف PP انجام دادند]21[. در این تحقیق برای اندازه گیری مقاومت ضربهای بتن مسلح به الیاف PP از آزمایش سقوط وزنه پیدرپی پیشنهادی کمیته ACI-544 استفاده شد. نتایج به روش آماری آنالیز شدند و تغییرات با طرح اختلاطهای مختلف بررسی شدند. آنالیز آماری نشان داد که نتایج بدست آمده از این آزمایش پراکندگی زیادی دارد. این مطالعه مشخص کرد که لازم است که این آزمایش اصلاح شود به طوری که دقت آن افزایش یابد.
هان و هیوانگ12 از دانشگاه چونگیو کره و دانشگاه نیولز جنوبی استرالیا در سال 2004 پژوهشی را تحت عنوان عملکرد بتن مقاومت بالا(HPC)13 حاوی الیاف PP در برابر متلاشی شدن انجام دادند]22[. این محقّقین عملکرد الیاف پلیپروپیلن را در حفظ یکپارچگی بتن با مقاومت بالا در آتش را مورد بررسی قرار دادند و مقایسهای باعملکرد الیاف شیشه و کربن و فولاد مشبندی شده انجام دادند. پدیده متلاشی شدن (پکیدگی) در همه نمونههایی که حاوی الیاف پلیپروپیلن نبودند رخ داد در صورتی که پکیدگی در نمونه های حاوی 05/0 درصد حجمی الیاف و بالاتر پلی پروپیلن رخ نداد. بنابراین، این الیاف توانستند موجب بهبود و اصلاح بتن در این مورد خاص شوند.
در سال 2004 چویی و یوان14 از دانشگاه تگزاس آمریکا دست به یک تحقیق جهت یافتن رابطه ای میان مقاومت کششی(برزیلی) و مقاومت فشاری بتن های مسلح به الیاف پلی پروپیلن و شیشه زدند]23[. نتایج نشان داد که مقاومت کششی بتن های مسلح به الیاف پلیپروپیلن و شیشه افزایش در حدود 20 تا 50 درصد داشته است و مقاومت کششی آنها در حدود 13 الی 19 درصد مقاومت فشاری آنها است. براساس این تحقیقات، یک رابطه نهایی با توان 5/0 میان مقاومت کششی و فشاری نمونه ها استخراج شد تا مقاومت کششی نمونه های مسلح به الیاف شیشه و پلی پروپیلن تخمین زده شود.

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید