نقش الیاف فولادی و پلی پروپیلن برمقاومت در برابر بتن محصور شده با ورق های FRP

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1397/07/08

نقش الیاف فولادی و پلی پروپیلن برمقاومت در برابر بتن محصور شده با ورق های FRP

چكیده

با توجه به كاربرد بتن در انواع سازه ها، احتمال قرار گیری آن در معرض بارهای دینامیكی افزایش یافته است.  بتن یكی از پركاربردترین مصالح مهندسی عمران است. از نقاط ضعف بتن، شكنندگی و عملكرد ترد آن می باشد. استفاده از الیاف برای خواص بتن مدت هاست كه مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. متداولترین الیاف مورد استفاده جهت افزایش مقاومت ضربه ای بتن، الیاف فولادی بوده اند در این مطالعه با استفاده از روش پرتاپ وزنه برمبنای  ACI 544مقاومت بتن در برابر بارگذاری ضربه ای بر روی نمونه های بتنی استوانه ای استاندارد (30 × 15) كه حاوی الیاف فولادی وپلی پروپیلن می باشد را در دو حالت با وجود و بدون دورپیچ FRP مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور از دو ورقه GFRP و CFRP استفاده شده است. نشان داد كه استفاده از این الیاف مقاومت بتن را در برابر ضربه بالا همچنین هر دو ورقه GFRP و CFRP باعث بهبود مقاومت در برابر ضریه در بتن و بالا رفتن تعداد سیكل هایاین آزمایش می گردد، چند ورقه GFRP نسبت به CFRP عملكرد بهتری داشته است. همچنین حضور ورقه های FRP باعث تغییر در نوع شكست نسبت به عدم وجود FRP  شده است. نكته قابل توجه این است كه نمونه های بتنی حاوی الیاف تا حد بسیار زیادی گسیختگی بتن را به تاخیر می اندازد.

1- مقدمه

بتن از جمله پركاربردترین مصالح ساختمانی میباشد بنحویكه در انواع عملیاتهای ساختمانی مانند جاده، پل، ساختمان و غیره مورد استفاده قرار میگیرد. با افزایش كاربرد بتن احتمال قرار گیری آن در معرض انواع بارها از جمله بارهای استاتیكی و دینامیكی نیز افزایش یافته است. انواع بارهای دینامیكی میتواند شامل بار انفجار ، بار باد و ... باشد برای تعیین مقاوت بتن در برابر بارهای دینامیكی روشهای متفاوتی ارائه شده است. یكی از پركاربردترین و در عین حال ساده ترین آن روش پرتاب وزنه است كه توسط كمیته ACI 544 پیشنهاد شده است. این مطالعه سعی می نماید كه رفتار نمونه های بتنی را پس از قرارگیری در برابر بار ضربه ای توسط روش پرتاب وزنه مورد بررسی قرار دهد. انواع بارهای دینامیكی و استاتیكی می توانند سبب ایجاد ترك در سازه ها شوند كه انواع عناصر باربر سازه های بتنی توسط FRP جهت مقاوم سازی مرسوم است. به عنوان هدف در این مطالعه تاثیر دورپیچ نمودن نمونه های بتنی حاوی الیاف فولادی و پلی پروپیلن توسط ورقه های GFRP  و  CFRPبر مقاومت در برابر ضربه بتن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور نمونه های بتن با نسبت آب به سیمان 32/0 ساخته شد و مقاومت ضربه ای آن در 3 حالت بدون دور پیچ و با دور پیچ CFRP و با دور پیچ  GFRP مورد برسی قرار گرفت.

2- برنامهآزمایشگاهی

2-1- مصالحمصرفی

در این مطالعه سیمان پرتلند تیپ 2 استفاده شده است. تركیبات شیمیایی مربوط به آن در جدول 1 موجود می باشد. ماسه از نوع رودخانهای و همچنین شن از نوع شكسته با بزرگترین اندازه اسمی 5/12 میلیمتر و درصد جذب آب 73/0 می باشد. همچنین از الیاف فولادی و پلی پروپیلن در نمونه های بتنی استفاده شده است. از ورقه های GFRP  و CFRP برای دورپیج نمودن نمونه ها استفاده شده است.

جدول1-خصوصیاتشیمیاییسیمانمصرفی

سیمان ترکیبات شیمیایی (%)
46/21
55/5
46/3
95/63
86/1
42/1
54/0
26/0
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O

2-2- طرح هایاختلاطبتنوآمادهسازینمونه ها

نمونه های بتن معمولی با نسبت آب به سیمان 32/0 ساخته شد. پس از ساخت بتن، نمونه های مكعبی 15 سانتیمتری جهت انجام آزمایش مقاومت فشاری قالب گیری شد. مقاومت فشاری بر روی 3 نمونه و در سن 28 روزگی آزمایش گردید. همچنین نمونه های استوانه 30×15 سانتیمتر برای تعیین مقاومت در برابر ضربه ساخته شد.

همانگونه كه در شكل 1 نمایش داده شده است، برای انجام آزمایش مقاومت در برابر ضربه از یك چكش به وزن kg45/4 كه به صورت سقوط آزاد از ارتفاع cm7/45 بر روی یك گوی فولادی با قطر 35/6 سانتیمتر كه دقیقاً بر روی مركز نمونه بصورت حلقه (cm4/6×15) قرار داد استفاده شد. بر طبق كمیته 544ACI این گوی داخل یك پیستون قرار دارد كه از حركت گوی به خارج از مركز بتن جلوگیری میكند. نكته قابل توجه این است كه ضربات باید كامللاً متوالی بر روی نمونه وارد شود و همچنین در بتن تحت آزمایش باید حتماً دانه بندی و توزیع سنگدانه ها به یك میزان باشد تا بتوانیم از نتایج خوبی برخوردار باشیم. بر مبنای تعریف، حداقل تعداد ضربه برای ایجاد اولین ترك قابل رویت را با 1N و همچنین تعداد ضربه برای شكست نهایی را با 2N نمایش داده می شود.

شكل1-دستگاهتعیینمقاومتدربرابرضربهبراساس 544ACI

3- ارائه نتایج

مقاومت فشاری بتن معمولی به همراه الیاف فولادی و پلی پروپیلن با نسبت آب به سیمان 32/0 در سن 28 روزگی محاسبه گردیده است كه بر مبناء میانگین سه نمونه مكعبی 15 سانتی متر است. مقاومت فشاری بتن 5/60 مگاپاسگال بدست آمده است كه این نوع بتن را می توان در محدوده بتن با مقاومت بالا تقسیم بندی نمود .

مقاومت در برابر ضربه نمونه های بتنی در سه حالت، بدون دورپیچ و با دورپیچ از نوعGFRP  و CFRP مورد بررسی قرار گرفت كه نتایج در شكل های 2 و 3 به ترتیب برای اولین ترك قابل رویت و شكست نهایی نشان داده شده است. همان گونه كه ملاحظه می شود اولین ترك در بتن الیافی بدون دورپیچ در 1611 ضربه به وجود آمده است. این میزان از ضربه در صورت وجود دورپیچ GFRP 3312 بدست آمده است . چنین وضعیتی در صورت وجود دورپیچ CFRP دارای افزایش نسبت به بتن بدون دور پیچ است. با توجه به نتایج می توان به بهبود عملكرد بتن دورپیچ شده باFRP  در برابر بارهای ضربه ای اشاره نمود.

شكل2-تعدادضربهلازمبرایاولینتركقابلرویت

شکل٣-تعدادضربهلازمبرایترک نهایی

مقاومت نهایی ضربه ای بتن الیافی بدون دورپیچ 1817 تخمین زده شده است كه این مقدار در حدود 206 ضربه بیشتر از تعداد ضربه لازم برای اولین ترك است. در مطالعه ای توسط Nili وAfroughsabet  این تعداد برای بتن معمولی 3 ضربه نتیجه شده است. از طرفی مقاومت نهایی بتن دورپیچ شده با GFRP، 3312 ضربه می باشد كه به تعداد 156 ضربه از اولین ترك قابل رویت بیشتر است. در نمونه های دورپیچ شده با ورق های CFRP تعداد ضربه نهایی 2947 تخمین زده شده است كه 280 ضربه بیشتر از تعداد ضربه برای بتن دورپیچ شده با CFRP است. لذا، می توان نتیجه گرفت كه دورپیچ نمودن نه تنها می تواند باعث افزایش مقاومت در برابر ضربه شود، بلكه می تواند تعداد ضربات لازم بتن بین اولین ترك تا ترك نهایی را نیز افزایش دهد كه اثر مطلوبی در طراحی و عملكرد سازه خواهد داشتوضعیت شكست نمونه های بتنی پس از قرار گیری در معرض بارگذاری ضربه ای با و بدون دورپیچ در شكل 4 نمایش داده شده است. همانگونه كه ملاحظه می گردد در صورت عدم وجود دور پیچ، ترك قطری شكل می گیرد. این در حالیست كه دورپیچ نمودن نمونه ها، كنترل ترك و ایجاد ریز ترك های گسترده ترمی شود.

 

(الف)
 

(ب)
 

(ج)

                                                                        طریقهشكستدرنمونههاالف)بدوندورپیچب)بادورپیچ GFRPج)بادورپیچ CFRP

4- نتیجه گیری

در این مطالعه تاثیر ورقه هایGFRP   بر روی مقاومت بتن در برابر ضربه و با بتن بدون دورپیچ مورد بررسی قرار گرفته است كه نتایج زیر حاصل گردید.

1- وجود دورپیچ GFRP تا 82/1 برابر مقاومت در برابر ضربه بتن بدون دورپیچ را افزایش می دهد. چنین وضعیتی در صورت وجود دورپیچ CFRP تا 62/1 برابر افزایش یافته است.

2- وجود هر دو دورپیچ CFRP  و GFRP سبب بهبود مقاومت گسیختگی نهایی نسبت به بتن بدون دورپیچ می گردد.

3- دورپیچ نمودن و وجود الیاف نه تنها می تواند باعث افزایش مقاومت در برابر ضربه شود، بلكه می تواند تعداد ضربات لازم بتن بین اولین ترك تا ترك نهایی را نیز افزایش دهد كه اثر مطلوبی در طراحی و عملكرد سازه خواهد داشت .

4- دورپیچ نمودن بتن توسط ورقه های FRP سبب كنترل ترك و ایجاد ریز ترك های گسترده می شود.

سایر مقالات
نحوه ساخت بتن GFRC
نحوه ساخت بتن GFRC
مهمترین مشکل کار کردن با بتن مسلح به الیاف شیشه، پایین آمدن کارایی بتن است که برای فائق آمدن بر آن باید از مخلوط های ریز دانه تر استفاده نمود. همچنین لازم است فوق روان کننده با کیفیت مناسب به مخلوط اضافه شود. اساساً دو راه برای ساخت قطعات GFRC وجود دارد : این روش ها افشانه و اختلاط از پیش هستند.
ادامه مطلب
انواع و الزامات بتن پیش‌ تنیده
انواع و الزامات بتن پیش‌ تنیده
بتن مقاومت کششی بالایی ندارد و در برابر تنش‌های کششی از خود ضعف نشان می‌دهد. بتن پیش‌تنیده، بتنی است که در آن با استفاده از کشش تاندون‌ها و یا میلگردهای فولادی، در بتن تنشی فشاری ایجاد می‌کنیم تا در هنگامی که به بتن تنش کششی وارد می‌شود، به مقابله با آن برخاسته و آن تنش را خنثی کند. به این وسیله در واقع مقاومت کششی بتن را افزایش می‌دهیم
ادامه مطلب
نحوه مقاوم سازی سازه بتنی
نحوه مقاوم سازی سازه بتنی
تیرها، عرشه ها، ستون ها و دیوارها می توانند با قرار دادن میلگردهای مسلح کننده طولی و رکاب ها یا بستن دور اعضاء و سپس پوشاندن عضو به وسیله بتن پاشی یا بتن ریزی درجا در محل مقاوم سازی شوند. بتن چسبندگی بین میلگردهای جدید و عضو موجود را میسر می کند، بتن پاشی اضافه شده اندازه عضو را افزایش می دهد. اضافه شدن بار عضو ناشی از این قبیل موارد باید کنترل شود.
ادامه مطلب
میزان تاثیرگذاری فوق روان کننده بر مقاومت فشاری بتنهای سازهای و غیرسازهای در سنین مختلف
میزان تاثیرگذاری فوق روان کننده بر مقاومت فشاری بتنهای سازهای و غیرسازهای در سنین مختلف
در این تحقیق سعی بر این شده است با کار آزمایشگاهی و ساخت نمونه های بتنی در دو بخش سازه ای و غیر سازه ای، میزان تاثیر گذاری استفاده از افزودنی فوق روان کننده در مقاومت فشاری نمونه ها در سنین مختلف (7، 28 و 56 روزه) مورد بررسی قرار گیرد. برای رسیدن به کارایی مورد نظر در یک مرحله از آب شرب (روش سنتی و رایج درکشور) و در مرحله دیگر از فوق روان کننده برای رسیدن به کارایی معین استفاده شده است. نتایج مقاومت فشاری در تمامی سنین حاکی از این می باشد که استفاده از فوق روان کننده باعث افزایش چشمگیر مقاومت در بتن های سازه ای می شود. برای مثال با به کارگیری فوق روان کننده مقاومت فشاری نمونه های بتنی سازه ای و غیر سازه ای در سنین 56 روزه، به ترتیب 24 و 13 درصد افزایش یافته است.
ادامه مطلب