Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Zarrebini,Parham Soltanimohammadi,Seyed Mehdi Abtahi Forooshani,Hossein Fashandi,Davood Mostofinejad
محمد ذره بینی اصفهانی (استاد راهنما) پرهام سلطانی (استاد مشاور) سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما) حسین فشندی (استاد مشاور) داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Rohallah Rostami najafabadi
روح اله رستمی نجف آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Behaviour of fiber reinforced concrete in relation to optimiziation of fiber properties
Concrete is among one of the principle materials that are used in civil engineering. In addition to numerous benefits, concrete suffers from disadvantages such as low tensile strength, low dynamic and flexural loading capacities and is also susceptible to formation and propagation of cracks. Fibrous technology eliminates or mitigates the weaknesses associated with conventional concrete. Extensive conducted researches in the field of fibrous technology in recent years have vividly demonstrated the technical merits of fibrous concretes. Addition of synthetic fibers in general and macro fibers in particular to concrete is on increase. The potential of fibrous concrete can be fully exhausted by close collaboration of civil and textile engineering disciplines. Thus this research tries to establish a sound relationship between the expectations of civil engineers and the requirements of fibrous concrete with various aspects of textile engineering. The corn stone of this project is thus based on defining the merits of s concretes reinforced with synthetic micro and macro fibers, optimization of fiber physical and mechanical properties in terms of polymer selection, selection of fiber production criteria, method of adding fibers to concrete and comparison of fibrous concrete with conventional type. Tailor-made fibers produced using principles of fiber engineering were used to produce concrete samples. Production of the required fibers is the unique advantage of this project over the previous ones in which readymade fibers had to be used. The various tailor-made staple fibers were added to concrete matrix at different fiber volume fraction. Experimentally obtained results were studied using statistical, analytical, numerical and the new focused ion beam (FIB) image processing methods. It was observed that tensile strength of the fibrous concrete is influenced by factors such as surface appearance, number and the mechanical properties of the added fibers. Results clearly point to the paramount influence of the surface characteristics of the fibers on enhancement of flexural strength of the fibrous concrete. Hydrophilicity of the polyester fibers tended to increase both tensile and flexural strength of the concrete samples. This due to the fact that fiber hydrophilicity in alkaline condition results in formation of dimple on the surface of the fibers as the result of which fiber to matrix adhesion is improved, despite the unavoidable reduction in mechanical properties of the fibers imposed by alkalinity environment of the concrete. It was found that the energy absorption capacity of the fibrous concrete is intensely increased. This was attributed to the fact that contact area between the added fibers and the concrete matrix increases due to reduction of the cross-section area of the fibers which in turn increases fiber specific surface area. Additionally it was found that as far as crack formation and propagation are concerned, sample that were reinforced with micro polyester fibers were superior to the samples that were reinforced with both micro and macro polypropylene fibers. Based on the simulation carried out using finite element method (FEM) it was concluded that experimental and model generated results are highly compatible
بتن ازجمله مصالح اصلی در صنایع عمران است. علاوه بر مزایای فراوان، بتن دارای معایبی چون مقاومت کششی پایین، ضعف در برابر تحمل بارهای خمشی و دینامیکی و ایجاد و گسترش ترک در گذر زمان است. بتن الیافی با اضافه نمودن الیاف متنوع نساجی به آن تولید شده و سبب حذف و یا کاهش ضعف­های بتن معمولی می­گردد. در سال­های اخیر تحقیقات مبسوطی در رابطه با تأثیر عوامل ابعادی و ترکیب الیاف اضافه شده بر خصوصیات بتن الیافی انجام پذیرفته است. در این تحقیقات، الیاف با طول و قطر بسیار متنوع و در کسرهای حجمی متفاوت در بتن به کار گرفته شده است. امروزه تمایل به استفاده از الیاف مصنوعی و به ویژه الیاف ماکرو در بتن رو به گسترش است. توانمندی فناوری بتن الیافی بلامنازع خواهد شد، اگر همکاری مابین گرایش­های مهندسی عمران و نساجی براساس یک درک مشترک از الزامات مورد نیاز در این فناوری به وجود آید. یکی از اهداف این پژوهش، بیان خصوصیات بتن الیافی جهت ایجاد رابطه مابین انتظارات مهندسی عمران و توقعات مورد نیاز بتن الیافی با تخصص مهندسی نساجی است. بنابراین تعیین برتری­های بتن تقویت‌شده با الیاف میکرو و ماکرو مصنوعی، بهینه‌سازی خصوصیات الیاف در مرحله­ی انتخاب پلیمر، تولید الیاف، تعیین خصوصیات فیزیکی، مکانیکی الیاف تولید شده بر حسب عوامل مؤثر در مرحله­ی تولید، چگونگی اضافه نمودن الیاف تولیدی به بتن و تعیین خصوصیات بتن تقویت‌شده در مقایسه با بتن معمولی، پایه و اساس این پروژه است. در این پژوهش الیاف مورد نیاز براساس دانش مهندسی نساجی، طراحی و با استفاده از امکانات موجود در کشور، به صورت هدفمند تولید گردید. بنابراین وجه تمایز این پروژه با تحقیقات قبلی حذف محدودیت­های حاکم بر مطالعات قبلی به واسطه­ی استفاده از الیاف از قبل تولید شده است. نتایج تجربی نمونه های بتن الیافی بر اساس روش­های آماری، تحلیلی، عددی و روش نوین پرتو یونی کانونی پردازش تصویر مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بیانگر تاثیر خصوصیات ظاهری ،تعداد و استحکام کششی الیاف بر مقاومت کششی بتن الیافی است. مشخص گردید خصوصیات سطحی الیاف، موثرترین عامل در بهبود مقاومت خمشی بتن است. افزودن الیاف آب‌دوست به بتن موجب افزایش مقاومت کششی و خمشی بتن گردید. نتایج بیانگر افزایش سطح تماس الیاف با مصالح بتنی به­واسطه­ی کاهش مساحت سطح مقطع و افزایش سطح مخصوص الیاف است. افزایش سطح تماس الیاف و ماتریس سبب افزایش شدید میزان جذب انرژی بتن الیافی گردید. آب‌دوستی الیاف پلی‌استر و به وجود آمدن برجستگی بر روی این الیاف در محیط قلیائی علیرغم کاهش خصوصیات مکانیکی این الیاف در محیط بتن سبب افزایش چسبندگی الیاف با بتن گردید. آزمایشات بیانگر برتر بودن نمونه­­ی مسلح شده با الیاف میکرو پلی‌استر از نقطه نظر بازشدگی دهانه­ و نوک ترک در مقایسه با نمونه­های بتن مسلح شده با الیاف ماکرو و میکرو پلی‌پروپیلن است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی به روش اجزا محدود، بیانگر وجود هماهنگی قابل قبول بین نتایج شبیه‌سازی عددی و تجربی است.

تحت نظارت وف ایرانی