SUPERVISOR
Mohammad Sheykhzadeh,Seyedmadi Hejazi
محمد شیخ زاده (استاد راهنما) سیدمهدی حجازی (استاد راهنما)
STUDENT
Azam Torkan
اعظم ترکان رنانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Investigation of flexural peroperties of woven spacer fabric reinforced lightweight concrete panel
Composites are one of the advanced material that two or more components combine together and cause to produce a new mixture with superior mechanical and physical properties. These components keep their initial properties, while don’t blend together. Panels are one kind of composites and lightweight structures consisting of a central part called the core and two layers located on both sides of core that named skins. The aim of this project is construction of reinforced concrete composite panel with three dimensional spacer fabric. This type of composites are used as the separator walls. In the first phase of this project, woven mesh textiles made of different types of thread including nylon66, high molecular weight polyethylene, glass, polyester, polypropylene were fabricated. Each fabric was located in the top and bottom of the neutral axis. In the second phase, three dimensional woven spacer fabric from different types of thread mentioned above was produced. Spacer fabric is consist of two outer layers and thread spacer through-thickness yarns for connecting two layers. Lightweight concrete as matrix was made of cement, sand, foam and water. Unreinforced lightweight concrete was also built as a control specimen. Different forces inserted into the structure including horizontal wind force, earthquake or forces caused by shrinkage and temperature changes lead to bending deformation of the structure. So flexural properties characterized by three point bending test and flexural parameters including displacement until fracture, flexural strength and toughness were survived. Fabric thickness, fibre kind and number of through thick yarns were the independent variables of the experimental design. The result showed that interbonding effect and tensile reinforcement after the first crack effect increase deformation, strength and toughness of the panel composites. The maximum flexural strength of the mesh woven reinforced concrete is related to polyethylene textile reinforced concrete and the minimum strength is related to polyester textile reinforced concrete. The reason of this event is slip of fibres through the matrix. In all of spacer textile reinforced concrete samples except of glass spacer textile reinforced concrete, increment in flexural strength compared to mesh woven textile located in top and bottom of neural axis were observed. This phenomena is due to the lack of transmition of forces from the top layer to the bottom layer due to rupture of the connecting threads through the thickness. The effect of using of textile and different types of fibre on energy absorption was measured by toughness parameter. In addition with reinforcing concrete by textile, toughness was increased. In the final, a mechanical model of bending theory of beams was used to the analysis of results. This model showed relatively proper matching with experimental data. Existence of thermal stresses is one of the main cause of cracking in cement structures. So, thermal stresses and heat transfer at different period times and in three different temperatures of 40, 60 and 80 ? were studied. The amount of thermal stress with time is decreased. Nylon spacer textile reinforced concrete had the minimum heat transfer. Advantages of this product are lightweight, proposing high specific load-bearing capacity, prefabricated, having proper mechanical performance, economical, low cost manpower, reduction of runtime, ease of traortation and thermal isolation. Key words Cement composite, lightweight concrete, woven spacer fabric, flexural performance, thermal isolation, thermal stress.
کامپوزیتها ازجمله مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب مواد ساده به¬منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است. اجزای تشکیل¬دهنده ویژگی خود را حفظ کرده، در یکدیگر حل نشده و با هم ترکیب نمیشوند. پانلها، دسته¬ای از مواد مرکب و سازه¬هایی سبک و متشکل از یک هسته که از دو طرف به دو لایه محدود شده، هستند. هدف از انجام این پروژه ساخت پانل کامپوزیتی بتن سبک مسلح¬شده با منسوج اسپیسر تاری پودی سه¬بعدی است. این نوع کامپوزیت بهعنوان پانل¬های غیر باربر و جداکننده اجزای ساختمان بهکاربرده میشود. در فاز اول این پروژه منسوج تاری پودی از جنس¬های مختلف شامل نایلون 66، پلی¬اتیلن با وزن مولکولی بالا، شیشه، پلی¬استر و پلی¬پروپیلن جهت تسلیح در بالا و پایین تار خنثی تعبیه گردید. در فاز دوم، منسوج اسپیسر تاری پودی سه¬بعدی از جنس¬های مختلف فوق¬الذکر بافته شد. ساختار پارچه شامل دو لایه خارجی و نخهای اسپیسر برای اتصال این دو لایه بود. بتن سبک ساخته شده به¬عنوان ماتریس، متشکل از سیمان، ماسه بادی، آب و ماده فوم¬ساز بود. همچنین، بتن سبک مسلح¬نشده به¬عنوان نمونه کنترل ساخته شد. از آنجا که نیروهای موجود بر یک سازه، شامل نیروهای افقی باد، زمین¬لرزه یا نیروهای ناشی از جمع¬شدگی و تغییرات دما می¬باشد که منجر به خمش و تغییر شکل المان¬های تشکیل¬دهنده می¬گردد، بنابراین خواص خمشی نمونه¬های ساخته شده در فاز اول و دوم پروژه، با آزمون خمش سه¬نقطه¬ای بررسی شده و پارامترهای خیز خمشی تا شکست، استحکام خمشی و چقرمگی خمشی به¬عنوان متغیر پاسخ در نظر گرفته شد. ضخامت پارچه اسپیسر، جنس الیاف و تعداد نخها در راستای ضخامت متغیرهای مستقل تحقیق بودند. رشته¬های الیاف به شکل منسوج با دو اثر خود قفل¬شوندگی و اثر کشش در ناحیه بعد از ترک باعث افزایش شکل¬پذیری، استحکام و چقرمگی خمشی پانل کامپوزیتی گردید. بیشترین مقدار استحکام خمشی در مورد بتن مسلح با منسوج تاری پودی قرار گرفته در بالا و پایین تار خنثی را بتن مسلح با منسوج پلی¬اتیلن و کمترین مقدار را بتن مسلح با منسوج پلی¬استر به خود اختصاص دادند. علت این امر را می¬توان به سرش الیاف در ماتریس نسبت داد. در تمامی نمونه-های بتن مسلح با منسوج اسپیسر سه¬بعدی به استثنای نمونه مسلح با الیاف شیشه، استحکام خمشی نسبت به بتن مسلح با منسوج تاری پودی قرار گرفته در بالا و پایین تار خنثی، افزایش داشت. علت این امر به عدم انتقال نیرو از لایه بالا به لایه پایین در اثر پاره شدن الیاف اتصال¬دهنده مربوط می¬شد. تأثیر به¬کارگیری منسوج و انواع مختلف آن در میزان ظرفیت جذب انرژی با پارامتر چقرمگی سنجیده شد. مشاهده شد که با مسلح¬سازی بتن با استفاده از منسوج چقرمگی افزایش می¬یابد. در تمامی نمونه¬های مسلح با منسوج خیز تا حد شکست نیز نسبت به بتن مسلح¬نشده زیاد شد. در پایان، یک مدل مکانیکی با استفاده از اصل خمش در تیرها جهت تحلیل نتایج ارائه گردید که نتایج مدل¬سازی تطبیق نسبتاً مناسبی با نتایج آزمایشگاهی نشان داد. ایجاد تنش¬های حرارتی یکی از دلایل اصلی ترک¬خوردگی در سازه¬های بتنی است. با توجه به اهمیت موضوع، تحلیل تنش و انتقال حرارتی در بازه¬های زمانی مختلف و در سه شرایط دمای صفحه داغ 40، 60 و 80 درجه در این رابطه انجام شد. میزان تنش¬های حرارتی با گذشت زمان کاهش یافت. انتقال حرارت نیز در بتن مسلح¬نشده نسبت به بتن¬های مسلح با منسوج بیشتر بود. در بین نمونه¬های بتن با مسلح¬کننده¬های متفاوت، نایلون دارای کم¬ترین مقدار انتقال حرارت می¬باشد. از جمله مزایای این طرح میتوان به سبک بودن سازه، ظرفیت تحمل بار بالا در وزن کم، پیش¬ساخته بودن، عملکرد مناسب مکانیکی، هزینههای ساخت کمتر و کاهش نیروی انسانی مورد نیاز، کاهش زمان اجرا، سهولت حمل و نقل و همچنین عایق حرارتی بودن اشاره نمود. کلمات کلیدی کامپوزیت سیمانی، بتن سبک، منسوج اسپیسر تاری پودی، عملکرد خمشی، عایق حرارتی، تنش حرارتی