SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar
محمدرضا افتخار (استاد راهنما)
STUDENT
Farhad Sehati
فرهاد صحتی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Investigation of Out of Plane Behavior of Masonry Wall Retrofitted with Engineered Cementitous Composites (ECC)
Masonry structures are one of the most vulnerable types of structures in the earthquake due to massive mass and low material resistance. There are many ways to Seismic Rehabilitation of masonry structures, but the existing methods along with the running time, also lead to the difficulty of implementation. Also, the common methods impose a massive mass to the structure, which itself increases the earthquake lateral forces and it will be necessary to strengthen the foundation of the structure. In the recent decades, the use of engineered cementitious composites (ECC) has become commonplace to increase the bearing capacity and ductility in structural members. Composite ECC is High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC) which due to its high tensile strength and composite strength, it seems that the use of these materials in retrofitting masonry walls, not only can increase the speed and ease of implementation, it also has the capability to confront with other methods in terms of costs. This composite is manufactured with different materials combinations, the components of that can be changed according to the designer's requirements. Usually the main components of the ECC are cement, fly ash, fine grain silica sand and optimal amounts of polyvinyl alcohol fibers (PVA). Due to access restrictions to the fly ash and the cost of silica sand, studies in this research have shown that the use of slag and limestone can be used as a substitute for these two substances in the ECC mixing plan. For this purpose, in the first part of this research, the effect of replacement of different amounts of slag and fly ash with cement, the addition of micro silica and nano -silica, as well as the effect of fiber type and its amount on the strength and toughness of ECC mortar were investigated in 21 different mixing plan. The results of the experiments on the ECC mixing plans show the addition of slag and fly ash increases the ductility of the flexural samples along with reducing the flexural strength. Also, the addition of Micro-Silica and Nano-Silica in the mixing plan compensates the part of the reduction in flexural strength, but it reduces the degree of toughness of the samples. In the second part of this research, ECC mortars have been used to strengthen out of plane of the 7 masonry prisms. The parameters for retrofitting these prisms include the type and thickness of the mortar, the number of reinforced surfaces, the number of galvanized mesh layer in the tensile surface and the length of the PVA in ECC mortar. The results show that the retrofitted an 8 mm thick ECC mortar layer without galvanized mesh can significantly increase the bearing capacity and toughness of the compared to non-reinforced ones. In addition, the increase in the bearing capacity and the toughness of the ECC mortar reinforced specimens with a galvanized mesh layer compared to the reinforced sand-cement mortar with the same specifications is 300 and 400 percent, respectively. Also, the results of the failure of reinforced specimens show that the ECC masonry layer adhesion and the surface of the prism layers are suitably provided, and no proper joints are required to provide the proper performance of the reinforcing mortar. Key words : Cementitous Composites, Flexural Strength, Slag, Toughness Index, Masonry Prism
سازه های بنایی به دلیل جرم زیاد و مقاومت های اندک مصالح، از آسیب پذیرترین انواع سازه ها در زلزله به شمار می رود. برای بهسازی لرزه ای ساختمان های بنایی روش های زیادی وجود دارد، اما روش های موجود ضمن تطویل زمان اجرا، صعوبت اجرا را نیز به همراه دارد. هم چنین روش های متداول جرم زیادی به سازه اعمال می کند که خود باعث افزایش نیروهای جانبی زلزله و به لزوم تقویت فونداسیون سازه منجر خواهد شد. در دهه ی اخیر استفاده از کامپوزیت های سیمانی مهندسی شده (ECC) به منظور افزایش ظرفیت باربری و شکل پذیری در اعضای سازه ای متداول شده است. کامپوزیت ECC، نوعی کامپوزیت سیمانی توانمند مسلح الیافی است که با توجه به مقاومت کششی و شکل پذیری زیاد این کامپوزیت، به نظر می رسد که استفاده از این مصالح در تقویت دیوارهای بنایی بتواند ضمن افزایش سرعت و سهولت اجرا، به لحاظ هزینه های مصرفی نیز با دیگر روش های تقویت مقابله نماید. این کامپوزیت با ترکیبات مصالح متفاوتی تولید می شوند که اجزای آن می تواند با توجه به نیاز طراح تغییر کند. معمولاً اجزای اصلی ECC، شامل سیمان، خاکستر بادی، ماسه ی سیلیسی ریز دانه و مقادیر بهینه از الیاف پلی وینیل الکل (PVA) است. با توجه به محدودیت دسترسی به خاکستر بادی و هزینه ی تهیه ی ماسه ی سیلیسی تجاری، مطالعات انجام شده در این تحقیق نشان دادکه استفاده از سرباره و پودر سنگ آهک می تواند به عنوان جای گزینی این دو ماده در طرح اختلاط ECC باشد. به این منظور در بخش اول این تحقیق، در تعداد 21 طرح اختلاط مختلف از ECC تاثیر مقادیر متفاوتی از جای گزینی سرباره و خاکستر بادی با سیمان، افزودن میکروسیلیس و نانوسیلیس و هم چنین تاثیر نوع الیاف و مقدار آن بر مقاومت و شکل پذیری ملات ECC مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات انجام شده بر روی طرح های اختلاط ECC نشان می دهد که اضافه شدن سرباره و خاکستر بادی ضمن کاهش مقاومت خمشی، شکل پذیری نمونه های خمشی را افزایش می دهد. هم چنین اضافه کردن میکروسیلیس و نانوسیلیس در طرح اختلاط قسمتی از کاهش مقاومت خمشی را جبران کرده ولی از میزان شکل پذیری نمونه ها می کاهد. در بخش دوم این تحقیق ملات های ECC در تقویت برون صفحه ای 7 گروه منشور بنایی مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهای مورد نظر در تقویت این منشورها شامل نوع و ضخامت ملات، تعداد وجوه مورد تقویت، تعداد لایه های توری گالوانیزه در وجه کششی و طول الیاف PVA در ملات ECC است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که تقویت توسط یک لایه ملات ECC به ضخامت 8 میلی متر بدون توری گالوانیزه می تواند ظرفیت باربری و شکل پذیری را نسبت به نمونه های تقویت نشده به شدت افزایش دهد. علاوه بر آن میزان افزیش ظرفیت باربری و شکل پذیری نمونه های تقویت شده با ملات ECC به همراه یک لایه شبکه ی توری گالوانیزه نسبت به تقویت با ملات ماسه-سیمان با مشخصات یکسان به ترتیب 300 و 400 درصد است. هم چنین نتایج گسیختگی نمونه های تقویت شده نشان می دهد که چسبندگی لایه ی ملات ECC و سطح منشورهای بنایی به صورت مناسب تامین می شود و برای تامین عملکرد مناسب ملات تقویتی نیاز به تامین زائده های اتصال اضافی نیست. کلمات کلیدی: کامپوزیت های سیمانی، مقاومت خمشی، سرباره، شاخص طاقت، منشور بنایی