بررسی آزمایشگاهی خواص مکانیکی و الگوی ترک¬خوردگی در بتن الیافی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Nowadays the application of fibrous concrete has been increased due to its advantages. These advantages include high energy absorption, improvement of concrete behavior in nonlinear zone and preventing from creation and extension of shrinkage cracks. One of the applications of fibrous concrete is use in tunnel lining. In tunnels, after excavation and initial maintenance, ceiling and floor of tunnel is covered with concrete lining to insure stability in long term, prevent from underground water penetration and provide a smooth wall surface. Most of the studies in crack control are done about normal concrete and few researches are done fibrous concrete. By considering importance of cracks in hydraulic structures and problems that growth and spread of cracks can cause, study in this issue could be very important. So the main concentration of this study is on growth and spread of crack and its width in concretes reinforced with steel fibers, PP fibers and barchip fibers. In this research by adding 3 volumetric percent of 0.4, 0.6 and 0.8 of PolyPropylene fibers with the length of 6 and 12 millimeters, steel fibers and barchip fibers to the concrete mixture separately, changes in compressive strength, tensile strength, bending strength, bearing capacity and energy absorption, rate of penetration and width of crack are investigated. The results show that addition of PolyPropylene fibers reduces compressive strength and modulus of failure and addition of steel fibers increases compressive strength and modulus of failure. Addition of barchip fibers does not make any significant change in compressive while it causes increase in modulus of failure of samples reinforced with this fiber for about 10 percent. Because of occurrence of balling, the best ratio of used fiber for concretes reinforced with 12 mm PolyPropylene fibers and 6 mm PolyPropylene fibers is 0.4 % and 0.6 % respectively. . By surveying the effect of type and amount of fiber on bending crack width, concrete samples reinforced with steel and barchip fibers show better results. In samples containing steel fibers, especially with high amount of fibers, load loss after occurrence of bending crack would be less and these samples have more stability. The results of tests in this research show that concrete samples reinforced with PolyPropylene have more permeability compared with control samples because of lack of appropriate adhesion between cement paste and fibers. The average permeability for different percentage of fibers is about 10 percent more than the permeability for control samples. Permeability of samples reinforced with barchip and steel fibers is 25 % and 54% of control samples respectively. Key Words: Fiber Reinforced Concrete, Steel Fiber, HPP Fiber, Polypropylene Fiber, Compressive Strength, Tensile Strenght, Flexural Strenght, Crack Width and Permeability.

امروزه کاربرد بتن الیافی به دلیل مزایای آن گسترش فراوانی یافته است. ازجمله ی این مزایا می توان میزان جذب انرژی بالا، بهبود رفتار بتن در ناحیه ی غیرخطی و جلوگیری از ایجاد و گسترش ترک های جمع شدگی را نام برد. از طرفی تسلیح بتن با الیاف یکی از روش های اصلاح عملکرد خمشی و کششی بتن است که به واسطه ی آن ها مخلوط های شکننده تا حدی رفتار الاستیک از خود نشان می دهند. از کاربرد های بتن الیافی می توان به استفاده از این بتن در لاینینگ تونل ها اشاره کرد. در تونل ها، بعد از حفاری و نگهداری اولیه، به منظور اطمینان از پایداری فضا در دراز مدت، جلوگیری از ورود آب های زیرزمینی به داخل تونل و ایجاد یک سطح صاف برای دیواره ها، سقف و کف تونل اصلی به وسیله لاینینگ بتنی پوشیده می شود. یکی از مواردی که برای لاینینگ بتنی باید مدنظر قرار گیرد محدود کردن عرض ترک ها به منظور کنترل تراوش است؛ زیرا جریان تراوش باعث به وجود آمدن نیروی نشت، نشست سطح زمین و یا خوردگی می گردد. اغلب مطالعات موجود برای کنترل ترک، در مورد بتن معمولی انجام شده و در زمینه بتن الیافی تحقیقات کمی صورت گرفته است. با توجه به اهمیت ترک در سازه های هیدرولیکی و مشکلاتی که رشد و توزیع ترک در این سازه ها به وجود می آورد، مطالعه در این خصوص می تواند حائز اهمیت باشد. به همین جهت تمرکز اصلی این تحقیق بر رشد و توزیع ترک و عرض بازشدگی ترک در بتن های مسلح شده به الیاف های فولادی، الیاف PP و الیاف بارچیب، معطوف شده است. در این پژوهش با افزودن سه درصد حجمی 4/0، 6/0 و 8/0 از الیاف پلی پروپیلن به طول های 6 و 12 میلی متر، الیاف فلزی و الیاف بارچیب به‌طور جداگانه به مخلوط بتن، تغییرات مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت خمشی، میزان طاقت و جذب انرژی، میزان نفوذپذیری بتن و میزان بازشدگی عرض دهانه ی ترک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد که اضافه نمودن الیاف پلی پروپیلن باعث کاهش مقاومت فشاری و مدول گسیختگی و اضافه نمودن الیاف فلزی باعث افزایش مقاومت فشاری و مدول گسیختگی می شود. اضافه نمودن الیاف بارچیب تغییر معنی داری در مقاومت فشاری نمونه ها نسبت به نمونه ی شاهد ایجاد نمی کند در حالی که الیاف بارچیب مدول گسیختگی نمونه های حاوی این الیاف را به طور متوسط 10% افزایش می دهد. در مورد مقاومت کششی، به طور کلی با افزایش میزان الیاف افزایش مقاومت کششی را به شرط جلوگیری از پدیده ی گلوله شدن نتیجه می دهد. در بررسی طاقت به روش Banthia، الیاف فولادی و هم چنین الیاف بارچیب موثرتر از انواع دیگر الیاف از نظر جذب انرژی عمل می کنند. هم چنین به دلیل وقوع پدیده ی گلوله شدن و آب انداختگی، بهترین نسبت الیاف مصرفی برای بتن های حاوی الیاف پلی پروپیلن برای طول 12 میلی متری، 4/0% حجمی و برای طول های 6 میلی متری 8/0% حجمی به دست آمده است. در خصوص تأثیر نوع و میزان الیاف بر بازشدگی عرض دهانه ی ترک های خمشی، رفتار نمونه های بتنی حاوی الیاف فولادی و الیاف بارچیب نتایج بهتری را به ترتیب از خود نشان می دهند. در نمونه های با الیاف فولادی، به خصوص در مقادیر بیشتر الیاف مصرفی، افت بار پس از وقوع ترک خمشی کمتر بوده و این نمونه ها از ثبات و پایداری بیشتری برخوردار می باشند. به نظر می رسد قلاب و زائده ی اضافی در انتهای الیاف فولادی و هم چنین وجود آج های واقع بر روی الیاف بارچیب چسبندگی و پیوستگی مناسب تری را بین خمیر سیمان و الیاف فراهم کرده و از این رو رفتار بهتری از بتن های حاوی این الیاف قابل مشاهده است. نتایج آزمایشات این تحقیق نشان می دهد که نمونه های بتنی حاوی الیاف پلی پروپیلن به دلیل عدم وجود چسبندگی مناسب بین الیاف و خمیر سیمان از میزان نفوذپذیری بیشتری نسبت به نمونه های شاهد برخوردارند، به طوری که میزان متوسط نفوذپذیری برای درصد های مختلف الیاف در حدود 10% بیشتر ازمیزان نفوذپذیری برای نمونه های شاهد حاصل شده است. در مقابل مقادیر نفوذپذیری نمونه های حاوی الیاف بارچیب و الیاف فولادی به ترتیب 25% و 54% نمونه های شاهد به دست آمده است. کلمات کلیدی: بتن الیافی، الیاف فلزی، الیاف بارچیب، الیاف پلی پروپیلن، مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت خمشی، نفوذپذیری، عرض ترک