SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar
محمدرضا افتخار (استاد راهنما)
STUDENT
Noorahmad Ataie
نوراحمد عطائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Experimental study of the effect of hybrid (macro, mesh and polypropylene) and macro fibers on mechanical properties and permeability of ordinary concrete
Concrete as the most used construction material of the present time, has disadvantages, such as weakness of tensile strength, torsion and sudden failure. One of the ways to increase tensile strength and reducing the brittleness of concrete is the use of fibers. The fibers used in concrete in size are divided into two groups of micro and macro. The main role of micro-fiber is, controlling fine cracks and the distribution of cracks in concrete. The using of micro-fibers with high percentages in concrete because of the phenomenon of cellularization of the fiber, reduces some concrete resistance parameters and durability of concrete due to increased permeability and porosity in concrete. Macro fibers used in concrete are usually divided into two groups of steel and synthetic fibers, and they are doing structural role. According to previous studies on macro fibers reinforced concrete, most macro-fibers in concrete are of steel-type fibers and the performance of this type of fiber is usually in improving the mechanical properties of the concrete. But there is little research about the effect of synthetic fibers that has a higher modulus elasticity and more suitable geometric shapes than other types of non-metallic fibers, On the other hand, low percentages of micro and mesh fibers, which are likely to have a positive effect on durability of concrete, have not been investigated. Therefore, this research studies the effect of using hybrid and macro fibers on mechanical properties and concrete permeability. In the present study, Macro- synthetic fibers with, Twisted, Wave, Emboss and mesh shapes, Barchipe fibers and steel fibers with volumetric percentages of 0.2, 0.3 and 0.4 in two groups of hybrid and macro were used. In the first group, hybrid fibers with different percentages of 85% of macro fibers of different types, 10% of mesh fibers and 5% of polypropylene fibers, and in the second group, 100% of macro fibers of different types were used. The purpose of this study was to investigate the effect of high-modular synthetic fibers in order to replace with steel fibers in concrete. In this regard, the parameters of compressive strength, tensile strength, energy absorption and modulus of rupture, and the rate of permeability of Concrete containing a variety of high-modification synthetic fibers in the form of hybrid and macros with concrete containing Barchip fiber, steel and non-fiber concrete were compared. The results of the mechanical strengths of the macro-fibrous specimens (with the removal of micro and mesh fibers) indicate that the potential of replacing high-modular synthetic fibers in the studied types in this study and steel fiber is well. All samples containing fibers have more mechanical strength than ordinary concrete specimens. Only compressive strength of synthetic fiber samples, just slight reduction are observed, due to the weakness of the compressive stresses in synthetic macro fibers. In addition, samples containing some types of fibers, such as twisted fibers, perform better than steel-containing specimens. Also, the addition of micro and mesh fibers to 15% of the total fiber volume, as an alternative to macro fibers in all samples, shows a decrease in mechanical strength. The major weakness of concrete containing steel fibers is the high permeability of the specimen, so that the concrete permeability of steel fibers is approximately equivalent to that of the controlled concrete (no fibers). The advantage of replacing microfiber in the mixing scheme of fibrous concrete containing macro fibers is a significant reduction in permeability due to the reduction in the width of the surface and depth cracks and the limitation of the channels in the concrete. Reduced permeability values for the addition of micro-fiber to high-modulated synthetic fiber samples are much higher than steel fibers. As the replacement of 15% micro and mesh fibers instead of macro fibers, reduced the permeability in samples containing steel and synthetic fibers, respectively, by 33% and 25%. Keywords: Fiber concrete, Hybrid fiber, High Modulus Synthetic Fiber, Steel Fibers, Barchip fiber, Polypropylene fibers, mechanical properties, Permeability
بتن بهعنوان پرمصرفترین ماده ساختمانی عصر حاضر دارای معایبی چون ضعف مقاومت کششی، تردی و شکست ناگهانی است. یکی از روشهای افزایش مقاومت کششی، کاهش تردی و شکنندگی بتن، استفاده از الیاف است. الیاف مورد استفاده در بتن از لحاظ اندازه به دو دستهی میکرو و ماکرو تقسیمبندی میشوند. نقش اصلی الیاف میکرو در کنترل ترکهای ریز و پخش و توزیع ترک در بتن است. درصورتیکه الیاف میکرو با درصدهای بالا در بتن استفاده شود به دلیل پدیدهی گلولهای شدن الیاف، باعث کاهش بعضی از پارامترهای مقاومتی بتن شده و خواص دوامی بتن را به دلیل افزایش نفوذپذیری و تخلخل در بتن، کاهش میدهد. الیاف ماکروی مورد استفاده در بتن معمولاً به دو دستهی فولادی و مصنوعی تقسیم میشوند و بیشتر نقش سازهای دارند. با توجه به تحقیقات قبلی انجام شده در مورد بتن مسلح شده به الیاف ماکرو نشان میدهد که عمدهی الیاف مصرفی ماکرو در بتن از نوع الیاف فولادی است و معمولاً عملکرد این نوع الیاف در بهبود خواص مکانیکی بتن مطلوب است. اما از این میان در مورد تأثیر الیاف ماکروی مصنوعی که نسبت به سایر انواع الیافهای غیر فلزی موجود، دارای مدول الاستیسیتهی بالاتر و شکل هندسی مناسبتری است، تحقیقات چندانی صورت نگرفته است، از طرفی هم در مورد الیافهای میکرو و مش با درصدهای پایین که احتمال میرود اثر مثبتی بر دوام بتن داشته باشد تحقیقاتی انجام نشده است. به همین جهت این تحقیق به بررسی تأثیر استفاده از الیاف هیبریدی و ماکرو بر خواص مکانیکی و نفوذپذیری بتن معطوف گردیده است. در تحقیق حاضر از الیاف ماکروی مصنوعی با شکلهای تابیده، نقش دار، تابدار و مش، الیاف بارچیپ و الیاف فولادی با درصدهای حجمی 2/0، 3/0 و 4/0 در دو گروه هیبریدی و ماکرو استفاده شده است. در گروه اول الیاف هیبریدی با درصدهای 85 % الیاف ماکرو از انواع مختلف، 10 % الیاف مش و 5 % الیاف پلیپروپیلن و در نمونههای گروه دوم الیاف مصرفی، 100 % الیاف ماکرو از انواع مختلف میباشند. هدف از انجام این تحقیق بررسی تأثیر الیاف ماکروی مصنوعی با مدول بالا، به منظور امکان جایگزینی با الیاف فولادی در بتن است. در این رابطه پارامترهای مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مدول گسیختگی و جذب انرژی و میزان نفوذپذیری بتن حاوی انواع الیاف مصنوعی مدول بالا به شکل هیبریدی و ماکرو با بتن حاوی الیاف بارچیپ، فولادی و بتن شاهد بدون الیاف مقایسه شدهاند. نتایج مقاومتهای مکانیکی نمونههای حاوی الیاف ماکرو (با حذف الیاف میکرو و مش) نشان میدهد که پتانسیل جایگزینی الیاف فولادی با الیاف ماکروی مصنوعی مدول بالا، در انواع مورد مطالعه در این تحقیق، بهخوبی فراهم است. تمامی نمونههای حاوی الیاف، مقاومتهای مکانیکی بیشتری از نمونههای بتن شاهد داشته و فقط در مقاومت فشاری، نمونههای حاوی الیاف مصنوعی، کاهش مقاومت فشاری اندکی قابل مشاهده بوده که به دلیل ضعف تحمل تنشهای فشاری در الیاف ماکروی مصنوعی است. علاوه بر آن در نمونههای حاوی برخی از انواع الیاف، نظیر الیاف تابیده، نسبت به نمونههای حاوی الیاف فولادی عملکرد بهتری دیده میشود. همچنین اضافه کردن الیاف میکرو و مش به میزان 15 % حجم کل الیاف، بهصورت جایگزین با الیاف ماکرو در تمامی نمونههای مورد تحقیق، کاهش مقاومتهای مکانیکی را نشان میدهد. ضعف عمدهی بتنهای حاوی الیاف ماکروی فولادی، نفوذپذیری زیاد نمونه است، طوریکه میزان نفوذپذیری بتن حاوی الیاف فولادی تقریباً معادل بتن شاهد است. مزیت جایگزینی الیاف میکرو در طرح اختلاط بتن الیافی حاوی الیاف ماکرو، کاهش چشمگیر نفوذپذیری است که به دلیل کاهش عرض ترکهای سطحی و عمقی و محدود کردن کانالهای موجود در بتن حادث میشود. مقادیر کاهش نفوذپذیری در اضافه کردن الیاف میکرو برای نمونههای حاوی الیاف مصنوعی مدول بالا نسبت به الیاف فولادی به مراتب بیشتر است. طوریکه جایگزینی 15 % الیاف میکرو و مش به جای الیاف ماکرو، سبب کاهش نفوذپذیری در نمونههای حاوی الیاف فولادی و مصنوعی به ترتیب به میزان 33 % و 25 درصد شده است. کلمات کلیدی: بتن الیافی، الیاف هیبریدی، الیاف مصنوعی مدول بالا، الیاف فولادی، الیاف بارچیپ، الیاف پلیپروپیلن، خواص مکانیکی، نفوذپذیری