SUPERVISOR
Morteza Madhkhan
مرتضی مدح خوان (استاد راهنما)
STUDENT
Roozbeh Katirai
روزبه کتیرائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
The effect of fiber and pozzolanic materials on the mechanical properties of glass fiber reinforced concrete
Damage and destruction of concrete, depends on the formation of cracks and micro-cracks. By increasing of loading, micro-cracks are connected together, and create the cracks. In order to solve this problem and create a homogeneous situation, in recent decades, a number of thin filaments that spread throughout the volume of concrete is used, which is called fibers. Glass fibers, are the most widely used fibers in concrete. Glass fiber Reinforced concrete is a composite material consisting of a mortar of hydraulic cement and fine aggregates reinforced with glass fibers. Using glass fibers in concrete improves the properties of concrete such as increasing tensile strength, flexural strength, impact strength, energy absorption, improvement of nonlinear behavior of concrete and ductility. Since the properties of glass fiber reinforced concrete are in direct contact with the conditions of glass fibers used in concrete, the topices related to the performance of glass fiber during the time, always have been considered by researchers. During the time, the factors such as alkaline environment of concrete and cement hydration products, damage the glass fibers cause the changes in the mechanical properties of glass fiber reinforced concrete. In this study, the alkali resistant glass fibers were used to reduce the effects of the alkaline environment of concrete and to prevent the damaging effects of cement hydration, pozzolanic materials have been used with different percentages. In this research to evaluate compressive strength, bending strength and toughness index of GFRC were performed with two methods of pre-mixed and spray, 15 mix designs with different percentages of glass fibers and pozzolanic materials (micro silica, metakaolin and nano silica) in pre-mixed method and 14 mix designs in spray method, have been tested. By studing the test results, it can be concluded that the compressive strength of glass fiber reinforced concrete, depends largely on the quality of the mortar. It can be seen that the addition of glass fibers to the cement matrix reduces the compressive strength of concrete. Also by adding pozzolanic materials, reduction in the compressive strength of glass fiber reinforced samples was at least. The results show that the addition of glass fibers to the cement matrix significantly improves the modulus of rupture. By increasing the amount of glass fiber, modulus of rupture first rises and then declines. Pozzolanic materials improve the modulus of rupture in glass fiber reinforced concrete. Also with aging, the reduction in modulus of rupture of GFRC containing pozzolanic materials is minimized. In this study, the area under the load-deflection curve is used to obtain the toughness of glass fiber reinforced concrete. Generally, using glass fiber improves toughness of concrete. The results show that with increasing the amount of glass fibers, all three toughness indices increased. However, the increase of I 5 is negligible. In fact, this shows that, in the larger displacement, more energy is absorbed by the glass fibers. Using 10% and 15% metakaolin, provides the highest mechanical properties for glass fiber reinforced concrete. According to this research, the use of nano silica causes a reduction in compressive strength, bending strength and toughness of glass fiber reinforced concrete. Key words: Glass fiber reinforced concrete (GFRC), Micro silica, Metakaolin, Nano silica, Compressive strength, Bending strength, Toughness index
خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک ها و ریز ترک ها بستگی دارد. با افزایش بار گذاری, ریز ترک ها به هم متصل شده و ترک ها را تشکیل می دهند. به منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک سری رشتههای نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده است، استفاده می گردد؛ که به آن ها الیاف گفته می شود. از جمله ی پر کاربرد ترین الیاف مورد استفاده در بتن, الیاف شیشه می باشد. بتن مسلح به الیاف شیشه، ماده ای کامپوزیت شامل یک ملات از سیمان هیدرولیکی و سنگدانه ی ریز است که با الیاف شیشه تقویت می شود. استفاده از الیاف شیشه در بتن باعث بهبود ویژگی های بتن می شود که از جمله می توان به افزایش مقاومت کششی, افزایش مقاومت خمشی, بهبود مقاومت ضربه, افزایش میزان جذب انرژی, بهبود رفتار بتن در ناحیه ی غیرخطی و شکل پذیری بالا اشاره کرد. از آنجا که خواص بتن مسلح به الیاف شیشه در ارتباط مستقیم با شرایط الیاف شیشه ی استفاده شده در سطح بتن می باشد, موضوعات مرتبط با عملکرد الیاف شیشه در طول زمان, همواره مورد توجه محققین بوده است. عواملی همچون محیط قلیایی بتن و محصولات تولید شده ناشی از فرآیند هیدراسیون سیمان, در طول زمان با تخریب الیاف شیشه, باعث ایجاد تغییر در خواص مکانیکی بتن مسلح به الیاف شیشه می شوند. در این تحقیق به منظور کاهش تأثیرات ناشی از محیط قلیایی بتن, از الیاف شیشه ی مقاوم در محیط قلیایی و برای جلوگیری از تأثیر مخرب فرآیند هیدراسیون سیمان, از مواد پوزولانی با درصد های مختلف استفاده شده است. به منظور بررسی مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و شاخص های طاقت در بتن تولید شده به دو روش پیش مخلوط و اسپری, 15 طرح اختلاط حاوی درصد های مختلف الیاف شیشه و مواد پوزولانی (میکروسیلیس, متاکائولین و نانوسیلیس) در روش پیش مخلوط و 14 طرح اختلاط در روش اسپری, مورد آزمایش قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده چنین می توان برداشت کرد که مقاومت فشاری در بتن مسلح به الیاف شیشه, تا حد زیادی به کیفیت ملات بستگی دارد. بر این اساس ملاحظه می شود که اضافه نمودن الیاف شیشه باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می شود. با توجه به این نتایج, کاهش مقاوت فشاری نمونه های تقویت شده با الیاف شیشه در حضور مواد پوزولانی به حداقل می رسد. در این شرایط مقاومت فشاری در برخی از نمونه های مسلح به الیاف شیشه و حاوی مواد پوزولانی, نسبت به نمونه های شاهد افزایش یافته است. با توجه به نتایج بدست آمده, مسلح کردن بتن به الیاف شیشه, باعث افزایش قابل توجه مدول گسیختگی می شود. مدول گسیختگی با افزایش میزان الیاف شیشه, ابتدا روندی صعودی و سپس روندی نزولی طی می کند. استفاده از مواد پوزولانی در نمونه های تقویت شده با الیاف شیشه, باعث بهبود مدول گسیختگی می شود. همچنین کاهش مدول گسیختگی در طول زمان و با حضور مواد پوزولانی به حداقل می رسد. در این تحقیق به منظور بررسی طاقت نمونه های مسلح به الیاف شیشه از سطح زیر نمودار بار- تغییر مکان استفاده شده است. به طور کلی استفاده از الیاف شیشه در بتن, باعث افزایش طاقت بتن می شود. با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه می شود که با افزایش الیاف شیشه, هر سه شاخص طاقت افزایش می یابد؛ هر چند در شاخص I 5 این افزایش ناچیز می باشد. در واقع این امر نشان دهنده ی این است که در جابجایی بزرگتر, جذب انرژی بیشتر توسط الیاف شیشه صورت می گیرد. در بین نمونه های مسلح به الیاف شیشه, بیشترین مقادیر مشخصه ی خصوصیات مکانیکی, مربوط به طرح های حاوی 10% و 15% متاکائولین می باشد. استفاده از نانوسیلیس در طرح های اختلاط, باعث کاهش شدید مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و طاقت در بتن مسلح به الیاف شیشه می شود. کلمات کلیدی: بتن مسلح به الیاف شیشه، میکروسیلیس، متاکائولین، نانوسیلیس، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی،