SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar
محمدرضا افتخار (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Nasser Danishyar
محمدناصر دانشیار
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Experimental study of polypropylene fibers properties on the mechanical properties of structural lightweight concrete
Considering the fact that Irahosts a large number of earthquakeand is one of the most seismiccountriein the region therefore designing and building lightweight structures is of great importance. The weight reduction of a building, in addition to saving on cost, time and energy, reduces the damages caused by natural disasters such as earthquakes and minimizes the damages caused by the heavy weights of the building. In recent years, lightweight concrete using leeka particles has drawn much attention due to features such as low weight, sound insulation and resistance, and good resistance to heat and cold. Since the use of fibers in concrete structures can greatly enhance the strength and durability parameters of concrete, this thesis examines the effect of the elastic fiber modulus used in improving the mechanical properties of light concrete. For this purpose, three different modules of polypropylene fibers with low, medium and high elasticity in the range of 0.5-1 Gpa, 2.5-4 Gpa, and 4.5-6 Gpa, taking into account the various volumetric percentages of the fibers ( 0.25 and 0.5) and lengths of 6, 15 and 24 mm fibers, 20 mixing designs in the first phase of the study, and the slump tests, the density and dryness, the compressive strength, the tensile strength and flexural strength on the specimens. In the second phase of the study, the effect of Pososolanic materials of Microsilica and Nanosilica on the improvement of the mechanical parameters of the optimal mixing scheme of the first phase has been experimented. In this study, 385 cube, cylindrical and prismatic-shaped concrete samples have been tested. The results of the research show that the modulus of elasticity of the fibers consumed in the compressive strength of the lightweight concrete does not affect the tensile strength, but increasing the modulus of elasticity of the fibers can affect the tensile strength and flexural strength of the lightweight concrete composite specimens. The effect of the modulus of elasticity of the fiber on the properties of the flexural strength of the concrete is until the phenomenon of the cellularization of the fibers has not occurred. In this study, fibrous pellets were observed in some mixing designs containing 0.5% volumetric fibers with a length of 24 mm. The percentage increase in tensile strength for 6 mm long fibers for modulus of low, medium and high modulus of elasticity used in this study was 4, 9 and 16 for a volumetric percentage of 0.25 fibers and 13, 21 and 36 for a volumetric percentage of 0.5% 0 fiber is relatively lightweight non-fibrous concrete. Also, the greatest increase in tensile and flexural strength is observed for 15 mm long fiber-containing specimens. In less volume of 15 mm fiber (0.25%), the tensile strength is 11, 15 and 22% for low, medium and high modulus elasticity. Also, for a greater volume of 15 mm fibers (0.5%), the tensile strength increased by 15, 29 and 52%, respectively, compared to a non-fibrous concrete sample. Also, the results of the usage of Pozzolan Microsilicon at 10% cement weight replacement in the mixing design for the first phase of this study showed that the reduction of compressive strength resulting from the use of PP fibers in the concrete mixing scheme is also greatly compensated. The use of Nano silica in 1-3% of the microcrystalline substitute has led to a decrease in the strength of parameters of light fiber concrete. Keywords : Structural lightweight concrete, Leca, Polypropylene fiber, elasticity fiber modulus, Microsilica, Nanosilica
با توجه به زلزله خیز بودن ایران، سبک سازی ساختمانها از اهمیت ویژهای برخوردار است. کاهش وزن ساختمان علاوه بر صرفه جویی در هزینه، زمان و انرژی، زیانهای ناشی از حوادث طبیعی مانند زلزله را کاهش داده و صدمات ناشی از وزن زیاد ساختمان را به حداقل میرساند. در سالهای اخیر، بتن سبک سازهای با استفاده از دانههای لیکا به دلیل ویژگیهایی مانند وزن کم، عایق حرارتی و صوتی مناسب و مقاومت مناسب در برابر سرما و گرما مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. از آنجا که استفاده از الیاف در ساختار بتن به شدت میتواند در ارتقا پارامترهای مقاومت و دوام بتن مؤثر باشد، در این پایاننامه به بررسی تأثیر مدول الاستیسیته الیاف مصرفی در بهبود خواص مکانیکی بتن سبک پرداخته شده است. به این منظور از سه مدول مختلف الیاف پلیپروپیلن مدول الاستیسیته کم، متوسط و زیاد هر یک در بازه 5/0-1 گیگاپاسکال، 5/2-4 گیگاپاسکال و 5/4 تا 6 گیگاپاسکال، با در نظر گرفتن درصدهای حجمی مختلف الیاف (25/0 و 5/0) و طولهای 6، 15 و 24 میلیمتری الیاف، تعداد 20 طرح اختلاط در فاز اول تحقیق تهیه و آزمایشات اسلامپ، دانسیتهی تر و خشک، مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت خمشی بر روی نمونهها انجام گردید. در فاز دوم تحقیق نیز سعی شده است تاثیر مواد پوزولانی میکروسیلیس و نانوسیلیس بر ارتقا پارامترهای مکانیکی طرح اختلاط بهینهی فاز اول به صورت آزمایشی مدنظر قرار گیرد. در این تحقیق جمعاً 385 نمونهی بتنی مکعبی، استوانهای و منشوری مورد آزمایش قرار گرفته است. یافتههای تحقیق نشان میدهد که مدول الاستیسیته الیاف مصرفی در مقاومت فشاری نمونههای بتن سبک الیافی تاثیر ندارد ولی افزایش مدول الاستیسیته الیاف میتواند بر افزایش مقاومت کششی و مقاومت خمشی نمونههای بتن سبک الیافی اثر گذار باشد. تاثیرگذاری مدول الاستیسیته الیاف بر خواص مقاومت کششی و خمشی بتن تا زمانی است که پدیدهی گلولهای شدن الیاف حادث نشده باشد. در این تحقیق در برخی از طرحهای اختلاط حاوی 5/0 درصد حجمی الیاف با طول 24 میلیمتری، گلوله شدگی الیاف مشاهده شده است. درصد افزایش مقاومت کششی برای نمونههای حاوی الیاف با طول 6 میلیمتری برای مدول الاستیسیته کم، متوسط و زیاد استفاده شده در این تحقیق به ترتیب 4، 9 و 16 برای درصد حجمی 25/0 الیاف و 13، 21 و 36 برای درصد حجمی 5/0 الیاف نسبت به نمونه بتن سبک بدون الیاف است. همچنین بیشترین افزایش مقاومت کششی و خمشی برای نمونههای حاوی الیاف با طول 15 میلی متری دیده شده است. در حجم کمتر الیاف 15 میلی متری مصرفی (25/0 % )، افزایش مقاومت کششی به ترتیب 11، 15 و 22 درصد برای الیاف با مدول الاستیسیته کم، متوسط و زیاد میباشد. همچنین برای حجم بیشتر الیاف 15 میلیمتری (5/0 % ) افزایش مقاومت کششی به ترتیب 15، 29 و 52 درصد نسبت به نمونهی بتن سبک بدون الیاف حاصل شده است. همچنین نتایج استفاده از پوزولان میکروسیلیس به میزان 10% جایگزینی وزنی سیمان در طرح اختلاط بهنیهی فاز اول این تحقیق نشان داد که کاهش مقاومت فشاری ناشی از استفاده از الیاف PP در طرح اختلاط بتن نیز تا حد بسیار زیادی جبران میشود. استفاده از نانوسیلیس در مقادیر 1 تا 3% جایگزین میکروسیلیس کاهش پارامترهای مقاومتی بتن سبک الیافی را به دنبال داشته است. کلمات کلیدی : بتن سبک سازهای، لیکا، الیاف پلیپروپیلن، مدول الاستیسیته الیاف، میکروسیلیس، نانوسیلیس