مقدمه
در اين مقاله ابتدا توضیحاتی در مورد بتن، بتن الیافی انواع آن بتن مسلح انواع میپردازيم و سپس به مقايسه ستونهای بتنی تقويت شده با لایه بتن الیافی با بتن مسلح و اثر اندازه بر عملکرد لرزهای ستونهای بتنی مسلح با مقاومت بالا تحت بارگذاری يکنواخت و چرخهای و ارزيابی عملکرد حفاظتی و كاربرد در محل بتن هیبريدی تقويت شده با الیاف می پردازيم. و سپس به اثرات تركیبی فیبر فوالدی و میکرو الیاف بر رفتار كششی بتن با عملکرد فوق العاده بالا می پردازيم.
بتن:
بتن به هر ماده يا تركیبی كه از يک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان ونیز پوزوالنها، سرباره كورهها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود.
بتن الیافی:
بتن الیافی در حقیقت نوعی بتن كامپوزيت می باشد كه نقش الیاف تقويت كننده داخل مخلوط بتن، در افزايش مقاومت كششی و فشاری بتن بسیار حائز اهمیت گرديده است.
در نتیجه بسیاری از تحقیقات انجام شده روی اين نوع از بتن، نشان می دهد كه FRC در شرايط بارگذاری دينامیکی نسبت به ساير انواع بتنها ويژگی های كنترل آسیب فوق العاده ای دارد.
انواع بتن الیافی:
بتن الیافی در حقیقت نوعی بتن كامپوزيت میباشد كه نقش الیاف تقويت كننده داخل مخلوط بتن، در افزايش مقاومت كششی و فشاری بتن بسیار حائز اهمیت گرديده است.
درنتیجه بسیاری از تحقیقات انجام شده روی اين نوع از بتن، نشان می دهد كه FRC در شرايط بارگذاری دينامیکی نسبت به ساير انواع بتنها ويژگیهای كنترل آسیب فوق العاده ای دارد .
انواع بتن مسلح:
بتن مسلح يا بتن آرمه يکی از انواع بتنهای قابل استفاده برای ساخت اعضای باربر و غیر باربر سازه ه ای از تركیب عمرانی است كه معمول بتن معمولی با المانهای تقويت كننده نظیر میلگرد يا الیاف فولادی تشکیل میشود.
مقاومت بتنهای الیافی و بتن مسلح:
در مقايسه ستونهای بتنی تقويت شده با لایه بتن الیافی با بتن مسلح اينطورآمده كه سازه های بتنی كه تحت تأثیر تخريب، بارگذاری بیش از حد، چرخه ذوب و انجماد، آسیب سايشی، خوردگی میلگردهای تقويت شده قرار می گیرند، بايد تعمیر يا تقويت شوند.
با استفاده از سه روش مقاوم سازی: تقويت توسط لایه بتن الیافی، لایه بتن مسلح يا بتن ساده، بیشترين استحکام با استفاده از بتن مسلح حاصل شد، اما در اين مورد به دلیل استفاده و تهیه آرماتور در اطراف ستون و استفاده از قالب، ازنظر تکنولوژيکی بسیار مشکل است. بنابراين به نظر میرسد بهترين روش تقويت با لایه بتن الیافی است كه ظرفیت باربری بالاتری نسبت به لایه بتن ساده و مقادير بسیار قابل مقايسه با لایه بتن مسلح نشان میدهد.
لازم به ذكر است كه نیروی كششی در بتن الیافی به مقدار الیاف در مخلوط بتن بستگی دارد و الیاف بتن باعث كاهش شکل پذيری و شکنندگی در هنگام شکست عضو میشود.
در اثر اندازه بر عملکرد لرزهای ستونهای بتنی مسلح با مقاومت بالا تحت بارگذاری يکنواخت و چرخهای اينطور بیان شده است: با افزايش مقاومت بتن، اثر اندازه هم در نمونه ها و هم در اعضا بارزتر می شود. شش ستون بتن مسلح با مقاومت بالا تحت بارگذاری يکنواخت و چرخهای قرار گرفتند.
استحکام خمشی اسمی، ضريب اتالف انرژی متوسط، ضريب ايمنی و ضريب ايمنی محلی همگی با كاهش اندازه ستون، اثر اندازه قوی را نشان دادند. عالوه بر اين، تأثیر اندازه بر ضريب ايمنی برای ستونهای با مقاومت بالا قویتر از ستونهای معمولی بود.
مشخص شد كه عملکرد لرزهای ستون های RC با استحکام بالا يک اثر اندازه قوی را نشان می دهد كه در آن استحکام خمشی اسمی نسبی، ضريب اتلاف انرژی متوسط، ضريب ايمنی و عامل محلی ايمنی همه با افزايش اندازه بخش از كوچکترين به بزرگترين، به ترتیب 33 ، 43 ، 24 و 32 درصد كاهش يافت. علاوه بر اين، اثر اندازه بر ضريب ايمنی برای ستونهای RC با استحکام بالا بیشتر از ستونهای RC معمولی بود. (2) تغییر در فاكتور ايمنی با اندازه با مدل اثر اندازه نوع 2 پیشنهادشده توسط بازانت مطابقت خوبی داشت. (3) بر اساس نتايج آزمايش و مدل اثر اندازه نوع 2 پیشنهادشده توسط Bažant ، معادله كد معمولی برای ظرفیت گشتاور اصالح شد و نشان داد كه يک ضريب ايمنی ثابت بدون در نظر گرفتن اندازه عضو ارائه میكند.
در ارزيابی عملکرد حفاظتی و كاربرد در محل بتن هیبريدی تقويت شده با الیاف اينگونه آمده:
اگرچه افزودن الیاف به آن خواص مکانیکی قوی می دهد، اما به دلیل پراكندگی ناكارآمد الیاف، كارايی آن را كاهش میدهد. بنابراين با الیاف فوالدی و پلی آرامید تركیبی ايجاد كرده اند كه حفاظت مطلوب مورد نیاز را در برابر نیروهای ضربهای بالا میدهد و كارايی مناسبی را برای سیستم بتن آماده فراهم میكند. با آزمايش انجام شده بتن هیبريدی تقويت شده با الیاف با موفقیت قابلیت های حفاظتی مورد نظر برای محصول نهايی را فراهم كرد و يک مخلوط آماده قابل اجرا ارائه كرد.
نتايج نشان داد كه می تواند كارايی بالایی داشته باشد. اين با استفاده از الیاف هیبريدی SF و FRC ، PF.
1 .مورد در مورد استفاده از فیبر منفرد، كه عملکرد بهتری نسبت به مقدار متوسط هر يک از مخلوط های تقويت شده با الیاف را نشان میدهد، صادق نبود.
2 .برای خواص مکانیکی مقاومتهای فشاری، خمشی و كششی، مخلوط با الیاف هیبريدی مقادير بهبود يافتهای را نشان داد، بیشتر از هر مخلوط تقويت شده با الیاف نوع ديگر بود.
3 .با توجه به عملکرد حفاظتی در برابر زباله های پرنده، پانل FRC تقويت شده توسط الیاف هیبريدی مطلوبترين عملکرد محافظت از پرتابه با سرعت باال را نشان داد. در اثرات تركیبی فیبر فوالدی و میکرو الیاف بر رفتار كششی بتن با عملکرد فوق العاده باال به اين موضوع پرداخت شده كه:
مجموعه ای از آزمايشهای تجربی برای بررسی خواص مکانیکی و چگالی نمونه های مختلف انجام شد. نتايج زير استخراج شد:
بتن با عملکرد فوق العاده باال (UHPC) دارای عملکرد مواد فوق العاده باال ازجمله استحکام بالا و جريان پذيری بالا است.
بااينحال، ظرفیت كرنش كششی آن به طوركلی كمتر از كامپوزيت سیمانی شکل پذير بالا است. نتايج آزمايش نشان داد كه تركیب يک الیاف مصنوعی با استحکام مانند الیاف پلیاتیلن و الیاف فوالدی میتواند رفتار كششی UHPC را بهبود بخشد و الیاف بازالت برای بهبود استحکام كششی UHPC مؤثر بود.
1 . میکرو فیبر چگالی كمتری نسبت به الیاف فوالدی دارد.
2 . الیاف بازالت متشکل از مواد معدنی مشابه مواد سیمانی برای بهبود استحکام كششی UHPC مؤثر است.
3 . سیستم فیبر هیبريدی كه فیبر مصنوعی را با استحکام باال و الیاف فوالدی تركیب میكند، میتواند برای بهبود رفتار كششی UHPC استفاده شود.
نتیجه گیری:
در مقايسه مقاومت بتنهای الیاف و مسلح گرچه بتن های مسلح استحکام بیشتری دارند ولی بتن های الیافی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند. در عملکرد لرزهای ستونهای مسلح با مقاومت باال ضريب ایمنی بیشتری نسبت به ستونهای معمولی دارد. و بتنهای با عملکرد بالا با الیاف فوالدی عملکرد بهتری نسبت به ساير الیافها دارد. در نتیجه بتن های حاوی الیاف فوالدی بتن های مقاومتر هستند.
گردآورنده : يوسف رحمانی
دانشجوی رشته عمران ساختمان – مرکز آموزش علمی کاربردی ایران فریمکو
منابع :
1 . اثر اندازه بر عملکرد لرزهای ستونهای بتنی مسلح با مقاومت بالا تحت بارگذاری يکنواخت و چرخهای ، زبان انگلیسی ، سال 2019
2 . ارزيابی عملکرد حفاظتی و كاربرد در محل بتن هیبريدی تقويت شده با الیاف، زبان انگلیسی، سال 2019
3 . در اثرات تركیبی فیبر فوالدی و میکرو الیاف بر رفتار كششی بتن با عملکرد فوق العاده بالا، زبان انگلیسی، سال 2016
4 .مقايسه ستونهای بتنی تقويت شده با لایه بتن الیافی با بتن مسلح، مقاله انگلیسی، سال 2019
5 . عملکرد بتن با مقاومت بالا پايدار با سرباره فولادسازی پايه اكسیژن (BOS) و نانو سیلیس ، مقاله انگلیسی، سال 2019
6 . سايت دانشیاری مقالات ISI در مورد مقاومت فشاری
7 . سايت كلینیک بتن
References
- Vavruš, M., & Koteš, P. (2019). Numerical comparison of concrete columns strengthened with
layer of fiber concrete and reinforced concrete. Transportation Research Procedia, 40, 920-926. - Li, Z., Yu, C., Xie, Y., Ma, H., & Tang, Z. (2019). Size effect on seismic performance of highstrength reinforced concrete columns subjected to monotonic and cyclic loading. Engineering
Structures, 183, 206-219. 3. Han, D., Park, Y. J., Han, M. C., & Yi, S. T. (2019). Evaluation on
protection performance and on-site applicability of hybrid fiber-reinforced concrete. International
Journal of Concrete Structures and Materials, 13(1), 1-10. 4. Zareei, S. A., Ameri, F., Bahrami,
N., Shoaei, P., Moosaei, H. R., & Salemi, N. (2019). Performance of sustainable high strength
concrete with basic oxygen steel-making (BOS) slag and nano-silica. Journal of Building
Engineering, 25, 100791. 5. Kang, S. T., Choi, J. I., Koh, K. T., Lee, K. S., & Lee, B. Y. (2016).
Hybrid effects of steel fiber and microfiber on the tensile behavior of ultra-high performance
concrete. Composite Structures, 145, 37-42 - بتن الیافی