تولید الیاف پلی پروپیلن آتروپات

پنج شنبه ۰۹ خرداد ۱۳۹۸

تاثیر الیاف پلی پروپیلن ،الیاف فولادی و الیاف فیبر شیشه ای برمقاومت فشاری و خمشی بتن

در این مقاله از مصالح سنگی استان بوشهر و سیمان تیپ ۲ دشتستان و الیاف پلی‌پروپیلنی، فولادی، فیبر شیشه‌ای و فوق روان کننده در ۹ طرح اختلاط برای ساخت بتن استفاده شده است. نمونه‌های بتنی پس از ساخت در حوضچه آب نگهداری شده و مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌ها در زمان‌های ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه اندازه‌گیری شده اند. نتایج بیانگر این است که بیشترین مقاومت فشاری و خمشی به ترتیب در ۱ و ۲ درصد الیاف پلی‌پروپیلن اتفاق افتاده است. درحالی‌که الیاف فولادی و فیبر شیشه‌ای باعث افزایش مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های بتنی گردیده و بیشترین مقاومت فشاری و خمشی برای نمونه‌های بتنی مسلح به الیاف فولادی به ترتیب در ۳ و ۲ درصد الیاف و برای نمونه‌های مسلح به الیاف فیبر شیشه‌ای به ترتیب در ۳ و ۳ درصد مشاهده شده است.


در دهه ۱۹۵۰برای اولین بار در کشور شوروی و بعد در کشور امریکا در سال ۱۹۶۰ طبق تحقیقات انجام‌شده، مشخص شده که در صورت استفاده از الیاف فولادی در ماتریس شکننده، تمرکز تنش در محل ترک‌های به وجود آمده کاهش می‌یابد. بتن الیافی که به نام آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP) معروف هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه‌ای  (GFRP)الیاف آرامیدی (AFRP) و الیاف کربنی (CFRP) در یک رزین چسباننده تشکیل‌شده‌اند. این مواد یکی از پرمصرف‌ترین مواد در مناطق سردسیر نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است که همراه با آن از سنگدانه‌های هواساز نیز استفاده می‌شود. کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است. تحقیقات انجام‌گرفته توسط حبیبی و همکاران بر روی بتن‌های حاوی الیاف پلی‌پروپیلن با طول‌های مختلف (۶، ۱۲ و ۱۹ میلی‌متر) و وزن‌های مختلف (۶/۰، ۳/۱، ۲ و ۷/۲ کیلوگرم بر مترمکعب) نشان می‌دهند که استحکام و مقاومت حرارتی نمونه­‌های بتنی با استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن افزایش یافته است. آن‌ها نمونه‌های مکعبی به ابعاد ۲۵۰×۲۵۰×۲۵۰ میلی‌متر را بعد از ۷ و ۲۸ روز از حوضچه آب خارج نمودند و جهت تست حرارتی نمونه‌های حاوی الیاف پلی‌پروپیلن را در کوره ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۸ ساعت قراردادند. پس از آن تست‌های استحکام فشاری بر روی آن‌ها انجام گرفت. چندرامولی و همکاران معتقدند که با ۵/۱ درصد الیاف فیبر شیشه نسبت به وزن بتن، مدول گسیختگی در حدود ۲۰ درصد و چقرمگی حدود ۵۰ درصد افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش نیروی لازم برای تغییر شکل بتن و افزایش چقرمگی، الیاف شیشه از انتشار ترک‌های بیشتر در بتن جلوگیری می‌کند. با ساخت نمونه‌های مکعبی بتنی به ابعاد ۱۵۰×۱۵۰×۱۵۰ میلی‌متر و استوانه‌ای به ابعاد ۱۵۰×۳۰۰ میلی‌متر و نمونه‌های مکعب مستطیل به ابعاد ۱۰۰×۱۰۰×۵۰۰ میلی‌متر و انجام آزمایشات مقاومت فشاری، خمشی و کششی بر روی بتن الیافی و بتن شاهد به این نتیجه رسیدند که افزودن الیاف به بتن باعث افزایش مقاومت بتن می‌گردد. سینگ و همکاران به بررسی مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های بتنی حاوی الیاف فولادی و پلی‌پروپیلن پرداختند. آن‌ها برای آزمایش مقاومت فشاری از قالب‌های مکعبی به ابعاد ۱۵۰×۱۵۰×۱۵۰ میلی‌متر و برای آزمایش مقاومت خمشی از قالب‌های مکعب مستطیل به ابعاد ۱۰۰×۱۰۰×۵۰۰ میلی‌متر استفاده کردند. نمونه‌های بتنی مسلح به ترکیب الیاف فولادی و پلی‌پروپیلن با نسبت‌های ۰ – ۱۰۰ درصد، ۷۵ – ۲۵ درصد، ۵۰ – ۵۰ درصد، ۲۵ – ۷۵ درصد و ۱۰۰ – ۰ درصد از حجم کل بتن ساخته گردید. آن‌ها با انجام این آزمایشات به این نتیجه رسیدند که بهترین ترکیب الیاف فولادی و پلی‌پروپیلن، ترکیب ۷۵ درصد الیاف فولادی و ۲۵ درصد الیاف پلی‌پروپیلن می‌باشد. گرنال و همکاران در تحقیق خود با ساخت ۳ طرح اختلاط بتن با الیاف فیبر شیشه و انجام آزمایش­های مقاومت فشاری، خمشی و کششی در سنین ۳، ۷ و ۲۸ روزه بر روی نمونه‌های بتنی حاوی الیاف فیبر شیشه، به این نتیجه رسیدند که الیاف فیبر شیشه در بتن باعث افزایش مقاومت فشاری، خمشی و کششی بتن می‌گردد. زنگنه در تحقیق خود با ساخت ۱۹ طرح اختلاط بتن با الیاف فولادی و فیبر شیشه‌ای و انجام آزمایش مقاومت فشاری بر روی نمونه‌های مکعبی و استوانه‌ای و آزمایش مقاومت خمشی بر روی نمونه‌های مکعب مستطیل در سنین ۷، ۱۴ و ۲۸ روزه بر روی نمونه‌های بتنی حاوی الیاف فولادی و شیشه‌ای، به این نتیجه رسیدند که الیاف فولادی و فیبر شیشه‌ای در بتن باعث افزایش مقاومت فشاری و خمشی بتن می‌گردند. حسینعلی بیگی و همکاران در یک تحقیق آزمایشگاهی، اثر توأم نانو سیلیس و الیاف مختلف (فلزی، پلی‌پروپیلن، فیبر شیشه ای) بر چقرمگی، انرژی شکست و مقاومت خمشی بتن خود تراکم را بررسی کردند. بدین منظور آن‌ها ۴۰ طرح اختلاط شامل ۴ سری که به ترتیب حاوی ۰، ۲، ۴ و ۶ درصد وزنی سیمان، نانو سیلیس که به صورت جای­گزین با سیمان را مورد بررسی قراردادند. بررسی نتایج آن نشان داد که حضور توأم الیاف و درصد بهینه نانو سیلیس موجب بهبود قابلیت‌های چقرمگی، انرژی شکست و مقاومت خمشی بتن می‌شود. فروغی اصل و حسین نژاد به بررسی تأثیر الیاف پلی‌پروپیلنی بر خواص مکانیکی و نفوذپذیری بتن پرداختند. نتایج آن‌ها بیان­گر این است که مقاومت فشاری اولیه نمونه‌های بتن الیافی نسبت به نمونه‌های شاهد کمتر بوده ولی با افزایش سن نمونه‌ها، نتایج برعکس می­گردد و بیشترین افزایش مقاومت فشاری ۲۸ روزه مربوط به مقدار الیاف مصرفی ۸/۰ درصد بوده است. آن‌ها بیشترین میزان افزایش مقاومت کششی را در سن ۲۸ روزه‌ی بتن و در نمونه‌های بتنی حاوی ۴/۰ درصد الیاف مشاهده نمودند.

با توجه به مطالعات صورت گرفته، تاکنون تأثیر الیاف پروپیلنی، فولادی و فیبر شیشه‌ای بر مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های بتنی با استفاده از مصالح سنگی استان بوشهر که دارای ۶۱۰ کیلومتر مرز آبی با خلیج فارس می باشد، انجام نشده که در این مقاله به این موضوع پرداخته شده است.

مواد و روش‌های مورد استفاده برای تهیه بتن حاوی الیاف

مصالح و طرح اختلاط بتن

جنس مصالح سنگدانه‌ای درشت‌دانه (شن نخودی و بادامی) و ریزدانه (ماسه) مورد استفاده در آزمایش‌های انجام‌شده در این تحقیق، سیلیس بوده و از استان بوشهر تهیه شده است. مصالح درشت‌دانه و ریزدانه با نسبت برابر ترکیب گردید. همچنین نسبت آب به سیمان ۵/۰ می‌باشد. الیاف فیبر شیشه (نوع S-glass) بکار رفته در طرح اختلاط بتن به قطر ۱۷-۱۹ میکرون و طول ۳-۵۰ میلی‌متر، الیاف فولادی به قطر ۶/۰ – ۲/۱ میلی‌متر و طول ۵۰ میلی‌متر و الیاف پلی‌پروپیلن نیز به قطر ۰۲۱/۰ میلی‌متر و طول ۶ میلی‌متر می‌باشند. در شکل‌های ۱ تا ۳ نمونه‌هایی از الیاف توزین شده برای طرح اختلاط در این تحقیق نشان داده شده اند. برای ساخت نمونه‌های بتنی برای آزمایش مقاومت فشاری و خمشی از الیاف با نسبت ۱ الی ۳ درصد وزنی سیمان استفاده می‌گردد. در این تحقیق سعی شده است ابتدا با انتخاب طرح اختلاط از ماسه، سیمان، شن (موجود در استان بوشهر) و آب، نمونه‌های بتنی بدون الیاف (شاهد) تهیه گردیده و بعد از ۲۴ ساعت که نمونه‌ها خشک گردیدند، در حوضچه آب معمولی قرار داده شوند.

تهیه نمونه ها و روش انجام آزمایش ها

ﺑﺮای ﻃﺮح اﺧﺘﻼط ﺑﺘﻦ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده از روش اﺧﺘﻼط اﺳﺘﺎﻧﺪارد آﺋﻴﻦ ﻧﺎﻣﻪ ACI-211 اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﻪ ﻫﻨﮕﺎم بتن‌ریزی، ﺷﻦ، ﻣﺎﺳﻪ، ﺳﻴﻤﺎن و آب ﺑﺎ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﺗﻮﺳﻂ ﻣﺨﻠﻮط ﻛﻦ ﺑﻪ ﻣﺪت دو دﻗﻴﻘﻪ ﻣﺨﻠﻮط ﺷﺪﻧﺪ و در ﭘﺎﻳﺎن الیاف‌ ﻛـﻪ ﺗﻤﻴﺰ و ﻋﺎری از ﻫﺮﮔﻮﻧﻪ ﻣﻮاد زاﺋﺪ و روﻏﻦ ﺑﻮد ﺑﻪ ﺗﺪرﻳﺞ اضافه شده است. ﭘﺲ از اﺗﻤﺎم اﺿﺎﻓﻪ ﻛـﺮدن الیاف‌ ﺑـﻪ ﺑـﺘﻦ، اﺟـﺎزه داده ﺷـﺪ ﻛـﻪ ﻣﺨﻠﻮط ﻛﻦ ﺑﻪ ﻣﺪت ﺳﻪ دﻗﻴﻘﻪ دﻳﮕﺮ ﻛﺎر ﻛﻨﺪ ﺗﺎ اﻟﻴﺎف در ﺗﻤﺎم ﻓﻀﺎی ﺑﺘﻦ پخش‌شده و ﻣﺨﻠﻮط کاملاً ﻳﻜﻨﻮاﺧﺘﻲ ﺣﺎﺻﻞ ﮔﺮدد. معمولاً ﺑﺘﻦ ﻣﺴﻠﺢ ﺑﻪ اﻟﻴﺎف ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﺑﺘﻦ ﺳﺎده رﻳﺨﺘﻪ و ﻣﺘﺮاﻛﻢ می‌شود. روش ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﺨﻠﻮطﻫﺎی ﺑﺘﻦ ﻣﺴﻠﺢ ﺑﻪ اﻟﻴﺎف اساساً ﺷـﺒﻴﻪ ﻃﺮاﺣـﻲ ﺑﺘﻦ ﺳﺎده اﺳﺖ. ﺑﺎ اﻳﻦ وﺟﻮد، ﺑﺎﻳﺪ ﺑﺮﺧﻲ ﻣﻼﺣﻈﺎت ﺑﺮای ﭘﺨﺶ ﻳﻜﻨﻮاﺧﺖ اﻟﻴﺎف و ﺟﻠﻮﮔﻴﺮی از ﺟﺪاﺷﺪﮔﻲ ﻳﺎ ﭘﺪﻳﺪه گلوله‌ای ﺷﺪن و اﻳﺠﺎد ﻳﻚ ﻣﺨﻠـﻮط ﻛﺎرا ﺟﻬﺖ رﻳﺨﺘﻦ، ﺗﺮاﻛﻢ و ﭘﺮداﺧﺖ ﺑﺘﻦ ﺑﻪ ﻋﻤﻞ آﻳﺪ. اﻟﻴﺎف ﺑﻪ ﺧﺎﻃﺮ آﺳﺎﻧﻲ ﭘﺨـﺶ ﺑﺎﻳـﺪ به صورت ﺧﺸـﻚ وارد ﻣﺨﻠـﻮط ﺷـﻮند. در ﻓﺮاﻳﻨـﺪ ﺳـﺎﺧﺖ ﺑـﺘﻦ اﻟﻴـﺎﻓﻲ ﺑﺎﻳـﺪ از اﻳﺠـﺎد ﭘﺪﻳـﺪه گلوله‌ای ﺷـﺪن (Balling) ﺟﻠﻮﮔﻴﺮی ﺑﻪ ﻋﻤﻞ آﻳﺪ. در این تحقیق از فوق روان کننده CONPLAST SP432MS استفاده گردید. این فوق روان کننده فاقد کلراید بوده که بر پایه پلیمرهای نفتالین سولفونات تولید می‌شود و به صورت محلولی قهوه‌ای رنگ بوده که به سرعت در آب پخش می‌شود. فوق روان کننده CONPLAST SP432MS با استاندارد BSEN 934-2 و استاندارد ASTM C494 به عنوان افزودنی تیپ B، تیپ D و تیپ G (بسته به میزان مصرف) مطابقت دارد.

طرح اختلاط بتن الیافی

در این تحقیق ابتدا یک طرح اختلاط برای بتن شاهد (بدون الیاف) با سیمان تیپ ۲ دشتستان تهیه گردید. سپس الیاف‌ فولادی، فیبر شیشه‌ای و پلی‌پروپیلن با درصدهای ۱ الی ۳ درصد وزن سیمان به طور جداگانه به طرح اختلاط بتن شاهد اضافه گردید. در جدول ۱ مقادیر و اجزاء طرح اختلاط مورد استفاده در این تحقیق ارائه شده است. همان طور که در جدول ۱ مشاهده می‌شود، A-1 بیانگر طرح اختلاط نمونه بتن شاهد با سیمان تیپ ۲ می‌باشد و مصالح مصرفی در طرح شاهد شامل سیمان، آب، سنگدانه درشت (شن) و سنگدانه ریز (ماسه) به ترتیب به مقدار ۳۵۰، ۱۸۲، ۸۵۷ و ۸۵۹ کیلوگرم بر مترمکعب بتن می‌باشد. نسبت آب به سیمان در همه طرح اختلاط‌ها برابر ۵/۰ می‌باشد. نمونه‌های همه طرح اختلاط‌ها در حوضچه آب معمولی نگهداری می‌شوند. مقدار فوق روان کننده برای همه طرح اختلاط‌های بتن الیافی برابر ۵/۱ درصد وزن سیمان یعنی به میزان ۲۵/۵ کیلوگرم بر مترمکعب بتن می‌باشد. به عنوان نمونه، طرح اختلاط P-1 بیانگر ۱% وزن سیمان و الیاف پلی‌پروپیلن به میزان ۵/۳ کیلوگرم بر مترمکعب بتن می‌باشد. در جدول ۲، نوع آزمایشات و تعداد نمونه‌ها جهت آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های شاهد و الیافی بیان شده است. همان طور که در جدول ۲ مشاهده می‌گردد آزمایشات در ۱۱ طرح اختلاط انجام گردید، به طوریکه ۲ طرح اختلاط مربوط به نمونه­ های بتنی بدون الیاف، ۳ طرح اختلاط مربوط به نمونه‌های بتنی با الیاف پلی‌پروپیلن، ۳ طرح اختلاط مربوط به نمونه‌های بتنی با الیاف فولادی و ۳ طرح اختلاط باقیمانده مربوط به نمونه‌های بتنی با الیاف فیبر شیشه‌ای می‌باشد. به عبارتی دیگر ۹ طرح مربوط به آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های بتن الیافی، ۲ طرح مربوط به آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های بتن شاهد می‌باشند. در تمامی مراحل ساخت نمونه‌های بتنی الیافی، میزان و نوع سیمان، شن، ماسه و آب ثابت بوده و تنها میزان و نوع الیاف تغییر می‌کند. در تمامی مراحل ساخت نمونه‌های بتنی برای آزمایش مقاومت فشاری از قالب‌های استاندارد مکعبی به ابعاد ۱۵۰×۱۵۰×۱۵۰ میلی‌متر و استوانه‌ای به ابعاد ۱۵۰×۳۰۰ میلی‌متر و برای ساخت نمونه‌های بتنی برای آزمایش مقاومت خمشی از قالب‌های استاندارد مکعب مستطیل به ابعاد ۱۰۰×۱۰۰×۵۰۰ میلی‌متر استفاده گردید. تعداد کل نمونه‌ها در این تحقیق ۳۹۶  نمونه می‌باشد که از این تعداد، ۷۲ نمونه مربوط به بتن شاهد، ۱۰۸ نمونه مربوط به بتن با الیاف پلی‌پروپیلن، ۱۰۸ نمونه مربوط به بتن با الیاف فولادی و ۱۰۸ نمونه دیگر نیز مربوط به بتن با الیاف شیشه‌ای می‌باشد.

جدول شماره ۱(طرح های اختلاط مورد استفاده برای بررسی مقاومت فشاری و خمشی نمونه های بتنی)
جدول شماره ۲(تعداد نمونه‌ها و طرح اختلاط بتن شاهد و بتن الیافی تحقیق)

شرح آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی بتن

در آزمایش مقاومت فشاری، نمونه‌های مکعبی و استوانه‌ای توسط دستگاه بتن شکن (مطابق شکل ۴) تحت فشار قرار می‌گیرند. بار به صورت یکنواخت توسط دو فک بالایی و پایینی دستگاه، به نمونه‌ها وارد می‌شود. این نکته ضروری است که بار بدون تغییر ناگهانی و به صورت پیوسته به نمونه‌ها اعمال شود. دستگاه بتن شکن باید مجهز به وسایلی باشد که بتواند نیروی گسیختگی را پس از اتمام بارگذاری ثبت نماید. در این دستگاه نیروی گسیختگی بر روی یک صفحه مانیتور نمایش داده می‌شود. محور عمودی سمبه یا پیستون باید با محور عمودی دستگاه منطبق بوده و در زمان بارگذاری جهت حرکت سمبه یا پیستون در طول محور عمودی دستگاه قرار گرفته باشد تا برآیند نیروها درست از مرکز نمونه عبور کند. سطح استوانه پایینی دستگاه باید نسبت به محور آن عمود بوده و در حین بارگذاری نیز عمود باقی بماند. مرکز نشیمن­گاه کروی فک بالایی باید در نقطه برخورد محور عمودی دستگاه با سطح پایینی فک بالایی دارای رواداری ۱± میلی‌متر باشد.
در بتن‌های ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ﻣﻘﺎوﻣﺖ فشاری و خمشی، ﺑﻪ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻼت ﺳﻴﻤﺎن و ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﻲ ﺑﻴﻦ ﻣﻼت و ﺳﻨﮕﺪاﻧﻪﻫﺎ ﺑﺴﺘﮕﻲ دارﻧﺪ. ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺳﻨﮕﺪاﻧﻪﻫﺎ ﻧﻴﺰ ﺑﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺘﻦ ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ﻣﻮﺛﺮ اﺳﺖ وﻟﻲ ﻋﻤﻮﻣﺎً ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺳﻨﮕﺪاﻧﻪﻫﺎ ﺑﻴﺸﺘﺮ از ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻼت ﺳﻴﻤﺎن ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. اگر شکست نمونه بتنی از محل ﺳﻨﮕﺪاﻧﻪﻫﺎ اتفاق بیفتد می­توان نتیجه گرفت که مقاومت ملات سیمان از مقاومت ﺳﻨﮕﺪاﻧﻪﻫﺎ بیشتر بوده است.

۴-دستگاه بتن شکن جهت تست مقاومت فشاری بتن

یکی از ویژگی­های یک بتن توانمند این است که شکست بتن در سنگدانه اتفاق بیفتد. در این تحقیق اکثر شکست نمونه‌های بتنی در محل شکست ﺳﻨﮕﺪاﻧﻪﻫﺎ اتفاق افتاده است. در شکل ۵ نمونه‌هایی از شکست سنگدانه در بتن بر اثر آزمایش مقاومت فشاری دیده می‌شود.
آزمایش مقاومت خمشی بتن به روش ASTM C78 روی نمونه‌های مکعب مستطیل به ابعاد ۱۰۰×۱۰۰×۵۰۰ میلی‌متر انجام می‌شود. در روش ASTM C78 انتقال نیرو از دستگاه بتن شکن به نمونه بتنی به وسیله چهار تکیه‌گاه انجام می‌گیرد.

دو تکیه‌گاه در زیر نمونه بتنی به فاصله ۳ برابر ارتفاع نمونه (۳۰ سانتی‌متر) و دو تکیه‌گاه در بالای نمونه بتنی به فاصله ۱ برابر ارتفاع نمونه (۱۰ سانتی‌متر) قرار می‌گیرد. تکیه‌گاه‌ها باید از جنس فولاد ضد زنگ ساخته شوند. طول آن‌ها باید حداقل ۱۰ میلی‌متر بیش تر از عرض نمونه‌ها بوده و محور همه تکیه‌گاه‌ها موازی یکدیگر باشد. در آزمایش مقاومت خمشی مانند آزمایش مقاومت فشاری، اکثر شکست نمونه‌ها در سنگدانه­های بتن ایجاد می‌شود. در شکل ۶ نمونه‌های بتنی مکعب مستطیل، قبل و بعد از آزمایش مقاومت خمشی نشان داده شده است.

کلیه آزمایشات انجام‌شده در این تحقیق با استفاده از تجهیزات موردنیاز در آزمایشگاه مکانیک خاک مهندسین مشاور کوبان کاوش جنوب انجام شده است.

نتایج حاصل از آزمایش

نتایج آزمایش مقاومت فشاری و خمشی نمونه های بتنی ۷ روزه

نتایج آزمایشات مقاومت فشاری مکعبی و استوانه‌ای و مقاومت خمشی نمونه‌های بتنی و همچنین درصد افزایش و کاهش مقاومت‌ها نسبت به بتن شاهد در سن ۷ روزه در جدول ۳  نشان داده شده است. همان‌گونه که مشاهده می‌گردد بیشترین درصد کاهش مقاومت فشاری مکعبی بتن الیافی نسبت به نمونه شاهد مربوط به نمونه بتنی با ۳% الیاف پلی‌پروپیلن و به میزان %۲/۲۱- می‌باشد و بیشترین درصد افزایش آن مربوط به نمونه بتنی با ۳% الیاف فیبر شیشه‌ای و به میزان %۹۸/۵۷ می‌باشد. برای مقاومت فشاری استوانه‌ای بتن الیافی نسبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به ۳%  الیاف پلی‌پروپیلن و به میزان % ۷۵/۲۴- و ۳% الیاف فیبر شیشه‌ای به میزان %۸۰/۹۲ می‌باشد. همچنین برای مقاومت خمشی بتن الیافی نسبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به ۱% الیاف پلی‌پروپیلن به میزان %۵۶/۱۵ و ۳% الیاف فیبر شیشه‌ای به میزان %۳۰/۱۱ می‌باشد.

جدول شماره ۳-نتایج آزمایش مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌ها در سن ۷ روزه

نتایج آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های بتنی در سن ۲۸ روزه

نتایج آزمایشات مقاومت فشاری مکعبی و استوانه‌ای و مقاومت خمشی نمونه‌های بتنی و درصد افزایش و کاهش مقاومت‌ها نسبت به بتن شاهد در سن ۲۸ روزه در جدول ۴ نشان داده شده است. همان‌گونه که مشاهده می‌گردد بیشترین درصد کاهش مقاومت فشاری مکعبی بتن الیافی نسبت به نمونه شاهد مربوط به نمونه بتنی با ۳% الیاف پلی‌پروپیلن و به میزان %۲/۲۵- می‌باشد و بیشترین درصد افزایش مقاومت فشاری مکعبی بتن الیافی نسبت به نمونه شاهد مربوط به نمونه بتنی با ۳%  الیاف فیبر شیشه‌ای و به میزان %۷۱/۲۷ می‌باشد. برای مقاومت فشاری استوانه‌ای بتن الیافی نسبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به ۳% الیاف پلی‌پروپیلن و به میزان %۱۵/۳۰- و ۳% الیاف فیبر شیشه‌ای به میزان %۲۳/۵۱ می‌باشد. همچنین برای مقاومت خمشی بتن الیافی نسبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به ۳% الیاف فولادی و به میزان % ۲۴/۸- و ۳% الیاف فیبر شیشه‌ای به میزان %۱۶/۷۳ می‌باشد.

جدول ۴-نتایج آزمایش مقاومت فشاری و خمشی نمونه ها در سن ۲۸ روزه

نتایج آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌های بتنی در سن ۹۰ روزه

نتایج آزمایشات مقاومت فشاری مکعبی و استوانه‌ای و مقاومت خمشی نمونه‌های بتنی و همچنین درصد افزایش و کاهش مقاومت‌ها نسبت به بتن شاهد در سن ۹۰ روزه در جدول ۵ نشان داده شده است. طبق جدول ۵، بیشترین درصد کاهش مقاومت فشاری مکعبی بتن الیافی نسبت به نمونه شاهد مربوط به نمونه بتنی با ۳% الیاف پلی‌پروپیلن و به میزان %۲/۱۶- می‌باشد و بیشترین درصد افزایش مقاومت فشاری مکعبی بتن الیافی نسبت به نمونه شاهد مربوط به نمونه بتنی با ۳% الیاف فولادی و به میزان % ۰۸/۲۲ می‌باشد. برای مقاومت فشاری استوانه‌ای بتن الیافی نسبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به ۳% الیاف پلی‌پروپیلن و به میزان % ۸/۲۳- و ۳% الیاف شیشه‌ای به میزان % ۶/۴۲ می‌باشد. همچنین برای مقاومت خمشی بتن الیافی نسبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به ۱% الیاف فولادی و به میزان %۷۸/۳ و ۳% الیاف فیبر شیشه‌ای به میزان %۳۳ می‌باشد. ذکر این نکته ضروری است که برای اطمینان از صحت نتایج، این تست­ها دو بار انجام شده و متوسط نتایج آن ها در این جداول ارائه شده است.

جدول ۵-نتایج آزمایش مقاومت فشاری و خمشی نمونه ها در سن ۹۰ روزه

نتایج آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی نمونه های بتنی با الیاف پلی پروپیلن

در شکل ۷، نمودار تغییرات مقاومت فشاری نمونه­های بتن مکعبی مسلح با ۱، ۲ و ۳ درصد الیاف پلی‌پروپیلن نسبت به بتن شاهد و در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه نشان داده شده است. همان طور که در این شکل مشاهده می‌شود با افزایش درصد الیاف پلی‌پروپیلن در بتن، مقاومت فشاری کاهش یافته است. تنها مقاومت فشاری نمونه بتنی با ۱% الیاف پلی‌پروپیلن افزایش کمی نسبت به بتن شاهد از خود نشان می‌دهد که این افزایش برای سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه به ترتیب برابر % ۳۶/۳، %۹۵/۰ و %۴۲/۱ می‌باشد. در نمودار ۷ روزه، کاهش رشد مقاومت فشاری از الیاف ۱% به ۲% و از الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر با % ۴۳/۴- و ۲۵/۲۰- می‌باشد. در درحالی که در نمودار ۲۸ روزه کاهش رشد مقاومت فشاری از الیاف ۱% به ۲% و از الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر % ۸۳/۱۰- و ۹۲/۱۶- می‌باشد.

نمودار تغییرات مقاومت فشاری نمونه های مکعبی مسلح به الیاف پلی پروپیلن نسبت به بتن شاهد

در نمودار ۹۰ روزه نیز کاهش رشد مقاومت فشاری از الیاف ۱% به ۲% و از الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۰۴/۹- و ۱۳/۹- می‌باشد. نمودار مقاومت خمشی نمونه‌های بتنی با الیاف پلی‌پروپیلن در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه در شکل ۸ نشان داده شده است. با توجه به این شکل مشاهده می‌شود که با افزایش درصد الیاف پلی‌پروپیلن در بتن، مقاومت خمشی نمونه‌های بتنی حاوی الیاف پلی‌پروپیلن افزایش می‌یابد. در نمودار ۷ روزه منحنی رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۵۶/۱۵، %۲۷/۲۶ و%۶۷/۱۳- می‌باشد و بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۷ روزه در ۲% الیاف پلی‌پروپیلن واقع شده است. در نمودار ۲۸ روزه منحنی رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۰۰/۱، %۱۷/۳۵ و %۲۲/۹- می‌باشد که بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۲۸ روزه در ۲% الیاف پلی‌پروپیلن واقع شده است. در نمودار ۹۰ روزه کاهش رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر % ۲۸/۸، % ۵۸/۹ و% ۱۸/۶- می‌باشد. همچنین بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۹۰ روزه در ۲% الیاف پلی‌پروپیلن واقع شده است.

شکل ۸- نمودار تغییرات مقاومت خمشی نمونه های بتنی مسلح به
الیاف پلی پروپیلن نسبت به بتن شاهد

نتایج آزمایشات مقاومت فشاری و خمشی نمونه های بتنی با الیاف فولادی

در شکل ۹ نمودار تغییرات مقاومت فشاری نمونه‌های مکعبی مسلح با ۱، ۲ و ۳ درصد الیاف فولادی نسبت به بتن شاهد و در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه نشان داده شده است. با توجه به این شکل، مشاهده می‌شود که با افزایش درصد الیاف فولادی در بتن، مقاومت فشاری افزایش یافته است. در نمودار ۷ روزه منحنی رشد مقاومت فشاری از بتن شاهد به بتن با الیاف ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۲۳/۳۱  و %۴۵/۳ می‌باشد. در نمودار ۲۸ روزه منحنی رشد مقاومت فشاری از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر % ۹۴/۳، %۴۱/۶ و %۹۵/۳ می‌باشد و بیشترین رشد مقاومت فشاری در سن ۲۸ روزه در ۲% الیاف فولادی مشاهده شده است. در نمودار ۹۰ روزه منحنی رشد مقاومت فشاری از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۷۲/۳، %۶۴/۳ و %۵۷/۱۳ می‌باشد، بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۹۰ روزه در ۳% الیاف فولادی واقع شده است.

شکل ۱۰-نمودار تغییر مقاومت خمشی نمونه های بتنی مسلح به الیاف فولادی نسبت به بتن شاهد

نمودار تغییرات مقاومت خمشی نمونه‌های مکعب مستطیل مسلح به ۱، ۲ و ۳ درصد الیاف فولادی نسبت به بتن شاهد، در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه در شکل ۱۰ نشان داده شده است. با توجه به این شکل، از نمونه شاهد تا نمونه بتنی با ۲ درصد الیاف فولادی، نمودار مقاومت خمشی سیر صعودی دارد و افزایش مقاومت خمشی را نشان می‌دهد و از نمونه بتنی حاوی  ۲% تا ۳% الیاف فولادی، نمودار مقاومت خمشی سیر نزولی دارد و کاهش می‌یابد. در نمودار ۷ روزه منحنی رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۹۸/۲۵، %۲۸/۵ و %۳۰/۱۲- می‌باشد، بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۷ روزه در ۱% الیاف فولادی واقع شده است. در نمودار ۲۸ روزه منحنی رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۴۵/۲، %۳۹/۲ و %۵۳/۱۲- می‌باشد، بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۲۸ روزه در ۱% الیاف فولادی واقع شده است. در نمودار ۹۰ روزه کاهش رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر % ۷۸/۳، % ۱۹/۱۷ و % ۲۹/۱۰- می‌باشد و بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۹۰ روزه در ۲% الیاف فولادی مشاهده شده است.

شکل ۱۰-نمودار تغییرات مقاومت خمشی نمونه های بتنی مسلح به الیاف فولادی نسبت به بتن شاهد

نتایج آزمایش های مقاومت فشاری و خمشی نمونه های بتنی با الیاف فیبر شیشه ای

در شکل ۱۱، نمودار تغییرات مقاومت فشاری نمونه‌های مکعبی مسلح به ۱، ۲ و ۳ درصد الیاف فیبر شیشه‌ای نسبت به بتن شاهد، عمل‌آوری شده در آب معمولی و در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه نشان داده شده است. همان طور که در شکل ۱۱ مشاهده می‌شود با افزایش درصد الیاف فیبر شیشه‌ای در بتن، مقاومت فشاری افزایش یافته است. روند رشد منحنی مقاومت فشاری نمونه شاهد و ۱% و ۲% و ۳% الیاف فیبر شیشه‌ای برای سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه به شرح ذیل می‌باشد: در نمودار ۷ روزه منحنی رشد مقاومت فشاری از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۰۱/۳۶، %۶۱/۵ و %۹۹/۹ می‌باشد، بیشترین رشد مقاومت فشاری در سن ۷ روزه در ۱% الیاف فیبر شیشه‌ای واقع شده است. در نمودار ۲۸ روزه منحنی رشد مقاومت فشاری از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۱۰/۱۵، %۳۰/۷ و %۴۰/۳ می‌باشد و بیشترین رشد مقاومت فشاری در سن ۲۸ روزه در ۱% الیاف فیبر شیشه‌ای واقع شده است. در حالی­که در نمودار ۹۰ روزه منحنی رشد مقاومت فشاری از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر  %86/10، %۳۴/۵ و %۲۹/۳ می‌باشد که بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۹۰ روزه در ۱% الیاف فیبر شیشه‌ای واقع شده است.

شکل ۱۱- نمودار تغییرات مقاومت فشاری نمونه‌های مکعبی بتنی مسلح به الیاف فیبر شیشه‌ای نسبت به بتن شاهد

در شکل ۱۲، نمودار تغییرات مقاومت خمشی نمونه‌های مکعب مستطیل مسلح به ۱، ۲ و ۳ درصد الیاف شیشه‌ای نسبت به بتن شاهد، عمل‌آوری شده در آب معمولی و در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه نشان داده شده است. همان طور که مشخص است، با افزایش درصد الیاف فیبر شیشه‌ای در بتن شاهد، نمودار مقاومت خمشی سیر صعودی دارد و افزایش مقاومت خمشی را نشان می‌دهد. در نمودار ۷ روزه منحنی رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر % ۲۲/۸۸، %۲۶/۶ و %۹۱/۸ می‌باشد، بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۷ روزه در ۱% الیاف فیبر شیشه‌ای واقع شده است. در نمودار ۲۸ روزه منحنی رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر % ۵۷/۵۴، %۹۷/۴ و %۷۳/۶ می‌باشد. بیشترین رشد مقاومت خمشی نیز در سن ۲۸ روزه در ۱% الیاف فیبر شیشه‌ای واقع شده است. در نمودار ۹۰ روزه منحنی رشد مقاومت خمشی از بتن شاهد به بتن با الیاف ۱%، از بتن با الیاف ۱% به ۲% و از بتن با الیاف ۲% به ۳% به ترتیب برابر %۲۵/۲۴، %۴۷/۵ و %۴۷/۱ می‌باشد، بیشترین رشد مقاومت خمشی در سن ۹۰ روزه در ۱% الیاف فیبر شیشه‌ای نتیجه گیری شده است.

شکل ۱۲-نمودار تغییرات مقاومت خمشی نمونه های بتن مسلح به الیاف فیبر شیشه ای نسبت به بتن شاهد

نتیجه گیری


این تحقیق با استفاده از مصالح شن و ماسه موجود در استان بوشهر، سیمان تیپ ۲ دشتستان، الیاف پلی‌پروپیلن، فولادی و شیشه‌ای و فوق روان کننده، در ۹ طرح اختلاط نمونه‌های بتن الیافی تهیه گردید. نمونه‌ها در حوضچه آب معمولی و در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه قرار داده شد وآزمایشات مقاومت فشاری مکعبی و استوانه‌ای و مقاومت خمشی انجام گردید. نتایج نشان داد که الیاف پلی‌پروپیلن باعث کاهش مقاومت فشاری و افزایش مقاومت خمشی و همچنین الیاف فولادی و شیشه‌ای باعث افزایش مقاومت فشاری و خمشی می‌شود که در ذیل به آن اشاره می‌شود.

  1. بتن بدون الیاف دارای رفتار ترد و شکننده می‌باشد درحالی‌که بتن مسلح به الیاف‌ها، رفتار شکنندگی بتن را به علت ممانعت از انتشار ترک و دوزندگی ترک‌ها، به طور چشم­گیری کاهش می‌دهد. بیشترین مقاومت در مقابل شکنندگی بتن در الیاف پلی‌پروپیلن مشاهده گردید که پس از شکست بتن نمونه از هم گسیخته نمی‌شود.
  2. مقاومت فشاری بتن با افزودن الیاف پلی‌پروپیلن کاهش می‌یابد. منحنی مقاومت فشاری بتن مسلح به الیاف پلی‌پروپیلن در ۱ درصد الیاف سیر صعودی و در محدوده ۲ الی ۳ درصد الیاف سیر نزولی دارد و بیشترین مقاومت فشاری در ۱ درصد الیاف پلی‌پروپیلن اتفاق افتاده است. مقاومت خمشی بتن با افزودن الیاف پلی‌پروپیلن افزایش می‌یابد و بیشترین مقاومت خمشی در ۲ درصد الیاف پلی‌پروپیلن می‌باشد. 
  3. منحنی مقاومت فشاری بتن مسلح به الیاف فولادی در محدوده ۱ الی ۳ درصد الیاف با افزایش الیاف سیر صعودی داشته و بیشترین مقاومت فشاری در ۳ درصد الیاف فولادی اتفاق افتاده است. منحنی مقاومت خمشی بتن با الیاف فولادی نشان می دهد که با افزودن ۱ و ۲ درصد الیاف فولادی به بتن شاهد، مقاومت خمشی افزایش و با افزودن ۳% الیاف فولادی به بتن شاهد مقاومت خمشی کاهش پیدا می‌کند و بیشترین مقاومت خمشی در ۲ درصد الیاف خمشی می‌باشد.
  4. منحنی مقاومت فشاری و خمشی بتن مسلح به الیاف شیشه‌ای در محدوده ۱ الی ۳ درصد الیاف با افزایش الیاف سیر صعودی داشته و بیشترین مقاومت فشاری و خمشی در ۳ درصد الیاف شیشه‌ای اتفاق افتاده است.
  5. بهترین ترکیب الیاف با بتن شاهد با سیمان تیپ ۲ که هم مقاومت فشاری و هم مقاومت خمشی خوبی دارد، مربوط به ۳% الیاف شیشه‌ای می‌باشد.

مراجع

  1. صنعتی فرد، سجاد. جاهد، حسین. «بتن الیافی و کاربردهای آن» دهمین کنفرانس دانشجویی مهندسی عمران، دانشگاه زنجان، زنجان، ۱۳۸۲
  2. حبیبی، سیما. نیلفروش زاده، حسین. قربانی شبستری، سیاوش. «ﺑﺮرﺳﻲ تأثیر اﻟﻴﺎف پلی‌پروپیلن ﺑﺮ روی اﺳﺘﺤﻜﺎم و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺣﺮارﺗﻲ ﺑﺘﻦ» ﻣﺠﻠﻪ ﻋﻠﻤﻲ ﭘﮋوﻫﺸﻲ ﻋﻠﻮم و ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژی ﻧﺴﺎﺟﻲ، جلد ۴، شماره ۲، صفحات ۵۵-۵۶، ۱۳۸۹٫
  3. Chandramouli, K., Rao, S., Pannirselvam, N., Seshadri Sekhar, T., Sravana, P. “Strength properties of glass fiber concrete” ARPN journal of Engineering and Applied sciences, 5, 4, 1-6, 2010.
  4. Singh, S. P., Singh, A. P., Bajaj, V. “Strength and Flexural Toughness of Concrete Reinforced with Steel-Polypropylene Hybrid Fibers” Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing), 11, 4, 494-507, 2010.
  5. Gornale, A., Quadri, S. I., Quadri, S. M., Ali, S. M. A., Hussaini, S. S. “Strength Aspects of Glass Fibre Reinforced Concrete” International Journal of Scientific & Engineering Research, 3, 7, 1-5, 2012.
  6. زنگنه، کامران. “بررسی آزمایشگاهی تأثیر الیاف بر مقاومت بتن با استفاده از مصالح سنگی استان بوشهر” پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی بوشهر، صفحات ۲۰-۲۳، ۱۳۹۱٫
  7. حسینعلی بیگی، مرتضی. برنجیان، جواد. لطفی عمران، امید. محمد پورنیک بین، ایمان. “ارزیابی قابلیت جذب انرژی بتن خودتراکم الیافی حاوی ذرات نانوسیلیس” دو فصلنامه تحقیقات بتن، جلد ۵، شماره ۱، صفحات ۱۹-۳۶، ۱۳۹۱٫
  8. فروغی اصل، علی. حسین نژاد، فریده. “تأثیر الیاف پلی پروپیلینی بر روی خواص مکانیکی و نفوذپذیری بتن” دو فصلنامه تحقیقات بتن، جلد ۶، شماره ۱، صفحات ۱۱۵-۱۲۵، ۱۳۹۲٫
  9. واقفی، محمد. پولادی، علیرضا. فیوض، علیرضا. “بررسی مقاومت فشاری و خمشی بتن با الیاف پلی‌پروپیلن و فولادی در شرایط محیطی استفاده از آب دریا (مطالعه موردی آب خلیج‌فارس)” دومین کنفرانس ملی مصالح و سازه‌های نوین در مهندسی عمران، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ۱۳۹۲٫
  10. واقفی، محمد. پولادی، علیرضا. فیوض، علیرضا. “بررسی مقاومت فشاری و خمشی بتن با الیاف پلی‌پروپیلن در شرایط محیطی استفاده از آب دریا (مطالعه موردی آب خلیج‌فارس)” هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ۱۳۹۳٫

منبع:https://jcr.guilan.ac.ir/article_1536.html

جهت خرید الیاف پلی پروپیلن با ما تماس بگیرید

خوشحال می‌شویم اگر دیدگاه خود را برای ما ارسال نمائید

ایمیل شما منتشر نخواهد شد.