خلاصه

بتن مسلح شده با الیاف شیشهبتنی، است پر سیمان با نسبت آب به سیمان نسبتاً پایین که حاوی الیاف شیشه مقاوم در محیطهای قلیایی میباشد. تا کنون تحقیقات بسیاری بر روی خواص مکانیکی این نوع بتن انجام شده است؛ اما مسأله دوام این بتن از موضوعاتی است که کمتر مورد بررسی قرارگرفته است. در این تحقیق تأثیر میکروسیلیس و متاکائولین بر روی دوام بتن مسلح شده با الیاف شیشه با ایجاد چرخههای یخ وذوب بررسی شده است. مقدار میکروسیلیس و متاکائولین جایگزین سیمان برابر %۱۵ وزنی سیمان و میزان درصد الیاف دو مقدار ۱/۲ و ۲ درصد وزن حجمی الیاف شیشه در نظر گرفته شد. نتایج آزمایشها نشان داد افزودن الیاف شیشه به بتن با افزایش مقاومت خمشی به مقدار قابل توجهی شکلپذیری آن را افزایش میدهد. همچنین افزودن مواد پوزولانی و الیاف شیشه باعث جلوگیری از افت مقاومت فشاری و خمشی پس از گذراندن چرخههای یخ وذوب میشود.

کلمات کلیدی: بتن الیافی، الیاف شیشه، GFRC، دوام.

۱٫ مقدمه

خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مطلوب بتن آن را به پرمصرفترین مصالح در صنعت ساخت و ساز تبدیل نموده است. اما درکنار داشتن این ویژگیها، مقاومتکششی پایین بتن و ترکهای به وجود آمده در بتن تازه به دلیل پدیده جمع شدگی باعث افزایش نفوذپذیری، از بین رفتن سطح بتن و کاهش خواص مکانیکی میشود؛ به همین علت تقویت بتن و بهبود خواص آن از مهمترین مواردی است که امروزه مورد توجه جوامع علمی قرار گرفته است. از جمله مواد نوینی که جایگاه ویژهای در تقویت بتن به خود اختصاص داده، الیاف شیشهای میباشد.

بتن مسلح شده با الیاف شیشه۳ که متشکل از الیاف شیشه و ترکیبات سیمانی است عمده تنشهای فشاری را با انتقال به بتن و تنشهای کششی، خمشی و برشی را تا حد بالایی با انتقال به الیاف شیشه تحمل میکند.

بیشتر تحقیقات انجام شده بر روی بتنهای مسلح شده با الیاف شیشهای به اوایل دهه ۱۹۶۰ برمیگردد. در این زمان مقاومت GFRC های ساخته شده پس از مدت زمان نسبتا کوتاهی به علت وجود درصد زیاد سیلیس در محیط قلیایی ملات سیمان، کاهش مییافت. ادامه تحقیقات منجر به تولید الیاف شیشهای مقاوم در برابر محیطهای قلیایی۴ و محصولات GFRC پایاتر شد.[۱] در جدول شماره ۱ مشخصات برخی الیاف شیشه توسط

[۱] ACI 544.1R-96 ارائه شده است.

۳ Glass Fiber Reinforced Concrete 4 Alkali Resistant Glass Fiber

۱

جدول :۱ مشخصات برخی الیاف شیشه ای

مشخصه A-glass E-glass AR glass
(Cem-FIL)

چگالی ۲٫۴۶ ۲٫۵۴ ۲٫۷
مقاومت کششی (ksi) 450 500 360
مدول الاستیسیته (ksi) 9400 10400 11600
کرنش شکست (%) ۴٫۷ ۴٫۸ ۳٫۶

الیاف شیشه با ایجاد یکپارچگی در بتن، خصوصیات آن را به نحو قابل ملاحظهای بهبود میبخشد. عمده این خصوصیات شامل موارد زیر میشود:[۲]

-۱ مقاومتهای کششی و خمشی با استفاده از الیاف شیشه افزایش مییابد.

-۲ مقاومت در برابر خستگی افزایش یافته و عرض ترک و تغییر مکان کاهش مییابد. -۳ دوام بتن الیافی بیشتر از بتن ساده است.
-۴ قابلیت جذب انرژی در برابر بارهای دینامیکی، ضربه و انفجار و همچنین طاقت بتن الیافی بیشتر از بتن ساده است.

در سال ۱۹۹۷ ماریکنتا و همکارانش به ارزیابی تأثیر مواد پوزولانی بر روی دوام قطعات بتنی مسلح شده با الیاف شیشه پرداختند. آنها بیان کردند پس از مستغرق کردن نمونهها در آب ۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۸۴ روز، بتن الیافی دارای میکروسیلیس، حدود % ۵۰ کاهش مقاومت خمشی و %۶۰ کاهش مقاومت کششی از خود نشان میدهد؛ در حالی که طرح دارای متاکائولین، %۱۵ کاهش مقاومت خمشی و فقط % ۵ کاهش مقاومت کششی از خود نشان میدهد.[۳]

در سال ۲۰۱۱، اینفداک و همکارانش نمونههای بتن مسلح شده با الیاف شیشه را در معرض چرخههای یخ زدن و ذوب شدن قرار داده و پس از انجام آزمایش خمشی بیان کردند که نمونههای دارای %۱۰ و %۲۰ میکروسیلیس به ترتیب حدود %۲۵ و %۱۰ کاهش شکل پذیری از خود نشان میدهند؛ در حالی که نمونههای دارای %۱۰ متاکائولین کاهش چشمگیری در مقاومت خمشی از خود نشان نمیدهند.[۴]

در سال ۲۰۱۲، سرینواسا و همکارانش اعلام کردند که دوام بتن از نقطه نظر مقاومت در برابر حمله اسیدها، با افزودن الیاف شیشهای مقاوم در محیطهای قلیایی افزایش یافته است؛ به طوری که با افزودن الیاف شیشه، کاهش وزن و همچنین هیچ گونه اثری از حمله سولفات ها در بتن مشاهده نشد.[۵]

پایایی و دوام بتن از جمله مسائلی است که در گذشته کمتر به آن توجه شده است و طراحان سازهها عموما مقاومت فشاری را تنها معیار تأثیر گذار بر روی مقاومت و کیفیت سازه میدانستند؛ در صورتی که بتن تحت شرایط محیطی مخرب میتواند در کمتر از زمانی که به عنوان عمر مفید آن در نظر گرفته شده است آسیب دیده و مقاومت خود را از دست بدهد. در این تحقیق سعیکردهایم با تعیین میزان جذب آب و همچنین اندازهگیری مقاومت فشاری و خمشی نمونهها پس از گذراندن چرخههای یخ و ذوب به بررسی مساله دوام و رفتار طولانی مدت بتن مسلح شده با الیاف شیشه بپردازیم.

۲٫ مطالعات آزمایشگاهی

۱-۲ مواد و مصالح مصرفی

در این تحقیق از سیمان تیپ ۱ اصفهان و الیاف شیشه ای وارداتی دارای % ۱۶/۷ زیرکونیوم، با رشتههای به قطر ۱۶ میکرومتر و طول ۲۵ میلیمتر استفاده شده است. برای ساخت نمونههای الیافی از دو مقدار ۱/۲ و ۲ درصد وزن واحد حجم الیاف شیشهای۵ یعنی به میزان ۳۳ و ۵۴ کیلوگرم بر مترمکعب از الیاف شیشهای استفاده شده است.

۵ ۲۷۰۰ Kg/m3

۲

ماسه مورد استفاده ماسه سیلیسی با وزن مخصوص ۲/۶۴ gr/cm” و با دانه بندی یکنواخت کوچکتر از ۱/۲ mm میباشد. در جدول ۲ آنالیز شیمیایی ماسه مورد استفاده ارائه شده است.

جدول -۲ ترکیب شیمیایی ماسه سیلیسی

ترکیب شیمیایی SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O L.O.I

درصد ترکیب ۹۷ – ۹۹ ۰/۴ – ۱/۷ ۰/۲ – ۰/۶ ۰/۰۷ – ۰/۲ ۰ ۰ -۰/۰۱ ۰/۰۲ – ۰/۰۶ ۰/۰۱ – ۰/۳۵
موجود در ماسه

در طرحهای اختلاط موجود از میکروسیلیس ازنا با وزن مخصوص ۲/۲ gr/cm” و متوسط اندازه دانههای برابر ۰/۲ میکرومتر و متاکائولین با وزن مخصوص ۲/۶ gr/cm” برای کار آزمایشگاهی موجود استفاده شده است. میکروسیلیس و متاکائولین در طرحهای مورد نظر به میزان %۱۵ وزنی جایگزین سیمان شدهاند. مشخصات ترکیب شیمیایی میکروسیلیس و متاکائولین در جداول ۳ و ۴ نشان داده شده است.