تأثیر مسلح‌کردن با میله‌های فولادی کوتاه استخوانی شکل (BSS)

توضيح:
در ترجمه متن پيوست موارد ذيل قابل ذكر است:
۱- در برخي موارد به منظور رساتر نمودن مفهوم جمله و ضمن رعايت امانتداري در اصل متن برخي توضيحات داخل پرانتز آورده شده و در پايان كلمه مترجم با حرف م گذاشته شده- اين موارد جزء اصل متن نيست و مي‌توانيد در بازنويسي آنها از حذف يا از آنها استفاده كنيد.
۲- توضيحات و تصاوير و نمودارهاي با مداد روي اصل متن انجام شده است.

۳- در ابتداي متن(Steelwires ) ميله‌هاي فولادي و از اواسط متن مفتول‌هاي فولادي استفاده شده كه به نظر صحيح‌تر مي‌آيد.
۴- در سراسر متن اصطلاح Bone Shaped Short به صورت BSS و Conventional Straight Short به صورت CSS آمده كه در ترجمه هم به همين صورت استفاده شده
استحكام و دوام بتون مسلح شده با ميله‌هاي فولادي استخواني شكل (Bone- Shopad)

خلاصه مطالب
در اين تحقيق و مطالعه ما از طريق آزمايش تأثير مسلح‌كردن با ميله‌هاي فولادي كوتاه استخواني شكل (BSS) را در بهبود ويژگي‌هاي مكانيكي بتون مورد ارزيابي قرار داده‌ايم.
نتايج تست‌هاي خمشي چهار قطعه‌‌اي آشكار ساخت كه كاربرد ميله‌هاي فولادي BSS در مسلح نمودن بتون آنرا مستحكم‌تر، بادوام‌تر، و مقاومت‌تر در برابر ترك خوردن، نسبت به بتون‌هاي مسلح معمولي كه در آنها از ميله‌هاي فولادي كوتاه و صاف(CSS ) استفاده گرديده مي‌باشد.
ميله‌هاي فولادي (BSS) باعث تقويت بيشتر بتون در برابر ترك خوردن از طريق هدايت اين لوله‌ها( در بتون) و قفل‌شدن مكانيكي آنها در ناحيه بين انتهاي كروي شكل و پهن شده و بافت ترد و شكننده بتن مي‌گردد.

در نمونه‌هاي بتن مسلح شده با (BSS) قبل از فورپاشي نهايي ترك‌هاي طولي متعددي ايجاد گرديد در حاليكه نمونه‌هاي بتون مسلح شده با (CSS ) و يا غيرمسلح، ترك خوردن در ناحيه مركزي شروع و تا فروپاشي كامل نمونه گسترش يافت. ميله‌هاي فولادي (BSS) بصورت پلي در ناحيه ترك عمل نموده و در نهايت تغيير شكل( دفرمه‌شدن) و فروپاشي نهايي اتفاق مي‌افتد.

همچنين تركهاي ثانويه ايجاد شده در بافت قالب بتوني به صورت خطوطي از ناحيه مركزي انتشار مي‌يابد كه باعث استحكام و دوام اين ساختار مي‌گردد. در حاليكه در مورد نمونه‌هايي كه از (CSS) استفاده شده بود ميله‌ها براحتي از بافت قالب( بتوني) بدون دفرمه‌شدن( تغيير شكل اساسي) خود ميله‌ها و بتون اطراف ميله‌ها، از بافت اصلي خارج گرديدند.
بنابراين عملكرد ميله‌هاي (CSS) حتي نزديك به عملكرد ميله‌هاي (BSS) در ارتباط با تقويت و دوام نبودند.

۱- مقدمه
بتون غيرمسلح داراي توان انبساطي( يا كششي) پايين و استحكام كم مي‌باشند.
اين ساختار متداول معمولاً در زيرساختارهاي مهندسي سيويل( راه و ساختمان) از قبيل پياده‌روها ، خيابانها، بزرگراهها، استاديوم‌ها وپلها و فونداسيون خانه‌ها بكار مي‌رود.
تنش‌هاي حرارتي كه توسط تغييرات دما و نيز تنش‌هايي كه در اثر استفاده بوجود مي‌آيند غالباً سالهاي بعد از ساخت اين ساختارها ايجاد ترك در آنها مي‌گردد.
ويژگي‌هاي مكانيكي خاص كه برعملكرد ساختار بتوني اثر مي‌گذارد شامل مقاومت در برابر ايجاد اولين ترك حداكثر استحكام و دوام مي‌گردد.
در كاربرد بتوني كه ايمني نقش اساسي و حياتي ايفا مي‌كند از قبيل پل‌ها و ساختمانهاي مسكوني از ميله‌هاي فولادي داراي استحكام بالا بمنظور مسلح نمودن بتون براي ايجاد مقاومت در برابر ترك و تقويت استحكام و دوام كلي آن استفاده مي‌گردد.

در هر حال در اين روش ميله‌ها بوسيله دست به يكديگر متصل( وصل) مي‌گردند تا قبل از ريختن بتن ساختار فولادي محكمي ساخته شود كه در مجموع هزينه نيروي كار وزمان ساخت را افزايش مي‌دهد.
استفاده از رشته‌هاي كوتاه و صاف فلزي شيشه‌اي يا پليمر نيز در سالهاي اخير مورد بررسي قرار گرفته‌اند كه با موفقيت كمي همراه بوده‌اند.
استفاده از ميله‌هاي فولادي كوتاه (CSS) هزينه آرماتوربندي را كاهش داده و ويژگي‌هاي مكانيكي بتون را افزايش مي‌دهد.
ويژگي‌ بارز فيبرهاي(CSS) اين است كه بطور مستقيم با مواد تشكيل دهنده بتون مخلوط شده و بنابراين هزينه نيروي كار و نيز زمان اجرا را كاهش مي‌دهند.
موادي كه با فيبرها( يا يسم‌هاي فولادي) مسلح مي‌شوند در چند دهه گذشته مورد بررسي و مطالعه عميق قرارگرفته‌اند.

مؤثر بودن كاربرد فيبرهاي( يا رشته‌هاي ) كوتاه در سيستم‌هاي مختلف داراي بافتهاي( فيبري) پليمري، فلزي، و سراميكي نشان داده شده‌اند. در كليه اين سيستمها چالشي كه فراروي محققين قرارداشته افزايش استحكام و دوام اين سيستم‌ها بوده است. افزايش استحكام مواد تركيب شده غالباً شامل دوام در برابر خورده‌شدن و نيز توانايي مقاومت دربرابر انتشار و گسترش ترك‌هاي ايجاد شده به اطراف مي‌باشد. استحكام بالاي تركيب را مي‌توان با انتخاب فيبرهاي قوي و محكم و نيز حصول اطمينان از ايجاد بافت قوي بين مواد تشكيل دهنده افزايش داد.

اما در هر حال بايد توجه داشت كه پيوند قوي ايجاد شده داخلي به تنهايي ممكن است باعث كاهش دوام گردد چرا كه از هم گسيختگي دروني در اين سيستمها ممكن نيست و اين ساختاري است كه باعث ايجاد مقاومت در برابر گسترش ترك مي‌گردد.
اين از هم‌گسيختگي دروني باعث مي‌شود كه ترك تنها در اطراف فيبرها گسترش يابند و به فيبرهي دروني و بافت كلي آسيبي نرسد.
شكل ۱- ميله‌هاي فولادي استخواني شكل – طول ميله( يا رشته) فولادي mm 25 مي‌باشد.

در بسياري سيستم‌هاي مسلح تشكيل شده از بافت( يا رشته‌هاي) ترد هدايت شده به درون سيستم مانند ساختارهاي داراي بافت سيماني – فيبرهاي كوتاه فولادي مورد مطالعه در اينجا پيوند داخلي( اجزاي تشكيل دهنده) ضعيف ميباشد اين رشته‌هاي كوتاه در اين تركيب مي‌توانند باعث پيشگيري از گسترش ترك گردند و در نتيجه استحكام در برابر خورد شدن( يا از هم پاشيدگي كلي) افزايش مي‌يابد. اين رشته‌هاي كوچك به هنگام ايجاد ترك هر يك به تنهايي كشيده شده دچار شكستگي مي‌شوند و يا تغيير شكل مي‌دهند.

براي مثال اگر مقاومت اصطكاكي بين اجزاء تشكيل‌ دهنده واز هم گسيخته بافت اصلي ضعيف باشد و فيبرهاي داخلي براحتي آسيب ببيند يا برون كشيده شوند، مقدار نيروي لازم كم خواهد بود و بنابراين مقاومت كافي در برابر گسترش ترك را نخواهد داشت اگر چه در مقايسه با بتون معمولي استحكام و دوام اين بافت‌ها بيشتر است اخيراً روش جديدي براي استفاده از فيبرهاي(BSS) فاقد انتهاي پهن شده براي مسلح نمودن مواد استفاده گرديده كه بهبود قابل توجهي در تقويت ودوام مواد نشان داده است.

در مطالعات و تحقيقات گذشته سيستم تركيبي بصورت استفاده از فيبر پليمري و بافت اصلي پليمري بودند در حاليكه در مورد فيبرهاي BSS پس از ترك برداشتن بافت اصلي فيبرهاي بيرون كشيده شدند و از هم گسيختگي روي نداد.

در اين موارد مكانيزم مقاوم‌سازي اوليه دفرمه‌‌شدن( يا تغيير شكل اساسي دادن) در سطحي وسيع در اطراف بافت اصلي در ناحيه‌اي كه انتهاي پهن شده فيبرها بيرون زدند بوده است. در اين تحقيق ما پتانسيل( نيروي بالقوه) رشته‌هاي فولادي را همانگونه كه در شكل ۱ نشان داده شده است. وبصورت پلي در ناحيه ترك خورده عمل مي‌كند و باعث بهبود مقاومت بتن بنحو مؤثري مي‌گردد نشان خواهيم داد. بتون معمولاً تركيبي از سيمان و مواد متراكم درون آن مي‌باشد اما در اينجا ما براي سادي بتون ساده و بدون مواد متراكم را مورد بررسي قرار خواهيم داد و اگر چه بتون ساده

( سيماني ) مقاومت كمتري دربرابر ترك‌خوردگي از خود نشان مي‌دهد اما نتايج حاصله در هر حال براي ديگر بتون‌ها نيز كاربرد خواهد داشت چرا كه همه بتن‌ها در هر حال موادي ترد و شكننده مي‌باشند.

براي اين سيستم ما درخواهيم يافت كه رشته‌هاي فولادي در (BSS) كه در ناحيه ترك برداشته مي‌باديد مانند پلي از بافت اصلي محافظت نمايند غالباً تغيير شكل از نوع پلاستيكي مي‌دهند و در بسياري از موارد تا از هم‌گسيختگي پيش مي‌روند.
نتايجي كه از اين تحقيق بدست خواهد آمد و بتون مسلح با استفاده از (BSS) را شامل مي‌گردد ممكن است در مورد طيف وسيعي از تركيبات مسلح كه در آنها از روش هدايت فيبرها استفاده گرديده، كاربرد داشته باشد.

روش استفاده از تغيير شكل پلاستيكي مواد مسلح كننده در صورت استفاده صحيح باعث تقويت و استحكام بتون خواهد شد.
مكانيزم دوم تقويت استفاده از روش بيرون زدن فيبرها است. با تغيير رشته‌اي (CSS) به(BSS) ما در واقع از مكانيزم دوم به مكانيزم اولي ( تقويت) تغيير روش مي‌دهيم.
انتهاي پهن شده رشته‌هاي BSS باعث مي‌گردد آنها از بيرون خارج شوند و با تغيير
شكل پلاستيكي تا مرحله از هم‌گسيختگي كامل مقاومت كنند.

هدف از انجام اين تحقيق:
۱- بررسي مزاياي استفاده از رشته‌هاي (BSS) بعنوان يك روش مؤثر كارآمد و كم‌هزينه بمنظور تقويت استحكام سازه‌ها
۲- مطالعه مؤثربودن روش تغيير شكل پلاستيكي رشته‌هاي (BSS) نسبت به روش بيرون زدن رشته‌هاي (CSS) در بهبود مقاومت در برابر رسيدن به اولين ترك حداكثر مقاومت و استحكام و دوام مي‌باشد.

۲- مراحل روش‌هاي تجربي
سه نوع مورد آزمايش براي انجام تست» چهارنقطه« خمشي در مورد بتن مسلح با (BSS) و (CSS) و غير مسلح ساخته شدند.
اين تستها ما را قادر ساخت نقش(CSS) و (BSS) در تقويت استحكام بتون را بررسي و مقايسه نمائيم. ابعاد نمونه‌ها تقريباً ۲۵×۳۸×۲۴۰ ميليمتر انتخاب گرديد.
بعنوان (BSS) رشته‌هاي فولادي تجاري با نقطه از هم‌گسيختگي در فشار mpa 260 و عدم تاب كششي ۶/۱۲ درصد ساخته شدند.
شكل ۲ سختي كشش و فشار اين رشته‌ها را نشان مي‌دهد.

رشته‌هاي CSS,BSS هر دو با قطر mm 86/0 و طولmm 25 انتخاب گرديدند.
رشته‌هاي BSS ابتدا به طولmm 28 بريده شدند. و سپس با پهن نمودن دو سر به طول mm 25 درآمدند قطر انتهايي پهن شده mm 6/1 گرديد.
بافت سيماني( يا قالب سيماني) با مخلوط كردن ml 210 آب و ۶۰۰ گرم سيمان پرتلند( نسبت آب به سيمان ml/g ) تا بدست آمدن يك مخلوط كاملاً يكدست و يكنواخت تهيه گرديد.
نسبت آب به سيمان با توجه به اين مسئله در نظر گرفته شد كه با اين تركيب چگالي( يا چگالي‌بودن) تركيب به گونه‌اي است كه تعداد حباب‌هاي هوا در آن به حداقل محدود مي‌گردد و در عين حال از فرورفتن رشته‌هاي فولادي در مخلوط جلوگيري مي‌شد. در روش تهيه نمونه سيمان غير مسلح مخلوط آب- سيمان مستقيماً به داخل قالب ريخته شد و با تكان‌دادن قالب از خروج حباب‌هاي هوا و يكنواخت بودن مخلوط اطمينان حاصل گرديد.

شكل ۲- منحني‌هاي كشش –
فشار رشته‌هاي فولادي
براي ساخت قالبهاي بتن مسلح؛ سيم‌هاي فولادي BSS و CSS چهار لايه از سيم‌هاي فولادي با دقت درملات سيمان قرارداده شد. بطوريكه فاصله mm 25 ضخامت كاملاً مساوي تقسيم شده بود.
نحوه قرارگرفتن سيمهاي فولادي در شكل ۳ نشان داده شده است در ملات سيمان قرارگيرد قالب بر روي كناره‌هاي طولي قرارداده شده تا لايه بعدي جايگذاري شود چيدن( يا جايگذاري) رشته سيم‌هاي فولادي، باعث ميگردد انتهاي سيم‌ها كه در كنارهم قرارمي‌گيرند بصورت متقاطع يكديگر را قطع نكنند در غير اينصورت باعث ايجاد ترك خواهند گرديد. به اين ترتيب نسبت كسري حج.م سيم‌هاي فولادي براي CSS – ۸۶/۰ درصد و براي BSS – ۱ درصد بود. دليل اين افزايش نسبت پهن‌بودن انتهاي سيم‌هاي فولادي مي‌باشد.