تعیین آزمایشگاهی خصوصیات مکانیکی کامپوزیت‌های سیمانی الیافی توانمند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه، گروه عمران دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار، گروه عمران دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

چکیده

کامپوزیت­های سیمانی الیافی به‌صورت موادی مرکب با دو مؤلفه اصلی شامل الیاف و ملات تعریف می‌شوند. الیاف و ملات به سبب وجود پیوستگی با یکدیگر کار می­کنند که منجر به تشکیل یک کامپوزیت قوی می­گردد. کامپوزیت­های سیمانی الیافی توانمند (HPFRCC) یک نوع خاص از کامپوزیت­های سیمانی الیافی هستند که علامت مشخصه­ی آن‌ها رفتار سخت‌شوندگی کرنش درکشش پس از اولین ترک­خوردگی است. هدف از این مقاله درک بهتر رفتار سخت‌شوندگی کرنش در کامپوزیت‌های سیمانی الیافی توانمند تحت بارهای فشاری تک‌محوری، خمش چهار نقطه‌ای و برش خالص است. پارامترهای مؤثر در این پژوهش نوع الیاف و مسیر بارگذاری است. در این آزمایش‌ها از سه نوع الیاف شامل الیاف فولادی قلاب‌دار، الیاف فولادی موجدار، الیاف پلی‌پروپیلن، به‌صورت الیاف تنها و ترکیبی با میزان حجمی 5/1% در مخلوط ملات استفاده شده است. جهت دستیابی به رفتار سخت‌شوندگی کرنش قابل‌قبول نسبت‌های اختلاطی مختلفی موردبررسی قرار گرفته است و بهترین طرح اختلاط معرفی گردیده است. مسیرهای بارگذاری انتخاب‌شده شامل بارگذاری فشاری تک‌محوری، خمش چهار نقطه‌ای و برش خالص است. خصوصیات مکانیکی در فشار با استفاده از نمونه‌های استوانه‌ای تعیین شده است. آزمایش‌های خمش چهار نقطه‌ای بر روی نمونه‌های منشوری بدون شکاف و آزمون‌های برش مستقیم بر روی نمونه‌های شکاف دار (جهت کاهش سطح مقطع با گسیختگی اجباری) انجام شده است. نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش‌ها، جهت ارزیابی تأثیر نوع الیاف، بر طاقت خمشی، برشی و شکل‌پذیری در فشار مورد آنالیز بیشتر قرارگرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که خصوصیات مکانیکی HPFRCC، افزایش قابل‌توجهی نسبت به بتن معمولی در آن‌ها ایجاد می‌گردد. استفاده از HPFRCC با توجه به عملکرد مناسب در فشار، کشش و برش می‌تواند به‌عنوان راهکاری به‌منظور جلوگیری از تراکم آرماتور، کاهش میزان زیاد آرماتورهای عرضی در اتصالات تیر به ستون و افزایش ظرفیت برشی و شکل‌پذیری اعضا باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Evaluation of Mechanical Properties of High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites

نویسندگان [English]

  • M.H Saghafi 1
  • H Shariatmadar 2
  • A Kheyroddin 3
1 PHD Student of Structural Engineering, Faculty of Eng., Ferdowsi University of Mashhad, Iran.
2 Associate Prof., Civil Eng. Dept., Faculty of Eng., Ferdowsi University of Mashhad, Iran
3 Professor, Civil Engineering Faculty, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

High Performance Fiber Reinforced Cementitious composites (HPFRCCs) are basically integrated with two main components including fiber and mortar. These two ingredients are interactively affected due to interfacial bonding which develop a strong composite. HPFRCCs are specific kinds of Fiber Reinforced cementitious composites which can undergo strain hardening behavior after initial cracks. In the present study, it is aimed to understand the strain hardening behavior of HPFRCCs under uniaxial compression, four-point flexural loads and pure shear. The types of fibers and loading path are the effective parameters in this study. Three types of fibers including Hooked end steel fibers, wavy steel fibers and Poly propylene fibers have been solely used or compounded 1.5% by volume of fibers in mortar mixtures. Different mix ratios have been evaluated to achieve the acceptable strain hardening behavior and the best mix ratio has been introduced. Uniaxial compression, four-point flexural loads and pure shear have been chosen as loading paths. The four-point flexural tests on splitless prisms and direct shear tests on split specimens (to decrease the non-optional failure cross section) have been applied. The test results have been more evaluated to assess the effects of types of fibers on shear and flexural toughness and ductility under compression. It is revealed that the mechanical properties of HPFRCCs have been considerably enhanced rather than normal concretes. HPFRCCs can be applied as an appropriate technique to restrain the reinforcement congestion, decrease the high value of transverse reinforcements at beam-column joints and also improve the shear capacity and ductility of the members.

کلیدواژه‌ها [English]

  • HPFRCC
  • Strain Hardening
  • Flexural Toughness Factor
  • Shear toughness factor