Document Type : Research Paper
Authors
Abstract
Keywords
- مقدمه
ایده اضافه کردن الیاف به مخلوط‌های ترد و شکننده که توان کششی ناچیزی دارند؛ از زمان‌های قدیم وجود داشته است. بررسی‌ها نشان میدهد که تفکر استفاده از الیاف از روزگاران باستان وجود داشته است. مصریان قدیم از کاه برای مسلح کردن آجرهای گلی استفاده می‌کردند. علاوه بر این از الیاف پنبه نسوز و موی اسب نیز برای تسلیح استفاده می‌شده است [1].
امروزه در دنیا انواع بسیار متنوعی از الیاف برای کاربردهای گوناگون در بتن وجود دارد که یکی از پرکاربردترین آن‌ها، الیاف فولادی میباشد. الیاف فولادی دارای مدول الاستیسیته و کرنش شکست بالایی بوده که با توجه به قابلیت شکل‌پذیری مناسب و مقاومت کششی بالا از مناسب‌ترین و اقتصادی‌ترین نوع الیاف به حساب می‌آید. این نوع الیاف به اشکال ظاهری گوناگون (مستقیم، انتهای قلاب‌دار، دندانه‌دار و...) جهت بهبود رفتار بتن ساخته میشود. همچنین اختلاط آن‌ها با دیگر مواد بتن به سهولت انجام میپذیرد [2]. این مزیت‌ها سبب میشود که الیاف فولادی بیشترین کاربرد را نسبت به سایر الیاف داشته باشند. از جمله کاربردهای این الیاف را می‌توان در ساخت سازه‌های تحت ضربه و انفجار، باند فرودگاه‌ها، کف سالن‌های صنعتی، لوله‌ها و پوسته‌های نازک، تونل‌ها، کف‌سازی خیابان‌ها، قسمت‌هایی که در معرض تغییرات بالای دما و حتی در دماهای بسیار بالا هستند اشاره کرد. با توجه به مزایای ویژه و کاربردهای وسیع بتن مسلح به الیاف فولادی جا دارد، ضمن شناخت بیشتر این تکنولوژی اقدامات لازم برای به کارگیری عملی آن صورت گیرد.
در سال 1847، Joseph Lambot پیشنهاد کرد که با اضافه کردن الیاف پیوسته به شکل سیم به بتن یک ماده ساختمانی جدیدی می‌توان تولید کرد [3]. در سال 1910 یک سری آزمایشات برای مقاومت بتن به وسیله الیاف کوتاه توسط Porter انجام شد. او با اضافه کردن گل میخ[1] افزایش مقاومت کششی و خردشدگی بتن را بدست آورد. در سال‌های بعد از 1910 ساخت المان‌های کامپوزیت شامل سیمان و پنبه نسوز توسط Lhatshelc توسعه یافت. در سال 1939 Zitkevic یک روش برای بهبود رفتار بتن مسلح یافت. او از الیاف سیم آهنی تقریباً به طول100میلی‌متر و قطر10میلی‌متر که به الیاف فولادی مورد استفاده در بتن امروزی بسیار شبیه بود استفاده کرد و نتیجه گرفت که مقاومتهای فشاری، کششی و برشی افزایش مییابد [4]. از اوایل دهه 1960 تاکنون تحقیقات متعددی در زمینه بتن مسلح به الیاف فولادی صورت گرفته است. اولین تلاش جدی برای مسلح کردن بتن به وسیله جاگذاری الیاف فولادی توسط Baston و Ramualdi در اوایل دهه 1960 در کشور آمریکا صورت گرفت. بعد از آن، تحقیقات و کاربردهای صنعتی بسیار زیادی درباره بتن مسلح با الیاف فولادی انجام گرفته است [5]. L A Qureshi و همکاران خواص بتن با مقاومت بالا را با افزودن الیاف فولادی بررسی کردند. نتایج آزمایش نشان داد که با افزایش الیاف فولادی، مقاومت کششی به صورت خطی افزایش مییابد و سرعت افزایش در 7 روز اول بیشتر میباشد [6]. M N Hadi آزمایشی را جهت مقایسه رفتار دال بتنی مسلح با استفاده از الیاف فولادی و پلی پروپیلن انجام داد. نتایج آزمایش نشان میدهد که افزایش یک درصد حجمی الیاف فولادی بهترین تأثیر را در شکل‌پذیری دال‌ها دارد [7].
بررسی نتایج تحقیق Nataraja ، Dhang و Gupta در سال 2005 نشان میدهد که با کاربرد 5/0درصد حجمی الیاف فولادی موج‌دار مقاومت ضربه‌ای اولین ترک و مقاومت ضربه‌ای نهایی بتن معمولی به ترتیب 5/1 برابر و 8/ 1برابر میشود [8]. همچنین بررسی نتایج تحقیق Song و همکاران در سال 1999 نشان میدهد با کاربرد یک درصد حجمی الیاف فولادی قلاب‌دار مقاومت ضربه‌ای اولین ترک و مقاومت ضربه‌ای نهایی بتن با مقاومت بالا به ترتیب 9/3 برابر و 4/2 برابر میشود [9].
1-2- ساخت بتن الیافی
معمولاً بتن مسلح به الیاف فولادی همانند بتن ساده ریخته و متراکم میشود. روش طراحی مخلوط‌های بتن مسلح به الیاف فولادی اساساً شبیه طراحی بتن ساده است.با وجود این ، باید برخی ملاحظات برای پخش یکنواخت الیاف و جلوگیری از جداشدگی یا پدیده گلولهای شدن[2] و ایجاد یک مخلوط کارا جهت ریختن، تراکم و پرداخت بتن به عمل آید [2].
الیاف به خاطر آسانی پخش باید به صورت خشک وارد مخلوط شوند. مشکل گلولهای شدن اغلب به دلیل استفاده از مقادیر زیاد الیاف (بیش از 2 درصد حجمی یا حتی 1 درصد حجمی با نسبت طول به قطر بالا) و یا اضافه کردن خیلی سریع الیاف به مخلوطی که آب کافی و یا کارایی کافی ندارد به وجود می‌آید [10]. در این پدیده الیاف نزدیک به هم جمع شده، سبب کاهش کارایی مخلوط بتن و در نتیجه کاهش مقاومت و نرمی بتن سخت شده میگردد [2].
2- برنامه آزمایش و روش تحقیق
تحقیق حاضر با هدف بررسی تأثیر میزان الیاف و رده مقاومتی بتن بر پارامترهای مقاومتی بتن با الیاف فولادی به انجام آزمایش‌هایی بر روی این بتن در مقادیر مختلف الیاف با ردههای مقاومتی مختلف می‌پردازد. در ادامه به شرح هرکدام از مؤلفه‌های مقاومتی و رفتار بررسی شده در این تحقیق پرداخته میشود.
2-1- آزمایش مقاومت ضربه ای
آزمایش تعیین مقاومت ضربه‌ای بتن 28روزه مسلح به الیاف فولادی مطابق با روش Drop-weight test (آزمایش وزنه افتان) روی نمونه‌های مکعبی به ابعاد150×150×150میلی‌متر در سه رده مقاومتی انجام می شود. طرح اختلاط بتن‌های ساخته شده جهت دست‌یابی به سه رده مقاومتی 25، 35 و 45 مگاپاسکال تنظیم گردیده است. تعداد 3 نمونه در هر یک از ردههای ذکر شده با 4 مقدار بدون الیاف، 15، 25 و 35 کیلوگرم الیاف در مترمکعب ساخته شده است. تمامی نمونهها به مدت دو روز پس از ساخت در پارچه مرطوب نگهداری شده و سپس در حوضچه آب قرار گرفتهاند. مقاومت نمونهها پس از 28 روز اندازهگیری و میانگین آن‌ها ثبت گردیده است. برای تعیین مقاومت ضربه‌ای بتن روش استانداردی وجود ندارد. آزمایش ضربه پرتابه، آزمایش شارپی، آزمایش وزنه افتان و آزمایش میله هاپکینسون، از جمله آزمایش‌های متداولی هستند که برای بررسی رفتار ضربه‌ای بتن توسط کمیته ACI544-2R [11] پیشنهاد شده است. با دستگاه آزمایش وزنه افتان با ضربات تکرارشونده، تعداد ضربه برای ایجاد سطح مشخصی از گسیختگی بدست می‌آید که معیاری از ظرفیت جذب انرژی مصالح است. این آزمایش با سقوط وزنه 54/4 کیلوگرمی از ارتفاع 457 میلی‌متری انجام میشود و ضربات تکراری تا رسیدن به سطوح مشخص از ترک‌خوردگی (اولین ترک‌خوردگی و گسیختگی پایانی) ادامه مییابد [12]. در این تحقیق، از این روش برای بررسی مقاومت ضربه‌ای بتن و تأثیر الیاف فولادی در میزان بهبود عملکرد آن تحت این نوع بارگذاری استفاده شده است.
شکل 1- وزنه افتان با ضربات تکرارشونده
شکل 2- بتن در حالت گسیختگی نهایی
شکل 3- پیدایش اولین ترک در بتن
2-2- آزمایش مقاومت کششی
برای مقاومت کششی، نمونه‌های استوانه‌ای بتن مسلح به الیاف فولادی در سه رده مقاومتی با استفاده از آزمایش شکافت نمونه (آزمایش برزیلی) مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج با یکدیگر و با نمونه بدون الیاف مقایسه می‌شوند. آزمایش اندازهگیری مقاومت کششی در سن 28 روز براساس استاندارد ASTM C496 انجام گرفت.
در این آزمایش از نمونه‌های استوانه ای به ابعاد 300×150 میلی‌متر استفاده می گردد. تعداد 3 نمونه در هریک از رده های ذکر شده با چهار مقدار بدون الیاف، 15، 25 و 35 کیلوگرم الیاف در مترمکعب ساخته شده است.
شکل 4- نمونه استوانه‌ای درحال تست کشش به روش شکافت نمونه (برزیلی)
2-3- آزمایش مقاومت فشاری
مقاومت فشاری نمونهها در سن 28 روز براساس استاندارد ASTM C39 روی نمونه‌های مکعبی به ابعاد150×150×150 میلی‌متر مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج آن‌ها با یکدیگر و با نمونه بدون الیاف مقایسه میگردد.
شکل 5- نمونه‌های مکعبی در حال آزمایش فشاری
2-4- آزمایش مقاومت خمشی
مقاومت خمشی نمونه‌های مکعب مستطیلی بتن مسلح به الیاف فولادی در سه رده مقاومتی با استفاده از آزمایش بارگذاری دو نقطه‌ای مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج با یکدیگر و با نمونه بدون الیاف مقایسه می‌شوند. ابعاد نمونه‌های مکعب مستطیلی به ابعاد 500×100×100 میلی‌متر میباشد. طرح اختلاط بتن‌های ساخته شده جهت دست‌یابی به سه رده مقاومتی 25، 35 و 45 مگاپاسکال تنظیم گردیده است. تعداد سه نمونه در هریک از ردههای ذکر شده با چهار مقدار بدون الیاف، 15، 25 و 35 کیلوگرم الیاف در مترمکعب ساخته شده است.
P/2 P/2
2.5 15 15 15 2.5
شکل 6- بارگذاری دو نقطه‌ای برای تعیین مقاومت خمشی
مقاومت بتن در خمش (مدول گسیختگی) با استفاده از رابطه (1) محاسبه گردید.
Fr = MC/I =PL/bh2 (1)
Fr= مقاومت خمشی بتن الیافی برحسبN/mm2
P= حداکثر بار وارده توسط دستگاه برحسب N
L= طول فاصله دو تکیه‌گاه برحسب mm
b=عرض نمونه بر حسبmm
h=ارتفاع نمونه برحسب mm
شکل 7- نمونه خمشی پس از آزمایش به روش بارگذاری دو نقطه‌ای
2-5- مصالح مصرفی
سنگدانه‌های مورد استفاده در ساخت نمونهها از معادن شهرستان سبزوار تهیه شده است که شامل ریزدانه طبیعی (0-5 میلی‌متر) و درشت‌دانه شکسته (5-25 میلی‌متر) مطابق با الزامات استاندارد ملی ایران به شماره 302 میباشد. حداکثر اندازه سنگدانه‌های مصرفی 19 میلی‌متر در نظر گرفته شده است. علی‌رغم اینکه شن مورد استفاده عاری از خاک و مواد اضافی میباشد به منظور اطمینان بیشتر، شن مورد استفاده قبل از شروع آزمایشات مجددا شسته و پس از آن تدابیر لازم برای رسیدن مجموعه شن به رطوبت یکسان برای آزمایشات به کار گرفته شد. ماسه مصرفی نیز از نوع رودخانه‌ای می‌باشدکه مشابه شن مصرفی در محل آزمایشگاه شسته شد.
آب مصرفی در ساخت کلیه نمونهها آب شرب شهری و سیمان مورد استفاده در ساخت کلیه نمونهها سیمان تیپ دو تولیدی کارخانه سیمان لار شهرستان سبزوار و از نوع بدون پوزولان میباشد. الیاف مورد استفاده در ساخت نمونهها از جنس فولاد با انتهای قلاب‌دار تولید شرکت صنایع مفتولی زنجان از دسته Crimped-End wire و نوع Type I مطابق استاندارد ASTM 820 میباشد. مشخصات این الیاف در جدول شماره (1) ارائه گردیده است.
شکل 8- الیاف فولادی مورد استفاده برای ساخت نمونهها
همچنین فوق روان کننده نوع Fabcrete-101 ساخت شرکت فن‌آوران بتن ایران فابیر استفاده گردیده است که براساس آیین‌نامه ASTM-C494 در رده Type-G قرار دارد.
جدول شماره1- مشخصات الیاف فولادی مصرفی
|
قطر الیاف (mm) |
طول الیاف(mm) |
نسبت طول به قطر |
چگالی(kg/m3) |
مقاومت کششی(Mpa) |
|
8/0 |
51 |
75/63 |
7850 |
1220 |
2-6- طرح اختلاط
برای طرح اختلاط بتن مورد استفاده از روش اختلاط استاندارد آئین نامه ACI-211 استفاده میشود [13]. جزئیات طرح اختلاط برای هر یک از ردههای مقاومتی بتن در جدول شماره (2) نشان داده شده است.
|
رده مقاومتی بتن (Mpa) |
سیمان (kg/m3) |
ماسه kg/m3)) |
شن (kg/m3) |
آب (kg/m3) |
فوق روان کننده Lit/m3 |
W/C
|
|
C25 |
350 |
625 |
1150 |
175 |
0 |
5/0 |
|
C35 |
400 |
825 |
950 |
160 |
5 |
4/0 |
|
C45 |
420 |
875 |
900 |
126 |
5/6 |
35/0 |
3- نتایج آزمایشات
در ادامه نتایج به دست آمده برای آزمایشات انجام شده درج خواهد شد. در جدول شماره (3) نتایج مربوط به آزمایش مقاومت ضربه نشان داده شده است. مقاومت کششی نمونه‌های استوانه‌ای با استفاده از آزمایش شکافت نمونه (آزمایش برزیلی) و با اعمال نیروی فشاری قطری روی آزمونه استوانه‌ای بتن که بصورت افقی بین دو صفحه دستگاه آزمایش قرار گرفته تعیین گردید.
جدول شماره3- مقاومتهای ضربه‌ای بتن الیافی برای ردههای مقاومتی مختلف
|
درصد افزایش تعداد ضربه در گسیختگی نهایی نسبت به بتن بدون الیاف |
درصد افزایش تعداد ضربه در اولین ترک نسبت به بتن بدون الیاف |
درصد افزایش تعداد ضربه بعد از ایجاد اولین ترک تا گسیختگی نهایی |
افزایش تعداد ضربه بعد از ایجاد اولین ترک تا گسیختگی نهایی |
تعداد ضربه در گسیختگی نهایی |
تعداد ضربه در اولین ترک روی سطح |
مقدار الیاف (Kg/m3) |
رده بتن (MPa) |
|
0 |
0 |
4 |
11 |
286 |
275 |
بدون الیاف |
C 25 |
|
36 |
26 |
11 |
36 |
382 |
346 |
15 |
|
|
52 |
39 |
14 |
53 |
435 |
382 |
25 |
|
|
56 |
41 |
22 |
79 |
445 |
386 |
35 |
|
|
0 |
0 |
6 |
17 |
311 |
294 |
بدون الیاف |
C 35 |
|
64 |
46 |
14 |
80 |
508 |
428 |
15 |
|
|
71 |
50 |
21 |
91 |
531 |
440 |
25 |
|
|
78 |
52 |
23 |
104 |
552 |
448 |
35 |
|
|
0 |
0 |
7 |
22 |
352 |
330 |
بدون الیاف |
C 45 |
|
56 |
41 |
18 |
84 |
548 |
464 |
15 |
|
|
67 |
49 |
20 |
96 |
586 |
490 |
25 |
|
|
83 |
53 |
28 |
141 |
645 |
504 |
35 |
برای محاسبه مقاومت کششی نمونه‌های استوانه‌ای با استفاده از آزمایش شکافت نمونه (آزمایش برزیلی)، از فرمول 2 استفاده شده است.
T= مقاومت کششی (کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب)؛
P= حداکثر بار اعمال شده (کیلوگرم)؛
L= طول نمونه (سانتی‌متر)؛
d= قطر نمونه (سانتی‌متر)؛
همچنین برای تعیین مقاومت فشاری و خمشی مطابق استاندارهای ذکر شده آزمایش‌ها بر روی نمونهها انجام گردید. نتایج حاصل در جدول شماره 4 نمایش داده شده است.
|
تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) |
مقاومت خمشی (Mpa) |
تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) |
مقاومت فشاری (Mpa) |
تغییرات مقاومت نسبت به بتن بدون الیاف (درصد) |
مقاومت کششی (Mpa) |
مقدار الیاف Kg/m3 ) ( |
رده بتن (Mpa) |
|
0 |
3/2 |
0 |
32 |
0 |
2/3 |
بدون الیاف |
C 25 |
|
130 |
3/5 |
1/3 |
33 |
5/12 |
6/3 |
15 |
|
|
165 |
1/6 |
4/9 |
35 |
12/28 |
1/4 |
25 |
|
|
208 |
1/7 |
1/3- |
31 |
5/62 |
2/5 |
35 |
|
|
0 |
6/2 |
0 |
36 |
0 |
3/5 |
بدون الیاف |
C 35 |
|
150 |
5/6 |
5/5- |
34 |
10 |
85/3 |
15 |
|
|
180 |
2/7 |
2/11 |
40 |
74/25 |
6/4 |
25 |
|
|
211 |
1/8 |
4/8 |
39 |
86/62 |
7/5 |
35 |
|
|
0 |
3 |
0 |
44 |
0 |
8/3 |
بدون الیاف |
C 45 |
|
160 |
8/7 |
5/4 |
46 |
42/18 |
5/4 |
15 |
|
|
197 |
9/8 |
9 |
48 |
21/34 |
1/5 |
25 |
|
|
215 |
45/9 |
5/10 |
49 |
75 |
65/6 |
35 |
4- تحلیل و بررسی نتایج
نمودارهای 1 و 2 نشان میدهند که استفاده حداقلی از الیاف فولادی مقاومت ضربه‌ای برای ایجاد اولین ترک و مقاومت نهایی بتن را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش میدهد. به طوریکه برای رده مقاومتی 45 مگاپاسکال با افزودن 35 کیلوگرم الیاف، تعداد ضربه برای ظهور اولین ترک نسبت به بتن بدون الیاف تا 53 درصد و تعداد ضربه تا گسیختگی نهایی نسبت به بتن بدون الیاف تا 83 درصد افزایش پیدا میکند. این موضوع نشان میدهد؛ مصرف الیاف حتی به مقدار کم تأثیر قابل توجهی در افزایش مقاومت ضربه‌ای بتن دارد.
نمودار 1- تأثیر مقدار الیاف در مقاومت ضربه‌ای برای اولین ترک با توجه به رده بتن
نمودار 2- تأثیر مقدار الیاف در مقاومت ضربه‌ای برای گسیختگی نهایی با توجه به رده بتن
نمودارهای 1 و 2 همچنین نشان میدهند که در بتن‌هایی با رده مقاومتی بالاتر، تأثیر الیاف بر مقاومت ضربه‌ای تا بروز اولین ترک و گسیختگی نهایی بیشتر است. همانگونه که در جدول 3 نیز ذکر شده، درصد افزایش تعداد ضربه برای پیدایش اولین ترک و گسیختگی نهایی نسبت به بتن بدون الیاف، برای بتن با 35 کیلوگرم الیاف و مقاومت 25 مگاپاسکال به ترتیب برابر 41 درصد و 56 درصد میباشد ولی همین درصد در بتن با مقاومت 45 مگاپاسکال به ترتیب برابر 53 درصد و 83 درصد میباشد. با توجه به جدول شماره 4 و نمودار شماره 3 می‌توان گفت که الیاف فولادی باعث افزایش چشمگیر مقاومت کششی بتن میگردد. نمودار 3 حاکی از این است که با افزایش رده مقاومتی بتن تأثیر افزایش الیاف در افزایش مقاومت کششی بتن الیافی افزایش مییابد به طوریکه در بتن با رده مقاومتی 45 مگاپاسکال با مصرف 35 کیلوگرم الیاف، 75 درصد مقاومت کششی بتن الیافی افزایش مییابد؛ درحالی که مصرف همین مقدار الیاف در بتن با رده مقاومتی 25 مگاپاسکال، موجب افزایش 5/62 درصد مقاومت کششی بتن الیافی میگردد.
نمودار 3- تأثیر مقدار الیاف در مقاومت کششی بتن الیافی
یکی دیگر از نتایج مهمی که افزودن الیاف به بتن ایجاد میکند افزایش چقرمگی و قدرت جذب انرژی میباشد؛ که نقش مهمی در نوع شکست بتن ایفا میکند. شکل 9 نمونه‌های تست شده پس از آزمایش شکافت را نشان میدهد. ملاحظه میگردد با وجود الیاف، چقرمگی کششی بتن به طور قابل توجهی افزایش یافته و رفتار بتن نرمتر میگردد.
شکل 9- تأثیر الیاف بر میزان چقرمگی کششی بتن
نکته دیگری که در این خصوص قابل توجه است، اینکه در رده مقاومتهای بالاتر تأثیر حضور الیاف بر افزایش چقرمگی کششی بتن ملموستر میباشد. نمودار شماره 4 نشان میدهد که با هر چند افزایش الیاف، مقاومت فشاری بتن افزایش میدهد؛ اما این افزایش چندان قابل ملاحظه نیست. آنگونه که از جدول شماره 4 برمیآید؛ مقاومت فشاری در بهترین شرایط یعنی با مصرف 35 کیلوگرم الیاف آن هم در رده مقاومتی 45 مگاپاسکال بیشتر از 5/10 درصد افزایش نیافته است. بدیهی است با توجه به قیمت الیاف این مقدار افزایش در مقاومت فشاری در ازای هزینه انجام شده مقرون به صرفه نمیباشد.
نمودار 4- تأثیر مقدار الیاف در مقاومت فشاری
اما شاید مزیت حاصل از افزایش میزان چقرمگی بتن الیافی، که باعث نرم تر شدن بتن میگردد توجیه قانع کنندهتر و منطقیتری برای استفاده از الیاف در بتن باشد تا افزایش مقاومت فشاری آن. همانگونه که در نمودار شماره 5 ملاحظه میشود؛ استفاده از الیاف فولادی، مقاومت خمشی بتن را به طور چشمگیری افزایش میدهد. نکته مهم در اینباره این است که در حجمهای پایین الیاف دارای تأثیر بهتری میباشند. با توجه به قیمت نسبتاً بالای الیاف، 15 کیلوگرم به عنوان بهترین مقدار توصیه میشود.
نمودار5- تأثیر مقدار الیاف در مقاومت خمشی بتن الیافی با توجه به رده بتن
با توجه به جدول شماره 4 با مصرف 35 کیلوگرم الیاف برای بتن‌هایی با رده مقاومتی 45 مگاپاسکال رشد 215 درصد در مقاومت خمشی رخ میدهد. این مقدار که بیشترین رشد در مقاومت خمشی نیز میباشد تأثیر بالای الیاف بر مقاومت خمشی بتن را نشان میدهد. این نمودارها همچنین نشان میدهند که افزایش مقاومت به واسطه افزودن الیاف ارتباطی کاملاً ملموس با رده مقاومتی بتن دارد. به سخن دیگر تأثیر وجود الیاف در بتن‌های با رده مقاومتی بالاتر مشهودتر میباشد.
نمودار6- نسبت مقاومت خمشی بتن الیافی به بتن بدون الیاف تحت تأثیر افزایش مقدار الیاف
بررسی نمونهها پس از بارگذاری -همانگونه که از شکلهای 10 و 11 نیز مشخص میباشد- نشان میدهد که استفاده از الیاف چقرمگی خمشی بتن را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش میدهد. موضوع افزایش چقرمگی را می‌توان در سه حالت زیر بررسی کرد:
الف: نمونه‌های خمشی در بتن‌های بدون الیاف و از هر رده بتنی از وسط دو نیم شده و کاملا از هم جدا میگردد.
ب: نمونه‌های خمشی در بتن‌های با الیاف کم و مقاومت پایین ترک خورده، به طوریکه ابعاد ترک قابل توجه میباشد.
ج: نمونه‌های خمشی با افزایش الیاف ترک برداشته اما ابعاد ترکها به طور کاملاً محسوسی کاهش مییابد. ترکها در این حالت به گونهای است که با چشم غیرمسلح به سختی رؤیت میشود.
شکل 10- تأثیر الیاف در چقرمگی مخصوص خمشی
شکل 11- تأثیر الیاف در چقرمگی مخصوص خمشی
5- نتیجه‌گیری
1- استفاده حداقلی از الیاف فولادی مقاومت ضربه‌ای تا ظهور اولین ترک و رسیدن به مقاومت نهایی بتن را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش میدهد. حتی مقدار کم الیاف نیز تأثیر قابل توجهی در بهبود مقاومت ضربه‌ای بتن دارد.
2- تأثیر الیاف بر مقاومت ضربه‌ای تا بروز اولین ترک و رسیدن بتن به مرحله گسیختگی در بتن‌های با رده مقاومتی بالا به مراتب بیشتر است.
3- افزایش الیاف فولادی باعث افزایش چشمگیر مقاومت کششی بتن میگردد. هرچه مقدار الیاف بیشتر باشد روند افزایش مقاومت کششی بتن نیز افزایش مییابد. با افزایش رده مقاومتی بتن تأثیر افزایش الیاف در افزایش مقاومت کششی بتن الیافی نیز بیشتر میشود. همچنین افزایش الیاف فولادی موجب افزایش قابل ملاحظه چقرمگی مخصوص کششی و نرمتر شدن رفتار بتن میگردد.
4- افزایش مقاومت فشاری بتن با افزایش الیاف قابل ملاحظه نمیباشد. هر چند با افزودن الیاف چقرمگی فشاری بتن افزایش مییابد و رفتار بتن نرمتر میشود.
5- استفاده از الیاف، مقاومت خمشی بتن را به طرز چشمگیری افزایش میدهد و این موضوع ارتباط کاملا ملموسی با رده مقاومتی بتن نیز دارد؛ به طوری که تأثیر افزایش الیاف در بتن‌های با رده مقاومتی بالاتر بیشتر میباشد.
6- بررسی ظاهری نمونهها پس از بارگذاری نشان میدهد که استفاده از الیاف چقرمگی مخصوص خمشی بتن را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش میدهد.
)