بررسی ویژگی های مکانیک شکست بتن های الیافی پرمقاومت با استفاده از نمونه‌های آزمایشگاهی با دو هندسه متفاوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

2 گروه مهندسی عمران، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

چکیده

کاربرد الیاف به منظور جبران نقطه ضعف بتن در مقابله با تنش های کششی امری مرسوم و متداول است. در این پژوهش الیاف پلی‌پروپیلن با روکش پلی‌الفین به منظور تقویت مقاومت کششی بتن های پرمقاومت استفاده شده است. الیاف به کار گرفته شده به صورت ساده و شبکه ای با سه طول 19، 30 و 50 میلی متر بوده که در سه درصد حجمی مختلف 5/0، 1 و 5/1 درصد برای بررسی ویژگی های مکانیکی شامل مقاومت کششی و مدول الاستیسیته و همچنین ویژگی های شکست نمونه های تیر شیاردار و دیسک نیم استوانه شیاردار به بتن اضافه گردیده اند. اضافه کردن الیاف باعث افزایش مقاومت کشش دونیم شدگی، کاهش مدول الاستیسیته و افزایش انرژی شکست و طول مشخصه تا 90 برابر شده است. همچنین امکان پذیری استفاده از نمونه های دیسک نیم استوانه به عنوان جایگزین نمونه های تیر شیاردار در آزمایش خمش سه نقطه‌ای از طریق آزمون فرضیه مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که نتایج به دست آمده از نمونه تیر و دیسک نیم‌استوانه در سطح اطمینان 90% تفاوت معناداری نداشته و می‌توان از نمونه های دیسک نیم استوانه با حجم و وزنی به میزان 20 برابر کمتر از نمونه های تیر به منظور محاسبه مولفه های شکست استفاده نمود. همچنین روابط تجربی جهت تبدیل نتایج تیر و دیسک نیم‌استوانه به یکدیگر با استفاده از برازش داده‌ها به دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation on the Fracture Mechanics Characteristics of High Strength Fiber Reinforced Concrete Using Laboratory Specimens with Two Different Geometries

نویسندگان [English]

  • Alireza Aliakbari 1
  • Pouria Hajikarimi 1
  • Sina Fallah Hosseini 2
  • Fereidoon Moghadas Nejad 3
1 Department of Civil and Environment Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
3 Professor, Department of Civil and Environment Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
چکیده [English]

In this research, the effect of polypropylene fibers with polyolefin coating and specimen geometry on the mechanical properties of high-strength concrete (HSC) had been investigated. In this regard, two types of polypropylene fibers (monofilament and fibrillated) with three different lengths of 19, 30, and 50 mm and volume percentages of 0.5, 1, and 1.5 were used to fabricate two types of specimens: beam and semi-circular bending (SCB). The results had been collected based on an experimental program on high-strength concrete consisting of the tensile strength test, determination of the modulus of elasticity, and three-point bending test on beam and semi-circular bending specimens. As a result of adding fibers to HSC, the tensile strength, elasticity modulus, fracture energy and characteristics length were increased up to 42%, 71%, 90 times, and 87 times, respectively. Furthermore, by using the theory of hypothesis, it is concluded that it is possible to use a semi-circular bending specimen as an alternative of a beam specimen. Finally, linear regression and power relations had been fitted on the data to convert the results of the beam and the semi-circular bending to each other.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber-reinforced Concrete
  • Polypropylene Fibers
  • Fracture Mechanics
  • Notched Semi-Circular Disk
  • Notched Beam

مراجع

[1] Bazant, Z.P., Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials. 2019: Routledge.
[2] Hearing, B.P., Fracture behavior of mortar-aggregate interfaces in concrete. 1997, Massachusetts Institute of Technology.
[3] Madhavi, T.C., L.S. Raju, and D. Mathur, Polypropylene fiber reinforced concrete-a review. International journal of emerging technology and advanced engineering, 2014. 4(4): p. 114-118.
[4] حسامی, ا., د. مستوفی نژاد ، م. افتخار, بررسی خواص مکانیکی بتن فوق توانمند غیر مسلح و مسلح شده به الیاف فولادی، پلی پروپیلن و پلی وینیل الکل. تحقیقات بتن, 2019. 12(4): p. 5-18.
[5] Patel, M.J. and S. Kulkarni, Effect of Polypropylene Fibre on The High Strength Concrete. Journal of Information, Knowledge And Research in Civil Engineering, 2012. 2(2): p. 127.
[6] Thirumurugan, S. and A. Sivakumar, Compressive Strength Index of Crimped Polypropylene Fibres in High Strength Cementitious Matrix. World Appl. Sci. J, 2013. 24(6): p. 698-702.
[7] Gencel, O., et al., Mechanical properties of self-compacting concrete reinforced with polypropylene fibres. Materials Research Innovations, 2011. 15(3): p. 216-225.
[8] Jenq, Y.-S. and S.P. Shah, Features of mechanics of quasi-brittle crack propagation in concrete, in Current trends in concrete fracture research. 1991, Springer. p. 103-120.
[9] Guo, M., F. Grondin, and A. Loukili, Numerical analysis of the failure of recycled aggregate concrete by considering the random composition of old attached mortar. Journal of Building Engineering, 2020. 28: p. 101040.
[10] Rama, J.S.K., et al., A Review on Studies of Fracture Parameters of Self-compacting Concrete, in Advances in Structural Engineering. 2015, Springer. p. 1705-1716.
[11] Khalilpour, S., E. BaniAsad, and M. Dehestani, A review on concrete fracture energy and effective parameters. Cement and Concrete Research, 2019. 120: p. 294-321.
[12] Ajdani, A., et al., Mixed mode fracture characterization of brittle and semi-brittle adhesives using the SCB specimen. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2020: p. 102629.
[13] Saseendran, V., et al., Crack Length Correction and Root Rotation Angle in a Sandwich Single Cantilever Beam (SCB) Fracture Specimen. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, 2020.
[14] Cifuentes, H., et al., Influence of the properties of polypropylene fibres on the fracture behaviour of low-, normal-and high-strength FRC. Construction and Building Materials, 2013. 45: p. 130-137.
[15] Zhang, P. and Q. Li, Fracture Properties of Polypropylene Fiber Reinforced Concrete Containing Fly Ash and Silica Fume. Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 2013. 5(2): p. 665-670.
[16] Bencardino, F., et al., Implications of test methodology on post-cracking and fracture behaviour of steel fibre reinforced concrete. Composites Part B: Engineering, 2013. 46: p. 31-38.
[17] بهمنی, ه. و د. مستوفی نژاد, بررسی خواص مکانیکی بتن با عمل کرد بسیار بالای مسلح شده به الیاف پلی پروپیلن و الیاف ماکروی مصنوعی (بارچیپ). تحقیقات بتن, 2019. 12(1): p. 15-26.
[18] Korte, S., et al., Static and fatigue fracture mechanics properties of self-compacting concrete using three-point bending tests and wedge-splitting tests. Construction and Building Materials, 2014. 57: p. 1-8.
[19] Holušová, T., S. Seitl, and A. Fernández-Canteli, Numerical support of experimental compact tension test on concrete cylindric specimens. Transactions of the VŠB–Technical University of Ostrava, Civil Engineering Series, 2013. 13(2): p. 31-40.
[20] Holušová, T., S. Seitl, and A.F. Canteli. Comparison of fracture energy values obtained from 3PB, WST and CT test configurations. in Advanced Materials Research. 2014. Trans Tech Publ.
[21] Zhao, Z., S.H. Kwon, and S.P. Shah, Effect of specimen size on fracture energy and softening curve of concrete: Part I. Experiments and fracture energy. Cement and Concrete Research, 2008. 38(8-9): p. 1049-1060.
[22] Standard, A., C496. (2017). Standard test method for splitting tensile strength of cylindrical concrete specimens.
[23] Standard, A., C469, 2014,“Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression", ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014, DOI: 10.1520/C0469_C0469M-14.
[24] 12697-44, E., Bituminous Mixtures-Test Methods for Hot Mix Asphalt Part 44: crack Propagation by Semi-Circular Bending Test. 2010, European Committee for Standardization Brussels, Belgium..
[25] Recommendation, R.D., Determination of the fracture energy of mortar and concrete by means of three-point bend tests on notched beams. Materials and structures, 1985. 18(106): p. 285-290.
[26] Vandewalle, L., et al., RILEM TC162-TDF: Test and Design Methdos for Steel Fibre Reinforced Concrete: Design of steel fibre reinforced concrete using the sigma-w-method: principles and applications. Materials and structures, 2002. 35(249): p. 262-278.
[27] Hillerborg, A., The theoretical basis of a method to determine the fracture energyG F of concrete. Materials and structures, 1985. 18(4): p. 291-296.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار