—d1979

دانشکده فني و مهندسي
گروه عمران
بررسي تاثير نانوسيليس بر خواص مکانيکي
و دوام بتنهاي حاوي الياف پليپروپيلن
استاد راهنما:
دکتر يعقوب محمدي
استاد مشاور:
مهندس طاهر باهر طالاري
توسط:
حسن مصطفي زاده
دانشگاه محقق اردبيلي
تابستان 1390

تقدير و تشکر
حمد و سپاس خداي را که بر من منت نهاد و اين توفيق حاصل شد که خدمتي ناچيز به دست اندرکاران جامعه مهندسي نمايم.
بر خود لازم مي دانم از زحمات و عنايات اساتيد محترم، جناب آقاي دکتر يعقوب محمدي که مسئوليت هدايت و راهنمايي اينجانب را بر عهده داشتند، آقاي مهندس طاهر باهر طالاري، دکتر قاسم زاده موسوي نژاد و مهندس ابیترابی که زحمات اين عزيزان در به ثمر نشستن اين پايان نامه بسي چشمگير و قابل ستايش بود کمال تشکر را دارم.از مسئولين محترم آزمايشگاههاي بتن و تحصيلات تکميلي آقاي مهندس اصغري و مهندس هوشمند و همچنين آقاي سليمي نگهبان محترم آزمايشگاهها که در هر ساعتي پذيراي من و دوستانم بودند سپاسگزاري مي کنم. از خانواده و دوستان عزيزم که مرا در اين راه همراهي کردند نهايت قدرداني را دارم.
در پايان از کليه کارکنان دانشکده فني و مهندسي بخصوص اساتيد گروه عمران صميمانه تشکر و قدرداني مي نمايم.
حسن مصطفي زاده
تابستان1390
نامخانوادگي : مصطفيزاده نام : حسن
عنوان پاياننامه : بررسي تاثير نانوسيليس بر خواص مکانيکي و دوام بتن حاوي الياف پليپروپيلن
استاد راهنما : دکتر يعقوب محمدي
استاد مشاور : مهندس طاهر باهر طالاري
مقطع تحصيلي : کارشناسيارشد رشته : عمران گرايش : سازه دانشگاه : محقق اردبيلي
دانشکده : فني و مهندسي تاريخ فارغ التحصيلي : 14/4/90 تعداد صفحات :100
کلمات کليدي : 1– نانوسيليس 2- پليپروپيلن 3- بتن اليافي
چکيده :
در اين پاياننامه اثر نانوسيليس بر روي خواص مکانيکي و دوام بتن حاوي الياف پليپروپيلن بررسي شد. الياف پليپروپيلن مصرفي به طول mm 18 و نسبت طول به قطر mµ 9/0 استفاده گرديد. تاثير الياف و نانوسيليس در سه درصد مختلف براي هر کدام در نسبتهاي 1/0 ، 2/0 و 3/0 درصد براي الياف و2 ، 4 و 6 درصد براي نانوسيليس روي بتن با نسبت آب به سيمان 38/0 مورد مقايسه و بررسي قرار گرفت. در مجموع بيش از 192 نمونه مکعبي و استوانهاي براساس استانداردهاي ASTM ساخته شد و آزمايشهاي مقاومت فشاري، مقاومت کششي غيرمستقيم، آزمايش التراسونيک و مقاومت الکتريکي روي نمونهها انجام پذيرفت.
نتايج حاصل از آزمايشات بيانگر افزايش قابل توجهي در مشخصات مکانيکي و دوام بتن بود. مقاومت فشاري تا 55 درصد و مقاومت کششي تا 25 درصد افزايش يافت. افزايش چشمگير مقاومت الکتريکي نيز نشان از دوام بالاي اين نوع بتن داشت.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول :مقدمه و کلّيات
1-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2. معرفي بتن اليافي…………………………………………………………………………………………………………………………..2
1-2-1. تعريف………………………………………………………………………………………………………………………………………..3
1-2-2. آيين نامه هاي معتبر بتن اليافي……………………………………………………………………………………………..3
1-3. کاربردهاي بتن اليافي …………………………………………………………………………………………………………………..4
1-3-1. بتن پرتابي(شاتکريت) ………………………………………………………………………………………………………………4
1-3-2. دالهاي روي بستر …………………………………………………………………………………………………………………….5
1-3-3. صنايع نظامي ……………………………………………………………………………………………………………………………7
1-3-4. کف سالنهاي صنعتي ……………………………………………………………………………………………………………….7
1-4. مزايا و معايب بتن اليافي ………………………………………………………………………………………………………………7
1-5. جنبه هاي اقتصادي بتن اليافي…………………………………………………………………………………………………….8
1-6. نانو مواد در بتن …………………………………………………………………………………………………………………………….9
1-7. خلاصه و اهداف تحقيق ……………………………………………………………………………………………………………..10
1-8.پيشينه تحقيق …………………………………………………………………………………………………………………………….10
1-9. مقايسه چند نوع الياف از نظر هندسه ……………………………………………………………………………………….11
1-10.مقايسه اثر نوع هاي مختلف الياف از نظر جنس در بتن اليافي ……………………………………………….12
1-11. تحقيقاتي که منحصراً بر روي خواص مکانيکي بتن حاوي الياف پلي پروپيلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است………………………………………………………………………………………………………………………………….13
1-12. اثر نانوسيليس بر روي خمير سيمان……………………………………………………………………………………….15
1-13. اثر نانوسيليس بر بتن ………………………………………………………………………………………………………………15
1-14. تحقيقات انجام شده در ايران ………………………………………………………………………………………………….16
1-15. خواص مکانيکي الياف………………………………………………………………………………………………………………18
1-15-1. تاريخچه………………………………………………………………………………………………………………………………..18
1-15-2. انواع الياف…………………………………………………………………………………………………………………………….19
1-15-2-1. الياف مصنوعي…………………………………………………………………………………………………………………19
1-15-2-2. الياف کربن………………………………………………………………………………………………………………………19
1-15-2-3. الياف آراميد……………………………………………………………………………………………………………………..20
1-15-2-4. الياف شيشه و آزبست……………………………………………………………………………………………………..20
1-15-2-5. الياف فلزي……………………………………………………………………………………………………………………….21
1-15-2-6. الياف گياهي وطبيعي………………………………………………………………………………………………………22
1-51-2-7. الياف پلي پروپيلن……………………………………………………………………………………………………………22
1-15-2-7-1. مزاياي الياف پلي پروپيلن نسبت به مش ضد ترك ( آرماتور حرارتي )……………………23
1-15-2-7-2. روش و ميزان مصرف …………………………………………………………………………………………………24
1-15-2-7-3. ويژگيهاي بتن اليافي حاوي الياف پلي پروپيلن…………………………………………………………24
1-15-2-7-4. كاربردهاي الياف پلي پروپيلن …………………………………………………………………………………..25
1-15-2-8. آزمايش اسلامپ بتن اليافي…………………………………………………………………………………………….26
1-16. نانو مواد ها و مشخصات آنها…………………………………………………………………………………………………….26
1-16-1. مواد نانو كمپوزيت………………………………………………………………………………………………………………..27
1-16-2. بتن با عملكرد بالا (HPC) ………………………………………………………………………………………………..27
1-16-3. نانو سيليس آمورف……………………………………………………………………………………………………………..27
1-16-3-1. نانوسيليس و مقايسه بعضي خواص آن با سيليکافيوم……………………………………………………28
1-16-4. نانو لوله ها…………………………………………………………………………………………………………………………….30
فصل دوم: مواد و روشها
2-1. مواد مورد استفاده(Material) ………………………………………………………………………………………………..33
2-1-1. سيمان…………………………………………………………………………………………………………………………………….33
2-1-1-1. سيمان پرتلند پوزولاني (PPC) ………………………………………………………………………………………33
2-1-2. آب اختلاط……………………………………………………………………………………………………………………………..35
2-1-3. سنگدانه ها……………………………………………………………………………………………………………………………..35
2-1-3-1. آزمايش لس آنجلس بر روي سنگدانه هاي درشت……………………………………………………………36
2-1-4. الياف پلي پروپيلن…………………………………………………………………………………………………………………..37
2-1-5. ماده افزودني نانوسيليس………………………………………………………………………………………………………..38
2-1-6. ماده افزودني فوق روان کننده………………………………………………………………………………………………..38
2-1-7. قالب ها……………………………………………………………………………………………………………………………………40
2-1-8. روش انجام آزمايشها(Methods) ……………………………………………………………………………………….40
2-1-9. روش تعيين طرح اختلاط به صورت کلي………………………………………………………………………………41
فصل سوم: نتايج و بحث
3-1. آزمايشهاي انجام شده…………………………………………………………………………………………………………………45
3-2. نتايج آزمايشهاي بتن اليافي……………………………………………………………………………………………………….45
3-2-1. آزمايش مقاومت فشاري…………………………………………………………………………………………………………46
3-2-1-1. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)………………………………..47
3-2-1-2. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B ……………………………………………..50
3-2-1-3. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C………………………………………………51
3-2-1-4. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D …………………………………………….54
3-2-1-5. بررسي کلي نمودار هاي آزمايش مقاومت فشاري……………………………………………………………56
3-2-2. آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم……………………………………………………………………………………57
3-2-2-1. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A(مرجع)……………..59
3-2-2-2. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B………………………….61
3-2-2-3. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C…………………………63
3-2-2-4. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D………………………….65
3-2-2-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم………………………………………..67
3-2-3. آزمايش سرعت پالس التراسونيک (UPV)…………………………………………………………………………..68
3-2-3-1. روش سرعت پالس……………………………………………………………………………………………………………..68
3-2-3-2. عوامل موثر بر سرعت پالس……………………………………………………………………………………………….69
3-2-3-3. کاربرد روش سرعت پالس………………………………………………………………………………………………….69
3-2-3-4. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A……………………………….70
3-2-3-5. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B……………………………….73
3-2-3-6. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C……………………………….75
3-2-3-7. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D……………………………….77
3-2-3-8. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش التراسونيک…………………………………………………………………….79
3-2-4. مقاومت الکتريکي……………………………………………………………………………………………………………………80
3-2-4-1. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)……….82
3-2-4-2. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف B……………………..85
3-2-4-3. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف C……………………..87
3-2-4-4. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف D…………………….89
3-2-4-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت الکتريکي…………………………………………………………..90
فصل چهارم: نتيجهگيري و پيشنهادات
4-1. نتيجهگيري………………………………………………………………………………………………………………………………….96
4-2. پيشنهادها و موضوعات تحقيقي…………………………………………………………………………………………………97
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..99
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل1-1 . يک نمونه شاتکريت با بتن اليافي با الياف 6 ميليمتري پلي پروپيلن…………………………………6
شکل1-2 . يک نمونه دال پل که در کانزاس آمريکا با بتن اليافي ساخته شده است………………………….6
شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن اليافي و بتن حاوي نانوذرات(نانوسيليس)…………………………………..9
شکل 1-4. شاخص سايش بتنهاي حاوي درصد هاي مختلف نانوتيتانيوم در سن 28 روزه……………31
شکل 2-1. سيمان پوزولاني اردبيل…………………………………………………………………………………………………….34
شکل 2-2. الياف 18 ميليمتري مورد استفاده در آزمايشات………………………………………………………………38
شکل 2-3. فوق روان کننده و نانوسيليس مصرفي(سمت چپ نانوسيليس) …………………………………….39
شکل 3-1. دستگاه آزمايش مقاومت فشاري و کششي غيرمستقيم…………………………………………………..47
شکل 3-2. مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس در سنين 28 و 90 روزه (مرجع) ……………49
شکل 3-3. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس……………………………………………49
شکل 3-4. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس…………………………………………………………..51
شکل 3-5. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس ………………………………….51
شکل 3-6. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس…………………………………………………………..53
شکل 3-7. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس ………………………………….53
شکل 3-8. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس در سنين مختلف……………… …………….55
شکل 3-9. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس……………………………………55
شکل 3-10.درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 28 روزه به ازاي درصدهاي مختلف نانوسيليس…………………………………………………………………………………………………………………………………………..56
شکل 3-11. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس…………………………………………………………………………………………………………………………………………….57
شکل 3-12. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) ………………………………60
شکل 3-13. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم براي نمونه هاي بدون نانوسيليس…………..60
شکل 3-14. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس……………………………………62
شکل 3-15. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس…………..62
شکل 3-16. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس……………………………………64
شکل 3-17. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس…………..64
شکل 3-18. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس……………………………………66
شکل 3-19. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس…………..66
شکل 3-20. درصد افزايش مقاومت کششي نمونههاي 28 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس……………………………………………………………………………………………………………………………………………67
شکل 3-21. درصد افزايش مقاومت کششي نمونههاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس…………………………………………………………………………………………………………………………………………….68
شکل 3-22. سونيسکوپ مورد استفاده در آزمايش التراسونيک(تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي)…………………………………………………………………………………………………………………………………………….69
شکل 3-23. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع)……………………………….72
شکل3-24. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي درصد هاي مختلف الياف pp………….72
شکل 3-25. مدوا الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 2% نانوسيليس……………………………………….74
شکل 3-26. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 2% نانوسيليس……………………………….74
شکل 3-27. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس……………………………………76
شکل 3-28. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 4 % نانوسيليس………………………………76
شکل 3-29. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس……………………………………78
شکل 3-30. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 6 % نانوسيليس………………………………78
شکل 3-31. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 28 روزه…………………………………………………..79
شکل 3-32. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 90 روزه…………………………………………………..80
شکل 3-33. دستگاه اندازه گيري مقاومت الکتريکي………………………………………………………………………….82
شکل 3-34. مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) ……………………………………………….84
شکل 3-35. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس……………………………………..84
شکل 3-36. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس…………………………………………………….86
شکل 3-37. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس…………………………….86
شکل 3-38. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس…………………………………………………….88
شکل 3-39. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس…………………………….88
شکل 3-40. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس…………………………………………………….90
شکل 3-41. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس……………………………..90
شکل 3-42. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 28 روزه ………………………………………………….91
شکل 3-43. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 90 روزه ………………………………………………….92
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1. فرآورده هاي سيماني تقويت شده با الياف ………………………………………………………………………………5
جدول 1-2. الياف هاي مورد استفاده در بتن…………………………………………………………………………………………….21
جدول 2-1. ترکيب سيمان مصرفي……………………………………………………………………………………………………………34
جدول 2-2. دانه بندي سنگدانه هاي مصرفي…………………………………………………………………………………………….35
جدول 2-3. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب A……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-4. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب B……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-5. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب C……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-6. نتايج آزمايش لس آنجلس براي ترکيب هايA و B و C……………………………………………………37
جدول 2-7. مشخصات الياف پلي پروپيلن مصرفي…………………………………………………………………………………….37
جدول 2-8. مشخصات نانوسيليس مصرفي………………………………………………………………………………………………..38
جدول 2-9. مشخصات فوق روان کننده مصرفي……………………………………………………………………………………….39
جدول 2-10. مشخصات مصالح براي طرح اختلاط طبق ACI………………………………………………………………..41
جدول 2-11. نتايج طرح اختلاط بتن براساس ACI………………………………………………………………………………..42
جدول 2-12. ميزان مصالح مصرفي در طرح اختلاط ها……………………………………………………………………………42
جدول 2-13. طرح اختلاط هاي بتن اليافي حاوي نانوسيليس…………………………………………………………………43
جدول 3-1. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A………………………………………….48
جدول 3-2. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B …………………………………………50
جدول 3-3. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C………………………………………….52
جدول 3-4. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D………………………………………….54
جدول 3-5. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A …………………..59
جدول 3-6. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B…………………….61
جدول 3-7. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C…………………….63
جدول 3-8. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D…………………….65
جدول 3-9. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A ……………………………………………….71
جدول 3-10. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B…………………………………………….73
جدول 3-11. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C …………………………………………….75
جدول 3-12. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D……………………………………………..77
جدول 3-13. رابطه بين مقاومت الکتريکي و خوردگي بتن………………………………………………………………………81
جدول 3-14. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف A……………………………………………83
جدول 3-15. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف B…………………………………………….85
جدول 3-16. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف C…………………………………………….87
جدول 3-17. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف D……………………………………………89

فصل اول
مقدمه و کلیات
فصل اول
مقدمه و کلّيات
1-1. مقدمه
امروزه بتن به عنوان يکي از پرمصرفترين مصالح جهان و به عنوان ماده ساختماني قرن بيست و يکم شناخته شده است. ساخت اين ماده مرکب با استفاده از ارزانترين و در دسترسترين مواد ساده از يک سو، انعطافپذيري، خواص مقاومتي و دوام آن از سوي ديگر و نيز استفاده از موادي در ساخت آن که به پاکسازي و کاهش آلودگي محيط زيست کمک مينمايد موجب آن شده است که بتن به عنوان مصالح ممتاز مطرح شود]1[. بتن ماده اي است که داراي مقاومت زياد در فشار بوده و از اين رو استفاده از آن براي قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسيار مناسب است. ليکن عليرغم مقاومت فشاري قابل توجه، مقاومت کششي کم و شکنندگي نسبتاً زياد بتن استفاده از آن را براي قطعاتي که تماماً يا به طور موضعي تحت کشش هستند را محدود مينمايد]2[. اين عيب اساسي بتن در عمل با مسلح کردن آن با استقرار آرماتورهاي فولادي در جهت نيروهاي کششي برطرف ميگردد. شايان ذکر است که در موارد متعددي جهت اين نيروهاي کششي به طور دقيق معلوم نيست. همچنين با توجه به اينکه آرماتور بخش کوچکي از مقطع را تشکيل ميدهد، تصور اينکه مقطع بتن يک مقطع همگن و ايزوتروپ باشد صحيح نخواهد بود. به منظور ايجاد شرايط ايزوتروپي و کاهش ضعف شکنندگي و تردي بتن تا حد ممکن در چند دهه اخير استفاده از الياف نازک و نسبتاً طويل که در تمام حجم بتن پراکنده ميشود متداول شده است]3[.
مساله ديگري که اخيراً مورد توجه دانشمندان علم بتن قرار گرفته است استفاده از نانومواد در بتن بوده است. محققان با آزمايشات مختلف به اين نتيجه رسيدند که مشخصات بتن حاوي نانو مواد در مقايسه با بتن معمولي تحت تاثير واکنشهاي شيميايي نانومواد با ذرات سيمان و بلورهاي هيدروکسيد کلسيم موجود در سيمان، عملکرد ماده مرکب بتني را به شدت تحت تأثير قرار ميدهد]4.[
1-2. معرفي بتن اليافي
1-2-1. تعريف: طبق تعريف ACI 544.1R-82 ، بتن ساخته شده از سيمان هيدروليکي، آب، شن، ماسه و الياف، بتن مسلح با الياف يا بتن اليافي ناميده ميشود. در بتن اليافي مانند بتن معمولي ميتوان از پوزولانها و ديگر مواد مضاعف استفاده کرد. الياف در شکلها و اندازه هاي متفاوت، و از جنس فولاد، مواد پليمري، شيشه و مواد طبيعي مورد استفاده قرار ميگيرد ]5[.
1-2-2. آيين نامههاي معتبر بتن اليافي
علاوه بر مطالعات و پژوهشهايي که بصورت مقالات معتبر در مجلات و يا کنفرانسها ارائه گرديده است. آيين نامههاي بتن نيز بخشي از قسمتهاي خود را به بتن اليافي اختصاص دادهاند. از جمله اين آيين نامهها، آيين نامه ACI (انجمن بتن آمريکا) ميباشد که با معرفي کميتهاي جداگانه به نام ACI-544 به بررسي مسائل بتن اليافي پرداخته است. اين کميته اولين گزارش را در سال 1973 ارائه نمود و تاکنون اين کميته با چهار گزارش کلي کار خود را افزايش داده است. گزارش هاي اين کميته با نامهاي فرعي 3R,2R,1Rو 4R ناميده ميشوند.
در گزارش ACI,544-1R که در سال 1996 ارائه گرديد و در سال 1999 بازبيني شد، اطلاعات کاملي از انواع الياف و خواص آنها و تاثير آنها بر روي خواص مکانيکي بتن به علاوه آزمايش اندازهگيري طاقت بتن اليافي آمده است. در اصل اين گزارش بيشتر به شناسايي انواع الياف قابل کاربرد در بتن پرداخته و آنها را مقايسه کرده است]6.[
در گزارش ACI,544-2R که در سال 1989 ارائه گرديد طريقه انجام آزمايشات و استانداردهاي لازم آورده شده است و در مواردي همانند آزمايش ضربه و … حتي طريقه ساخت دستگاه آزمايش نيز توضيح داده شده است]7[.
در گزارش ACI,544-3R که در سال 1998 ارائه گرديد، در مورد طرح اختلاط و مصالح مناسب براي بتن اليافي توضيح داده شده است. در اين گزارش روشي براي طرح اختلاط آورده نشده بلکه دو طرح اختلاط مثال زده شده و پيشنهاداتي براي بهتر شدن خواص بتن اليافي آورده شده است. به عنوان مثال هر چه سنگدانه ها در بتن اليافي کوچکتر باشند نقش الياف در بتن اثرگذارتر خواهد بود و يا اينکه پيشنهاد گرديده که در بتن اليافي در صورت امکان از سيمان بيشتري استفاده گردد]8[.
در گزارش ACI,544-4R که در سال 1988 ارائه گرديد. به روشهاي طراحي با الياف فولادي پرداخته شده است. البته نتايج اين طراحيها هنوز در ACI- 318 وارد نگرديده است]9[.
از آييننامه هاي ديگر، آييننامه JSCE ژاپن ميباشد که روش اندازهگيري طاقت بتن اليافي که توسط اين آييننامه ارائه گرديده از اهميت بالايي نزد محققين برخوردار است. در ضمن آييننامه RILEM در اروپا نيز گزارشهايي در مورد بتن اليافي منتشر کرده است.]10[.
3. کاربردهاي بتن اليافي
بتن مسلح به الياف را ميتوان به تنهايي و يا به همراه بتن مسلح معمولي بکار برد. در مواردي که ميتوان بتن اليافي را به تنهايي بکار گرفت، عبارتند از:
کف کارخانه ها، توقفگاهها، جايگاههاي بنزين و سالنهاي صنعتي
روسازي بتني بزرگراهها، جاده ها و فرودگاهها
سازه هاي ضد انفجار و ضد حريق
ديواره ها و کف کانالها
قطعات پيش ساخته
در ديگر مواردي که ميتوان بتن مسلح معمولي و يا بتن پيش ساخته به کار برد:
شالوده براي موتورها و ماشينآلات بزرگ، پرسهاي بزرگ، ژنراتورهاي ديزلي
قطعات مربوط به تونلسازي و حفاري معادن
ديوارهاي حفاظتي، پناهگاهها
تير هاي پيشتنيده بتني شمعهاي ضربهگير
موارد استفاده از فراوردههاي سيماني تقويت شده با الياف گوناگون در جدول 1-1 آورده شده است.
کاربردهاي مهم بتن اليافي عبارتند از]11[:
1-3-1. بتن پرتابي(شاتکريت)
يکي از کاربردهاي مهم الياف در بتنپاشي است، بتنپاشي معمولاً براي اجراي لايههاي نازک مناسب است. به طور کلي بتن پاشي به دو روش خشک و تر قابل اجراست. در روش خشک پس از اختلاط مصالح خشک، در حين عبور افشانک آب مورد نياز اضافه ميگردد. در روش تر، مخلوط به طور کامل ساخته ميشود و سپس در محفظه پمپ دستگاه بتن پاش قرار ميگيرد و از طريق لوله به افشانک انتقال مييابد. در عمده شاتکريتهاي بتن اليافي از روش خشک استفاده به عمل ميآيد. از روش تر نيز ميتوان استفاده کرد، با اين وجود توجه بيشتري جهت توزيع الياف بايد به عمل آيد. بيشترين استفاده از بتنپاشي با الياف در نگهداري زيرزمينها، بويژه ديواره تونلها و معادن، سازه هاي پوسته اي و تعميرات سازههاي دريايي و کانالهاي آب ميباشد ]12و13[.
1-3-2. دالهاي روي بستر
دالهاي روي بستر حاوي الياف جهت جلوگيري از شکستهاي ناشي از بارهاي ديناميکي و متمرکز و ترکهاي ناشي از بار و غير آن (مانند حرارت و جمع شدگي) در کف سالنهاي صنعتي مورد استفاده قرار ميگيرند و جايگزين دالهاي مسلح به آرماتور در اکثر موارد ميشوند. اين دالها در روسازي جادهها، پيادهروها، فرودگاهها و بويژه سالنهاي صنعتي مورد استفاده قرار ميگيرند. با استفاده از اين نوع بتن(بتن اليافي) روسازي فرودگاهها را مي توان 25 تا 40 درصد نازکتر از بتن غير مسلح و با فاصله درزهاي اجرايي بيشتر، اجرا کرد.
خستگي خمشي عامل مهمي است که بر عملکرد روسازي اثر ميگذارد. اطلاعات موجود نشان ميدهد که الياف، مقاومت بتن را بطور موضعي و کلي در برابر خستگي به نحو قابل ملاحظهاي افزايش ميدهند]12[.
جدول 1-1. فرآورده هاي سيماني تقويت شده با الياف
شيشه پانلهاي پيش ساخته، ديوارنما، لولههاي فاضلاب، سقفهاي پوستهاي بتني
فولاد بلوکهاي سقفي، روکش جادهها، کف پلها، سازههاي مقاوم در برابر انفجار، پي ماشينآلات
پليپروپيلن شمعها، دالهاي بتني، سازههاي دريايي، پوشش تونلها، سازههاي تحت بارگذاري ضربهاي
آزبست ورقهها، لوله، صفحهها، لولههاي فاضلاب، ورقههاي صاف يا موجدار
کربن واحدهاي موج دار جهت کفسازي، جداکنندههاي موج دار
کولار همانند الياف کربن
بامبو صفحات ساختماني (اجزاي چوبي در ساختمانها)
پودر ميکا به عنوان ماده جايگزين آزبست در ورقههاي سيماني و لولههاي بتني
الياف گياهي مواد ارزان قيمت جهت پوشش سقف و پانلهاي نما

شکل1-1 . يک نمونه شاتکريت با بتن اليافي با الياف 6 ميليمتري پليپروپيلن]14[

شکل1-2 . يک نمونه دال پل که در کانزاس آمريکا با بتن اليافي ساخته شده است.
1-3-3. صنايع نظامي
از بتن مسلح به الياف در برخي از کشورها در صنايع نظامي استفاده گسترده به عمل ميآيد. کاربردهاي سازه اي آن استفاده از الياف با و يا بدون تسليح توسط آرماتورهاي معمولي است که در قطعات دالها، ديوارها، کف، تيرها و ستونها انجام ميگيرد. نتايج آزمايشها نشان داده است که اين گونه قطعات در مقابل انفجار، پخش شدگي و پراکندگي بسيار کمتري در مقايسه با دالهاي غيرمسلح به آرماتورهاي معمولي ايجاد ميکنند]12[.
1-3-4. کف سالنهاي صنعتي
به علت خاصيت الياف در افزايش مقاومت ضربه اي، بتن اليافدار نسبت به بتن معمولي (حدود 5 تا 10 برابر)، توجه عمدهاي در ساخت کف سالنهاي صنعتي به الياف معطوف است زيرا تخريب سريع سالنهاي صنعتي، بر اثر بارهاي ديناميکي و ضربه ماشينآلات و قطعات سنگين، بزرگترين مشکل در اين گونه سازه ها به شمار ميرود. افزايش مقاومت ضربهاي، مقاومت بيشتري را در مقابل تورق و هوازدگي بتن به وجود ميآورد]11[.
1-4. مزايا و معايب بتن اليافي
اليافي که به طور تصادفي در سرتاسر بتن پخش شده اند مي توانند ترکها و افت هاي حاصل از جمعشدگي پلاستيک را بطور همزمان کنترل کنند. اين مواد ترکيبي (بتن اليافي) مقاومت و ظرفيت جذب انرژي بالايي دارند. به طور کلي الياف نميتوانند جايگزين خوبي براي آرماتورهاي مرسوم مورد استفاده در سازه هاي باربر همانند تيرها و ستونها باشند. الياف و آرماتور هر کدام نقش خود را در تکنولوژي بتن دارند و نميتوانند جايگزين يکديگر شوند ولي ميتوانند در جاهاي زيادي با يکديگر مورد استفاده قرار بگيرند]12[. هر چند در تنشهاي کششي بزرگ الياف در مقايسه با آرماتورهاي فولادي کارآمد نيستند ولي الياف در کنترل ترکها و جمع شدگي بتن بهتر عمل ميکنند. در نتيجه آرماتورهاي متداول براي ظرفيت باربري عضو بتني استفاده ميشوند ولي الياف در کنترل ترکها بسيار موثر هستند.
به علت اين تفاوتها کاربردهاي بخصوصي براي الياف وجود دارد که آنها را از آرماتورهاي معمول متمايز کردهاست که عبارتند از:
الياف نقش مسلحکننده اوليه را بازي ميکنند کاري که آرماتورهاي فولادي نميتوانند انجام دهند. تراکم الياف در سازههاي پوستهاي نازک معمولا ميتواند به ميزان حداکثر 5 درصد حجمي افزايش يابد که اين امر موجب افزايش چشمگيري در طاقت و مقاومت ملات و بتن ميشود.
الياف در سازههايي که بار يا تغييرشکلهاي زيادي را به صورت موضعي تحمل ميکنند مثل شمعهاي پيشساخته، ديوارهاي پيشساخته، سازه هاي مقاوم در برابر انفجار و در تونلها ميتوانند مورد استفاده قرار بگيرند.
الياف در کنترل ترکهايي که بر اثر دما و رطوبت به وجود ميآيند از قبيل روسازي راهها و دالها کاربرد دارند.
استفاده از آرماتورهاي فولادي و شبکه هاي سيمي مستلزم مصرف هزينههاي غيرضروري جهت نيروي انساني و مصالح ميگردد. با جايگزين کردن توزيع پخش تصادفي الياف کوتاه جهت مسلح کردن بتن، هزينههاي نيروي انساني و مصالح به طور قابل توجهي کاهش مييابد.
الياف تغيير شکلهاي حاصل از افت پلاستيک و خستگي را کاهش ميدهند.
به طور کلي الياف يک مسلح کننده موثر براي کنترل عرض ترکها و افت حاصل از جمع شدگي ميباشند و زماني که ترکهاي ريز توسط الياف کنترل ميگردند از بوجود آمدن ترکهاي بزرگ و مسائل بعدي ميتوان جلوگيري کرد]15[.
مزاياي استفاده از بتن اليافي عبارتند از]12[:
مقاومت ضربهاي و دوام خستگي و مقاومت برشي بتن را افزايش ميدهند.
براي اجرا و نصب آنها تجهيزات خاصي نياز نميباشد.
مقاومت در برابر ترک خوردگي، شکلپذيري بلندمدت، ظرفيت جذب انرژي و طاقت بتن را افزايش ميدهند.
يک بتن مسلح در همه جهات را در اختيار ما قرار ميدهند.
با مواد مضاعف و همه تيپهاي سيمان و مواد تشکيل دهنده بتن سازگار ميباشند.
مقاومت بتن را در مقابل تورق، سايش و هوازدگي سطحي افزايش ميدهند.
1-5. جنبههاي اقتصادي بتن اليافي
از ديد اقتصادي استفاده از الياف بستگي به کاربرد و شرايط پروژه دارد. الياف اکنون جايگاه خود را در پروژه هاي عمراني پيدا کردهاست. و ارزيابي اقتصادي آن بيشتر مربوط به نوع الياف مصرفي و چگونگي استفاده از آن ميباشد. ولي در مواردي که از الياف به جاي مش بندي استفاده ميگردد، فقط بحث برابري قيمت الياف و مش بندي فولادي نميباشد بلکه نيروي انساني ماهر، وسايل و تجهيزات و فضاي انبار مصالح و … نيز مطرح ميباشد و حتي ميتوان با آيندهنگري به قضيه نگريست. هزينههاي تعمير و نگهداري، شرايط جوي و کاربردهايي که سازه در آينده خواهد داشت تمام اينها عواملي هستند که ميتوانند مصرف الياف را از لحاظ اقتصادي توجيه نمايند و يا عکس اين موضوع برقرار باشد.
در مواردي ممکن است زمانبندي پروژه بسيار اهميت داشته باشد و استفاده از الياف باعث سرعت بخشيدن به روند انجام کار شود و همين موضوع باعث صرفهجويي اقتصادي فراواني شود مثل زماني که اجراي يک تونل باعث صرفه جويي زيادي در حمل و نقل ميگردد. شايد بحث زمان در پروژههاي عمراني تاکنون در کشور ما مطرح نبوده ولي با پيشرفت روز افزون کشور زمانبندي پروژهها و برآورد اقتصادي آنها حائز اهميت شده ده است.
1-6. نانومواد در بتن
در چند سال اخير فناوري تازه نانو اميدهاي بسياري براي بهبود خواص مواد مختلف در دنيا بوجود آوردهاست. فناوري نانو بسياري از خواص بتن را بهبود ميبخشد و تحقيقاتي در اين زمينه در کشورهاي مختلف جهان در حال انجام است. محصولات نانو براي بتن متشکل از ذراتي هستند که گلولهاي شکل بوده و بصورت ذرات خشک پودري يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار ميباشند که مايع آن معمولترين نوع محلول نانوسيليس ميباشد. در فصل دوم با خصوصيات نانوسيليس و برتريهاي آن نسبت به ساير افزودنيهاي سيليسي بيشتر آشنا خواهيم شد. نانو مواد به دليل برخورداري از خصوصيات فيزيکي و شيميايي برتر، کاربردهاي بسياري در زمينههاي مختلف يافتهاند که از جمله ميتوان به مواد عايقکننده و فيلترها، ماشين ابزارها، نمايشگرها، باتريها و آهنرباهاي پرقدرت اشاره کرد]15[. تاثير نانوسيليس بر روي بتن اليافي در شکل 1-3 نشان داده شده است]16[.

شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن اليافي و بتن حاوي نانوذرات(نانوسيليس)]16[
1-7. خلاصه و اهداف تحقيق
تاکنون تحقيق و پژوهشهاي زيادي بر روي بتن اليافي انجام گرفته ولي در کشور ما بر روي بتن حاوي الياف پليپروپيلن(PP) تحقيقات انجام شده اندک و محدود ميباشد. مخصوصاً اينکه تاثير نانوسيليس روي بتن اليافي بويژه الياف پليپروپيلن خيلي کم انجام شدهاست، به همين دليل استفاده از بتن اليافي بويژه الياف PP به همراه نانوسيليس(NS)در اين پروژه در نظر گرفتهشد. هدف از انجام اين پايان نامه بررسي اثر نانوسليس بر روي بتن حاوي الياف 18 ميليمتري PP و بررسي مشخصات و خواص مکانيکي و دوام بتن ميباشد. براي اين منظور نمونههاي بتني با درصد هاي مختلف 0 ، 1/0 ، 2/0 و 3/0 درصد الياف PP همراه با درصدهاي نانوسيليس 0 ، 2 ، 4 و 6 درصد نسبت به وزن سيمان مصرفي تهيه شدهاند. نسبت آب به سيمان در اين بتن ها برابر38/0 در نظر گرفته شده است. همچنين عيارسيمان kg/m3 436 بوده است. جمعاً 16 طرح اختلاط مختلف ساخته شد و آزمايش هاي لازم روي بيش از 192 نمونه انجام پذيرفت. آزمايشهاي مقاومت فشاري، مقاومت کششي غيرمستقيم(آزمايش برزيلي)، التراسونيک(براي تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي)، مقاومت الکتريکي، در سنين 28 و 90 روزه روي نمونه ها انجام گرفت.
در ادامه اين مطالب در فصل دوم برنامهريزي جهت ساخت نمونهها، تعداد نمونهها، روش انجام آزمايش و به نحوه انتخاب مصالح و طرح اختلاط بتن و مشخصات اين مصالح اختصاص يافتهاست. در فصل سوم ارائه نتايج و بررسي و آناليز نتايج آوردهشده است. در آخر، فصل چهارم شامل نتيجهگيري و ارائه پيشنهادات جهت مطالعات آتي ميباشد.
1-8. پيشينه تحقيق
پژوهشهاي انجام شده در زمينه بهرهگيري از مواد نانو در بتن و مصالح سيماني بسيار محدود بوده است. آنچه مسلم است تحقيقات صورت گرفته عموماً بر استفاده از nano-Tio2، nano-Fe2o3 و nano-Sio2 (نانوسيليس) متمرکز بوده است. از بين نانو مواد مذکور، نانوسيليس به دليل دارا بودن خواص پوزولاني از جايگاه بهتري برخوردار بوده و عملکرد مناسبتري از خود نشان داده است. در زمينه استفاده از الياف پليپروپيلن در ماتريسهاي سيماني تحقيقات بيشتري صورت گرفته، اما در زمينه اثربخشي الياف بر خواص مکانيکي و شکلپذيري، اختلاف نظرهايي وجود دارد. برخي از تحقيقات از افزايش پارامترهاي مکانيکي خبر دادهاند، در حالي که در برخي ديگر اثر الياف بسيار ناچيز دانسته شده است. در هرحال مخالفان، عدم برقراري پيوند مناسب را از جمله عوامل موثر بر عملکرد ضعيف الياف پليپروپيلن در ماتريسهاي سيماني ميپندارند.
در سالهاي اخير از بتن اليافي در ساخت سازهها بسيار استفاده شده است. بين سالهاي 1960 تا 2010 تحقيقات زيادي بر روي بتن اليافي انجام گرفته است. در اکثر اين تحقيقات، پخش تصادفي الياف به عنوان يک روش مناسب جهت افزايش خواص مکانيکي بتن تشخيص داده شدند. بخشي از اين پژوهشها در مورد خود الياف و مقايسه آنها با هم از لحاظ جنس، نوع، شکل، درصد حجمي و عملکرد آنها درشرايط مختلف ميباشد. قسمت ديگر درباره تاًثير انواع مختلف الياف بر روي خواص مکانيکي بتن و مقايسه آنها با همديگر ميباشد. عده ديگري نيز تلاش کردهاند تا کاربردهاي جديدتري براي استفاده از الياف بيابند، بعضي نيز به دنبال ارائه روابطي براي بتن اليافي بودند.عدهاي با اضافه کردن افزودنيهاي سيليسي آزمايشات خود را در پيش گرفتند. کشور ما نيز از اين پژوهش بيبهره نبوده است به گونه اي که تحقيقات زيادي به صورت پاياننامه، مقاله و پژوهشهاي دانشگاهي در داخل و يا عرصه بين المللي ارائه گرديده است. ولي با اين وجود بر روي الياف پليمري و به خصوص پليپروپيلن تحقيقات بسيار کمي انجام شده است و با توجه به اينکه کشور ما نفتخيز ميباشد استفاده از اين الياف در مقايسه با ساير اليافها از لحاظ اقتصادي به صرفه ميباشد. لذا توصيه ميشود که در اين زمينه تحقيقات بيشتري انجام گيرد تا اين الياف و کاربردهاي آن به پيمانکاران و مشاوران معرفي گردد. در ادامه تحقيقاتي که در زمينه الياف پليپروپيلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است در قالب بخشهاي مختلف ارائه ميگردد و در پايان نيز راهنماها و آيين نامه هايي که در زمينه بتن اليافي تاکنون در جهان ارائه گرديده است معرفي خواهد شد.
1-9. مقايسه چند نوع الياف از نظر هندسه
بانديا و دابي در سال 2000 با استفاده از روش آزمايش مقاومت پسماند براي اندازه گيري طاقت بتن اليافي بر حسب نقطه اوج مقاومت پسماند، تحقيقاتي انجام دادند، اين روش توانايي داشت تا تاًثير هريک از پارامترهاي مختلف الياف همچون نوع، طول، شکل، درصد حجمي، هندسه و مدول الاستيسيته را مورد بررسي قرار دهد]17[. دو گروه آزمايش انجام گرفت در آزمايش اول دو نوع الياف پليپروپيلن يکي ريسه اي و ديگري الياف منفرد با مقاومت بالا مورد آزمايش قرار گرفتند، جوابها بدين گونه بود که الياف منفرد(مونوفيلامنت) طاقت بتن را بهتر از الياف ريسهاي افزايش دادند. آزمايش دوم نشان داد که الياف فولادي قلابدار طاقت بهتري را نسبت به الياف فولادي موجدار در بتن اليافي از خود نشان ميدهند.
1-10. مقايسه اثر نوعهاي مختلف الياف از نظر جنس در بتن اليافي
سونگ و هوانگ از دانشگاه دفاع ملي تايوان در سال 2004 تحقيقاتي را بر روي خواص مقاومتي بتن مسلح به الياف پليپروپيلن و نايلون انجام دادند که در آن توان مقاومتي بتن مسلح به الياف PP در مقابل بتن مسلح به الياف نايلون مورد مقايسه قرار گرفت، در اين تحقيق از الياف رشته اي و نازک PP به مقدار 6/0 درصد استفاده گرديد]18[، در بتن مسلح به الياف نايلون تنشهاي فشاري و کششي و مدول گسيختگي به ترتيب 3/6 و 7/6 و 3/4 درصد نسبت به بتن مسلح به پليپروپيلن افزايش يافتند. ولي در آزمايش ضربه ايجاد اولين ترک و گسيختگي نهايي در بتن نايلون دار زودتر رخ داد. همچنين در کاهش ترکهاي پلاستيک الياف پليپروپيلن موثرتر واقع شدند. علت اينکه الياف نايلون تنش کششي را بيشتر افزايش داد خوب پخش شدن در بتن تشخيص داده شد.
پري در سال 2003 از الياف کوتاه و بلند پليپروپيلن با مقاومت بالا و از نوع منفرد جهت مسلح کردن کف سازي خارجي استفاده کرد]19[. او گزارش داد که فرسايش سطح کف سازي ها موجب در معرض ديد قرار گرفتن و بيرون زدگي الياف فولادي ميگردد. چه کف سازي، براي پيادهروها باشد چه براي عبور وسايل نقليه، اين امر ميتواند خطرناک باشد. براي اين تحقيق دو آزمايش صورت گرفت، در آزمايش اول يک دال کوچک مخصوص کفسازي خارجي حاوي الياف فولادي با انتهاي قلاب دار و طول 60 ميليمتر به مقدار 30 کيلوگرم بر مترمکعب و يک دال مشابه شامل الياف پليپروپيلن به طول 50 ميليمتر به مقدار 9/6 کيلوگرم بر مترمکعب ساخته شد. براي آزمايش مقاومت خمشي و طاقت خمشي از روش آزمايش سه نقطهاي استفاده گرديد. نتايج آزمايش خمش نشان داد که بتن مسلح به الياف فولادي به اندازه 53 درصد مقاومت خمشي را افزايش داده، در حالي که بتن شامل پليپروپيلن عدد 78 درصد را به ثبت رساند. همچنين در آزمايش دوم از لحاظ مقاومت خارجي در برابر فرسايش الياف فولادي 20 درصد و الياف پليپروپيلن 41 درصد افزايش را ايجاد کردند. پري نتيجه گرفت که الياف PP براي ساخت کف سازي ها از لحاظ کنترل ترک ها بهتر از الياف فولادي عمل ميکنند.
در سال 2000 کيان و استرون از دانشگاه دولتي چين و دانشگاه صنعتي هلند تحقيقاتي در مورد بتن مسلح به الياف PP و فولادي انجام دادند از الياف در محدوده 0 تا 95/0 درصد حجمي بتن استفاده شد، آزمايش خمشي چهارنقطه اي بر روي تيرهاي منشوري به ابعادcm 5×10×10 انجام شد]20[. نتايج پژوهش نشان داد که الياف فولادي بلند بر روي ظرفيت باربري و سختي شکست در دامنه جابجاييهاي کوچک اثر مثبت دارند ولي در تغييرمکانهاي بزرگ الياف بلند و محکم فولادي بهتر از الياف نرم PP و الياف فولادي کوچک در ظرفيت جذب انرژي ميباشند.
1-11. تحقيقاتي که منحصراً بر روي خواص مکانيکي بتن حاوي الياف پليپروپيلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است
در سال 2005 عاطف بدرا و اشرف آشور از دانشگاه برادفورد انگلستان تحقيقي را تحت عنوان تغييرات آماري در مقاومت ضربه اي بتن مسلح به الياف PP انجام دادند]21[. در اين تحقيق براي اندازه گيري مقاومت ضربهاي بتن مسلح به الياف PP از آزمايش سقوط وزنه پيدرپي پيشنهادي کميته ACI-544 استفاده شد. نتايج به روش آماري آناليز شدند و تغييرات با طرح اختلاطهاي مختلف بررسي شدند. آناليز آماري نشان داد که نتايج بدست آمده از اين آزمايش پراکندگي زيادي دارد. اين مطالعه مشخص کرد که لازم است که اين آزمايش اصلاح شود به طوري که دقت آن افزايش يابد.
هان و هيوانگ از دانشگاه چونگيو کره و دانشگاه نيولز جنوبي استراليا در سال 2004 پژوهشي را تحت عنوان عملکرد بتن مقاومت بالا(HPC) حاوي الياف PP در برابر متلاشي شدن انجام دادند]22[. اين محقّقين عملکرد الياف پليپروپيلن را در حفظ يکپارچگي بتن با مقاومت بالا در آتش را مورد بررسي قرار دادند و مقايسهاي باعملکرد الياف شيشه و کربن و فولاد مشبندي شده انجام دادند. پديده متلاشي شدن (پکيدگي) در همه نمونههايي که حاوي الياف پليپروپيلن نبودند رخ داد در صورتي که پکيدگي در نمونه هاي حاوي 05/0 درصد حجمي الياف و بالاتر پلي پروپيلن رخ نداد. بنابراين، اين الياف توانستند موجب بهبود و اصلاح بتن در اين مورد خاص شوند.
در سال 2004 چويي و يوان از دانشگاه تگزاس آمريکا دست به يک تحقيق جهت يافتن رابطه اي ميان مقاومت کششي(برزيلي) و مقاومت فشاري بتن هاي مسلح به الياف پلي پروپيلن و شيشه زدند]23[. نتايج نشان داد که مقاومت کششي بتن هاي مسلح به الياف پليپروپيلن و شيشه افزايش در حدود 20 تا 50 درصد داشته است و مقاومت کششي آنها در حدود 13 الي 19 درصد مقاومت فشاري آنها است. براساس اين تحقيقات، يک رابطه نهايي با توان 5/0 ميان مقاومت کششي و فشاري نمونه ها استخراج شد تا مقاومت کششي نمونه هاي مسلح به الياف شيشه و پلي پروپيلن تخمين زده شود.

که مقدار 6/0 =k براي الياف شيشه و 55/0 =k براي الياف پليپروپيلن پيشنهاد شده است.
پرويز سروشيان و همکاران ترک خوردن بتن معمولي و بتن حاوي 3/0 درصد حجمي الياف پلي پروپيلن(PP) و فولاد را به طور تجربي بررسي نمودند، نتيجه کلي اين بود 3/0 درصد الياف PP و الياف فولاد آغاز ترک خوردن بتن را کنترل ميکند و در کاهش مقدار ترک موثر است]24[. سروشيان و همکاران با تحقيق روي مشخصات مکانيکي بتن حاوي الياف پليپروپيلن به اين نتيجه رسيدند که با افزودن اين الياف مقاومت ضربه اي بتن به طور چشمگيري افزايش مي يابد. مقاومت خمشي هم در صورت استفاده از پوزولان در کنار الياف افزايش مي يابد]25[.
تاتانجي و همکاران نفوذپذيري بتن حاوي الياف PP و دودهسيليکا را مورد مطالعه قرار دادند، آنها بيان نمودند که وارد کردن الياف PP به داخل بتن حاوي دودهسيليکا نفوذپذيري بتن را افزايش ميدهد و الياف کوتاهتر در صورت ثابت ماندن درصد حجمي الياف نفوذپذيري بتن را کاهش ميدهد]26[. در تحقيق ديگر از تاتانجي بر روي خواص مکانيکي بتن حاوي الياف PP به اين نتيجه رسيد که مقاومت خمشي بتن با افزايش کسر حجمي الياف بهبود مي يابد]27 [.
وي سان و همکاران توانستند به کمک عامل منبسطکننده و الياف هيبريدي پليپروپيلن،پلي وينيل کلرايد(PVA) و فولاد ساختار خلل و فرج بتن را اصلاح کنند و بهترين نتيجه را براي مقاومت به نفوذپذيري و انقباض بتن بدست آورند]28[.
بودي اويل با استفاده از 2/0 درصد حجمي الياف پليپروپيلن خواص انعطافپذيري و مقاومت به آتش بتن را بهبود داد. وي بيان نمود که اين مقدار الياف خواص مکانيکي بتن را تحت تاثير قرار نمي دهد اما شکستگي انعطاف پذيرتري براي آن ممکن مي سازد. همچنين نتيجه گرفت که ميزان نشست بتن تازه با افزايش مقدار الياف PP کاهش مي يابد]29[.
در سال 2006چون خيانگ و همکاران نشان دادند که چگونه ميتوان با ترکيب الياف پليپروپيلن و الياف فلزي باعث تقويت مشخصات مکانيکي بتن گرديد. آنها با اضافه کردن الياف در محدوده 95/0℅ -0 و ساختن قطعات منشوري در ابعاد 500×100×100 ميليمترمکعب به اين نتيجه رسيدند که ظرفيت بارگذاري قطعات به طور قابل ملاحظهاي افزايش مييابد]30[.
زينگ زيسان و همکاران با تحقيق بر اثرات الياف PP روي بتن نشان دادند که اين الياف به طور قابل ملاحظهاي ساختمان ميکروسکوپي بتن را تغير ميدهد. آنها دريافتند که چگونه مي توان با الياف pp بلوره شدن 2ca(oH) را کاهش داد و به اين ترتيب حفرات ريز و ترکهاي بتن را پر نمود. آنها همچنين نشان دادند که مقدار بهينه اين الياف براي عملکرد مناسب بتن kg/m3 9/0 ميباشد]31 [.
1-12. اثر نانوسيليس بر روي خمير سيمان
لوسيانو اسنف و همکاران با اضافه کردن نانوسيليس به سيمان در محدوده 5/2℅-0 نشان دادند که بعد از 75 دقيقه از شروع اختلاط ملاتي که 5/2℅ نانوسيليس داشت رواني کافي ندارد. آنها همچنين به اين نتيجه رسيدند که با اضافه کردن نانوسيليس زمان گيرش و لحظه رسيدن به ماکزيمم درجه حرارت به ترتيب 60 و 3/51 ℅ کاهش مييابد]32[.
شيح و همکاران در تحقيقات خود در بهرهگيري از نانوسيليس به صورت محلول در آب و قطر متوسط ذرات 20 نانومتر به بررسي تاثير درصدهاي مختلف (2/0 ، 4/0 ، 6/0 ، و 8/0 ) نانوسيليس بر مقاومت فشاري خمير سيمان پرداخته و 6/0 درصد (نسبت به وزن سيمان) را به عنوان درصد بهينه نانوسيليس در کامپوزيت هاي سيماني معرفي کردند. آنها با بهرهگيري از شيوه نفوذ جيوه (MIP) نشان دادند که استفاده از نانوسيليس موجب افزايش تراکم سيليکاتهاي هيدراته موجود در خمير سيمان ميگردد]33[.
1-13. اثر نانوسيليس بر بتن
جي و همکاران با بررسي بتنهاي حاوي نانوسيليس گزارش دادند، افزودن نانوسيليس باعث کاهش شديد کارايي بتن ميگردد. در عين حال نتايج تست نفوذ آب در بتن سخت شده حاکي از اثر مثبت نانو ذرات در کاهش نفوذپذيري بتن ميباشد. مقاومت فشاري نمونهها نيز با حضور نانوسيليس افزايش يافت. ايشان پر کردن حفرات موجود در ژل سيمان و ايجاد ساختار ميکروسکوپيک يکنواخت، مصرف کريستال هاي هيدروکسيد کلسيم، توليد ژل سيليکات کلسيم هيدراته بيشتر را از جمله عوامل موثر در کاهش نفوذپذيري ايجاد شده توسط نانوسيليس معرفي کردند. نتايج حاصل از آزمايشهاي سايش، خمش، مقاومت فشاري و خمشي بر روي نمونههاي بتني حاوي نانوسيليس و همچنين نانودي اکسيد تيتانيوم (nano-Tio2) حکايت از تاثير اين ذرات در بهبود خواص مکانيکي دارد]34[.
آقاي لي و همکاران با استفاده از نانوذرات دياکسيد سيليس و دياکسيد تيتانيوم به قطر متوسط 5±10 نانومتر در بتن، گزارش کردند که مقاومت سايشي بتن با افزودن نانو ذرات به طور چشمگيري افزايش نشان داده است. در آزمايش مقاومت سايشي، شاخص سايش براساس رابطه زير محاسبه شد:
(2-2)
که در آن:
Ia : شاخص مقاومت سايشي
R : تعداد کل سيکلهاي چرخش دستگاه بر حسب هزار چرخش
P : اختلاف بين عمق اوليه و نهايي شيار فرسايش يافته بر حسب ميليمتر
که عمق اوليه براساس 30 سيکل و عمق نهايي براساس 5000 سيکل يا 5/1 ميليمتر هر کدام زودتر اتفاق افتد، بدست ميآيد. همانطور که در شکل 1-2 نشان داده شده است، عملکرد سايشي بتن حاوي ذرات نانو دياکسيد تيتانيوم در مقايسه با بتن کنترل بهتر است. اندازه گيري مقاومت فشاري و خمشي نشان داد که استفاده از نانو ذرات موجب بهبود پارامترهاي مقاومتي مذکور ميگردد. بهبود حاصله در مقاومت فشاري و خمشي بتن حاوي درصدهاي بالاي نانو دياکسيد تيتانيوم کمتر ارزيابي شده است]35[.
اگرچه در كشور ما تحقيقات تئوري و فعاليتهاي تجربي نسبتاً مناسبي در زمينة گسترش و كاربرد تكنولوژيهاي بتن اليافي صورت گرفته است، اما حقيقت آن است كه گسترش اين فناوري بيش از همه وابسته به اعلام نياز از سوي صنعت و مقرون به‌صرفه ‌نمودن كاربري آن از سوي محققان كشور ميباشد. چند سال پيش كنفرانسي در زمينه تكنولوژي بتن اليافي با هدف شناساندن فناوري مذكور، در دانشگاه صنعتي شريف برگزار گرديد. در اين كنفرانس، محققان و سخنرانان از مراكز مختلفي به ايراد سخنراني و ارايه مقاله پرداختند. به طور مثال در يك نمونه از كارهاي ارائه شده، مسئله به‌صرفه‌بودن استفاده از اين نوع بتن به همراه نانو ذرات مورد بررسي و مطالعه كارشناسي قرار گرفته بود. حاصل اين بررسي مؤيد آن بود كه در بعضي پروژههاي صنعتي، به‌كارگيري بتن اليافي همراه نانوذرات نسبت به روش‌هاي متداول استفاده از بتن اليافي بسيار اقتصاديتر، سريعتر و آسانتر ميباشد. پس از آن، بخشهايي از صنعت و دانشگاه به بررسي امكان توليد الياف گوناگون بالاخص الياف شيشه و فولاد پرداختند. همچنين به تدريج بتن اليافي با الياف تقويت‌كنندة پليپروپيلن به بازار مصرف راه يافت و در انجام پروژههايي به كار گرفته شد. در مجموع قدمهاي مثبتي در اين جهت برداشته شده است اما سرعت اين حركت نسبتاً كند بوده است. در قسمت بعد از تحقيقات انجام شده در اين زمينه در کشورمان مواردي بيان شده است.
1-14. تحقيقات انجام شده در ايران
در کشور ما هم تحقيقات قابل توجهي در ارتباط با کاربرد الياف فولادي و شيشه در بتن صورت گرفته است با اين حال کاربرد الياف پليپروپيلن در بتن کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. قابل توجه است که همه تحقيقات بر روي الياف نازک پليپروپيلن بوده و تاکنون بر روي الياف ضخيم پلي پروپيلن پژوهشي انجام نشده است هرچند که اين الياف تازه به دنياي بتن معرفي گرديده و تحقيقات از سال 2000 در اين زمينه آغاز گرديده است.
در سال 83 مستوفي نژاد از دانشگاه صنعتي اصفهان پژوهشي تحت عنوان اثر الياف پليپروپيلن بر ترک خوردگي ناشي از آب رفتگي پلاستيک و کارايي بتن انجام داد. در اين تحقيق با استفاده از چند نوع الياف پليپروپيلن، اثر استفاده از اين الياف با نسبتهاي حجمي کم (کمتر از 2/0 درصد حجمي) بر کاهش ترک خوردگي ناشي از آب رفتگي پلاستيک بتن، مورد ارزيابي قرار داد]36.[ اين آزمايشات در يک تونل باد با سرعت 16 متر بر ثانيه انجام گرفت، همچنين تاثير اين الياف بر کارايي و مقاومت فشاري بتن بررسي گرديد و از درصدهاي حجمي 05/0 ، 1/0 و 2/0 درصد با طول 12 ميليمتر استفاده گرديد در پايان نتيجه گيري شد سطح ترک خوردگي به ترتيب 37 ، 58 و 70 درصد نسبت به بتن بدون الياف کاهش داده شد.
اين مقادير براي الياف با طول 19 ميليمتر به طور متوسط 48 ، 76 و 86 بوده است.همچنين استفاده از 05/0 ، 1/0 و 2/0 درصد حجمي الياف به طور متوسط کارايي بتن را به ترتيب به ميزان 37 ، 46 و 63 درصد کاهش داده است. در ضمن استفاده از الياف پليپروپيلن در بتن با نسبت آب به سيمان بالا، باعث افزايش مقاومت فشاري بتن شد در اين مطالعه، استفاده از 05/0 ، 1/0 و 2/0 درصد حجمي الياف به طور متوسط مقاومت فشاري بتن را 7 ، 13 و 18 درصد افزايش داده است.
در تحقيق ديگري آقاي خالو به بررسي ترکهاي جمع شدگي در بتن مسلح به الياف پليپروپيلن پرداخته است و طبق اين تحقيق براساس تعداد و طول ترکها نتيجه ميشود که وجود الياف ميزان ترکهاي جمع شدگي بتن را در حدود 80 درصد نسبت به بتن غير مسلح کاهش ميدهد]37[. در نمونه ها تا 3 ساعت اول با ذره بين به بزرگنمايي پنج برابر هيچ گونه ترکي رويت نشد. 24 ساعت بعداز بتن ريزي، نمونههاي بدون الياف ترکهاي زيادي از خود درسطح و محيط خارجي بتن نشان دادند. ليکن نمونه هاي مسلح با kg/m3 6/0 الياف چند ترک بسيار کم عرض و نمونههاي با kg/m3 2/1 الياف، ترکها بيشتر از نمونه هاي با kg/m3 6/0 الياف بروز داده اند.
نيلي و افروغثابت بتن حاوي الياف pp به همراه دوده سيليکا با نسبت هاي آب به سيمان 36/0 و 46/0 را بررسي کردند. آنها با استفاده از اليافي به طول mm12 و در نسبتهاي 5/0 ، 3/0 ، 2/0 و 0 درصد و دوده سيليکا به نسبت 8% وزني سيمان، به اين نتيجه رسيدند که دوده سيليکا پخش الياف را در سراسر قطعه بتني بهبود ميبخشد. همچنين آنها دريافتند که نسبت الياف 5/0℅ باعث افزايش چشمگيري در مقاومت کششي و خمشي ميشود]38[.
خانزادي و همکاران مقاومت فشاري، کششي، درصد جذب آب و عمق نفوذ کلريد را در بتن حاوي نانوسيليس اندزهگيري کردند و به اين نتيجه رسيدند که ذرات نانوسيليس باعث پرشدن حفرات خمير سيمان ميشود و با واکنش شيميايي با بلورهاي هيدروکسيدکلسيم حاصل از هيدراتاسيون سيليکات کلسيم مقدار اين بلورها را کاهش ميدهد. آنها دريافتند که نانوسيليس علاوه بر اينکه به عنوان پرکننده، ريزساختارها را اصلاح ميکند به عنوان يک فعال ساز عکس العملهاي پوزولاني را هم بيشتر ميکند]39.[
با توجه به تحقيقات گسترده در زمينه هاي مختلف علم نانو در بتن اين علم در بتن اليافي نسبت به بتنهاي ديگر کمتر توسعه يافته است بنابراين ميطلبد که دانشجويان و دانشمندان کشور ما نيز روي اين علوم تمرکز بيشتري داشته باشند.
1-15. خواص مکانيکي الياف
در چند دهه اخير تکنولوژي توليد و ساخت، شکل هندسي الياف، همچنين موارد استفاده و کاربرد آن توسعه زيادي يافته است. براي تقويت ماتريسهاي سيماني تاکنون از الياف مختلفي از قبيل الياف فولادي، شيشه، نايلون، پلي پروپيلن، کربن و کنف و غيره استفاده شده است. با توجه به اينکه عملکرد الياف در ماتريس سيماني بستگي به مشخصات فيزيکي و مکانيکي الياف به کار رفته دارد، در اين بخش سعي شده است که با مرور بر تاريخچه استفاده از الياف، انواع الياف، تکنولوزي ساخت، ويژگيهاي الياف مناسب در بتن از قبيل شکل، اندازه الياف، نسبت ظاهري، ضريب ارتجاعي، قابليت پيوستگي الياف به ماتريس، خصوصيات بين سطوح، بافت سطحي، کرنش پذيري و نحوه قرار گرفتن الياف در ماتريس به اختصار توضيح داده شود.
1-15-1. تاريخچه
استفاده از الياف در يک ماتريس ترد اولين بار در حدود 1500 سال قبل از ميلاد توسط مصريهاي باستان انجام گرفت. آنها از موي حيوانات و کاه براي مسلح کردن خشتها و ديوارهاي گلي استفاده ميکردند. حدوداً در همين دوره زماني يعني 3500 سال قبل، از کاه براي مسلح کردن خشتهاي آجري براي ساخت يک بنا به ارتفاع 57 متر در نزديکي بغداد استفاده شده است. در سال 1900 استفاده از الياف آزبست توسعه يافت و از اين الياف براي بالا بردن خصوصيات مکانيکي ملاتهاي سيماني به ميزان زيادي استفاده ميشد]40[.
در دهه 1950 براي اولين بار الياف شيشه توسط کشور شوروي سابق مورد استفاده قرار گرفت و به دنبال آن کشورهاي انگلستان و آمريکا به استفاده از اين الياف روي آوردند. الياف فولادي براي اولين بار در کشور آمريکا و درسال 1962 توسط رومالدي به ثبت رسيد و تاکنون انواع مختلفي از الياف با شکلها و جنس هاي مختلف در ماتريسهاي سيماني استفاده گرديده است. سال 1965 را ميتوان سرآغاز استفاده از الياف پليمري به صورت آزمايشگاهي دانست ولي استفاده عملي از اين نوع الياف در سال 1970 به وقوع پيوست. الياف به کار رفته عمدتاً پليپروپيلن ميباشند. الياف پليپروپيلن نخستين بار در بتن توسط گلدفين جهت ساخت سازه ضدانفجار ارتش آمريکا در سال 1965 ميلادي مورد استفاده قرار گرفت، کار گلدفين براي محققان به منزله جرقهاي بود که سبب شد در باره جزئيات خواص الياف پليپروپيلن تحقيق کنند]13.[
1-15-2. انواع الياف
الياف براي کنترل ترک در اثر تغييرات حجمي ناشي از انقباض و انبساط و تنشهاي حرارتي و نيز جهت افزايش مقاومت کششي، نرمي، قابليت جذب انرژي و فراهم آوري يک سيستم يکپارچه استفاده ميشود. در حال حاضر الياف زيادي توليد ميشود که فقط تعدادي از آنها جهت ساخت بتن مناسب ميباشند. در جدول 1-2 مشخصات نمونههايي از الياف آورده شده است.
الياف مورد استفاده در بتن در يک تقسيمبندي به: الياف مصنوعي، الياف گياهي و طبيعي و الياف فلزي تقسيم ميشوند، که در اين قسمت به طور خلاصه توضيحاتي در مورد هرکدام از آنها ارائه خواهيم نمود
1-15-2-1. الياف مصنوعي
الياف مصنوعي با توسعه و پيشرفت صنعت پتروشيمي ساخته شد، الياف توليدي در صنايع مختلفي از جمله نساجي (ترويا، نايلون و کولار در ساخت جليقههاي ضدگلوله) و صنايع خودروسازي و هواپيماسازي (جهت مسلح کردن برخي کامپوزيتها)، مورد استفاده قرار گرفت از توليدات اين صنعت الياف کربن و پليپروپيلن ميباشد، و عمدتاً در کشورهاي پيشرفتهاي مثل ژاپن، کانادا و آمريکا توليد و مصرف ميشوند. از الياف مصنوعي مقاومت بالا همراه با رزين چسباننده اپوکسي، براي ساخت آرماتورهاي پلاستيکي مسلح به الياف(FRP) استفاده شده و تحقيقات زيادي در اين زمينه در حال انجام ميباشد، و استفاده زيادي از آن در سازههاي خاص به عنوان جايگزين و يا تقويت آرماتورهاي فولادي مي شود]12و41[.
1-15-2-2. الياف کربن
الياف كربن، مادهاي با خواص منحصر به فرد (نظير استحكام ويژه و مدول ويژه بسيار بالا) است كه مانند تقويت كنندهاي در انواع كامپوزيتها در صنايع مختلف به خصوص صنايع هوا فضايي و نظامي مورد استفاده قرار ميگيرد. اين الياف عمدتاً از نوع ويژهاي از الياف پلياكريل نيتريل (PAN) توليد ميشود. مراحل توليد الياف كربن شامل پايدارسازي اكسيدي دردماي پايين در محيط هوا وكربونيزاسيون اليافPAN پايدار شده در محيط خنثي در دماي بالاست. گراني قيمت الياف PAN ويژه و هزينه زياد فرآيند توليد سبب بالا رفتن قيمت الياف كربن شده است. نتايج تحقيقات انجام شده روي الياف کربن نشان ميدهند كه امكان توليد الياف كربن از اليافPAN تجاري با خواص مناسب (اما پايين تر درمقايسه با الياف كربن حاصل از الياف PAN ويژه) براي به كارگيري در كامپوزيتها وجود دارد. در اين حالت، استحكام كششي، مدول الاستيك و دانسيته الياف كربن حاصل درمقايسه با الياف كربني كه ازالياف PAN ويژه توليد ميشود كمتر است. پايين تر بودن خواص الياف كربن حاصل از الياف PAN تجاري در مقايسه با الياف PAN ويژه، به علت دانسيته بالاتر و استحكام كششي كمتر اليافPAN تجاري است ]42 [.
1-15-2-3. الياف آراميد
الياف آراميد كه در حدود سالهاي 1970 معرفي شد، تركيب آلي حلقوي از كربن، هيدروژن، اكسيژن و نيتروژن مي‌باشد. دانسيته كم و استحكام كششي بالا در اين الياف، موجب تشكيل يك ساختار مقاوم به ضربه با سفتي حدود نصف الياف كربن مي‌شود. الياف آراميد در ابتدا به منظور جايگزيني فولاد در تايرهاي راديال ساخته شدند و بعداً كاربردهاي ديگري پيدا كردند. جليقه ضدگلوله از موفقيت آميزترين كاربردهاي الياف آراميد مي‌باشد.
آراميد در دو ساختار”زنجير-راست” مشهور به كولار و “زنجير-خم” مشهور به Nomex وجود دارد كه در حال حاضر شركت dupont تنها توليد كننده هر دو محصول مي‌باشد. الياف آراميد در شكلهاي مختلف وجود دارند و همانند الياف شيشه و كربن مي‌توانند در ساخت كامپوزيتها مورد استفاده قرار گيرند. به دليل سبكي، پايداري حرارتي خوب و چقرمگي عالي، مورد توجه قرار گرفته‌اند ولي در صنعت بتن و عمران به خاطر قيمت بالا کمتر مورد استفاده قرار ميگيرند]42.[
1-15-2-4. الياف شيشه و آزبست
الياف شيشه مشهورترين تقويتكننده مورد استفاده در صنعت كامپوزيت مي‌باشد و انواع مختلفي از آن بصورت تجاري وجود دارند كه برخي از آنها عبارتند از: E ، S، C ، ECR و AR که تركيبات شيميايي اين الياف با هم متفاوت است و هر كدام براي كاربرد خاصي مناسب است. تقريباَ 90 درصد الياف مورد استفاده در كامپوزيتهاي مهندسي الياف شيشه مي‌باشد. الياف شيشه استحكام و سختي مناسبي دارد، خواص مكانيكي خود را در دماهاي بالا حفظ مي‌كند، مقاومت رطوبت و خوردگي مناسبي دارد و نسبتاً ارزان است. اين الياف در محيط قليايي به سرعت تخريب مي شوند، چنانچه مطالعات انجاشده توسط ماجومدار نشان مي دهد که استحکام کششي الياف موجود در بتن هايي که در معرض آب قرار داشته اند پس از گذشت 3 سال به حدود نصف مقدار اوليه تقليل مي يابد]43[.
جدول 1-2. الياف هاي مورد استفاده در بتن
نوع الياف مقاومت کششي
Kg/cm2 مدول يانگ
Kg/cm2(105×) حداکثر تغيير طول(%) وزن مخصوص
Kg/cm3
اکريليک 4200-2100 2/0 45-25 1100
آزبست 18000-2000 6/19 3-2 3400
کولار 36500 7/11 5/2 1500
شيشهAR 25000 8 6/3 2700
شيشه E 34500 2/7 8/4 2500
نايلون خيلي سخت 8400-7700 42/0 20-16 1100
پلياستر خيلي سخت 12000-5500 7/1-1 50-10 1400
پلياتيلن 30000-2000 2/17-5/0 80-10 960
پليپروپيلن 7700-5600 5/0 20-10 900
کربن مقاومتبالا 26500 23 5/1-1 1900
فولاد مقاومتبالا 17000-3500 20 5/3 7800
فولاد ضدزنگ 21000 16 3-1 7800
آزبست نام گروهي از ترکيب‌هاي معدني منيزيم و سيليسيم است که اغلب در طبيعت به صورت الياف معدني و سنگ يافت مي‌شود. اين مواد به خاطر مقاومت زيادي که در برابر حرارت و آتش دارند به عنوان مواد نسوز بکار مي‌روند. اولين بار در ۳۰۰ سال قبل از ميلاد تئوفراستوس که از شاگردان ارسطو بود در کتاب خود به نام “درباره سنگ‌ها” به ماده بدون نامي، شبيه چوب پوسيده که در اثر اختلاط با نفت مي‌سوزد، بدون آنکه آسيبي ببيند اشاره کرده ‌است که بعدها اين ماده آزبست نام گرفت. در ساختمان آزبست، پنبه کوهي يا پنبه نسوز عناصري مانند سيليس، منيزيم و آهن وجود دارد. آزبست در طبيعت به رنگهاي سفيد، قهوه‌اي و آبي به چشم مي‌خورد. اين الياف به دليل مشکلات زيست محيطي استفاده از آن زياد رونق ندارد.
1-15-2-5. الياف فلزي
الياف فلزي عمدتاً از جنس فولاد و مس ميباشند. استفاده از الياف فولادي براي اولين بار در کشور آمريکا در سال 1962 توسط رومالدي به ثبت رسيده است. اين الياف با شکلهاي مختلفي جهت ايجاد پيوند بهينه بين ليف و ملات بتن ساخته ميشوند. اين الياف با مقاومت کششي نسبتاً بالا در شکلهاي مختلف به صورتهاي مستقيم، مستقيم قلابدار، مستقيم دمپهن، دندانهاي، با انتهاي برآمده و پيچيده قلابدار توليد ميشوند. سطح مقطع آنها معمولاً گرد، مستطيل، نيم گرد، بي قاعده و يا متغيير ميباشند]12[.
شرکتهاي مختلفي در زمينه توليد اين الياف فعاليت ميکنند که معروفترين آنها دراميکس، هارکس، ويراند و نووتکس ميباشد که دراميکس بلژيک از همه معروفتر ميباشد.
1-15-2-6. الياف گياهي و طبيعي
الياف گياهي و طبيعي شامل موي اسب و بز، کاه، پوسته برنج، الياف چتايي، کنف، پوسته نارگيل، تفاله نيشکر، کتان، بامبو، برگ نخل و غيره است. در بتن از الياف مذکور(به غير از پنبه و کتان) در کشورهايي نظير هند و برزيل استفاده ميشود. اين گونه الياف اکثراً در مناطق روستايي استفاده شده و مقاومت کششي آنها نسبت به ديگر الياف(مصنوعي و فلزي) پايينتر است. غالباً پلي که الياف گياهي بين دو طرف ترک ايجاد ميکند خيلي ضعيف بوده و با پارگي الياف يا بيرون کشيده شدن آن از ماتريس، بتن گسيخته ميشود]12[.
1-15-2-7. الياف پليپروپيلن
يکي از انواع الياف مصنوعي پليمري، الياف پليپروپيلن ميبا شد که استفاده از آن در کاهش ترکهاي آبرفتگي، افزايش شکلپذيري و طاقت بتن و نيز افزايش مقاومت ضربهاي بتن موثر است. الياف پليپروپيلن در سال 1965 توسط گلدفين به عنوان افزودني بتن براي ساختمان ضد انفجار ارتش آمريکا پيشنهاد شده بود. اين الياف از گرانول که از مشتقات پتروشيمي ميباشد توليد ميشود. اين الياف در مقابل انواع مواد شيميايي از جمله مواد اسيدي و قليايي و کلريدها مقاوم ميباشد. همچنين خاصيت هدايت الکتريکي و حرارتي پايين دارد و در مقابل اشعه فرابنفش مقاومت دارد. اين الياف آنتي مغناطيس و هيدروفوبيک(آبگريز) ميباشد، يعني جذب آب آن صفر ميباشد. وجود الياف در مخلوط بتن باعث افزايش توان باربري و کاهش عرض ترک خوردگي و افزايش مقاومتهاي خمشي و کششي ميشود. نقش اصلي الياف در ترکيبها، ايجاد طاقت و افزايش انرژي مورد نياز در مقابل شکست است]43[.
در اصل الياف پليپروپيلن از سرعت پخش و گسترش ترکها ميکاهد و عرض ترکها را کاهش ميدهد. خواص اين الياف به شرح زير است]43[:
ساختمان اتمي منظم: خنثي بودن از لحاظ شيميايي که اين موضع باعث ميشود که مواد شيميايي موجود در بتن بر روي آن تاثيري نداشته باشند.
استحکام کششي بالا: سهولت نفوذ خمير سيمان به درون ساختمان آن که باعث ايجاد پيوندهاي مکانيکي بين الياف و ماتريس ميشود.
در ميان مصالح و موادي که در مهندسي عمران به کار مي روند، فولاد به صورتي قابل توجه در برابر آهنگ تغيير تنش، در حدودي که در سازه ها با آن مواجه هستيم، بياثر باقي ميماند، در حالي که طبيعت رفتار ويسکوالاستيک الياف پليپروپيلن، آن را در برابر آهنگ بار اعمال شده به صورتي ويژه حساس ميسازد. چگالي کم الياف پليپروپيلن و حساس نبودن آنها به خورندگي، اين الياف را براي کاربردهاي مختلفي در مهندسي عمران مطلوب نموده است]44[.
داشتن مدول الاستيسيته کم باعث گرديده است که اين الياف تاثيري در افزايش مقاومت خمشي بتن نداشته باشند ولي کرنش گسيختگي بالاي اين الياف موجب افزايش طاقت خمشي و کششي بتن ميگردد. از ديگر معايب اين الياف حساسيت در مقابل نور خورشيد ميباشد که باعث اکسيداسيون اين الياف ميباشد که طبق تحقيقات انجام شده در صورتي که دما 25 درجه باشد و کاور بتن کافي باشد اکسيداسيون پديد نخواهد آمد. الياف پليپروپيلن در کشورهاي داراي صنايع نفتي و پتروشيمي به قيمت بسيار نازلي قابل تهيه هستند، علاوه بر آن به دليل نرمي و شکل پذيري زياد مشکل شکستن آنها نيز وجود ندارد. برخلاف الياف شيشه و کربن که ممکن است دچار شکستن گردند. اين الياف به دليل سبکي در بتن ته نشين نشده و در محيط قليايي بتن از بين نميروند بر خلاف پلياستر و شيشه که به مرور زمان در محيط قليايي بتن از بين ميروند]45[.
1-15-2-7-1. مزاياي الياف پليپروپيلن نسبت به مش ضدترك
كاهش تركها وجلوگيري ازگسترش تركها در حاليكه مش بعد از ايجاد ترك، بتن را در كنار يكديگر نگه ميدارد.
كاهش نفوذپذيري در بتن در حاليكه مش هيچ تاثيري بر نفوذپذيري ندارد.
الياف به راحتي در بتن



قیمت: 10000 تومان