دانلود متن کامل پایان نامه درجه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش سازه
با عنوان:بررسی تاثیر الیاف و مواد پوزولانی بر روی خواص مکانیکی بتن مسلح شده با الیاف شیشه
دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشکده مهندسی عمران
بررسی تاثیر الیاف و مواد پوزولانی بر روی خواص مکانیکی بتن مسلح شده با الیاف شیشه
The effect of fiber and pozzolanic materials on the mechanical properties of glass fiber reinforced concrete
پایاننامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران- سازه
استاد راهنما
دکتر مرتضی مدح خوان
1394
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
صفحه |
فهرست مطالب
عنوان
چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….1
فصل اول: بررسی کلیات و اهداف تحقیق
1-3- الیاف مورد استفاده در بتن 3
1-5- خلاصهی فصل و بررسی محتویات فصلهای بعد 7
فصل دوم: ویژگیهای بتن مسلح به الیاف شیشه
2-2- بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC) 8
2-2-1- ملاحظات اقتصادی استفاده از بتن مسلح به الیاف شیشه 9
2-3- روشهای ساخت بتن مسلح به الیاف شیشه 9
2-4- عملآوری بتن مسلح به الیاف شیشه 11
هشت |
الف- بررسی ﺗﺄثیر محیط قلیایی 17
ب- بررسی ﺗﺄثیر فرایند هیدراسیون سیمان 17
2-7- ﺗﺄثیر گذر زمان بر خواص مکانیکی GFRC 18
2-7-1- خصوصیات مکانیکی وابسته به ملات 18
2-7-2- خصوصیات مکانیکی وابسته به الیاف شیشه 18
2-8-2- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر خصوصیات مکانیکی بتن 20
2-9-1- کاربرد فناوری نانو در بتن 22
فصل سوم: مروری بر پیشینهی علمی موضوع
3-2- تاریخچهی تولید الیاف مقاوم در محیط قلیایی 27
3-3- استفاده از مواد پلیمری در بتن مسلح به الیاف شیشه 28
3-4- بررسی مقاومت فشاری بتن مسلح به الیاف شیشه 32
3-5- استفاده از میکروسیلیس و متاکائولین در بتن مسلح به الیاف شیشه 34
3-5-1- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر رفتار خمشی بتن مسلح به الیاف شیشه 34
3-5-2- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر رفتار کششی بتن مسلح به الیاف شیشه 36
3-5-3- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر روی طاقت بتن مسلح به الیاف شیشه 38
3-5-4- بررسی مکانیزم شکست بتن مسلح به الیاف شیشه 38
3-6- استفاده از نانوسیلیس به عنوان جایگزین بخشی از سیمان در بتن 40
نه |
فصل چهارم: مشخصات مصالح و چگونگی ساخت نمونهها
4-2- مشخصات و ویژگیهای مصالح به کار رفته 42
4-3-1- نحوه محاسبهی طرحهای اختلاط 52
4-4- نحوه اختلاط مواد و ساخت نمونهها 53
4-4-1- ساخت نمونهها در روش پیش مخلوط 53
4-4-2- ساخت نمونهها در روش اسپری 56
4-5- نامگذاری طرحهای اختلاط 58
4-6- بیرون آوردن نمونهها از قالب و عملآوری نمونهها 60
فصل پنجم: نحوه انجام آزمایشها و بیان نتایج
5-2-1- نتایج مربوط به مقاومت فشاری 63
5-2-2- ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مقاومت فشاری 64
5-2-3- ﺗﺄثیر استفاده از الیاف شیشه بر روی مقاومت فشاری 65
5-3-1- نتایج آزمایش خمش چهار نقطهای 70
5-3-2- بررسی ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مدول گسیختگی بتن مسلح به الیاف شیشه 74
ده |
5-3-3- بررسی ﺗﺄثیر الیاف شیشه و روشهای تولید بتن مسلح به الیاف شیشه بر مدول گسیختگی 77
5-4- سهم پوزولان از مقاومت بتن 82
5-4-1- سهم پوزولان از مقاومت فشاری 83
5-4-2- سهم مواد پوزولانی از مدول گسیختگی 86
5-5-1- بررسی شاخص های طاقت 91
5-5-2- بررسی مقادیر مربوط به شاخص I5 در بتن مسلح به الیاف شیشه 94
5-5-3- بررسی مقادیر شاخص I10 در بتن مسلح به الیاف شیشه 95
5-5-4- بررسی مقادیر شاخص I20 در بتن مسلح به الیاف شیشه 97
5-5-5- نحوه شکست نمونههای خمشی 100
فصل ششم: خلاصه, نتایج و پیشنهادات
6-2- مروری اجمالی بر فعالیتهای انجام گرفته در تحقیق حاضر 104
6-3- نتایج بهدست آمده در این تحقیق 105
6-3-3- سهم مواد پوزولانی از مقاومت بتن 106
6-4- پیشنهادات جهت انجام تحقیقات آینده 107
پیوست: نمودارهای بار- تغییر مکان. 108
مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..138
یازده |
چکیده
خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترکها و ریز ترکها بستگی دارد. با افزایش بارگذاری, ریز ترکها به هم متصل شده و ترکها را تشکیل میدهند. به منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یکسری رشتههای نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده است، استفاده میگردد؛ که به آنها الیاف گفته می شود. از جمله پر کاربردترین الیاف مورد استفاده در بتن, الیاف شیشه میباشد. بتن مسلح به الیاف شیشه، مادهای کامپوزیت شامل یک ملات از سیمان هیدرولیکی و سنگدانهی ریز است که با الیاف شیشه تقویت می شود. استفاده از الیاف شیشه در بتن باعث بهبود ویژگیهای بتن می شود که از جمله میتوان به افزایش مقاومت کششی, افزایش مقاومت خمشی, بهبود مقاومت ضربه, افزایش میزان جذب انرژی, بهبود رفتار بتن در ناحیهی غیرخطی و شکل پذیری بالا اشاره کرد. از آنجا که خواص بتن مسلح به الیاف شیشه در ارتباط مستقیم با شرایط الیاف شیشهی استفاده شده در سطح بتن میباشد, موضوعات مرتبط با عملکرد الیاف شیشه در طول زمان, همواره مورد توجه محققین بوده است. عواملی همچون محیط قلیایی بتن و محصولات تولید شده ناشی از فرایند هیدراسیون سیمان, در طول زمان با تخریب الیاف شیشه, باعث ایجاد تغییر در خواص مکانیکی بتن مسلح به الیاف شیشه میشوند. در این تحقیق به منظور کاهش ﺗﺄثیرات ناشی از محیط قلیایی بتن, از الیاف شیشهی مقاوم در محیط قلیایی و برای جلوگیری از ﺗﺄثیر مخرب فرایند هیدراسیون سیمان, از مواد پوزولانی با درصدهای مختلف استفاده شده است. به منظور بررسی مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و شاخص های طاقت در بتن تولید شده به دو روش پیش مخلوط و اسپری, 15 طرح اختلاط حاوی درصدهای مختلف الیاف شیشه و مواد پوزولانی (میکروسیلیس, متاکائولین و نانوسیلیس) در روش پیش مخلوط و 14 طرح اختلاط در روش اسپری, مورد آزمایش قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده چنین میتوان برداشت کرد که مقاومت فشاری در بتن مسلح به الیاف شیشه, تا حد زیادی به کیفیت ملات بستگی دارد. بر این اساس ملاحظه می شود که اضافه نمودن الیاف شیشه باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می شود. با توجه به این نتایج, کاهش مقاوت فشاری نمونههای تقویت شده با الیاف شیشه در حضور مواد پوزولانی به حداقل میرسد. در این شرایط مقاومت فشاری در برخی از نمونههای مسلح به الیاف شیشه و حاوی مواد پوزولانی, نسبت به نمونههای شاهد افزایش یافته است. با توجه به نتایج بدست آمده, مسلح کردن بتن به الیاف شیشه, باعث افزایش قابل توجه مدول گسیختگی می شود. مدول گسیختگی با افزایش میزان الیاف شیشه, ابتدا روندی صعودی و سپس روندی نزولی طی می کند. استفاده از مواد پوزولانی در نمونههای تقویت شده با الیاف شیشه, باعث بهبود مدول گسیختگی می شود. همچنین کاهش مدول گسیختگی در طول زمان و با حضور مواد پوزولانی به حداقل میرسد. در این تحقیق به منظور بررسی طاقت نمونههای مسلح به الیاف شیشه از سطح زیر نمودار بار- تغییر مکان استفاده شده است. به طور کلی استفاده از الیاف شیشه در بتن, باعث افزایش طاقت بتن می شود. با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه می شود که با افزایش الیاف شیشه, هر سه شاخص طاقت افزایش مییابد؛ هر چند در شاخص I5 این افزایش ناچیز میباشد. در واقع این امر نشان دهنده این است که در جابجایی بزرگتر, جذب انرژی بیشتر توسط الیاف شیشه صورت میگیرد. در بین نمونههای مسلح به الیاف شیشه, بیشترین مقادیر مشخصهی خصوصیات مکانیکی, مربوط به طرحهای حاوی 10% و 15% متاکائولین میباشد. استفاده از نانوسیلیس در طرحهای اختلاط, باعث کاهش شدید مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و طاقت در بتن مسلح به الیاف شیشه می شود.
کلمات کلیدی: بتن مسلح به الیاف شیشه، میکروسیلیس، متاکائولین، نانوسیلیس، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، شاخص طاقت
1
فصل اول بررسی کلیات و اهداف تحقیق
1-1- مقدمه
توانایی سرویس دهی و افزایش ظرفیت باربری مصالح سازهای از دیر باز به عنوان یک مسئله مهم اقتصادی محسوب میشده است.
بتن به عنوان یک مادهی سازهای پر کاربرد, امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد. از سال 1992 تا 1993 میلادی، تنها در کشور آمریکا 63 میلیون تن سیمان پرتلند برای تولید 500 میلیون تن بتن مصرف شده است؛ که این خود پنج برابر تولید فولاد، به صورت وزنی در مدت مشابه است. در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است[1]. تا کنون تعاریف زیادی از بتن ارائه شده است. بر اساس این تعاریف, بتن از سه مادهی اصلی تشکیل شده است. این مواد عبارتند از: مواد سیمانی, آب که مواد سیمانی با آن واکنش داده و خاصیت چسبندگی پیدا می کنند؛ و مواد پر کننده که حجم قابل توجهی از بتن را تشکیل میدهند.
با وجود ویژگیهای قابل توجه این ماده از جمله شکلپذیری بالا, مقاومت و عمر زیاد, در دسترس و ارزان قیمت بودن, بتن مادهای ترد است و تحت بارهای خمشی و کششی به شدت ضعیف عمل می کند.
آرماتورهای فولادی, بتن را تحت کشش مسلح می کنند؛ ولی تقریباً اثری بر روند گسترش ترک ندارند. به عبارت دیگر با رسیدن انتهای ترک به موقعیت آرماتورهای کششی، نرخ افزایش بازشدگی دهانهی ترک و همچنین انتشار ترک کاهش یافته و سپس با عبور ترک از آرماتور، توسعه ترک با نرخ بیشتری افزایش مییابد. علاوه بر آن وجود آرماتور در نواحی خاص کششی، بتن را از حالت همگن و یکنواخت خارج کرده و فرض همگنی بتن در روشهای آنالیز را با اشکال مواجه می کند ]1[.
به طور کلی خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترکها و ریز ترکها بستگی دارد. با افزایش بارگذاری, ریز ترکها به هم متصل شده و ترکها را تشکیل می دهند [2]. بهمنظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک سری رشتههای نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده، استفاده میشود؛ که به آنها الیاف گفته می شود.
1-2- بتن الیافی
با توجه به تعریف ACI 544.2R-89 [3], بتن الیافی بتنی است كه با سیمان هیدرولیكی, مصالح سنگی ریزدانه و درشتدانه ساخته شده و به وسیله الیاف تقویت می شود.
كاربرد گستردهی بتن الیافی از اواسط سال 1960 برای روسازی جادهها، كف سالنهای صنعتی، جدارهی كورهها و غیره, آغاز گردید [4]. مهمترین مشخصهی بتن الیافی, خاصیت جذب انرژی و انعطاف پذیری آن است. به همین دلیل امروزه این بتن نقشی بسیار جدی در پیشرفت تکنولوژی بتن ایفا می کند.
در کل از بتن الیافی میتوان انتظار ارتقای پارامترهای مرتبط با ضرایب باربری نظیر مقاومت فشاری، کششی، خمشی، برشی و مقاومت در برابر خزش، سایش و فرسایش را داشت.
1-3- الیاف مورد استفاده در بتن
همانطور که گفته شد, با رسیدن تنشهای وارده به حداکثر مقاومت ملات, ترکها تشکیل میشوند. در نهایت تجمع این ترکها در یک ناحیه باعث انهدام بتن می شود. در این شرایط استفاده از الیاف باعث جلوگیری از گسترش ترکها و اتصال آنها به یکدیگر می شود.
استفاده از الیاف در بتن از حدود 50 سال پیش شروع شد و روز به روز بر استفاده از این ماده در طرحهای اختلاط بتن افزوده می شود. مزایای گوناگون كاربرد الیاف در بتن نظیر افزایش مقاومت خمشی, افزایش مقاومت برشی, افزایش مقاومت كششی, افزایش مقاومت در برابر بارهای ضربهای, افزایش میزان جذب انرژی و افزایش مقاومت مقطع در مقابل ترک خوردگی, باعث شده که از الیاف در تقویت و مرمت انواع سازههای بتنی استفاده شود [5].
انتخاب نوع الیاف، تعیین کننده خواص کامپوزیتها است. امروزه به منظور تقویت بتن از الیاف مختلفی منجمله الیاف فولادی, الیاف پلیپروپیلن, الیاف آرامید (کولار), الیاف کربن و الیاف شیشه استفاده می شود (شکل 1-1).
الیاف مورد استفاده در بتن را میتوان از نظر جنس به 4 گروه زیر تقسیم کرد [6]:
- مواد مصنوعی آلی مانند پلیپروپیلن و کربن
- مواد مصنوعی غیر آلی مانند فولاد و شیشه
- مواد طبیعی آلی مانند سلولز
- مواد طبیعی غیر آلی مانند آزبست
الف | ب | ج | د |
شکل 1‑1– انواع الیاف کامپوزیتی؛ الف) الیاف شیشه؛ ب) الیاف کربن؛ ج) الیاف پلیپروپیلن؛ د) الیاف فولاد [7 , 8]
1-3-1- الیاف طبیعی
الیاف طبیعی مانند نارگیل، سیسال، تفالهی نیشکر، بامبو، کنف، کتان، چوب و الیاف گیاهی جهت تشخیص خصوصیات مهندسی و احتمال استفاده از آنها در ساختمانسازی در 40 کشور مورد آزمایش قرار گرفتند. هرچند نتایج دلگرم کننده بود, اما به دلیل فعل و انفعال بین ملات سیمان و الیاف, ضعفهایی در دوام آنها مشاهده گردید. الیاف گیاهی استحکام بالایی ندارد و در اثر افزایش بارهای وارده با پارگی الیاف و یا با بیرون کشیده شدن آنها از درون ملات بتن، شکست در سازه بتنی ایجاد می شود [9].
1-3-2- الیاف فولادی
امروزه الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص مکانیکی بتن، کاربرد وسیعی را در سازههای بتنی و بتن الیافی پیدا کرده اند. بتن مسلح شده با الیاف فولادی می تواند به طور موضعی و یا کلی جایگزین بتن مسلح شده با میلگردهای فولادی گردد.
الیاف فولادی دارای اشکال متفاوتی میباشند و به طور معمول بر اساس روش تولید, این الیاف را به 4 دسته تقسیم می کنند [10]:
- کشیدن و بریدن سیمهای فولادی (الیاف سیمی)
- نورد و برش ورقهای فولادی (الیاف برشی یا نواری)
- استخراج شده از حالت مذاب (الیاف ریختهگری)
- تراشیدن سطح ورقهای فولادی (الیاف ماشینی)
از جمله موارد استفاده از الیاف فولادی عبارتند از: روکش جاده ها، شمعها, پی ماشین آلات, پوشش تونلها و سازههای دریایی [11].
شکل 1‑2– استفاده از بتن مسلح به الیاف فولادی در ساخت تونل CTRL در شهر لندن [12]
1-3-3- الیاف آرامید
آرامید نوعی الیاف مصنوعی از مواد پلیمری است که دارای مدول الاستیسیتهی بالا است. استفاده از الیاف آرامید به سال 1970 برمیگردد. این الیاف اولین بار توسط دوپنت در کشور آلمان با نام کولار ساخته شد [13].
الیاف آرامید تركیب آلی حلقوی از كربن, هیدروژن، اكسیژن و نیتروژن میباشد. دانسیتهی کم و مقاومت کششی بالای این الیاف, موجب تشکیل یک ساختار مقاوم در مقابل ضربه می شود. مدول کششی و استحکام این الیاف با الیاف شیشه قابل مقایسه است. اما به طور معمول دانسیتهی الیاف آرامید در حدود نصف دانسیتهی الیاف شیشه میباشد. بنابراین میتوان از این الیاف به عنوان جایگزین مناسبی برای الیاف شیشه ای که وزن پایینتری برای آن مد نظر است, استفاده کرد [14].
1-3-4- الیاف کربن
الیاف کربن از جمله الیاف مصنوعی است که از سال 1959 به صورت صنعتی تولید شد. از آن زمان تا به امروز, این الیاف در زمینههای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. این الیاف به دلیل وزن مخصوص کم, مقاومت بالا در محیطهای قلیایی, مقاومت حرارتی بالا و …., به عنوان یکی از اجزای مهم در تولید مواد کامپوزیت در صنعت هوا فضا, مورد استفاده قرار میگیرد [15].
1-3-5- الیاف شیشه
الیاف شیشه به عنوان مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در بتن شناخته می شود. كاربرد این الیاف از سال 1950 در شوروی و انگلستان بهطور همزمان آغاز شد [16]. به دلیل مقاومت کششی بالا, وزن مخصوص کم, جذب آب پایین, مدول الاستیسیته و وزن بالا, این الیاف از پتانسیل بالایی برای استفاده در بتن برخوردار است. با توجه به کاربردهای مختلف الیاف شیشه, این الیاف را به 4 دستهی A-GLASS, E-GLASS, S-GLASS و AR-GLASS تقسیم می کنند [17].
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
تعداد صفحه :165
قیمت : 14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت :
* serderehi@gmail.com
14,700 تومانافزودن به سبد خرید