تحقیق مقاله تأثیر مسلح‌کردن با میله های فولادی کوتاه استخوانی شکل (BSS) را در بهبود ویژگی های مکانیکی بتون

خلاصه مطالب

در این تحقیق و مطالعه ما از طریق آزمایش تأثیر مسلح‌ کردن با میله‌ های فولادی کوتاه استخوانی شکل (BSS) را در بهبود ویژگی‌های مکانیکی بتون مورد ارزیابی قرار داده‌ایم. 

نتایج تست‌های خمشی چهار قطعه‌‌ای آشکار ساخت که کاربرد میله‌های فولادی BSS در مسلح نمودن بتون آنرا مستحکم‌تر، بادوام‌تر، و مقاومت‌تر در برابر ترک خوردن، نسبت به بتون‌های مسلح معمولی که در آنها از میله‌های فولادی کوتاه و صاف(CSS ) استفاده گردیده می‌باشد.

میله‌های فولادی (BSS) باعث تقویت بیشتر بتون در برابر ترک خوردن از طریق هدایت این لوله‌ها( در بتون) و قفل‌شدن مکانیکی آنها در ناحیه بین انتهای کروی شکل و پهن شده و بافت ترد و شکننده بتن می‌گردد.

در نمونه‌های بتن مسلح شده با (BSS) قبل از فورپاشی نهایی ترک‌های طولی متعددی ایجاد گردید در حالیکه نمونه‌های بتون مسلح شده با (CSS ) و یا غیرمسلح، ترک خوردن در ناحیه مرکزی شروع و تا فروپاشی کامل نمونه گسترش یافت. میله‌های فولادی (BSS) بصورت پلی در ناحیه ترک عمل نموده و در نهایت تغییر شکل( دفرمه‌شدن) و فروپاشی نهایی اتفاق می‌افتد.

همچنین ترک های ثانویه ایجاد شده در بافت قالب بتونی به صورت خطوطی از ناحیه مرکزی انتشار می‌یابد که باعث استحکام و دوام این ساختار می‌گردد. در حالیکه در مورد نمونه‌هایی که از (CSS) استفاده شده بود میله‌ها براحتی از بافت قالب( بتونی) بدون دفرمه‌شدن( تغییر شکل اساسی) خود  میله‌ها و بتون اطراف میله‌ها، از بافت اصلی خارج گردیدند.

بنابراین عملکرد میله‌های (CSS) حتی نزدیک به عملکرد میله‌های (BSS) در ارتباط با تقویت و دوام نبودند.

مقدمه

بتون غیرمسلح دارای توان انبساطی( یا کششی) پایین و استحکام کم می‌باشند.

این ساختار متداول معمولاً در زیرساختارهای مهندسی سیویل( راه و ساختمان) از قبیل پیاده‌روها ، خیابانها، بزرگراهها، استادیوم‌ها وپلها و فونداسیون خانه‌ها بکار می‌رود.

تنش‌های حرارتی که توسط تغییرات دما و نیز تنش‌هایی که در اثر استفاده بوجود می‌آیند غالباً سالهای بعد از ساخت این ساختارها ایجاد ترک در آنها می‌گردد.

ویژگی‌ های مکانیکی  خاص که برعملکرد ساختار بتونی اثر می‌گذارد شامل مقاومت در برابر ایجاد اولین ترک حداکثر استحکام و دوام می‌گردد.

در کاربرد بتونی که ایمنی نقش اساسی و حیاتی ایفا می‌کند از قبیل پل‌ها و ساختمانهای مسکونی از میله‌های فولادی دارای استحکام بالا بمنظور مسلح نمودن بتون برای ایجاد مقاومت در برابر ترک و تقویت استحکام و دوام کلی آن استفاده می‌گردد.

در هر حال در این روش میله‌ها بوسیله دست به یکدیگر متصل( وصل) می‌گردند تا قبل از ریختن بتن ساختار فولادی محکمی ساخته شود که در مجموع هزینه نیروی کار وزمان ساخت را افزایش می‌دهد.

استفاده از رشته‌های کوتاه و صاف فلزی شیشه‌ای یا پلیمر نیز در سالهای اخیر مورد بررسی قرار گرفته‌اند که با موفقیت کمی همراه بوده‌اند.

استفاده از میله‌های فولادی کوتاه (CSS) هزینه آرماتوربندی را کاهش داده و ویژگی‌های مکانیکی بتون را افزایش می‌دهد.

ویژگی‌ بارز فیبرهای(CSS) این است که بطور مستقیم با مواد تشکیل دهنده بتون مخلوط شده و بنابراین هزینه نیروی کار و نیز زمان اجرا را کاهش می‌دهند.

موادی که با فیبرها( یا یسم‌های فولادی) مسلح می‌شوند در چند دهه گذشته مورد بررسی و مطالعه عمیق قرارگرفته‌اند.

مؤثر بودن کاربرد فیبرهای( یا رشته‌های ) کوتاه در سیستم‌های مختلف دارای بافتهای( فیبری) پلیمری، فلزی، و سرامیکی نشان داده شده‌اند. در کلیه این سیستمها چالشی که فراروی محققین قرارداشته افزایش استحکام و دوام این سیستم‌ها بوده است. افزایش استحکام مواد ترکیب شده غالباً شامل دوام در برابر خورده‌شدن و نیز توانایی مقاومت دربرابر انتشار و گسترش ترک‌های ایجاد شده به اطراف می‌باشد. استحکام بالای ترکیب را می‌توان با انتخاب فیبرهای قوی و محکم و نیز حصول اطمینان از ایجاد بافت قوی بین مواد تشکیل دهنده افزایش داد.

اما در هر حال باید توجه داشت که پیوند قوی ایجاد شده داخلی به تنهایی ممکن است باعث کاهش دوام گردد چرا که از هم گسیختگی درونی در این سیستمها ممکن نیست و این ساختاری است که باعث ایجاد مقاومت در برابر گسترش ترک می‌گردد.

این از هم‌گسیختگی درونی باعث می‌شود که ترک تنها در اطراف فیبرها گسترش یابند و به فیبرهی درونی و بافت کلی آسیبی نرسد.

شکل 1- میله‌های فولادی استخوانی شکل – طول میله( یا رشته) فولادی mm 25 می‌باشد.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

در بسیاری سیستم‌ های مسلح تشکیل شده از بافت( یا رشته‌های) ترد هدایت  شده به درون سیستم مانند ساختارهای دارای بافت سیمانی – فیبرهای کوتاه فولادی مورد مطالعه در اینجا پیوند داخلی( اجزای تشکیل دهنده) ضعیف میباشد این رشته‌های کوتاه در این ترکیب می‌توانند باعث پیشگیری از گسترش ترک گردند و در نتیجه استحکام در برابر خورد شدن( یا از هم پاشیدگی کلی) افزایش می‌یابد. این رشته‌های کوچک به هنگام ایجاد ترک هر یک به تنهایی کشیده شده دچار شکستگی می‌شوند و یا تغییر شکل می‌دهند.

برای مثال اگر مقاومت اصطکاکی بین اجزاء تشکیل‌ دهنده واز هم گسیخته بافت اصلی ضعیف باشد و فیبرهای داخلی براحتی آسیب ببیند یا برون کشیده شوند، مقدار نیروی لازم کم خواهد بود و بنابراین مقاومت کافی در برابر گسترش ترک را نخواهد داشت اگر چه در مقایسه با بتون معمولی استحکام و دوام این بافت‌ها بیشتر است اخیراً روش جدیدی برای استفاده از فیبرهای(BSS) فاقد انتهای پهن شده برای مسلح نمودن مواد استفاده گردیده که بهبود قابل توجهی در تقویت ودوام مواد نشان داده است.

در مطالعات و تحقیقات گذشته سیستم ترکیبی بصورت استفاده از فیبر پلیمری و بافت اصلی پلیمری بودند در حالیکه در مورد فیبرهای BSS پس از ترک برداشتن بافت اصلی فیبرهای بیرون کشیده شدند و از هم گسیختگی روی نداد.

در این موارد مکانیزم مقاوم‌سازی اولیه دفرمه‌‌شدن( یا تغییر شکل اساسی دادن) در سطحی وسیع در اطراف بافت اصلی در ناحیه‌ای که انتهای پهن شده فیبرها بیرون زدند بوده است. در این تحقیق ما پتانسیل( نیروی بالقوه) رشته‌های فولادی را همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است. وبصورت پلی در ناحیه ترک خورده عمل می‌کند و باعث بهبود مقاومت بتن بنحو مؤثری می‌گردد نشان خواهیم داد. بتون معمولاً ترکیبی از سیمان و مواد متراکم درون آن می‌باشد اما در اینجا ما برای سادی بتون ساده و بدون مواد متراکم را مورد بررسی قرار خواهیم داد و اگر چه بتون ساده

( سیمانی ) مقاومت کمتری دربرابر ترک‌خوردگی از خود نشان می‌دهد اما نتایج حاصله در هر حال برای دیگر بتون‌ها نیز کاربرد خواهد داشت چرا که همه بتن‌ها در هر حال موادی ترد و شکننده می‌باشند.

برای این سیستم ما درخواهیم یافت که رشته‌های فولادی در (BSS) که در ناحیه ترک برداشته می‌بادید مانند پلی از بافت اصلی محافظت نمایند غالباً تغییر شکل از نوع پلاستیکی می‌دهند و در بسیاری از موارد تا از هم‌گسیختگی پیش می‌روند.

نتایجی که از این تحقیق بدست خواهد آمد و بتون مسلح با استفاده از (BSS) را شامل می‌گردد ممکن است در مورد طیف وسیعی از ترکیبات مسلح که در آنها از روش هدایت فیبرها استفاده گردیده، کاربرد داشته باشد.

روش استفاده از تغییر شکل پلاستیکی مواد مسلح کننده در صورت استفاده صحیح باعث تقویت و استحکام بتون خواهد شد.

مکانیزم دوم تقویت استفاده از روش بیرون زدن فیبرها است. با تغییر رشته‌ای (CSS) به(BSS) ما در واقع از مکانیزم دوم به مکانیزم اولی ( تقویت) تغییر روش می‌دهیم.

انتهای پهن شده رشته‌های BSS باعث می‌گردد آنها از بیرون خارج شوند و با تغییر

شکل پلاستیکی تا مرحله از هم‌گسیختگی کامل مقاومت کنند.

هدف از انجام این تحقیق:

بررسی مزایای استفاده از رشته‌های (BSS) بعنوان یک روش مؤثر کارآمد و کم‌هزینه بمنظور تقویت استحکام سازه‌ ها

مطالعه مؤثربودن روش تغییر شکل پلاستیکی رشته‌های (BSS) نسبت به روش بیرون زدن رشته‌های (CSS) در بهبود مقاومت در برابر رسیدن به اولین ترک حداکثر مقاومت و استحکام و دوام می‌باشد.

2- مراحل روش‌های تجربی

سه نوع مورد آزمایش برای انجام تست» چهارنقطه« خمشی در مورد بتن مسلح با (BSS) و (CSS) و غیر مسلح ساخته شدند.

این تستها ما را قادر ساخت نقش(CSS) و (BSS) در تقویت استحکام بتون را بررسی و مقایسه نمائیم. ابعاد نمونه‌ها تقریباً 25×38×240 میلیمتر انتخاب گردید.

بعنوان (BSS) رشته‌های فولادی تجاری با نقطه از هم‌گسیختگی در فشار mpa 260 و عدم تاب کششی 6/12 درصد ساخته شدند.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)