دانشگاه محقق اردبیلی
دانشکده فنی و مهندسی
گروه عمران
عنوان:
مطالعه تاثیر نانوسیلیس بر خواص مکانیکی و دوام بتنهای حاوی الیاف پلیپروپیلن
استاد راهنما:
دکتر یعقوب محمدی
استاد مشاور:
مهندس طاهر باهر طالاری
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده:
در این پایاننامه اثر نانوسیلیس بر روی خواص مکانیکی و دوام بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن مطالعه گردید. الیاف پلیپروپیلن مصرفی به طول mm 18 و نسبت طول به قطر mµ 9/0 بهره گیری گردید. تاثیر الیاف و نانوسیلیس در سه درصد مختلف برای هر کدام در نسبتهای 1/0 ، 2/0 و 3/0 درصد برای الیاف و2 ، 4 و 6 درصد برای نانوسیلیس روی بتن با نسبت آب به سیمان 38/0 مورد مقایسه و مطالعه قرار گرفت. در مجموع بیش از 192 نمونه مکعبی و استوانهای براساس استانداردهای ASTM ساخته گردید و آزمایشهای مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیرمستقیم، آزمایش التراسونیک و مقاومت الکتریکی روی نمونهها انجام پذیرفت.
نتایج حاصل از آزمایشات بیانگر افزایش قابل توجهی در مشخصات مکانیکی و دوام بتن بود. مقاومت فشاری تا 55 درصد و مقاومت کششی تا 25 درصد افزایش پیدا نمود. افزایش چشمگیر مقاومت الکتریکی نیز نشان از دوام بالای این نوع بتن داشت.
فهرست مطالب:
فصل اول :مقدمه و کلّیات
1-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………… 2
1-2. معرفی بتن الیافی……………………………………………………………………………..2
1-2-1. تعریف………………………………………………………………………………………..3
1-2-2. آیین نامه های معتبر بتن الیافی……………………………………………………………3
1-3. کاربردهای بتن الیافی ……………………………………………………………………….4
1-3-1. بتن پرتابی(شاتکریت) ………………………………………………………………………4
1-3-2. دالهای روی بستر …………………………………………………………………………..5
1-3-3. صنایع نظامی ………………………………………………………………………………..7
1-3-4. کف سالنهای صنعتی ………………………………………………………………………7
1-4. مزایا و معایب بتن الیافی ……………………………………………………………………..7
1-5. جنبه های اقتصادی بتن الیافی…………………………………………………………..8
1-6. نانو مواد در بتن ………………………………………………………………………………….9
1-7. اختصار و اهداف پژوهش ……………………………………………………………………..10
1-8.پیشینه پژوهش ……………………………………………………………………………..10
1-9. مقایسه چند نوع الیاف از نظر هندسه …………………………………………………….11
1-10.مقایسه اثر نوع های مختلف الیاف از نظر جنس در بتن الیافی ………………………..12
1-11. تحقیقاتی که منحصراً بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن با و بدون نانومواد انجام گرفته می باشد…..13
1-12. اثر نانوسیلیس بر روی خمیر سیمان……………………………………………………..15
1-13. اثر نانوسیلیس بر بتن …………………………………………………………………15
1-14. تحقیقات انجام شده در ایران ………………………………………………………………16
1-15. خواص مکانیکی الیاف…………………………………………………………………….18
1-15-1. تاریخچه………………………………………………………………………………..18
1-15-2. انواع الیاف…………………………………………………………………………….19
1-15-2-1. الیاف مصنوعی…………………………………………………………………….19
1-15-2-2. الیاف کربن……………………………………………………………………………19
1-15-2-3. الیاف آرامید………………………………………………………………………..20
1-15-2-4. الیاف شیشه و آزبست……………………………………………………………20
1-15-2-5. الیاف فلزی………………………………………………………………………..21
1-15-2-6. الیاف گیاهی وطبیعی…………………………………………………………….22
1-51-2-7. الیاف پلی پروپیلن…………………………………………………………………22
1-15-2-7-1. مزایای الیاف پلی پروپیلن نسبت به مش ضد ترک ( آرماتور حرارتی )…….23
1-15-2-7-2. روش و اندازه مصرف ………………………………………………………….24
1-15-2-7-3. ویژگیهای بتن الیافی حاوی الیاف پلی پروپیلن………………………….24
1-15-2-7-4. کاربردهای الیاف پلی پروپیلن ……………………………………………….25
1-15-2-8. آزمایش اسلامپ بتن الیافی…………………………………………………26
1-16. نانو مواد ها و مشخصات آنها………………………………………………………..26
1-16-1. مواد نانو کمپوزیت……………………………………………………………….27
1-16-2. بتن با عملکرد بالا (HPC) …………………………………………………………27
1-16-3. نانو سیلیس آمورف…………………………………………………………………27
1-16-3-1. نانوسیلیس و مقایسه بعضی خواص آن با سیلیکافیوم…………………….28
1-16-4. نانو لوله ها………………………………………………………………………30
فصل دوم: مواد و روشها
2-1. مواد مورد بهره گیری(Material) ……………………………………………………..33
2-1-1. سیمان…………………………………………………………………………….33
2-1-1-1. سیمان پرتلند پوزولانی (PPC) ………………………………………………33
2-1-2. آب اختلاط…………………………………………………………………………..35
2-1-3. سنگدانه ها………………………………………………………………………….35
2-1-3-1. آزمایش لس آنجلس بر روی سنگدانه های درشت……………………….36
2-1-4. الیاف پلی پروپیلن……………………………………………………………….37
2-1-5. ماده افزودنی نانوسیلیس…………………………………………………….38
2-1-6. ماده افزودنی فوق روان کننده……………………………………………………38
2-1-7. قالب ها…………………………………………………………………………….40
2-1-8. روش انجام آزمایشها(Methods) ………………………………………………40
2-1-9. روش تعیین طرح اختلاط به صورت کلی…………………………………………41
فصل سوم: نتایج و بحث
3-1. آزمایشهای انجام شده……………………………………………………………..45
3-2. نتایج آزمایشهای بتن الیافی……………………………………………………….45
3-2-1. آزمایش مقاومت فشاری…………………………………………………………46
3-2-1-1. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف A (مرجع)……..47
3-2-1-2. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف B …………………
3-2-1-3. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف C…………………
3-2-1-4. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف D ……………….
3-2-1-5. مطالعه کلی نمودار های آزمایش مقاومت فشاری………………….56
3-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم……………………………………..57
3-2-2-1. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف A(مرجع)……59
3-2-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف B………….
3-2-2-3. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف C………….
3-2-2-4. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف D…………
3-2-2-5. مطالعه کلی نمودارهای آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم………..67
3-2-3. آزمایش سرعت پالس التراسونیک (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. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف A…………
3-2-3-5. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف B…………
3-2-3-6. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف C……………
3-2-3-7. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف D……………
3-2-3-8. مطالعه کلی نمودارهای آزمایش التراسونیک………………………………..79
3-2-4. مقاومت الکتریکی…………………………………………………………………….80
3-2-4-1. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف A (مرجع)….82
3-2-4-2. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف B……….
3-2-4-3. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف C………..
3-2-4-4. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف D………..
3-2-4-5. مطالعه کلی نمودارهای آزمایش مقاومت الکتریکی……………………………….90
فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات
4-1. نتیجه گیری………………………………………………………………………………….96
4-2. پیشنهادها و موضوعات تحقیقی……………………………………………………..97
منابع……………………………………………………………………………………………99
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
امروزه بتن به عنوان یکی از پرمصرفترین مصالح جهان و به عنوان ماده ساختمانی قرن بیست و یکم شناخته شده می باشد. ساخت این ماده مرکب با بهره گیری از ارزانترین و در دسترسترین مواد ساده از یک سو، انعطافپذیری، خواص مقاومتی و دوام آن از سوی دیگر و نیز بهره گیری از موادی در ساخت آن که به پاکسازی و کاهش آلودگی محیط زیست کمک مینماید موجب آن شده می باشد که بتن به عنوان مصالح ممتاز مطرح گردد]1[. بتن ماده ای می باشد که دارای مقاومت زیاد در فشار بوده و از این رو بهره گیری از آن برای قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب می باشد. لیکن علیرغم مقاومت فشاری قابل توجه، مقاومت کششی کم و شکنندگی نسبتاً زیاد بتن بهره گیری از آن را برای قطعاتی که تماماً یا به گونه موضعی تحت کشش هستند را محدود مینماید]2[. این عیب اساسی بتن در اقدام با مسلح کردن آن با استقرار آرماتورهای فولادی در جهت نیروهای کششی برطرف میگردد. شایان ذکر می باشد که در موردها متعددی جهت این نیروهای کششی به گونه دقیق معلوم نیست. همچنین با در نظر داشتن اینکه آرماتور بخش کوچکی از مقطع را تشکیل میدهد، تصور اینکه مقطع بتن یک مقطع همگن و ایزوتروپ باشد صحیح نخواهد بود. به مقصود ایجاد شرایط ایزوتروپی و کاهش اشکال شکنندگی و تردی بتن تا حد ممکن در چند دهه اخیر بهره گیری از الیاف نازک و نسبتاً طویل که در تمام حجم بتن پراکنده میگردد متداول شده می باشد]3[.
مساله دیگری که اخیراً مورد توجه دانشمندان علم بتن قرار گرفته می باشد بهره گیری از نانومواد در بتن بوده می باشد. محققان با آزمایشات مختلف به این نتیجه رسیدند که مشخصات بتن حاوی نانو مواد در مقایسه با بتن معمولی تحت تاثیر واکنشهای شیمیایی نانومواد با ذرات سیمان و بلورهای هیدروکسید کلسیم موجود در سیمان، عملکرد ماده مرکب بتنی را به شدت تحت تأثیر قرار میدهد]4.[
2-1- معرفی بتن الیافی
1-2-1. تعریف: طبق تعریف ACI 544.1R-82 ، بتن ساخته شده از سیمان هیدرولیکی، آب، شن، ماسه و الیاف، بتن مسلح با الیاف یا بتن الیافی نامیده میگردد. در بتن الیافی مانند بتن معمولی میتوان از پوزولانها و دیگر مواد مضاعف بهره گیری نمود. الیاف در شکلها و اندازه های متفاوت، و از جنس فولاد، مواد پلیمری، شیشه و مواد طبیعی مورد بهره گیری قرار میگیرد ]5[.
2-2-1- آیین نامه های معتبر بتن الیافی
علاوه بر مطالعات و پژوهشهایی که بصورت مقالات معتبر در مجلات و یا کنفرانسها ارائه گردیده می باشد. آیین نامههای بتن نیز بخشی از قسمتهای خود را به بتن الیافی اختصاص دادهاند. مانند این آیین نامهها، آیین نامه ACI (انجمن بتن آمریکا) میباشد که با معرفی کمیتهای جداگانه به نام ACI-544 به مطالعه مسائل بتن الیافی پرداخته می باشد. این کمیته اولین گزارش را در سال 1973 ارائه نمود و تاکنون این کمیته با چهار گزارش کلی کار خود را افزایش داده می باشد. گزارش های این کمیته با نامهای فرعی 3R,2R,1Rو 4R نامیده میشوند.
در گزارش ACI,544-1R که در سال 1996 ارائه گردید و در سال 1999 بازبینی گردید، اطلاعات کاملی از انواع الیاف و خواص آنها و تاثیر آنها بر روی خواص مکانیکی بتن به علاوه آزمایش اندازهگیری طاقت بتن الیافی آمده می باشد. در اصل این گزارش بیشتر به شناسایی انواع الیاف قابل کاربرد در بتن پرداخته و آنها را مقایسه کرده می باشد]6.[
در گزارش ACI,544-2R که در سال 1989 ارائه گردید طریقه انجام آزمایشات و استانداردهای لازم آورده شده می باشد و در مورد هایی همانند آزمایش ضربه و … حتی طریقه ساخت دستگاه آزمایش نیز تبیین داده شده می باشد]7[.
در گزارش ACI,544-3R که در سال 1998 ارائه گردید، در مورد طرح اختلاط و مصالح مناسب برای بتن الیافی تبیین داده شده می باشد. در این گزارش روشی برای طرح اختلاط آورده نشده بلکه دو طرح اختلاط مثال زده شده و پیشنهاداتی برای بهتر شدن خواص بتن الیافی آورده شده می باشد. به عنوان مثال هر چه سنگدانه ها در بتن الیافی کوچکتر باشند تأثیر الیاف در بتن اثرگذارتر خواهد بود و یا اینکه پیشنهاد گردیده که در بتن الیافی در صورت امکان از سیمان بیشتری بهره گیری گردد]8[.
در گزارش ACI,544-4R که در سال 1988 ارائه گردید. به روشهای طراحی با الیاف فولادی پرداخته شده می باشد. البته نتایج این طراحیها هنوز در ACI- 318 وارد نگردیده می باشد]9[.
از آییننامه های دیگر، آییننامه JSCE [1] ژاپن میباشد که روش اندازهگیری طاقت بتن الیافی که توسط این آییننامه ارائه گردیده از اهمیت بالایی نزد محققین برخوردار می باشد. در ضمن آییننامه RILEM در اروپا نیز گزارشهایی در مورد بتن الیافی منتشر کرده می باشد.]10[.
3-1- کاربردهای بتن الیافی
بتن مسلح به الیاف را میتوان به تنهایی و یا به همراه بتن مسلح معمولی بکار برد. در مورد هایی که میتوان بتن الیافی را به تنهایی بکار گرفت، عبارتند از:
– کف کارخانه ها، توقفگاهها، جایگاههای بنزین و سالنهای صنعتی
– روسازی بتنی بزرگراهها، جاده ها و فرودگاهها
– سازه های ضد انفجار و ضد حریق
– دیواره ها و کف کانال ها
– قطعات پیش ساخته
در دیگر مورد هایی که میتوان بتن مسلح معمولی و یا بتن پیش ساخته به کار برد:
– شالوده برای موتورها و ماشینآلات بزرگ، پرسهای بزرگ، ژنراتورهای دیزلی
– قطعات مربوط به تونلسازی و حفاری معادن
– دیوارهای حفاظتی، پناهگاهها
– تیر های پیشتنیده بتنی شمعهای ضربه گیر
موردها بهره گیری از فراوردههای سیمانی تقویت شده با الیاف گوناگون در جدول 1-1 آورده شده می باشد.
کاربردهای مهم بتن الیافی عبارتند از:
1-3-1- بتن پرتابی(شاتکریت)
یکی از کاربردهای مهم الیاف در بتنپاشی می باشد، بتنپاشی معمولاً برای اجرای لایههای نازک مناسب می باشد. به گونه کلی بتن پاشی به دو روش خشک و تر قابل اجراست. در روش خشک پس از اختلاط مصالح خشک، در حین عبور افشانک آب مورد نیاز اضافه میگردد. در روش تر، مخلوط به گونه کامل ساخته میگردد و سپس در محفظه پمپ دستگاه بتن پاش قرار میگیرد و از طریق لوله به افشانک انتقال مییابد. در عمده شاتکریتهای بتن الیافی از روش خشک بهره گیری به اقدام میآید. از روش تر نیز میتوان بهره گیری نمود، با این تفاصیل توجه بیشتری جهت توزیع الیاف بایستی به اقدام آید. بیشترین بهره گیری از بتنپاشی با الیاف در نگهداری زیرزمینها، بویژه دیواره تونلها و معادن، سازه های پوسته ای و تعمیرات سازههای دریایی و کانالهای آب میباشد ]12و13[.
2-3-1- دالهای روی بستر
دالهای روی بستر حاوی الیاف جهت جلوگیری از شکستهای ناشی از بارهای دینامیکی[1] و متمرکز و ترکهای ناشی از بار و غیر آن (مانند حرارت و جمع شدگی) در کف سالنهای صنعتی مورد بهره گیری قرار میگیرند و جایگزین دالهای مسلح به آرماتور در اکثر موردها میشوند. این دالها در روسازی جادهها، پیادهروها، فرودگاهها و بویژه سالنهای صنعتی مورد بهره گیری قرار میگیرند. با بهره گیری از این نوع بتن(بتن الیافی) روسازی فرودگاهها را می توان 25 تا 40 درصد نازکتر از بتن غیر مسلح و با فاصله درزهای اجرایی بیشتر، اجرا نمود.
خستگی خمشی عامل مهمی می باشد که بر عملکرد روسازی اثر میگذارد. اطلاعات موجود نشان میدهد که الیاف، مقاومت بتن را بطور موضعی و کلی در برابر خستگی به نحو قابل ملاحظهای افزایش میدهند]12[.
3-3-1- صنایع نظامی
از بتن مسلح به الیاف در بعضی از کشورها در صنایع نظامی بهره گیری گسترده به اقدام میآید. کاربردهای سازه ای آن بهره گیری از الیاف با و یا بدون تسلیح توسط آرماتورهای معمولی می باشد که در قطعات دالها، دیوارها، کف، تیرها و ستونها انجام میگیرد. نتایج آزمایشها نشان داده می باشد که این گونه قطعات پیش روی انفجار، پخش شدگی و پراکندگی بسیار کمتری در مقایسه با دالهای غیرمسلح به آرماتورهای معمولی ایجاد میکنند]12[.
4-3-1- کف سالنهای صنعتی
به علت خاصیت الیاف در افزایش مقاومت ضربه ای، بتن الیافدار نسبت به بتن معمولی (حدود 5 تا 10 برابر)، توجه عمدهای در ساخت کف سالنهای صنعتی به الیاف معطوف می باشد زیرا تخریب سریع سالنهای صنعتی، بر اثر بارهای دینامیکی و ضربه ماشینآلات و قطعات سنگین، بزرگترین مشکل در این گونه سازه ها به شمار میرود. افزایش مقاومت ضربهای، مقاومت بیشتری را پیش روی تورق و هوازدگی بتن به وجود میآورد]11[.
1 Dynamic load
1 Japan Society of Civil Engineering Standard
تعداد صفحه : 119
قیمت : 14700 تومان
