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 میزان 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 استفاده(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
************************************* *************************************   نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نمایش داده می شود ولی در سایت می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : elmyar.net *************************************   *************************************     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 ……………………………………………..50
3-2-1-3. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف C………………………………………………51
3-2-1-4. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف D …………………………………………….54
3-2-1-5. بررسی 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………………………….61
3-2-2-3. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف C…………………………63
3-2-2-4. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف D………………………….65
3-2-2-5. بررسی 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. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف A……………………………….70
3-2-3-5. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف B……………………………….73
3-2-3-6. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف C……………………………….75
3-2-3-7. بررسی نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف D……………………………….77
3-2-3-8. بررسی کلی نمودارهای آزمایش التراسونیک…………………………………………………………………….79
3-2-4. مقاومت الکتریکی……………………………………………………………………………………………………………………80
3-2-4-1. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف A (مرجع)……….82
3-2-4-2. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف B……………………..85
3-2-4-3. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف C……………………..87
3-2-4-4. بررسی نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف D…………………….89
3-2-4-5. بررسی کلی نمودارهای آزمایش مقاومت الکتریکی…………………………………………………………..90
فصل چهارم: نتیجهگیری و پیشنهادات
4-1. نتیجهگیری………………………………………………………………………………………………………………………………….96
4-2. پیشنهادها و موضوعات تحقیقی…………………………………………………………………………………………………97
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..99
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل1-1 . یک نمونه شاتکریت با بتن الیافی با الیاف 6 میلیمتری پلی پروپیلن…………………………………6
شکل1-2 . یک نمونه دال پل که در کانزاس آمریکا با بتن الیافی ساخته شده است………………………….6
شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن الیافی و بتن حاوی نانوذرات(نانوسیلیس)…………………………………..9
شکل 1-4. شاخص سایش بتنهای حاوی درصد های مختلف نانوتیتانیوم در سن 28 روزه……………31
شکل 2-1. سیمان پوزولانی اردبیل…………………………………………………………………………………………………….34
شکل 2-2. الیاف 18 میلیمتری مورد استفاده در آزمایشات………………………………………………………………38
شکل 2-3. فوق روان کننده و نانوسیلیس مصرفی(سمت چپ نانوسیلیس) …………………………………….39
شکل 3-1. دستگاه آزمایش مقاومت فشاری و کششی غیرمستقیم…………………………………………………..47
شکل 3-2. مقاومت فشاری نمونه های بدون نانوسیلیس در سنین 28 و 90 روزه (مرجع) ……………49
شکل 3-3. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های بدون نانوسیلیس……………………………………………49
شکل 3-4. مقاومت فشاری نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………………………………………………………..51
شکل 3-5. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس ………………………………….51
شکل 3-6. مقاومت فشاری نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………………………………………………………..53
شکل 3-7. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس ………………………………….53
شکل 3-8. مقاومت فشاری نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس در سنین مختلف……………… …………….55
شکل 3-9. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………………55
شکل 3-10.درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های 28 روزه به ازای درصدهای مختلف نانوسیلیس…………………………………………………………………………………………………………………………………………..56
شکل 3-11. درصد افزایش مقاومت فشاری نمونه های 90 روزه به ازای درصد های مختلف نانوسیلیس…………………………………………………………………………………………………………………………………………….57
شکل 3-12. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های بدون نانوسیلیس(مرجع) ………………………………60
شکل 3-13. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای نمونه های بدون نانوسیلیس…………..60
شکل 3-14. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس……………………………………62
شکل 3-15. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………..62
شکل 3-16. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس……………………………………64
شکل 3-17. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………..64
شکل 3-18. مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………………66
شکل 3-19. درصد افزایش مقاومت کششی غیر مستقیم نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس…………..66
شکل 3-20. درصد افزایش مقاومت کششی نمونههای 28 روزه به ازای درصد های مختلف نانوسیلیس……………………………………………………………………………………………………………………………………………67
شکل 3-21. درصد افزایش مقاومت کششی نمونههای 90 روزه به ازای درصد های مختلف نانوسیلیس…………………………………………………………………………………………………………………………………………….68
شکل 3-22. سونیسکوپ مورد استفاده در آزمایش التراسونیک(تعیین مدول الاستیسیته دینامیکی)…………………………………………………………………………………………………………………………………………….69
شکل 3-23. مدول الاستیسیته دینامیکی نمونه های بدون نانوسیلیس(مرجع)……………………………….72
شکل3-24. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی درصد های مختلف الیاف pp………….72
شکل 3-25. مدوا الاستیسیته دینامیکی نمونه های حاوی 2% نانوسیلیس……………………………………….74
شکل 3-26. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی 2% نانوسیلیس……………………………….74
شکل 3-27. مدول الاستیسیته دینامیکی نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس……………………………………76
شکل 3-28. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی 4 % نانوسیلیس………………………………76
شکل 3-29. مدول الاستیسیته دینامیکی نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………………78
شکل 3-30. درصد افزایش مدول الاستیسیته دینامیکی حاوی 6 % نانوسیلیس………………………………78
شکل 3-31. درصد افزایش مدول الاستیسیته نمونه های 28 روزه…………………………………………………..79
شکل 3-32. درصد افزایش مدول الاستیسیته نمونه های 90 روزه…………………………………………………..80
شکل 3-33. دستگاه اندازه گیری مقاومت الکتریکی………………………………………………………………………….82
شکل 3-34. مقاومت الکتریکی نمونه های بدون نانوسیلیس(مرجع) ……………………………………………….84
شکل 3-35. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های بدون نانوسیلیس……………………………………..84
شکل 3-36. مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………………………………………………….86
شکل 3-37. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 2 % نانوسیلیس…………………………….86
شکل 3-38. مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………………………………………………….88
شکل 3-39. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 4 % نانوسیلیس…………………………….88
شکل 3-40. مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس…………………………………………………….90
شکل 3-41. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های حاوی 6 % نانوسیلیس……………………………..90
شکل 3-42. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های 28 روزه ………………………………………………….91
شکل 3-43. درصد افزایش مقاومت الکتریکی نمونه های 90 روزه ………………………………………………….92
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1. فرآورده های سیمانی تقویت شده با الیاف ………………………………………………………………………………5
جدول 1-2. الیاف های مورد استفاده در بتن…………………………………………………………………………………………….21
جدول 2-1. ترکیب سیمان مصرفی……………………………………………………………………………………………………………34
جدول 2-2. دانه بندی سنگدانه های مصرفی…………………………………………………………………………………………….35
جدول 2-3. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب A……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-4. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب B……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-5. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب C……………………………………………………………………………………..36
جدول 2-6. نتایج آزمایش لس آنجلس برای ترکیب هایA و B و C……………………………………………………37
جدول 2-7. مشخصات الیاف پلی پروپیلن مصرفی…………………………………………………………………………………….37
جدول 2-8. مشخصات نانوسیلیس مصرفی………………………………………………………………………………………………..38
جدول 2-9. مشخصات فوق روان کننده مصرفی……………………………………………………………………………………….39
جدول 2-10. مشخصات مصالح برای طرح اختلاط طبق ACI………………………………………………………………..41
جدول 2-11. نتایج طرح اختلاط بتن براساس ACI………………………………………………………………………………..42
جدول 2-12. میزان مصالح مصرفی در طرح اختلاط ها……………………………………………………………………………42
جدول 2-13. طرح اختلاط های بتن الیافی حاوی نانوسیلیس…………………………………………………………………43
جدول 3-1. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف A………………………………………….48
جدول 3-2. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف B …………………………………………50
جدول 3-3. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف C………………………………………….52
جدول 3-4. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف D………………………………………….54
جدول 3-5. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف A …………………..59
جدول 3-6. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف B…………………….61
جدول 3-7. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف C…………………….63
جدول 3-8. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم برای طرح اختلاط های ردیف D…………………….65
جدول 3-9. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف A ……………………………………………….71
جدول 3-10. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف B…………………………………………….73
جدول 3-11. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف C …………………………………………….75
جدول 3-12. نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف D……………………………………………..77
جدول 3-13. رابطه بین مقاومت الکتریکی و خوردگی بتن………………………………………………………………………81
جدول 3-14. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف A……………………………………………83
جدول 3-15. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف B…………………………………………….85
جدول 3-16. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف C…………………………………………….87
جدول 3-17. نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط ردیف D……………………………………………89

فصل اول
مقدمه و کلیات
فصل اول
مقدمه و کلّیات
1-1. مقدمه
امروزه بتن به عنوان یکی از پرمصرفترین مصالح جهان و به عنوان ماده ساختمانی قرن بیست و یکم شناخته شده است. ساخت این ماده مرکب با استفاده از ارزانترین و در دسترسترین مواد ساده از یک سو، انعطافپذیری، خواص مقاومتی و دوام آن از سوی دیگر و نیز استفاده از موادی در ساخت آن که به پاکسازی و کاهش آلودگی محیط زیست کمک مینماید موجب آن شده است که بتن به عنوان مصالح ممتاز مطرح شود]1[. بتن ماده ای است که دارای مقاومت زیاد در فشار بوده و از این رو استفاده از آن برای قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب است. لیکن علیرغم مقاومت فشاری قابل توجه، مقاومت کششی کم و شکنندگی نسبتاً زیاد بتن استفاده از آن را برای قطعاتی که تماماً یا به طور موضعی تحت کشش هستند را محدود مینماید]2[. این عیب اساسی بتن در عمل با مسلح کردن آن با استقرار آرماتورهای فولادی در جهت نیروهای کششی برطرف میگردد. شایان ذکر است که در موارد متعددی جهت این نیروهای کششی به طور دقیق معلوم نیست. همچنین با توجه به اینکه آرماتور بخش کوچکی از مقطع را تشکیل میدهد، تصور اینکه مقطع بتن یک مقطع همگن و ایزوتروپ باشد صحیح نخواهد بود. به منظور ایجاد شرایط ایزوتروپی و کاهش ضعف شکنندگی و تردی بتن تا حد ممکن در چند دهه اخیر استفاده از الیاف نازک و نسبتاً طویل که در تمام حجم بتن پراکنده میشود متداول شده است]3[.
مساله دیگری که اخیراً مورد توجه دانشمندان علم بتن قرار گرفته است استفاده از نانومواد در بتن بوده است. 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.[
1-2. 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 میشود. در بتن الیافی مانند بتن معمولی میتوان از پوزولانها و دیگر مواد مضاعف استفاده کرد. الیاف در شکلها و اندازه های متفاوت، و از جنس فولاد، مواد پلیمری، شیشه و مواد طبیعی مورد استفاده قرار میگیرد ]5[.
1-2-2. آیین نامههای معتبر بتن الیافی
علاوه بر مطالعات و پژوهشهایی که بصورت مقالات معتبر در مجلات و یا کنفرانسها ارائه گردیده است. آیین نامههای بتن نیز بخشی از قسمتهای خود را به بتن الیافی اختصاص دادهاند. از جمله این آیین نامهها، آیین نامه ACI (انجمن بتن آمریکا) میباشد که با معرفی کمیتهای جداگانه به نام ACI-544 به بررسی مسائل بتن الیافی پرداخته است. این کمیته اولین گزارش را در سال 1973 ارائه نمود و تاکنون این کمیته با چهار گزارش کلی کار خود را افزایش داده است. 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 شد، اطلاعات کاملی از انواع الیاف و خواص آنها و تاثیر آنها بر روی خواص مکانیکی بتن به علاوه آزمایش اندازهگیری طاقت بتن الیافی آمده است. در اصل این گزارش بیشتر به شناسایی انواع الیاف قابل کاربرد در بتن پرداخته و آنها را مقایسه کرده است]6.[
در گزارش ACI,544-2R که در سال 1989 ارائه گردید طریقه انجام آزمایشات و استانداردهای لازم آورده شده است و در مواردی همانند آزمایش ضربه و … حتی طریقه ساخت دستگاه آزمایش نیز توضیح داده شده است]7[.
در گزارش ACI,544-3R که در سال 1998 ارائه گردید، در مورد طرح اختلاط و مصالح مناسب برای بتن الیافی توضیح داده شده است. 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 است. به عنوان مثال هر چه سنگدانه ها در بتن الیافی کوچکتر باشند نقش الیاف در بتن اثرگذارتر خواهد بود و یا اینکه پیشنهاد گردیده که در بتن الیافی در صورت امکان از سیمان بیشتری استفاده گردد]8[.
در گزارش ACI,544-4R که در سال 1988 ارائه گردید. به روشهای طراحی با الیاف فولادی پرداخته شده است. البته نتایج این طراحیها هنوز در ACI- 318 وارد نگردیده است]9[.
از آییننامه های دیگر، آییننامه JSCE ژاپن میباشد که روش اندازهگیری طاقت بتن الیافی که توسط این آییننامه ارائه گردیده از اهمیت بالایی نزد محققین برخوردار است. در ضمن آییننامه RILEM در اروپا نیز گزارشهایی در مورد بتن الیافی منتشر کرده است.]10[.
3. کاربردهای بتن الیافی
بتن مسلح به الیاف را میتوان به تنهایی و یا به همراه بتن مسلح معمولی بکار برد. در مواردی 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 کانالها
قطعات پیش ساخته
در دیگر مواردی 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 ضربهگیر
موارد استفاده از فراوردههای سیمانی تقویت شده با الیاف گوناگون در جدول 1-1 آورده شده است.
کاربردهای مهم بتن الیافی عبارتند از]11[:
1-3-1. بتن پرتابی(شاتکریت)
یکی از کاربردهای مهم الیاف در بتنپاشی است، بتنپاشی معمولاً برای اجرای لایههای نازک مناسب است. به طور 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 طور کامل ساخته میشود 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 استفاده به عمل میآید. از روش تر نیز میتوان استفاده کرد، با این وجود توجه بیشتری جهت توزیع الیاف باید به عمل آید. بیشترین استفاده 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[.
1-3-2. دالهای روی بستر
دالهای روی بستر حاوی الیاف جهت جلوگیری از شکستهای ناشی از بارهای دینامیکی و متمرکز و ترکهای ناشی از بار و غیر آن (مانند حرارت و جمع شدگی) در کف سالنهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند و جایگزین دالهای مسلح به آرماتور در اکثر موارد میشوند. این دالها در روسازی جادهها، پیادهروها، فرودگاهها و بویژه سالنهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. با استفاده 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 کرد.
خستگی خمشی عامل مهمی است 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[.
جدول 1-1. فرآورده های سیمانی تقویت شده با الیاف
شیشه پانلهای پیش ساخته، دیوارنما، لولههای فاضلاب، سقفهای پوستهای بتنی
فولاد بلوکهای سقفی، روکش جادهها، کف پلها، سازههای مقاوم در برابر انفجار، پی ماشینآلات
پلیپروپیلن شمعها، دالهای بتنی، سازههای دریایی، پوشش تونلها، سازههای تحت بارگذاری ضربهای
آزبست ورقهها، لوله، صفحهها، لولههای فاضلاب، ورقههای صاف یا موجدار
کربن واحدهای موج دار جهت کفسازی، جداکنندههای موج دار
کولار همانند الیاف کربن
بامبو صفحات ساختمانی (اجزای چوبی در ساختمانها)
پودر میکا به عنوان ماده جایگزین آزبست در ورقههای سیمانی و لولههای بتنی
الیاف گیاهی مواد ارزان قیمت جهت پوشش سقف و پانلهای نما

شکل1-1 . یک نمونه شاتکریت با بتن الیافی با الیاف 6 میلیمتری پلیپروپیلن]14[

شکل1-2 . یک نمونه دال پل که در کانزاس آمریکا با بتن الیافی ساخته شده است.
1-3-3. صنایع نظامی
از بتن مسلح به الیاف در برخی از کشورها در صنایع نظامی استفاده گسترده به عمل میآید. کاربردهای سازه ای آن استفاده از الیاف با و یا بدون تسلیح توسط آرماتورهای معمولی است که در قطعات دالها، دیوارها، کف، تیرها و ستونها انجام میگیرد. نتایج آزمایشها نشان داده است که این گونه قطعات در مقابل انفجار، پخش شدگی و پراکندگی بسیار کمتری در مقایسه با دالهای غیرمسلح به آرماتورهای معمولی ایجاد میکنند]12[.
1-3-4. 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 است 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 در مقابل تورق و هوازدگی بتن به وجود میآورد]11[.
1-4. مزایا و معایب بتن الیافی
الیافی که به طور تصادفی در سرتاسر بتن پخش شده اند می توانند ترکها و افت های حاصل از جمعشدگی پلاستیک را بطور همزمان کنترل کنند. این مواد ترکیبی (بتن الیافی) مقاومت و ظرفیت جذب انرژی بالایی دارند. به طور کلی الیاف نمیتوانند جایگزین خوبی برای آرماتورهای مرسوم مورد استفاده در سازه های باربر همانند تیرها و ستونها باشند. الیاف و آرماتور هر کدام نقش خود را در تکنولوژی بتن دارند و نمیتوانند جایگزین یکدیگر شوند ولی میتوانند در جاهای زیادی با یکدیگر مورد استفاده قرار بگیرند]12[. هر چند در تنشهای کششی بزرگ الیاف در مقایسه با آرماتورهای فولادی کارآمد نیستند ولی الیاف در کنترل ترکها و جمع شدگی بتن بهتر عمل میکنند. در نتیجه آرماتورهای متداول برای ظرفیت باربری عضو بتنی استفاده میشوند ولی الیاف در کنترل ترکها بسیار موثر هستند.
به علت این تفاوتها کاربردهای بخصوصی برای الیاف وجود دارد که آنها را از آرماتورهای معمول متمایز کردهاست که عبارتند از:
الیاف نقش مسلحکننده اولیه را بازی میکنند کاری که آرماتورهای فولادی نمیتوانند انجام دهند. تراکم الیاف در سازههای پوستهای نازک معمولا میتواند به میزان حداکثر 5 درصد حجمی افزایش یابد که این امر موجب افزایش چشمگیری در طاقت و مقاومت ملات و بتن میشود.
الیاف در سازههایی که بار یا تغییرشکلهای زیادی را به صورت موضعی تحمل میکنند مثل شمعهای پیشساخته، دیوارهای پیشساخته، سازه های مقاوم در برابر انفجار و در تونلها میتوانند مورد استفاده قرار بگیرند.
الیاف در کنترل ترکهایی که بر اثر دما و رطوبت به وجود میآیند از قبیل روسازی راهها و دالها کاربرد دارند.
استفاده از آرماتورهای فولادی و شبکه های سیمی مستلزم مصرف هزینههای غیرضروری جهت نیروی انسانی و مصالح میگردد. با جایگزین کردن توزیع پخش تصادفی الیاف کوتاه جهت مسلح کردن بتن، هزینههای نیروی انسانی و مصالح به طور قابل توجهی کاهش مییابد.
الیاف تغییر شکلهای حاصل از افت پلاستیک و خستگی را کاهش میدهند.
به طور کلی الیاف یک مسلح کننده موثر برای کنترل عرض ترکها و افت حاصل از جمع شدگی میباشند و زمانی که ترکهای ریز توسط الیاف کنترل میگردند از بوجود آمدن ترکهای بزرگ و مسائل بعدی میتوان جلوگیری کرد]15[.
مزایای استفاده از بتن الیافی عبارتند از]12[:
مقاومت ضربهای و دوام خستگی و مقاومت برشی بتن را افزایش میدهند.
برای اجرا و نصب آنها تجهیزات خاصی نیاز نمیباشد.
مقاومت در برابر ترک خوردگی، شکلپذیری بلندمدت، ظرفیت جذب انرژی و طاقت بتن را افزایش میدهند.
یک بتن مسلح در همه جهات را در اختیار ما قرار میدهند.
با مواد مضاعف و همه تیپهای سیمان و مواد تشکیل دهنده بتن سازگار میباشند.
مقاومت بتن را در مقابل تورق، سایش و هوازدگی سطحی افزایش میدهند.
1-5. جنبههای اقتصادی بتن الیافی
از دید اقتصادی استفاده از الیاف بستگی به کاربرد و شرایط پروژه دارد. الیاف اکنون جایگاه خود را در پروژه های عمرانی پیدا کردهاست. و ارزیابی اقتصادی آن بیشتر مربوط به نوع الیاف مصرفی و چگونگی استفاده از آن میباشد. ولی در مواردی که از الیاف به جای مش بندی استفاده میگردد، فقط بحث برابری قیمت الیاف و مش بندی فولادی نمیباشد بلکه نیروی انسانی ماهر، وسایل و تجهیزات و فضای انبار مصالح و … نیز مطرح میباشد و حتی میتوان با آیندهنگری به قضیه نگریست. هزینههای تعمیر و نگهداری، شرایط جوی و کاربردهایی که سازه در آینده خواهد داشت تمام اینها عواملی هستند که میتوانند مصرف الیاف را از لحاظ اقتصادی توجیه نمایند و یا عکس این موضوع برقرار باشد.
در مواردی ممکن است زمانبندی پروژه بسیار اهمیت داشته باشد و استفاده از الیاف باعث سرعت بخشیدن به روند انجام کار شود و همین موضوع باعث صرفهجویی اقتصادی فراوانی شود مثل زمانی که اجرای یک تونل باعث صرفه جویی زیادی در حمل و نقل میگردد. شاید بحث زمان در پروژههای عمرانی تاکنون در کشور ما مطرح نبوده ولی با پیشرفت روز افزون کشور زمانبندی پروژهها و برآورد اقتصادی آنها حائز اهمیت شده ده است.
1-6. نانومواد در بتن
در چند سال اخیر فناوری تازه نانو امیدهای بسیاری برای بهبود خواص مواد مختلف در دنیا بوجود آوردهاست. فناوری نانو بسیاری از خواص بتن را بهبود میبخشد و تحقیقاتی در این زمینه در کشورهای مختلف جهان در حال انجام است. محصولات نانو برای بتن متشکل از ذراتی هستند که گلولهای شکل بوده و بصورت ذرات خشک پودری یا بصورت معلق در مایع محلول قابل انتشار میباشند که مایع آن معمولترین نوع محلول نانوسیلیس میباشد. در فصل دوم با خصوصیات نانوسیلیس و برتریهای آن نسبت به سایر افزودنیهای سیلیسی بیشتر آشنا خواهیم شد. نانو مواد به دلیل برخورداری از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی برتر، کاربردهای بسیاری در زمینههای مختلف یافتهاند که از جمله میتوان به مواد عایقکننده و فیلترها، ماشین ابزارها، نمایشگرها، باتریها و آهنرباهای پرقدرت اشاره کرد]15[. تاثیر نانوسیلیس بر روی بتن الیافی در شکل 1-3 نشان داده شده است]16[.

شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن الیافی و بتن حاوی نانوذرات(نانوسیلیس)]16[
1-7. خلاصه و اهداف تحقیق
تاکنون تحقیق و پژوهشهای زیادی بر روی بتن الیافی انجام گرفته ولی در کشور ما بر روی بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن(PP) تحقیقات انجام شده اندک و محدود میباشد. مخصوصاً اینکه تاثیر نانوسیلیس روی بتن الیافی بویژه الیاف پلیپروپیلن خیلی کم انجام شدهاست، به همین دلیل استفاده از بتن الیافی بویژه الیاف PP به همراه نانوسیلیس(NS)در این پروژه در نظر گرفتهشد. هدف از انجام این پایان نامه بررسی اثر نانوسلیس بر روی بتن حاوی الیاف 18 میلیمتری PP و بررسی مشخصات و خواص مکانیکی و دوام بتن میباشد. برای این منظور نمونههای بتنی با درصد های مختلف 0 ، 1/0 ، 2/0 و 3/0 درصد الیاف PP همراه با درصدهای نانوسیلیس 0 ، 2 ، 4 و 6 درصد نسبت به وزن سیمان مصرفی تهیه شدهاند. نسبت آب به سیمان در این بتن ها برابر38/0 در نظر گرفته شده است. همچنین عیارسیمان kg/m3 436 بوده است. جمعاً 16 طرح اختلاط مختلف ساخته شد و آزمایش های لازم روی بیش از 192 نمونه انجام پذیرفت. آزمایشهای مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیرمستقیم(آزمایش برزیلی)، التراسونیک(برای تعیین مدول الاستیسیته دینامیکی)، مقاومت الکتریکی، در سنین 28 و 90 روزه روی نمونه ها انجام گرفت.
در ادامه این مطالب در فصل دوم برنامهریزی جهت ساخت نمونهها، تعداد نمونهها، روش انجام آزمایش و به نحوه انتخاب مصالح و طرح اختلاط بتن و مشخصات این مصالح اختصاص یافتهاست. در فصل سوم ارائه نتایج و بررسی و آنالیز نتایج آوردهشده است. در آخر، فصل چهارم شامل نتیجهگیری و ارائه پیشنهادات جهت مطالعات آتی میباشد.
1-8. پیشینه تحقیق
پژوهشهای انجام شده در زمینه بهرهگیری از مواد نانو در بتن و مصالح سیمانی بسیار محدود بوده است. آنچه مسلم است تحقیقات صورت گرفته عموماً بر استفاده از nano-Tio2، nano-Fe2o3 و nano-Sio2 (نانوسیلیس) متمرکز بوده است. از بین نانو مواد مذکور، نانوسیلیس به دلیل دارا بودن خواص پوزولانی از جایگاه بهتری برخوردار بوده و عملکرد مناسبتری از خود نشان داده است. در زمینه استفاده از الیاف پلیپروپیلن در ماتریسهای سیمانی تحقیقات بیشتری صورت گرفته، اما در زمینه اثربخشی الیاف بر خواص مکانیکی و شکلپذیری، اختلاف نظرهایی وجود دارد. برخی از تحقیقات از افزایش پارامترهای مکانیکی خبر دادهاند، در حالی که در برخی دیگر اثر الیاف بسیار ناچیز دانسته شده است. در هرحال مخالفان، عدم برقراری پیوند مناسب را از جمله عوامل موثر بر عملکرد ضعیف الیاف پلیپروپیلن در ماتریسهای سیمانی میپندارند.
در سالهای اخیر از بتن الیافی در ساخت سازهها بسیار استفاده شده است. بین سالهای 1960 تا 2010 تحقیقات زیادی بر روی بتن الیافی انجام گرفته است. در اکثر این تحقیقات، پخش تصادفی الیاف به عنوان یک روش مناسب جهت افزایش خواص مکانیکی بتن تشخیص داده شدند. بخشی از این پژوهشها در مورد خود الیاف و مقایسه آنها با هم از لحاظ جنس، نوع، شکل، درصد حجمی و عملکرد آنها درشرایط مختلف میباشد. قسمت دیگر درباره تاًثیر انواع مختلف الیاف بر روی خواص مکانیکی بتن و مقایسه آنها با همدیگر میباشد. عده دیگری نیز تلاش کردهاند تا کاربردهای جدیدتری برای استفاده از الیاف بیابند، بعضی نیز به دنبال ارائه روابطی برای بتن الیافی بودند.عدهای با اضافه کردن افزودنیهای سیلیسی آزمایشات خود را در پیش گرفتند. کشور ما نیز از این پژوهش بیبهره نبوده است به گونه ای که تحقیقات زیادی به صورت پایاننامه، مقاله و پژوهشهای دانشگاهی در داخل و یا عرصه بین المللی ارائه گردیده است. ولی با این وجود بر روی الیاف پلیمری و به خصوص پلیپروپیلن تحقیقات بسیار کمی انجام شده است و با توجه به اینکه کشور ما نفتخیز میباشد استفاده از این الیاف در مقایسه با سایر الیافها از لحاظ اقتصادی به صرفه میباشد. لذا توصیه میشود که در این زمینه تحقیقات بیشتری انجام گیرد تا این الیاف و کاربردهای آن به پیمانکاران و مشاوران معرفی گردد. در ادامه تحقیقاتی که در زمینه الیاف پلیپروپیلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است در قالب بخشهای مختلف ارائه میگردد و در پایان نیز راهنماها و آیین نامه هایی که در زمینه بتن الیافی تاکنون در جهان ارائه گردیده است معرفی خواهد شد.
1-9. مقایسه چند نوع الیاف از نظر هندسه
باندیا و دابی در سال 2000 با استفاده از روش آزمایش مقاومت پسماند برای اندازه گیری طاقت بتن الیافی بر حسب نقطه اوج مقاومت پسماند، تحقیقاتی انجام دادند، این روش توانایی داشت تا تاًثیر هریک از پارامترهای مختلف الیاف همچون نوع، طول، شکل، درصد حجمی، هندسه و مدول الاستیسیته را مورد بررسی قرار دهد]17[. دو گروه آزمایش انجام گرفت در آزمایش اول دو نوع الیاف پلیپروپیلن یکی ریسه ای و دیگری الیاف منفرد با مقاومت بالا مورد آزمایش قرار گرفتند، جوابها بدین گونه بود که الیاف منفرد(مونوفیلامنت) طاقت بتن را بهتر از الیاف ریسهای افزایش دادند. آزمایش دوم نشان داد که الیاف فولادی قلابدار طاقت بهتری را نسبت به الیاف فولادی موجدار در بتن الیافی از خود نشان میدهند.
1-10. مقایسه اثر نوعهای مختلف الیاف از نظر جنس در بتن الیافی
سونگ و هوانگ از دانشگاه دفاع ملی تایوان در سال 2004 تحقیقاتی را بر روی خواص مقاومتی بتن مسلح به الیاف پلیپروپیلن و نایلون انجام دادند که در آن توان مقاومتی بتن مسلح به الیاف PP در مقابل بتن مسلح به الیاف نایلون مورد مقایسه قرار گرفت، در این تحقیق از الیاف رشته ای و نازک PP به مقدار 6/0 درصد استفاده گردید]18[، در بتن مسلح به الیاف نایلون تنشهای فشاری و کششی و مدول گسیختگی به ترتیب 3/6 و 7/6 و 3/4 درصد نسبت به بتن مسلح به پلیپروپیلن افزایش یافتند. ولی در آزمایش ضربه ایجاد اولین ترک و گسیختگی نهایی در بتن نایلون دار زودتر رخ داد. همچنین در کاهش ترکهای پلاستیک الیاف پلیپروپیلن موثرتر واقع شدند. علت اینکه الیاف نایلون تنش کششی را بیشتر افزایش داد خوب پخش شدن در بتن تشخیص داده شد.
پری در سال 2003 از الیاف کوتاه و بلند پلیپروپیلن با مقاومت بالا و از نوع منفرد جهت مسلح کردن کف سازی خارجی استفاده کرد]19[. او گزارش داد که فرسایش سطح کف سازی ها موجب در معرض دید قرار گرفتن و بیرون زدگی الیاف فولادی میگردد. چه کف سازی، برای پیادهروها باشد چه برای عبور وسایل نقلیه، این امر میتواند خطرناک باشد. برای این تحقیق دو آزمایش صورت گرفت، در آزمایش اول یک دال کوچک مخصوص کفسازی خارجی حاوی الیاف فولادی با انتهای قلاب دار و طول 60 میلیمتر به مقدار 30 کیلوگرم بر مترمکعب و یک دال مشابه شامل الیاف پلیپروپیلن به طول 50 میلیمتر به مقدار 9/6 کیلوگرم بر مترمکعب ساخته شد. برای آزمایش مقاومت خمشی و طاقت خمشی از روش آزمایش سه نقطهای استفاده گردید. نتایج آزمایش خمش نشان داد که بتن مسلح به الیاف فولادی به اندازه 53 درصد مقاومت خمشی را افزایش داده، در حالی که بتن شامل پلیپروپیلن عدد 78 درصد را به ثبت رساند. همچنین در آزمایش دوم از لحاظ مقاومت خارجی در برابر فرسایش الیاف فولادی 20 درصد و الیاف پلیپروپیلن 41 درصد افزایش را ایجاد کردند. پری نتیجه گرفت که الیاف PP برای ساخت کف سازی ها از لحاظ کنترل ترک ها بهتر از الیاف فولادی عمل میکنند.
در سال 2000 کیان و استرون از دانشگاه دولتی چین و دانشگاه صنعتی هلند تحقیقاتی در مورد بتن مسلح به الیاف PP و فولادی انجام دادند از الیاف در محدوده 0 تا 95/0 درصد حجمی بتن استفاده شد، آزمایش خمشی چهارنقطه ای بر روی تیرهای منشوری به ابعادcm 5×10×10 انجام شد]20[. نتایج پژوهش نشان داد که الیاف فولادی بلند بر روی ظرفیت باربری و سختی شکست در دامنه جابجاییهای کوچک اثر مثبت دارند ولی در تغییرمکانهای بزرگ الیاف بلند و محکم فولادی بهتر از الیاف نرم PP و الیاف فولادی کوچک در ظرفیت جذب انرژی میباشند.
1-11. تحقیقاتی که منحصراً بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است
در سال 2005 عاطف بدرا و اشرف آشور از دانشگاه برادفورد انگلستان تحقیقی را تحت عنوان تغییرات آماری در مقاومت ضربه ای بتن مسلح به الیاف PP انجام دادند]21[. در این تحقیق برای اندازه گیری مقاومت ضربهای بتن مسلح به الیاف PP از آزمایش سقوط وزنه پیدرپی پیشنهادی کمیته ACI-544 استفاده شد. نتایج به روش آماری آنالیز شدند و تغییرات با طرح اختلاطهای مختلف بررسی شدند. آنالیز آماری نشان داد که نتایج بدست آمده از این آزمایش پراکندگی زیادی دارد. این مطالعه مشخص کرد که لازم است که این آزمایش اصلاح شود به طوری که دقت آن افزایش یابد.
هان و هیوانگ از دانشگاه چونگیو کره و دانشگاه نیولز جنوبی استرالیا در سال 2004 پژوهشی را تحت عنوان عملکرد بتن مقاومت بالا(HPC) حاوی الیاف PP در برابر متلاشی شدن انجام دادند]22[. این محقّقین عملکرد الیاف پلیپروپیلن را در حفظ یکپارچگی بتن با مقاومت بالا در آتش را مورد بررسی قرار دادند و مقایسهای باعملکرد الیاف شیشه و کربن و فولاد مشبندی شده انجام دادند. پدیده متلاشی شدن (پکیدگی) در همه نمونههایی که حاوی الیاف پلیپروپیلن نبودند رخ داد در صورتی که پکیدگی در نمونه های حاوی 05/0 درصد حجمی الیاف و بالاتر پلی پروپیلن رخ نداد. بنابراین، این الیاف توانستند موجب بهبود و اصلاح بتن در این مورد خاص شوند.
در سال 2004 چویی و یوان از دانشگاه تگزاس آمریکا دست به یک تحقیق جهت یافتن رابطه ای میان مقاومت کششی(برزیلی) و مقاومت فشاری بتن های مسلح به الیاف پلی پروپیلن و شیشه زدند]23[. نتایج نشان داد که مقاومت کششی بتن های مسلح به الیاف پلیپروپیلن و شیشه افزایش در حدود 20 تا 50 درصد داشته است و مقاومت کششی آنها در حدود 13 الی 19 درصد مقاومت فشاری آنها است. براساس این تحقیقات، یک رابطه نهایی با توان 5/0 میان مقاومت کششی و فشاری نمونه ها استخراج شد تا مقاومت کششی نمونه های مسلح به الیاف شیشه و پلی پروپیلن تخمین زده شود.

که مقدار 6/0 =k برای الیاف شیشه و 55/0 =k برای الیاف پلیپروپیلن پیشنهاد شده است.
پرویز سروشیان و همکاران ترک خوردن بتن معمولی و بتن حاوی 3/0 درصد حجمی الیاف پلی پروپیلن(PP) و فولاد را به طور تجربی بررسی نمودند، نتیجه کلی این بود 3/0 درصد الیاف PP و الیاف فولاد آغاز ترک خوردن بتن را کنترل میکند و در کاهش مقدار ترک موثر است]24[. سروشیان و همکاران با تحقیق روی مشخصات مکانیکی بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن به این نتیجه رسیدند که با افزودن این الیاف مقاومت ضربه ای بتن به طور چشمگیری افزایش می یابد. مقاومت خمشی هم در صورت استفاده از پوزولان در کنار الیاف افزایش می یابد]25[.
تاتانجی و همکاران نفوذپذیری بتن حاوی الیاف PP و دودهسیلیکا را مورد مطالعه قرار دادند، آنها بیان نمودند که وارد کردن الیاف PP به داخل بتن حاوی دودهسیلیکا نفوذپذیری بتن را افزایش میدهد و الیاف کوتاهتر در صورت ثابت ماندن درصد حجمی الیاف نفوذپذیری بتن را کاهش میدهد]26[. در تحقیق دیگر از تاتانجی بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی الیاف PP به این نتیجه رسید که مقاومت خمشی بتن با افزایش کسر حجمی الیاف بهبود می یابد]27 [.
وی سان و همکاران توانستند به کمک عامل منبسطکننده و الیاف هیبریدی پلیپروپیلن،پلی وینیل کلراید(PVA) و فولاد ساختار خلل و فرج بتن را اصلاح کنند و بهترین نتیجه را برای مقاومت به نفوذپذیری و انقباض بتن بدست آورند]28[.
بودی اویل با استفاده از 2/0 درصد حجمی الیاف پلیپروپیلن خواص انعطافپذیری و مقاومت به آتش بتن را بهبود داد. وی بیان نمود که این مقدار الیاف خواص مکانیکی بتن را تحت تاثیر قرار نمی دهد اما شکستگی انعطاف پذیرتری برای آن ممکن می سازد. همچنین نتیجه گرفت که میزان نشست بتن تازه با افزایش مقدار الیاف PP کاهش می یابد]29[.
در سال 2006چون خیانگ و همکاران نشان دادند که چگونه میتوان با ترکیب الیاف پلیپروپیلن و الیاف فلزی باعث تقویت مشخصات مکانیکی بتن گردید. آنها با اضافه کردن الیاف در محدوده 95/0℅ -0 و ساختن قطعات منشوری در ابعاد 500×100×100 میلیمترمکعب به این نتیجه رسیدند که ظرفیت بارگذاری قطعات به طور قابل ملاحظهای افزایش مییابد]30[.
زینگ زیسان و همکاران با تحقیق بر اثرات الیاف PP روی بتن نشان دادند که این الیاف به طور قابل ملاحظهای ساختمان میکروسکوپی بتن را تغیر میدهد. آنها دریافتند که چگونه می توان با الیاف pp بلوره شدن 2ca(oH) را کاهش داد و به این ترتیب حفرات ریز و ترکهای بتن را پر نمود. آنها همچنین نشان دادند که مقدار بهینه این الیاف برای عملکرد مناسب بتن kg/m3 9/0 میباشد]31 [.
1-12. اثر نانوسیلیس بر روی خمیر سیمان
لوسیانو اسنف و همکاران با اضافه کردن نانوسیلیس به سیمان در محدوده 5/2℅-0 نشان دادند که بعد از 75 دقیقه از شروع اختلاط ملاتی که 5/2℅ نانوسیلیس داشت روانی کافی ندارد. آنها همچنین به این نتیجه رسیدند که با اضافه کردن نانوسیلیس زمان گیرش و لحظه رسیدن به ماکزیمم درجه حرارت به ترتیب 60 و 3/51 ℅ کاهش مییابد]32[.
شیح و همکاران در تحقیقات خود در بهرهگیری از نانوسیلیس به صورت محلول در آب و قطر متوسط ذرات 20 نانومتر به بررسی تاثیر درصدهای مختلف (2/0 ، 4/0 ، 6/0 ، و 8/0 ) نانوسیلیس بر مقاومت فشاری خمیر سیمان پرداخته و 6/0 درصد (نسبت به وزن سیمان) را به عنوان درصد بهینه نانوسیلیس در کامپوزیت های سیمانی معرفی کردند. آنها با بهرهگیری از شیوه نفوذ جیوه (MIP) نشان دادند که استفاده از نانوسیلیس موجب افزایش تراکم سیلیکاتهای هیدراته موجود در خمیر سیمان میگردد]33[.
1-13. اثر نانوسیلیس بر بتن
جی و همکاران با بررسی بتنهای حاوی نانوسیلیس گزارش دادند، افزودن نانوسیلیس باعث کاهش شدید کارایی بتن میگردد. در عین حال نتایج تست نفوذ آب در بتن سخت شده حاکی از اثر مثبت نانو ذرات در کاهش نفوذپذیری بتن میباشد. مقاومت فشاری نمونهها نیز با حضور نانوسیلیس افزایش یافت. ایشان پر کردن حفرات موجود در ژل سیمان و ایجاد ساختار میکروسکوپیک یکنواخت، مصرف کریستال های هیدروکسید کلسیم، تولید ژل سیلیکات کلسیم هیدراته بیشتر را از جمله عوامل موثر در کاهش نفوذپذیری ایجاد شده توسط نانوسیلیس معرفی کردند. نتایج حاصل از آزمایشهای سایش، خمش، مقاومت فشاری و خمشی بر روی نمونههای بتنی حاوی نانوسیلیس و همچنین نانودی اکسید تیتانیوم (nano-Tio2) حکایت از تاثیر این ذرات در بهبود خواص مکانیکی دارد]34[.
آقای لی و همکاران با استفاده از نانوذرات دیاکسید سیلیس و دیاکسید تیتانیوم به قطر متوسط 5±10 نانومتر در بتن، گزارش کردند که مقاومت سایشی بتن با افزودن نانو ذرات به طور چشمگیری افزایش نشان داده است. در آزمایش مقاومت سایشی، شاخص سایش براساس رابطه زیر محاسبه شد:
(2-2)
که در آن:
Ia : شاخص مقاومت سایشی
R : تعداد کل سیکلهای چرخش دستگاه بر حسب هزار چرخش
P : اختلاف بین عمق اولیه و نهایی شیار فرسایش یافته بر حسب میلیمتر
که عمق اولیه براساس 30 سیکل و عمق نهایی براساس 5000 سیکل یا 5/1 میلیمتر هر کدام زودتر اتفاق افتد، بدست میآید. همانطور که در شکل 1-2 نشان داده شده است، عملکرد سایشی بتن حاوی ذرات نانو دیاکسید تیتانیوم در مقایسه با بتن کنترل بهتر است. اندازه گیری مقاومت فشاری و خمشی نشان داد که استفاده از نانو ذرات موجب بهبود پارامترهای مقاومتی مذکور میگردد. بهبود حاصله در مقاومت فشاری و خمشی بتن حاوی درصدهای بالای نانو دیاکسید تیتانیوم کمتر ارزیابی شده است]35[.
اگرچه در کشور ما تحقیقات تئوری و فعالیتهای تجربی نسبتاً مناسبی در زمینة گسترش و کاربرد تکنولوژیهای بتن الیافی صورت گرفته است، اما حقیقت آن است که گسترش این فناوری بیش از همه وابسته به اعلام نیاز از سوی صنعت و مقرون به‌صرفه ‌نمودن کاربری آن از سوی محققان کشور میباشد. چند سال پیش کنفرانسی در زمینه تکنولوژی بتن الیافی با هدف شناساندن فناوری مذکور، در دانشگاه صنعتی شریف برگزار گردید. در این کنفرانس، محققان و سخنرانان از مراکز مختلفی به ایراد سخنرانی و ارایه مقاله پرداختند. به طور مثال در یک نمونه از کارهای ارائه شده، مسئله به‌صرفه‌بودن استفاده از این نوع بتن به همراه نانو ذرات مورد بررسی و مطالعه کارشناسی قرار گرفته بود. حاصل این بررسی مؤید آن بود که در بعضی پروژههای صنعتی، به‌کارگیری بتن الیافی همراه نانوذرات نسبت به روش‌های متداول استفاده از بتن الیافی بسیار اقتصادیتر، سریعتر و آسانتر میباشد. پس از آن، بخشهایی از صنعت و دانشگاه به بررسی امکان تولید الیاف گوناگون بالاخص الیاف شیشه و فولاد پرداختند. همچنین به تدریج بتن الیافی با الیاف تقویت‌کنندة پلیپروپیلن به بازار مصرف راه یافت و در انجام پروژههایی به کار گرفته شد. در مجموع قدمهای مثبتی در این جهت برداشته شده است اما سرعت این حرکت نسبتاً کند بوده است. در قسمت بعد از تحقیقات انجام شده در این زمینه در کشورمان مواردی بیان شده است.
1-14. تحقیقات انجام شده در ایران
در کشور ما هم تحقیقات قابل توجهی در ارتباط با کاربرد الیاف فولادی و شیشه در بتن صورت گرفته است با این حال کاربرد الیاف پلیپروپیلن در بتن کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. قابل توجه است که همه تحقیقات بر روی الیاف نازک پلیپروپیلن بوده و تاکنون بر روی الیاف ضخیم پلی پروپیلن پژوهشی انجام نشده است هرچند که این الیاف تازه به دنیای بتن معرفی گردیده و تحقیقات از سال 2000 در این زمینه آغاز گردیده است.
در سال 83 مستوفی نژاد از دانشگاه صنعتی اصفهان پژوهشی تحت عنوان اثر الیاف پلیپروپیلن بر ترک خوردگی ناشی از آب رفتگی پلاستیک و کارایی بتن انجام داد. در این تحقیق با استفاده از چند نوع الیاف پلیپروپیلن، اثر استفاده از این الیاف با نسبتهای حجمی کم (کمتر از 2/0 درصد حجمی) بر کاهش ترک خوردگی ناشی از آب رفتگی پلاستیک بتن، مورد ارزیابی قرار داد]36.[ این آزمایشات در یک تونل باد با سرعت 16 متر بر ثانیه انجام گرفت، همچنین تاثیر این الیاف بر کارایی و مقاومت فشاری بتن بررسی گردید و از درصدهای حجمی 05/0 ، 1/0 و 2/0 درصد با طول 12 میلیمتر استفاده گردید در پایان نتیجه گیری شد سطح ترک خوردگی به ترتیب 37 ، 58 و 70 درصد نسبت به بتن بدون الیاف کاهش داده شد.
این مقادیر برای الیاف با طول 19 میلیمتر به طور متوسط 48 ، 76 و 86 بوده است.همچنین استفاده از 05/0 ، 1/0 و 2/0 درصد حجمی الیاف به طور متوسط کارایی بتن را به ترتیب به میزان 37 ، 46 و 63 درصد کاهش داده است. در ضمن استفاده از الیاف پلیپروپیلن در بتن با نسبت آب به سیمان بالا، باعث افزایش مقاومت فشاری بتن شد در این مطالعه، استفاده از 05/0 ، 1/0 و 2/0 درصد حجمی الیاف به طور متوسط مقاومت فشاری بتن را 7 ، 13 و 18 درصد افزایش داده است.
در تحقیق دیگری آقای خالو به بررسی ترکهای جمع شدگی در بتن مسلح به الیاف پلیپروپیلن پرداخته است و طبق این تحقیق براساس تعداد و طول ترکها نتیجه میشود که وجود الیاف میزان ترکهای جمع شدگی بتن را در حدود 80 درصد نسبت به بتن غیر مسلح کاهش میدهد]37[. در نمونه ها تا 3 ساعت اول با ذره بین به بزرگنمایی پنج برابر هیچ گونه ترکی رویت نشد. 24 ساعت بعداز بتن ریزی، نمونههای بدون الیاف ترکهای زیادی از خود درسطح و محیط خارجی بتن نشان دادند. لیکن نمونه های مسلح با kg/m3 6/0 الیاف چند ترک بسیار کم عرض و نمونههای با kg/m3 2/1 الیاف، ترکها بیشتر از نمونه های با kg/m3 6/0 الیاف بروز داده اند.
نیلی و افروغثابت بتن حاوی الیاف pp به همراه دوده سیلیکا با نسبت های آب به سیمان 36/0 و 46/0 را بررسی کردند. آنها با استفاده از الیافی به طول mm12 و در نسبتهای 5/0 ، 3/0 ، 2/0 و 0 درصد و دوده سیلیکا به نسبت 8% وزنی سیمان، به این نتیجه رسیدند که دوده سیلیکا پخش الیاف را در سراسر قطعه بتنی بهبود میبخشد. همچنین آنها دریافتند که نسبت الیاف 5/0℅ باعث افزایش چشمگیری در مقاومت کششی و خمشی میشود]38[.
خانزادی و همکاران مقاومت فشاری، کششی، درصد جذب آب و عمق نفوذ کلرید را در بتن حاوی نانوسیلیس اندزهگیری کردند و به این نتیجه رسیدند که ذرات نانوسیلیس باعث پرشدن حفرات خمیر سیمان میشود و با واکنش شیمیایی با بلورهای هیدروکسیدکلسیم حاصل از هیدراتاسیون سیلیکات کلسیم مقدار این بلورها را کاهش میدهد. آنها دریافتند که نانوسیلیس علاوه بر اینکه به عنوان پرکننده، ریزساختارها را اصلاح میکند به عنوان یک فعال ساز عکس العملهای پوزولانی را هم بیشتر میکند]39.[
با توجه به تحقیقات گسترده در زمینه های مختلف علم نانو در بتن این علم در بتن الیافی نسبت به بتنهای دیگر کمتر توسعه یافته است بنابراین میطلبد که دانشجویان و دانشمندان کشور ما نیز روی این علوم تمرکز بیشتری داشته باشند.
1-15. خواص مکانیکی الیاف
در چند دهه اخیر تکنولوژی تولید و ساخت، شکل هندسی الیاف، همچنین موارد استفاده و کاربرد آن توسعه زیادی یافته است. برای تقویت ماتریسهای سیمانی تاکنون از الیاف مختلفی از قبیل الیاف فولادی، شیشه، نایلون، پلی پروپیلن، کربن و کنف و غیره استفاده شده است. با توجه به اینکه عملکرد الیاف در ماتریس سیمانی بستگی به مشخصات فیزیکی و مکانیکی الیاف به کار رفته دارد، در این بخش سعی شده است که با مرور بر تاریخچه استفاده از الیاف، انواع الیاف، تکنولوزی ساخت، ویژگیهای الیاف مناسب در بتن از قبیل شکل، اندازه الیاف، نسبت ظاهری، ضریب ارتجاعی، قابلیت پیوستگی الیاف به ماتریس، خصوصیات بین سطوح، بافت سطحی، کرنش پذیری و نحوه قرار گرفتن الیاف در ماتریس به اختصار توضیح داده شود.
1-15-1. تاریخچه
استفاده از الیاف در یک ماتریس ترد اولین بار در حدود 1500 سال قبل از میلاد توسط مصریهای باستان انجام گرفت. آنها از موی حیوانات و کاه برای مسلح کردن خشتها و دیوارهای گلی استفاده میکردند. حدوداً در همین دوره زمانی یعنی 3500 سال قبل، از کاه برای مسلح کردن خشتهای آجری برای ساخت یک بنا به ارتفاع 57 متر در نزدیکی بغداد استفاده شده است. در سال 1900 استفاده از الیاف آزبست توسعه یافت و از این الیاف برای بالا بردن خصوصیات مکانیکی ملاتهای سیمانی به میزان زیادی استفاده میشد]40[.
در دهه 1950 برای اولین بار الیاف شیشه توسط کشور شوروی سابق مورد استفاده قرار گرفت و به دنبال آن کشورهای انگلستان و آمریکا به استفاده از این الیاف روی آوردند. الیاف فولادی برای اولین بار در کشور آمریکا و درسال 1962 توسط رومالدی به ثبت رسید و تاکنون انواع مختلفی از الیاف با شکلها و جنس های مختلف در ماتریسهای سیمانی استفاده گردیده است. سال 1965 را میتوان سرآغاز استفاده از الیاف پلیمری به صورت آزمایشگاهی دانست ولی استفاده عملی از این نوع الیاف در سال 1970 به وقوع پیوست. الیاف به کار رفته عمدتاً پلیپروپیلن میباشند. الیاف پلیپروپیلن نخستین بار در بتن توسط گلدفین جهت ساخت سازه ضدانفجار ارتش آمریکا در سال 1965 میلادی مورد استفاده قرار گرفت، کار گلدفین برای محققان به منزله جرقهای بود که سبب شد در باره جزئیات خواص الیاف پلیپروپیلن تحقیق کنند]13.[
1-15-2. انواع الیاف
الیاف برای کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انقباض و انبساط و تنشهای حرارتی و نیز جهت افزایش مقاومت کششی، نرمی، قابلیت جذب انرژی و فراهم آوری یک سیستم یکپارچه استفاده میشود. در حال حاضر الیاف زیادی تولید میشود که فقط تعدادی از آنها جهت ساخت بتن مناسب میباشند. در جدول 1-2 مشخصات نمونههایی از الیاف آورده شده است.
الیاف مورد استفاده در بتن در یک تقسیمبندی به: الیاف مصنوعی، الیاف گیاهی و طبیعی و الیاف فلزی تقسیم میشوند، که در این قسمت به طور خلاصه توضیحاتی در مورد هرکدام از آنها ارائه خواهیم نمود
1-15-2-1. الیاف مصنوعی
الیاف مصنوعی با توسعه و پیشرفت صنعت پتروشیمی ساخته شد، الیاف تولیدی در صنایع مختلفی از جمله نساجی (ترویا، نایلون و کولار در ساخت جلیقههای ضدگلوله) و صنایع خودروسازی و هواپیماسازی (جهت مسلح کردن برخی کامپوزیتها)، مورد استفاده قرار گرفت از تولیدات این صنعت الیاف کربن و پلیپروپیلن میباشد، و عمدتاً در کشورهای پیشرفتهای مثل ژاپن، کانادا و آمریکا تولید و مصرف میشوند. از الیاف مصنوعی مقاومت بالا همراه با رزین چسباننده اپوکسی، برای ساخت آرماتورهای پلاستیکی مسلح به الیاف(FRP) استفاده شده و تحقیقات زیادی در این زمینه در حال انجام میباشد، و استفاده زیادی از آن در سازههای خاص به عنوان جایگزین و یا تقویت آرماتورهای فولادی می شود]12و41[.
1-15-2-2. الیاف کربن
الیاف کربن، مادهای با خواص منحصر به فرد (نظیر استحکام ویژه و مدول ویژه بسیار بالا) است که مانند تقویت کنندهای در انواع کامپوزیتها در صنایع مختلف به خصوص صنایع هوا فضایی و نظامی مورد استفاده قرار میگیرد. این الیاف عمدتاً از نوع ویژهای از الیاف پلیاکریل نیتریل (PAN) تولید میشود. مراحل تولید الیاف کربن شامل پایدارسازی اکسیدی دردمای پایین در محیط هوا وکربونیزاسیون الیافPAN پایدار شده در محیط خنثی در دمای بالاست. گرانی قیمت الیاف PAN ویژه و هزینه زیاد فرآیند تولید سبب بالا رفتن قیمت الیاف کربن شده است. نتایج تحقیقات انجام شده روی الیاف کربن نشان میدهند که امکان تولید الیاف کربن از الیافPAN تجاری با خواص مناسب (اما پایین تر درمقایسه با الیاف کربن حاصل از الیاف PAN ویژه) برای به کارگیری در کامپوزیتها وجود دارد. در این حالت، استحکام کششی، مدول الاستیک و دانسیته الیاف کربن حاصل درمقایسه با الیاف کربنی که ازالیاف PAN ویژه تولید میشود کمتر است. پایین تر بودن خواص الیاف کربن حاصل از الیاف PAN تجاری در مقایسه با الیاف PAN ویژه، به علت دانسیته بالاتر و استحکام کششی کمتر الیافPAN تجاری است ]42 [.
1-15-2-3. الیاف آرامید
الیاف آرامید که در حدود سالهای 1970 معرفی شد، ترکیب آلی حلقوی از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن می‌باشد. دانسیته کم و استحکام کششی بالا در این الیاف، موجب تشکیل یک ساختار مقاوم به ضربه با سفتی حدود نصف الیاف کربن می‌شود. الیاف آرامید در ابتدا به منظور جایگزینی فولاد در تایرهای رادیال ساخته شدند و بعداً کاربردهای دیگری پیدا کردند. جلیقه ضدگلوله از موفقیت آمیزترین کاربردهای الیاف آرامید می‌باشد.
آرامید در دو ساختار”زنجیر-راست” مشهور به کولار و “زنجیر-خم” مشهور به Nomex وجود دارد که در حال حاضر شرکت dupont تنها تولید کننده هر دو محصول می‌باشد. الیاف آرامید در شکلهای مختلف وجود دارند و همانند الیاف شیشه و کربن می‌توانند در ساخت کامپوزیتها مورد استفاده قرار گیرند. به دلیل سبکی، پایداری حرارتی خوب و چقرمگی عالی، مورد توجه قرار گرفته‌اند ولی در صنعت بتن و عمران به خاطر قیمت بالا کمتر مورد استفاده قرار میگیرند]42.[
1-15-2-4. الیاف شیشه و آزبست
الیاف شیشه مشهورترین تقویتکننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت می‌باشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از: E ، S، C ، ECR و AR که ترکیبات شیمیایی این الیاف با هم متفاوت است و هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب است. تقریباَ 90 درصد الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای مهندسی الیاف شیشه می‌باشد. الیاف شیشه استحکام و سختی مناسبی دارد، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، مقاومت رطوبت و خوردگی مناسبی دارد و نسبتاً ارزان است. این الیاف در محیط قلیایی به سرعت تخریب می شوند، چنانچه مطالعات انجاشده توسط ماجومدار نشان می دهد که استحکام کششی الیاف موجود در بتن هایی که در معرض آب قرار داشته اند پس از گذشت 3 سال به حدود نصف مقدار اولیه تقلیل می یابد]43[.
جدول 1-2. الیاف های مورد استفاده در بتن
نوع الیاف مقاومت کششی
Kg/cm2 مدول یانگ
Kg/cm2(105×) حداکثر تغییر طول(%) وزن مخصوص
Kg/cm3
اکریلیک 4200-2100 2/0 45-25 1100
آزبست 18000-2000 6/19 3-2 3400
کولار 36500 7/11 5/2 1500
شیشهAR 25000 8 6/3 2700
شیشه E 34500 2/7 8/4 2500
نایلون خیلی سخت 8400-7700 42/0 20-16 1100
پلیاستر خیلی سخت 12000-5500 7/1-1 50-10 1400
پلیاتیلن 30000-2000 2/17-5/0 80-10 960
پلیپروپیلن 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 گروهی از ترکیب‌های معدنی منیزیم و سیلیسیم است که اغلب در طبیعت به صورت الیاف معدنی و سنگ یافت می‌شود. این مواد به خاطر مقاومت زیادی که در برابر حرارت و آتش دارند به عنوان مواد نسوز بکار می‌روند. اولین بار در ۳۰۰ سال قبل از میلاد تئوفراستوس که از شاگردان ارسطو بود در کتاب خود به نام “درباره سنگ‌ها” به ماده بدون نامی، شبیه چوب پوسیده که در اثر اختلاط با نفت می‌سوزد، بدون آنکه آسیبی ببیند اشاره کرده ‌است که بعدها این ماده آزبست نام گرفت. در ساختمان آزبست، پنبه کوهی یا پنبه نسوز عناصری مانند سیلیس، منیزیم و آهن وجود دارد. آزبست در طبیعت به رنگهای سفید، قهوه‌ای و آبی به چشم می‌خورد. این الیاف به دلیل مشکلات زیست محیطی استفاده از آن زیاد رونق ندارد.
1-15-2-5. الیاف فلزی
الیاف فلزی عمدتاً از جنس فولاد و مس میباشند. استفاده از الیاف فولادی برای اولین بار در کشور آمریکا در سال 1962 توسط رومالدی به ثبت رسیده است. این الیاف با شکلهای مختلفی جهت ایجاد پیوند بهینه بین لیف و ملات بتن ساخته میشوند. این الیاف با مقاومت کششی نسبتاً بالا در شکلهای مختلف به صورتهای مستقیم، مستقیم قلابدار، مستقیم دمپهن، دندانهای، با انتهای برآمده و پیچیده قلابدار تولید میشوند. سطح مقطع آنها معمولاً گرد، مستطیل، نیم گرد، بی قاعده و یا متغییر میباشند]12[.
شرکتهای مختلفی در زمینه تولید این الیاف فعالیت میکنند که معروفترین آنها درامیکس، هارکس، ویراند و نووتکس میباشد که درامیکس بلژیک از همه معروفتر میباشد.
1-15-2-6. الیاف گیاهی و طبیعی
الیاف گیاهی و طبیعی شامل موی اسب و بز، کاه، پوسته برنج، الیاف چتایی، کنف، پوسته نارگیل، تفاله نیشکر، کتان، بامبو، برگ نخل و غیره است. در بتن از الیاف مذکور(به غیر از پنبه و کتان) در کشورهایی نظیر هند و برزیل استفاده میشود. این گونه الیاف اکثراً در مناطق روستایی استفاده شده و مقاومت کششی آنها نسبت به دیگر الیاف(مصنوعی و فلزی) پایینتر است. غالباً پلی که الیاف گیاهی بین دو طرف ترک ایجاد میکند خیلی ضعیف بوده و با پارگی الیاف یا بیرون کشیده شدن آن از ماتریس، بتن گسیخته میشود]12[.
1-15-2-7. الیاف پلیپروپیلن
یکی از انواع الیاف مصنوعی پلیمری، الیاف پلیپروپیلن میبا شد که استفاده از آن در کاهش ترکهای آبرفتگی، افزایش شکلپذیری و طاقت بتن و نیز افزایش مقاومت ضربهای بتن موثر است. الیاف پلیپروپیلن در سال 1965 توسط گلدفین به عنوان افزودنی بتن برای ساختمان ضد انفجار ارتش آمریکا پیشنهاد شده بود. این الیاف از گرانول که از مشتقات پتروشیمی میباشد تولید میشود. این الیاف در مقابل انواع مواد شیمیایی از جمله مواد اسیدی و قلیایی و کلریدها مقاوم میباشد. همچنین خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی پایین دارد و در مقابل اشعه فرابنفش مقاومت دارد. این الیاف آنتی مغناطیس و هیدروفوبیک(آبگریز) میباشد، یعنی جذب آب آن صفر میباشد. وجود الیاف در مخلوط بتن باعث افزایش توان باربری و کاهش عرض ترک خوردگی و افزایش مقاومتهای خمشی و کششی میشود. نقش اصلی الیاف در ترکیبها، ایجاد طاقت و افزایش انرژی مورد نیاز در مقابل شکست است]43[.
در اصل الیاف پلیپروپیلن از سرعت پخش و گسترش ترکها میکاهد و عرض ترکها را کاهش میدهد. خواص این الیاف به شرح زیر است]43[:
ساختمان اتمی منظم: خنثی بودن از لحاظ شیمیایی که این موضع باعث میشود که مواد شیمیایی موجود در بتن بر روی آن تاثیری نداشته باشند.
استحکام کششی بالا: سهولت نفوذ خمیر سیمان به درون ساختمان آن که باعث ایجاد پیوندهای مکانیکی بین الیاف و ماتریس میشود.
در میان مصالح و موادی که در مهندسی عمران به کار می روند، فولاد به صورتی قابل توجه در برابر آهنگ تغییر تنش، در حدودی که در سازه ها با آن مواجه هستیم، بیاثر باقی میماند، در حالی که طبیعت رفتار ویسکوالاستیک الیاف پلیپروپیلن، آن را در برابر آهنگ بار اعمال شده به صورتی ویژه حساس میسازد. چگالی کم الیاف پلیپروپیلن و حساس نبودن آنها به خورندگی، این الیاف را برای کاربردهای مختلفی در مهندسی عمران مطلوب نموده است]44[.
داشتن مدول الاستیسیته کم باعث گردیده است که این الیاف تاثیری در افزایش مقاومت خمشی بتن نداشته باشند ولی کرنش گسیختگی بالای این الیاف موجب افزایش طاقت خمشی و کششی بتن میگردد. از دیگر معایب این الیاف حساسیت در مقابل نور خورشید میباشد که باعث اکسیداسیون این الیاف میباشد که طبق تحقیقات انجام شده در صورتی که دما 25 درجه باشد و کاور بتن کافی باشد اکسیداسیون پدید نخواهد آمد. الیاف پلیپروپیلن در کشورهای دارای صنایع نفتی و پتروشیمی به قیمت بسیار نازلی قابل تهیه هستند، علاوه بر آن به دلیل نرمی و شکل پذیری زیاد مشکل شکستن آنها نیز وجود ندارد. برخلاف الیاف شیشه و کربن که ممکن است دچار شکستن گردند. این الیاف به دلیل سبکی در بتن ته نشین نشده و در محیط قلیایی بتن از بین نمیروند بر خلاف پلیاستر و شیشه که به مرور زمان در محیط قلیایی بتن از بین میروند]45[.
1-15-2-7-1. مزایای الیاف پلیپروپیلن نسبت به مش ضدترک
کاهش ترکها وجلوگیری ازگسترش ترکها در حالیکه مش بعد از ایجاد ترک، بتن را در کنار یکدیگر نگه میدارد.
کاهش نفوذپذیری در بتن در حالیکه مش هیچ تاثیری بر نفوذپذیری ندارد.

Tagged: Tags پایان نامه پایان نامه دهان به دهان پایان نامه رفتار کارکنان