نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

بررسی تأثیر استفاده از الیاف فولادی بر پارامترهای مقاومتی بتن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده عمران، آب و انرژی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران.
2 دانشکده عمران، آب و انرژی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
3 دانشگاه صنعتی سهند تبریز
4 دانشکده عمران، آب و انرژی، دانشگاه جامع امام حسین علیه السلام، تهران، ایران.
چکیده
امروزه سازه‌های بتنی با توجه به کاربردشان تحت تنش‌های مختلفی قرار می‌گیرند. این سازه‌ها اغلب در برابر تنش فشاری، مقاومت بالایی دارند اما در مقابل کشش و خمش عملکرد ضعیفی دارند. برای تقویت بتن در برابر نیروهای کششی و خمشی نیاز است سازه‌ها تسلیح شوند. در این مطالعه خصوصیات بتن مسلح با الیاف فولادی بررسی شده است. 16 طرح اختلاط برای میزان سیمان 200 تا 350 کیلوگرم بر مترمکعب بتن (عیار سیمان) و با الیاف بین 0.5 تا 1.5درصد حجمی تهیه شدند. پس از ۲۸ روز عمل‌آوری نمونه‌ها در شرایط استاندارد، آزمایش‌های تعیین خصوصیات مکانیکی بتن الیافی شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت خمشی انجام شدند. نتایج نشان می‌دهد که افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن به ترتیب وابسته به عیار سیمان و درصد الیاف فولادی استفاده شده است. در عیار سیمان‌ 350، 0.5درصد الیاف باعث افزایش 10 تا 20 درصدی مقاومت فشاری می-شود. اما میزان افزایش مقاومت کششی تا 54% در صورت استفاده از 1.5 درصد الیاف حاصل می‌شود. افزایش مقاومت خمشی با درصد مصرفی الیاف ارتباط مستقیم دارد و هرچه میزان الیاف در نمونه بتنی افزایش یابد، مقاومت خمشی هم بیشتر شده اما آهنگ رشد این افزایش بعد از 0.5 درصد الیاف در عیار سیمان 350 کاهشی می‌شود. الیاف فولادی مانع از گسترش ترک‌ها می‌شوند و از تشکیل ترک‌های عمیق جلوگیری می‌کنند. از طرفی با افزایش مقدار درصدی الیاف، بتن رفتار نرم‌شوندگی از خود نشان می‌دهد و جذب انرژی فشاری بتن افزایش می‌یابد و آهنگ کاهش مقاومت فشاری کندتر می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]     
[2]    Hemmati, A. and Ezzoddin, S., 2019. Behavior of reinforced concrete beam strengthened by HPFRCC material. Journal of Concrete Structures and Materials, 4(1), pp.86-99.
[3]    DJ, H., 1978. Fibre cements and fibre concretes. wiley-interscience, New York, 219 pp.
[4]    Said, A., Elsayed, M., Abd El-Azim, A., Althoey, F. and Tayeh, B.A., 2022. Using ultra-high performance fiber reinforced concrete in improvement shear strength of reinforced concrete beams. Case Studies in Construction Materials, 16, p.e01009.
[5]    Aisheh, Y.I.A., Atrushi, D.S., Akeed, M.H., Qaidi, S. and Tayeh, B.A., 2022. Influence of polypropylene and steel fibers on the mechanical properties of ultra-high-performance fiber-reinforced geopolymer concrete. Case Studies in Construction Materials, 17, p.e01234.
[6]    Ahmed, H.U., Faraj, R.H., Hilal, N., Mohammed, A.A. and Sherwani, A.F.H., 2021. Use of recycled fibers in concrete composites: A systematic comprehensive review. Composites Part B: Engineering, 215, p.108769.
[7]    Sdiri, A., Kammoun, S. and Daoud, A., 2021. Numerical modeling of the interaction between reinforcement and concrete at early age—A comparison between glass fiber reinforced polymer and steel rebars. Structural Concrete, 22(1), pp.168-182.
[8]    Marcalikova, Z., Racek, M., Mateckova, P. and Cajka, R., 2020. Comparison of tensile strength fiber reinforced concrete with different types of fibers. Procedia structural integrity, 28, pp.950-956.
[9]    رحیم نژاد و همکاران، 1398. بررسی مکانیزم شکست تیرهای بتن مسلح با الیاف فولادی به روش اجزای محدود. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رامسر.
[10] اکبرزاده و همکاران، 1397. بررسی تاثیر الیاف پلیمری بر خواص مکانیکی شاتکریت. پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد. دانشگاه شهید باهنر کرمان.
[11]  He, W., Hao, W., Meng, X., Zhang, P., Sun, X. and Shen, Y., 2021. Influence of graphite powder on the mechanical and acoustic emission characteristics of concrete. Buildings, 12(1), p.18.
[12]  حق طلب و همکاران، 1390. نرم افزار طرح مخلوط بتن به روش ملی ایران C. سومین کنفرانس ملی بتن ایران، تهران، https://civilica.com/doc/119714.
[13]  Zeyad, A.M., 2020. Effect of fibers types on fresh properties and flexural toughness of self-compacting concrete. Journal of Materials Research and Technology, 9(3), pp.4147-4158.
[14]  Cao, S., Zheng, D., Yilmaz, E., Yin, Z., Xue, G. and Yang, F., 2020. Strength development and microstructure characteristics of artificial concrete pillar considering fiber type and content effects. Construction and Building Materials, 256, p.119408.
[15]  Al-Najjar, A., Sultan, H.K. and Musa, S.S., 2020. Polypropylene Fibers to Resist Concrete Spalling Caused by Fire. Test Engineering and Management, 83, pp.8914-8924.
[16]  Kim, J.J. and Yoo, D.Y., 2019. Effects of fiber shape and distance on the pullout behavior of steel fibers embedded in ultra-high-performance concrete. Cement and Concrete Composites, 103, pp.213-223.
[17] Wang, X., He, J., Mosallam, A.S., Li, C. and Xin, H., 2019. The effects of fiber length and volume on material properties and crack resistance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC). Advances in Materials Science and Engineering, 2019.
[18]  Khooshechin, M. and Tanzadeh, J., 2018. Experimental and mechanical performance of shotcrete made with nanomaterials and fiber reinforcement. Construction and Building Materials, 165, pp.199-205.
[19]  Yu, H., Wu, L., Liu, W.V. and Pourrahimian, Y., 2018. Effects of fibers on expansive shotcrete mixtures consisting of calcium sulfoaluminate cement, ordinary Portland cement, and calcium sulfate. Journal of rock mechanics and geotechnical engineering, 10(2), pp.212-221.
[20]  Lee, S.J., Eom, A.H., Ryu, S.J. and Won, J.P., 2016. Optimal dimension of arch-type steel fibre-reinforced cementitious composite for shotcrete. Composite Structures, 152, pp.600-606.
[21]  Bryne, L.E., Ansell, A. and Holmgren, J., 2014. Investigation of restrained shrinkage cracking in partially fixed shotcrete linings. Tunnelling and Underground Space Technology, 42, pp.136-143.
[22]  Kaufmann, J.P., 2014, May. Durability performance of fiber reinforced shotcrete in aggressive environment. In World Tunnelling Congress (p. 7).
[23]  Standard, A.S.T.M., 2003. C33, Specification for Concrete Aggregates. ASTM International.
[24]  باقرپور و همکاران، 1390. ارزیابی سیستم نگهداری دائم فضاهای زیر زمینی با استفاده از شاتکریت الیافی. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان.
[25]  Dewar, J., 2003. Concrete mix design. Advanced Concrete Technology, pp.3-40.
[26]  Potrzebowski, J., 1983. The splitting test applied to steel fibre reinforced concrete. International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, 5(1), pp.49-53.