بررسي تاثير نانوسيليس بر خواص مکانيکي و دوام بتن هاي حاوي الياف پلي پروپيلن word

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول:مقدمه و کلّيات

1-1. مقدمه.......... 2

1-2. معرفي بتن اليافي........2

1-2-1. تعريف.........3

1-2-2. آيين نامه هاي معتبر بتن اليافي.............3

1-3. کاربردهاي بتن اليافي .........4

1-3-1. بتن پرتابي(شاتکريت) .........4

1-3-2. دالهاي روي بستر .......5

1-3-3. صنايع نظامي .........7

1-3-4. کف سالنهاي صنعتي .........7

1-4. مزايا و معايب بتن اليافي ..........7

1-5. جنبه هاي اقتصادي بتن اليافي.......8

1-6. نانو مواد در بتن .......9

1-7. خلاصه و اهداف تحقيق ......10

1-8.پيشينه تحقيق ......10

1-9. مقايسه چند نوع الياف از نظر هندسه ......11

1-10.مقايسه اثر نوع هاي مختلف الياف از نظر جنس در بتن اليافي .......................................................12

1-11. تحقيقاتي که منحصراً بر روي خواص مکانيکي بتن حاوي الياف پلي پروپيلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است....................................................................................................................................................13

1-12. اثر نانوسيليس بر روي خمير سيمان....................................................................................................15

1-13. اثر نانوسيليس بر بتن ..............................................................................................................................15

1-14. تحقيقات انجام شده در ايران ................................................................................................................16

1-15. خواص مکانيکي الياف..............................................................................................................................18

1-15-1. تاريخچه..................................................................................................................................................18

1-15-2. انواع الياف..............................................................................................................................................19

1-15-2-1. الياف مصنوعي.................................................................................................................................19

1-15-2-2. الياف کربن.......................................................................................................................................19

1-15-2-3. الياف آراميد......................................................................................................................................20

1-15-2-4. الياف شيشه و آزبست....................................................................................................................20

1-15-2-5. الياف فلزي........................................................................................................................................21

1-15-2-6. الياف گياهي وطبيعي.....................................................................................................................22

1-51-2-7. الياف پلي پروپيلن...........................................................................................................................22

1-15-2-7-1. مزاياي الياف پلي پروپيلن نسبت به مش ضد ترك ( آرماتور حرارتي )........................23

1-15-2-7-2. روش و ميزان مصرف ...............................................................................................................24

1-15-2-7-3. ويژگيهاي بتن اليافي حاوي الياف پلي پروپيلن..................................................................24

1-15-2-7-4. كاربردهاي الياف پلي پروپيلن ...............................................................................................25

1-15-2-8. آزمايش اسلامپ بتن اليافي..........................................................................................................26

1-16. نانو مواد ها و مشخصات آنها...................................................................................................................26

1-16-1. مواد نانو كمپوزيت................................................................................................................................27

1-16-2. بتن با عملكرد بالا (HPC) ..............................................................................................................27

1-16-3. نانو سيليس آمورف.............................................................................................................................27

1-16-3-1. نانوسيليس و مقايسه بعضي خواص آن با سيليکافيوم............................................................28

1-16-4. نانو لوله ها..............................................................................................................................................30

فصل دوم: مواد و روشها

2-1. مواد مورد استفاده(Material) ..............................................................................................................33

2-1-1. سيمان.......................................................................................................................................................33

2-1-1-1. سيمان پرتلند پوزولاني (PPC) ...................................................................................................33

2-1-2. آب اختلاط...............................................................................................................................................35

2-1-3. سنگدانه ها...............................................................................................................................................35

2-1-3-1. آزمايش لس آنجلس بر روي سنگدانه هاي درشت.....................................................................36

2-1-4. الياف پلي پروپيلن...................................................................................................................................37

2-1-5. ماده افزودني نانوسيليس.......................................................................................................................38

2-1-6. ماده افزودني فوق روان کننده..............................................................................................................38

2-1-7. قالب ها......................................................................................................................................................40

2-1-8. روش انجام آزمايشها(Methods) ....................................................................................................40

2-1-9. روش تعيين طرح اختلاط به صورت کلي..........................................................................................41

فصل سوم: نتايج و بحث

3-1. آزمايشهاي انجام شده.................................................................................................................................45

3-2. نتايج آزمايشهاي بتن اليافي......................................................................................................................45

3-2-1. آزمايش مقاومت فشاري........................................................................................................................46

3-2-1-1. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)......................................47

3-2-1-2. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B .....................................................50

3-2-1-3. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C......................................................51

3-2-1-4. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D ....................................................54

3-2-1-5. بررسي کلي نمودار هاي آزمايش مقاومت فشاري.....................................................................56

3-2-2. آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم................................................................................................57

3-2-2-1. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A(مرجع).................59

3-2-2-2. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B...............................61

3-2-2-3. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C..............................63

3-2-2-4. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D...............................65

3-2-2-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم...............................................67

3-2-3. آزمايش سرعت پالس التراسونيک (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. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A.....................................70

3-2-3-5. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B.....................................73

3-2-3-6. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C.....................................75

3-2-3-7. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D.....................................77

3-2-3-8. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش التراسونيک...............................................................................79

3-2-4. مقاومت الکتريکي....................................................................................................................................80

3-2-4-1. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)..........82

3-2-4-2. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف B..........................85

3-2-4-3. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف C..........................87

3-2-4-4. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف D.........................89

3-2-4-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت الکتريکي....................................................................90

فصل چهارم: نتيجه­گيري و پيشنهادات

4-1. نتيجه­گيري....................................................................................................................................................96

4-2. پيشنهادها و موضوعات تحقيقي...............................................................................................................97

منابع..........................................................................................................................................................................99

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل1-1 . يک نمونه شاتکريت با بتن اليافي با الياف 6 ميليمتري پلي پروپيلن.......................................6

شکل1-2 . يک نمونه دال پل که در کانزاس آمريکا با بتن اليافي ساخته شده است...............................6

شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن اليافي و بتن حاوي نانوذرات(نانوسيليس).........................................9

شکل 1-4. شاخص سايش بتن­هاي حاوي درصد هاي مختلف نانوتيتانيوم در سن 28 روزه...............31

شکل 2-1. سيمان پوزولاني اردبيل...................................................................................................................34

شکل 2-2. الياف 18 ميليمتري مورد استفاده در آزمايشات........................................................................38

شکل 2-3. فوق روان کننده و نانوسيليس مصرفي(سمت چپ نانوسيليس) ...........................................39

شکل 3-1. دستگاه آزمايش مقاومت فشاري و کششي غيرمستقيم...........................................................47

شکل 3-2. مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس در سنين 28 و 90 روزه (مرجع) ...............49

شکل 3-3. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس...................................................49

شکل 3-4. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس....................................................................51

شکل 3-5. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس ........................................51

شکل 3-6. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس....................................................................53

شکل 3-7. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس ........................................53

شکل 3-8. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس در سنين مختلف.................. ................55

شکل 3-9. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................55

شکل 3-10.درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 28 روزه به ازاي درصدهاي مختلف نانوسيليس..............................................................................................................................................................56

شکل 3-11. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس................................................................................................................................................................57

شکل 3-12. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) ....................................60

شکل 3-13. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم براي نمونه هاي بدون نانوسيليس..............60

شکل 3-14. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..........................................62

شکل 3-15. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..............62

شکل 3-16. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..........................................64

شکل 3-17. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..............64

شکل 3-18. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................66

شکل 3-19. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..............66

شکل 3-20. درصد افزايش مقاومت کششي نمونه­هاي 28 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس...............................................................................................................................................................67

شکل 3-21. درصد افزايش مقاومت کششي نمونه­هاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس................................................................................................................................................................68

شکل 3-22. سونيسکوپ مورد استفاده در آزمايش التراسونيک(تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي)................................................................................................................................................................69

شکل 3-23. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع).....................................72

شکل3-24. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي درصد هاي مختلف الياف pp.............72

شکل 3-25. مدوا الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 2% نانوسيليس..............................................74

شکل 3-26. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 2% نانوسيليس.....................................74

شکل 3-27. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..........................................76

شکل 3-28. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 4 % نانوسيليس....................................76

شکل 3-29. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................78

شکل 3-30. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 6 % نانوسيليس....................................78

شکل 3-31. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 28 روزه...........................................................79

شکل 3-32. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 90 روزه...........................................................80

شکل 3-33. دستگاه اندازه گيري مقاومت الکتريکي.....................................................................................82

شکل 3-34. مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) .......................................................84

شکل 3-35. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس............................................84

شکل 3-36. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس.............................................................86

شکل 3-37. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..................................86

شکل 3-38. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس.............................................................88

شکل 3-39. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..................................88

شکل 3-40. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس.............................................................90

شکل 3-41. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس...................................90

شکل 3-42. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 28 روزه ..........................................................91

شکل 3-43. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 90 روزه ..........................................................92

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 1-1. فرآورده هاي سيماني تقويت شده با الياف ..........................................................................................5

جدول 1-2. الياف هاي مورد استفاده در بتن..........................................................................................................21

جدول 2-1. ترکيب سيمان مصرفي...........................................................................................................................34

جدول 2-2. دانه بندي سنگدانه هاي مصرفي..........................................................................................................35

جدول 2-3. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب A..................................................................................................36

جدول 2-4. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب B..................................................................................................36

جدول 2-5. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب C..................................................................................................36

جدول 2-6. نتايج آزمايش لس آنجلس براي ترکيب هايA و B و C............................................................37

جدول 2-7. مشخصات الياف پلي پروپيلن مصرفي.................................................................................................37

جدول 2-8. مشخصات نانوسيليس مصرفي..............................................................................................................38

جدول 2-9. مشخصات فوق روان کننده مصرفي....................................................................................................39

جدول 2-10. مشخصات مصالح براي طرح اختلاط طبق ACI..........................................................................41

جدول 2-11. نتايج طرح اختلاط بتن براساس ACI............................................................................................42

جدول 2-12. ميزان مصالح مصرفي در طرح اختلاط ها.......................................................................................42

جدول 2-13. طرح اختلاط هاي بتن اليافي حاوي نانوسيليس...........................................................................43

جدول 3-1. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A.................................................48

جدول 3-2. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B ................................................50

جدول 3-3. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C.................................................52

جدول 3-4. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D.................................................54

جدول 3-5. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A .......................59

جدول 3-6. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B.........................61

جدول 3-7. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C.........................63

جدول 3-8. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D.........................65

جدول 3-9. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A .......................................................71

جدول 3-10. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B....................................................73

جدول 3-11. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C ....................................................75

جدول 3-12. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D.....................................................77

جدول 3-13. رابطه بين مقاومت الکتريکي و خوردگي بتن.................................................................................81

جدول 3-14. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف A...................................................83

جدول 3-15. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف B....................................................85

جدول 3-16. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف C....................................................87

جدول 3-17. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف D...................................................89

فصل اول

مقدمه و کلیات

فصل اول

مقدمه و کلّيات

1-1. مقدمه

امروزه بتن به عنوان يکي از پرمصرفترين مصالح جهان و به عنوان ماده ساختماني قرن بيست و يکم شناخته شده است. ساخت اين ماده مرکب با استفاده از ارزانترين و در دسترس­ترين مواد ساده از يک سو، انعطاف­پذيري، خواص مقاومتي و دوام آن از سوي ديگر و نيز استفاده از موادي در ساخت آن که به پاکسازي و کاهش آلودگي محيط زيست کمک مي­نمايد موجب آن شده است که بتن به عنوان مصالح ممتاز مطرح شود]1[. بتن ماده اي است که داراي مقاومت زياد در فشار بوده و از اين رو استفاده از آن براي قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسيار مناسب است. ليکن عليرغم مقاومت فشاري قابل توجه، مقاومت کششي کم و شکنندگي نسبتاً زياد بتن استفاده از آن را براي قطعاتي که تماماً يا به طور موضعي تحت کشش هستند را محدود مينمايد]2[. اين عيب اساسي بتن در عمل با مسلح کردن آن با استقرار آرماتورهاي فولادي در جهت نيروهاي کششي برطرف مي­گردد. شايان ذکر است که در موارد متعددي جهت اين نيروهاي کششي به طور دقيق معلوم نيست. همچنين با توجه به اينکه آرماتور بخش کوچکي از مقطع را تشکيل مي­دهد، تصور اينکه مقطع بتن يک مقطع همگن و ايزوتروپ باشد صحيح نخواهد بود. به منظور ايجاد شرايط ايزوتروپي و کاهش ضعف شکنندگي و تردي بتن تا حد ممکن در چند دهه اخير استفاده از الياف نازک و نسبتاً طويل که در تمام حجم بتن پراکنده مي­شود متداول شده است]3[.

مساله ديگري که اخيراً مورد توجه دانشمندان علم بتن قرار گرفته است استفاده از نانو­مواد در بتن بوده است. محققان با آزمايشات مختلف به اين نتيجه رسيدند که مشخصات بتن حاوي نانو مواد در مقايسه با بتن معمولي تحت تاثيرواکنش­هاي شيميايي نانو­مواد با ذرات سيمان و بلورهاي هيدروکسيد کلسيم موجود در سيمان،عملکرد ماده مرکب بتني را به شدت تحت تأثير قرار مي­دهد]4.[

1-2. معرفي بتن اليافي

1-2-1. تعريف: طبق تعريف ACI 544.1R-82 ، بتن ساخته شده از سيمان هيدروليکي، آب، شن، ماسه و الياف، بتن مسلح با الياف يا بتن اليافي ناميده مي­شود. در بتن اليافي مانند بتن معمولي مي­توان از پوزولانها وديگر مواد مضاعف استفاده کرد. الياف در شکلها و اندازه هاي متفاوت، و از جنس فولاد، مواد پليمري، شيشه و مواد طبيعي مورد استفاده قرار مي­گيرد ]5[.

1-2-2. آيين نامه­هاي معتبر بتن اليافي

علاوه بر مطالعات و پژوهشهايي که بصورت مقالات معتبر در مجلات و يا کنفرانسها ارائه گرديده است. آيين نامه­هاي بتن نيز بخشي از قسمتهاي خود را به بتن اليافي اختصاص داده­اند. از جمله اين آيين نامه­ها، آيين نامه ACI (انجمن بتن آمريکا) مي­باشد که با معرفي کميته­اي جداگانه به نام ACI-544 به بررسي مسائل بتن اليافي پرداخته است. اين کميته اولين گزارش را در سال 1973 ارائه نمود و تاکنون اين کميته با چهار گزارش کلي کار خود را افزايش داده است. گزارش هاي اين کميته با نامهاي فرعي3R,2R,1Rو 4R ناميده مي­شوند.

در گزارش ACI,544-1R که در سال 1996 ارائه گرديد و در سال 1999 بازبيني شد، اطلاعات کاملي از انواع الياف و خواص آنها و تاثير آنها بر روي خواص مکانيکي بتن به علاوه آزمايش اندازه­گيري طاقت بتن اليافي آمده است. در اصل اين گزارش بيشتر به شناسايي انواع الياف قابل کاربرد در بتن پرداخته و آنها را مقايسه کرده است]6.[

در گزارش ACI,544-2R که در سال 1989 ارائه گرديد طريقه انجام آزمايشات و استانداردهاي لازم آورده شده است و در مواردي همانند آزمايش ضربه و ... حتي طريقه ساخت دستگاه آزمايش نيز توضيح داده شده است]7[.

در گزارش ACI,544-3R که در سال 1998 ارائه گرديد، در مورد طرح اختلاط و مصالح مناسب براي بتن اليافي توضيح داده شده است. در اين گزارش روشي براي طرح اختلاط آورده نشده بلکه دو طرح اختلاط مثال زده شده و پيشنهاداتي براي بهتر شدن خواص بتن اليافي آورده شده است. به عنوان مثال هر چه سنگدانه ها در بتن اليافي کوچکتر باشند نقش الياف در بتن اثرگذارتر خواهد بود و يا اينکه پيشنهاد گرديده که در بتن اليافي در صورت امکان از سيمان بيشتري استفاده گردد]8[.