مجله تحقیقات بتن ایران
سال هشتم شماره 2 (پاییز و زمستان 1394)

استفاده از مواد پوزولانی یکی از راهکار های بهبود مقاومت و دوام بتن می باشد. واکنش های پوزولانی موجب پرشدن حفرات موجود در بتن و باعث کاهش تخلخل و نفوذپذیری و در نتیجه افزایش دوام و مقاومت بتن می شود. زئولیت یکی از پوزولان های طبیعی است که در ایران به وفور یافت می شود و به راحتی قابل استخراج و فرآوری است. از این رو در این مقاله تاثیر کاربرد زئولیت بر مقاومت و نفوذپذیری بتن با عیار های سیمانی مختلف بررسی شده است. برای این منظور آزمایش های مقاومت فشاری، جذب آب موئینه، تعیین پروفیل یون کلر، پراش پرتو ایکس (XRD) بر روی نمونه های بتنی انجام شده است. در ساخت نمونه ها از عیار های مختلف سیمانو همچنین درصدهای مختلف زئولیت و آب به سیمان استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد افزوده شدن زئولیت به بتن موجب افزایش مقاومت و کاهش نفوذپذیری نمونه ها نسبت به بتن مرجع شده است. همچنین نتایج آزمایش XRD و همچنین تصاویر بدست آمده از آزمایش SEM نشان می دهد که ریزساختار مربوط به نمونه های دارای زئولیت دارای تراکم بیشتری نسبت به نمونه های بدون زئولیت می باشد.

تحقیقات گذشته نشان داده است که استفاده از الیاف در بتن سبب افزایش مقاومت سایشی، خمشی و کششی می گردد. از یکسو بتن خود تراکم (SCC)، بتنی بسیار سیال و مخلوطی بسیار همگن است که بسیاری از مشکلات بتن معمولی را مرتفع نموده و بدون نیاز به هیچگونه لرزاننده داخلی و خارجی تحت اثر وزن خود، متراکم می شود. این ویژگی کمک شایانی به اجرای اعضای سازه ای با تراکم زیاد آرماتور می نماید. از سویی دیگر فناوری نانو در سالیان اخیر موجب تحولات شگرفی در دانش بشری گردیده و نانو ذرات که نتیجه ای از فناوری نانواند به عنوان یک پوزولان مصنوعی بسیار فعال درتکنولوژی بتن توانسته اند با کاربرد در ساخت مصالح پایه سیمانی ساختار آنها را تحت تاثیر قرار داده و بهبود بخشند. لذا استفاده از بتنی که خصوصیات بتن خود تراکم و الیافی را با هم داشته و ریز ساختار ماتریس آن تقویت شده باشد کمک شایانی به ساخت سازه هایی با عملکرد بالا و با دوام می نماید. در این تحقیق آزمایشگاهی به بررسی اثر توام نانوسیلیس و الیاف های مختلف (فلزی، پلی پروپیلن، شیشه) بر خواص مکانیکی (مقاومت فشاری، کششی، خمشی،انرژی پذیری(طاقت)و مدول الاستیسیته ) و رئولوژی (L-BOX، جریان اسلامپ، ) و دوام (شامل نفوذ یون کلر(RCPT) و جذب آب) بتن خودتراکم پرداخته میشود، و نیز از آزمایش طیف سنجی تفرق اشعه ایکس (XRD) استفاده شده است. بدین منظور 40 طرح اختلاط شامل 4 سری Aو B و C و D که به ترتیب حاوی 0، 2، 4 و 6 درصد وزنی سیمان، نانو سیلیس که به صورت جایگزین با سیمان مورد استفاده قرار گرفتند. هر سری ازاین مجموعه شامل 3 نوع الیاف (فلزی: 2/0، 3/0 و 5/0 درصد حجمی و پلی پروپیلن: 1/0، 15/0 و 2/0 درصد حجمی و شیشه: 15/0 و 2/0 و 3/0 درصد حجمی) مورد آزمایش و مقایسه قرار گرفتند. بررسی نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که حضور توام درصد بهینه الیاف(فلزی 3/0 ، پلی پروپیلن 2/0 و شیشه: 2/0 درصد حجمی) و نانوسیلیس(4 درصد وزنی سیمان) موجب بهبودی خصوصیات مکانیکی و دوام بتن خود تراکم می گردد.

زمانی که بتن رطوبت خود را از دست می دهد، دچار جمع شدگی و کاهش حجم شده و در نهایت باعث ایجاد ترک و افزایش تغییر شکل در بتن می شود. در صورتی که عضو بتن مسلح مقید باشد، کرنش های ناشی ازجمع شدگی بتن باعث ترک خوردگی عضو شده و باعث افزایش تغییر شکل های عضو با زمان می شود. این پدیده به دلیل تبخیر سریع آب در هنگام بتن ریزی، بر اثر وزش باد و افزایش دما اتفاق می افتد. ترک ها، یکی از دلایل اصلی در کاهش مقاومت و دوام بتن است. لذا در این تحقیق، با استفاده از یک نوع الیاف پلیمری، اثر استفاده از آنها با نسبت های حجمی مختلف بر کاهش ترک خوردگی ناشی از آبرفتگی پلاستیک در دالهای بتنی مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایشات جمع شدگی پلاستیک در یک گرمخانه و با استفاده از قالب هایی که برای این منظور طراحی شده انجام شد. پارامترهای مورد مطالعه در این تحقیق، درصد حجم الیاف به حجم بتن و مقاومت بتن است. در نهایت، تاثیر مقدار الیاف پلیمری بر میزان ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی پلاستیک بتن مورد بررسی و بحث قرار گرفت.

بتن یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی است که از ترکیب مخلوط متناسبی از سیمان، مصالح سنگی، آب و مواد افزودنی بدست می آید. از عواملی که کاربرد بتن را مخصوصا در سازه های با تراکم آرماتور زیاد با مشکل مواجه می کند متراکم نمودن آن است. در مواردی مانند پایه پل ها، ستونهای طبقات پایین ساختمان های بلند و... عملا امکان ویبره کردن بتن غیر ممکن است. برای رفع این مشکل باید از بتن خودتراکم استفاده شود که باعث تراکم کامل بتن شده و سرعت بتن ریزی را بالا می برد. این نوع بتن با استفاده از فوق روان کننده ها و مواد افزودنی دیگر تولید می شود. این مقاله به بررسی اثر افزودن نانوسیلیس بر خواص مکانیکی بتن سخت شده در محیط مخرب سولفاتی می پردازد. به این منظور در برنامه مطالعات آزمایشگاهی از آزمایشهایی چون مقاومت فشاری و نفوذپذیری بهره گرفته شده است. نتایج آزمایش حاکی از این است که افزودن نانوسیلیس توانسته بر خواص مکانیکی بتن خودتراکم تاثیر گذار باشد و همچنین دوام بتن را در برابر عامل مخرب سولفاتی که باعث کاهش روند کسب مقاومت فشاری در سنین بالاتر می گردد، افزایش دهد. نانوسیلیس، تخلخل در سیمان هیدراته شده را به وسیله ی پر کردن فضاهای خالی بین ذرات بزرگتر به حداقل رسانده و نفوذپذیری را تا حد زیادی کاهش می دهد.

در مطالعه حاضر، ضریب تضعیف خطی بتن های حاوی درصدهای مختلف سرباره سرب و میکروسیلیس در برابر اشعه گامای ساطع شده از چشمه های Cs-137 و Co-60 به روش آزمایشگاهی و شبیه سازی مونت کارلو اندازه گیری شد. همچنین مقاومت فشاری و سرعت پالس اولتراسونیک نمونه ها تعیین گردید. دو سری مخلوط های بتنی طراحی و ساخته شدند. در ساخت مخلوط های سری اول درصدهای مختلف 0، 25، 50، 75 و 100 سرباره سرب جایگزین ماسه طبیعی شد و در ساخت مخلوط های سری دوم میکروسیلیس به اندازه 10 درصد وزن سیمان به کلیه مخلوط های سری اول اضافه گردید. نتایج حاکی از تاثیر مثبت سرباره سرب و میکروسیلیس بر خواص محافظتی بتن ها در برابر اشعه گاما است به طوری که نمونه های حاوی 100 درصد سرباره سرب و میکروسیلیس که مقاومت فشاری مناسب 62 مگا پاسکال را کسب کرد بالاترین ضریب تضعیف خطی را در برابر اشعه گاما نشان دادند. همچنین توافق نسبتا خوبی بین نتایج روش تجربی و شبیه سازی مونت کارلو مشاهده گردید.

عملکرد الاستیک و غیر الاستیک اعضا سازه های قابی می تواند توسط منحنی های برهم کنش نیروی محوری- لنگر خمشی در یک فرآیند غیر خطی ارزیابی شود. استفاده از دیوار برشی کامپوزیت در دو دهه اخیر روشی متداول در سازه ها می باشد. در این تحقیق برای نخستین بار منحنی های اندرکنش نیروی محوری– لنگر خمشی برای دیوارهای برشی کامپوزیتی ارائه می شود. از این منحنی ها می توان به منظور تحلیل و طراحی دیوارهای مذکور بدون نیاز به تحلیل های غیر خطی بهره جست. این نوع از دیوارهای برشی در ساختمان های بلند مرتبه استفاده شده که سختی جانبی، مقاومت خمشی، اتلاف انرژی و شکل پذیری بیشتری را نسبت به دیوارهای برشی معمولی دارند. برای انجام تحلیل ها از یک روش ساده، کارآمد و سریع برپایه مفاهیم تئوری الیافی استفاده می شود. یکی از مزایای قابل توجه این روش سرعت بسیار بالای آن در تحلیل غیرخطی اعضا سازه ای است که آن را نسبت به دیگر روش ها متمایز می سازد.
عملکرد الاستیک و غیر الاستیک اعضا سازه های قابی می تواند توسط منحنی های برهم کنش نیروی محوری- لنگر خمشی در یک فرآیند غیر خطی ارزیابی شود. استفاده از دیوار برشی کامپوزیت در دو دهه اخیر روشی متداول در سازه ها می باشد. در این تحقیق برای نخستین بار منحنی های اندرکنش نیروی محوری– لنگر خمشی برای دیوارهای برشی کامپوزیتی ارائه می شود. از این منحنی ها می توان به منظور تحلیل و طراحی دیوارهای مذکور بدون نیاز به تحلیل های غیر خطی بهره جست. این نوع از دیوارهای برشی در ساختمان های بلند مرتبه استفاده شده که سختی جانبی، مقاومت خمشی، اتلاف انرژی و شکل پذیری بیشتری را نسبت به دیوارهای برشی معمولی دارند. برای انجام تحلیل ها از یک روش ساده، کارآمد و سریع برپایه مفاهیم تئوری الیافی استفاده می شود. یکی از مزایای قابل توجه این روش سرعت بسیار بالای آن در تحلیل غیرخطی اعضا سازه ای است که آن را نسبت به دیگر روش ها متمایز می سازد.

اکثر تیرهای مورد استفاده در پل ها از نوع بتن مسلح بوده که وزن زیادی داشته، مقاومت شان در قبال خوردگی تا حدودی پائین بوده و امکان اجرای آن ها به صورت پیش ساخته وجود ندارد. برای از بین بردن ضعف تیرهای بتن مسلح راه حل های مختلفی ارائه شده که یکی از آن ها استفاده از سیستم ترکیبی متشکل از مصالح متداول نظیر بتن و فولاد به همراه صفحات FRP می باشد که تحت عنوان تیرهای کامپوزیتی نیز شناخته می شود. تحقیق حاضر به بررسی تیر کامپوزیتی متشکل از مقطع Hat-Shape و دال بتنی اختصاص یافته است. با استفاده از روش اجزا محدود و تحلیل استاتیکی غیرخطی رفتار این تیر مورد ارزیابی قرار گرفته و با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه و پس از حصول اطمینان از صحت مدل سازی تیر کامپوزیتی، تغییر پارامترهای مختلف نظیر به کارگیری فولاد در دال بتنی، تغییر زاویه جان مقطع Hat-Shape، مقایسه عملکرد تیر کامپوزیتی با تیر بتن مسلح، تغییر جنس مقطع Hat-Shape و صفحه GFRP به فولاد و آلومینیوم صورت پذیرفته است. نتایج حاصل از مطالعات عددی نشان می دهد که رفتار این نوع از تیرهای کامپوزیتی را می توان بدون انجام آزمایش های هزینه بر و به کمک روش های عددی برآورد نمود. مسلح نمودن دال بتنی سبب ارتقاء ظرفیت باربری تیر کامپوزیتی به میزان 45 درصد شده است. تغییر زاویه جان مقطع Hat-Shape تاثیر چندانی بر عملکرد تیر نداشته و تغییر جنس مصالح از GFRP به آلومینیوم سبب افزایش نسبت ظرفیت باربری به وزن سازه به میزان 51 درصد شده است.
اکثر تیرهای مورد استفاده در پل ها از نوع بتن مسلح بوده که وزن زیادی داشته، مقاومت شان در قبال خوردگی تا حدودی پائین بوده و امکان اجرای آن ها به صورت پیش ساخته وجود ندارد. برای از بین بردن ضعف تیرهای بتن مسلح راه حل های مختلفی ارائه شده که یکی از آن ها استفاده از سیستم ترکیبی متشکل از مصالح متداول نظیر بتن و فولاد به همراه صفحات FRP می باشد که تحت عنوان تیرهای کامپوزیتی نیز شناخته می شود. تحقیق حاضر به بررسی تیر کامپوزیتی متشکل از مقطع Hat-Shape و دال بتنی اختصاص یافته است. با استفاده از روش اجزا محدود و تحلیل استاتیکی غیرخطی رفتار این تیر مورد ارزیابی قرار گرفته و با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه و پس از حصول اطمینان از صحت مدل سازی تیر کامپوزیتی، تغییر پارامترهای مختلف نظیر به کارگیری فولاد در دال بتنی، تغییر زاویه جان مقطع Hat-Shape، مقایسه عملکرد تیر کامپوزیتی با تیر بتن مسلح، تغییر جنس مقطع Hat-Shape و صفحه GFRP به فولاد و آلومینیوم صورت پذیرفته است. نتایج حاصل از مطالعات عددی نشان می دهد که رفتار این نوع از تیرهای کامپوزیتی را می توان بدون انجام آزمایش های هزینه بر و به کمک روش های عددی برآورد نمود. مسلح نمودن دال بتنی سبب ارتقاء ظرفیت باربری تیر کامپوزیتی به میزان 45 درصد شده است. تغییر زاویه جان مقطع Hat-Shape تاثیر چندانی بر عملکرد تیر نداشته و تغییر جنس مصالح از GFRP به آلومینیوم سبب افزایش نسبت ظرفیت باربری به وزن سازه به میزان 51 درصد شده است.

معمول ترین روش مقاوم سازی ستون ها با FRP، محصور کردن محیط خارجی آن ها است. محصور کنندگی برای اعضای فشاری موثراست و به منظور افزایش ظرفیت تحمل بار، یا افزایش شکل پذیری استفاده می شود. هدف اصلی در این تحقیق، بررسی مقاوم سازی ستون های بتن مسلح دایروی با کامپوزیت های FRP چند جهته می باشد. برای این منظور، ابتدا سه نمونه آزمایشگاهی موجود، عینا در نرم ا فزار ABAQUS مدل سازی شدند؛ بدین ترتیب با مقایسه و نزدیک بودن نتایج نرم افزاری و آزمایشگاهی، صحت مدل سازی ها به اثبات رسید. سپس با در نظر گرفتن متغیرهایی مانند جنس الیاف، جهت لایه های کامپوزیت و درصد فولاد طولی مقطع ستون، 18 نمونه تحلیلی تعریف و در نرم افزار ABAQUS مدل سازی شدند. نمونه های تحلیلی به دو گروه، نیمی با میزان فولادی طولی 2 درصد و نیمی دیگر با میزان فولاد 4 درصد تقسیم شدند. در هر گروه، یک نمونه بدون تقویت، چهار نمونه محصور شده با ورق های CFRP و چهار نمونه تقویت شده با ورق های GFRP در نظر گرفته شد. هم چنین نمونه های هر گروه با لایه های کامپوزیت در جهات مختلف 0،0، 0 درجه و 90، 0، 90 درجه و 45-، 45، 0 درجه و 45-، 45، 90 درجه تقویت شدند. نتایج به دست آمده از تحلیل مدل های اجزای محدود این نمونه ها نشان داد که کامپوزیت های FRP چند جهته، ظرفیت باربری محوری ستون های تقویت شده را 43/1 تا 77/2 برابر و شکل پذیری آن ها را 5/5 تا 13 برابر افزایش می دهند. مقاوم سازی به وسیله کامپوزیت های FRP با لایه های در جهت0 و45 و45- درجه، راه کار خوبی برای افزایش شکل پذیری ستون های بتن مسلح است. هم چنین اثر مقاوم سازی روی نمونه های با فولاد مقطع دو درصد، 8 الی 16 درصد بیش از نمونه های با فولاد مقطع چهار درصد می باشد.

گاهی به دلیل مسائل معماری و محدودیت های موجود در پلان سازه، گشودگی هایی مانند در، پنجره و داکت های تاسیساتی در دیوار برشی بتن مسلح ایجاد می گردد که باعث تغییراتی در رفتار، سختی و مقاومت نهایی دیوار برشی بتن مسلح می گردد. هدف از انجام این پژوهش مقایسه تاثیر پارامترهای مساحت و موقعیت گشودگی بر رفتار و ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای گشودگی های منظم می باشد. در این تحقیق از نرم افزار آباکوس برای مدل سازی و بررسی پارامترهای مورد نظر استفاده شده است. برای صحت سنجی نتایج حاصل از نرم افزار آباکوس، نمونه های آزمایشگاهی آگودا در این نرم افزار مدل سازی گردیده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است. پس از صحت سنجی نرم افزار، نمونه هایی دارای یک و دو ردیف گشودگی مشابه باشرایط آزمایش طراحی گردیده و برای تحلیل از آنالیز اجزامحدود بتن آرمه و مدل رفتاری خسارت خمیری[1]در نرم افزار آباکوس استفاده گردیده است. نتایج حاکی از آن است که مساحت ناحیه موثر تحت فشار دیواراز مهم ترین عوامل تاثیر گذار بر مقاومت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای گشودگی می باشدکه مساحت و موقعیت گشودگی به طور مستقیم باعث تغییر در مساحت این ناحیه می گردند. همچنین می توان نتیجه گرفت ، موقعیت گشودگی در مقایسه با مساحت آن پارامتری تاثیرگذارتر در کاهش ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح می باشد.

امروزه اصلاح و بهبود رفتار بتن با استفاده از الیاف یکی از روش های متداول در تکنولوژی بتن محسوب می شود. افزودن الیاف به بتن باعث رشد مقاومتی، بهبود رفتار تنش-کرنش و افزایش شکل پذیری خواهد شد. الیاف فولادی،پلی پروپیلن و شیشه ای از پرکاربردترین الیاف مورد استفاده می باشند. در این پژوهش بتن با نسبت آب به سیمان برابر 45/0 و عیار سیمان 400 و درصدهای مختلف الیاف فولادی و پلی پروپیلن هم بصورت مجزا و هم بصورت ترکیبی ساخته شده است. نتایج آزمایش های مقاومت فشاری و کششی و آزمایش تنش-کرنش، بیانگر آن بوده است که با افزودن درصدهای مختلف الیاف در سن هفت روزه تغییر خاصی در مقاومت نمونه ها حاصل نشده ولی در سن 28 روزه مقاومت فشاری وکششی افزایش یافته است. بیشترین رشد مقاومتی مربوط به نمونه های حاوی یک درصد الیاف فولادی بوده است. مقاومت طاقت طبق نمودارهای تنش-کرنش، بطور قابل ملاحظه ای بهبود یافته و رفتار نمونه ها شکل پذیرتر شده است. در ادامه برای مقایسه بهتر نتایج و بهبود مقاومت های کوتاه مدت، دو نمونه با افزودن سیلیکافیوم ساخته شده است. نتایج حاکی از آن است که افزودن سیلیکافیوم باعث بهبود پارامترهای مقاومتی بتن می شود.