پست شماره 22

الیافی مصنوعی است که در نتیجه تحقیق و توسعه در صنایع پتروشیمی و نساجی حاصل می شود. SNFRC از الیاف مشتق شده از پلیمرهای آلی استفاده می کند که در فرمولاسیون های مختلف موجود است. انواع الیافی که در ماتریسهای بتنی سیمان پرتلند امتحان شده اند عبارتند از: اکریلیک ، آرامید ، کربن ، نایلون ، پلی استر ، پلی اتیلن و پلی پروپیلن. برای بسیاری از این الیاف ، تحقیقات یا تجربه میدانی گزارش شده کمی وجود دارد ، در حالی که سایر موارد در برنامه های تجاری یافت می شوند و موضوع گزارش گسترده بوده اند.

جدول 4.1 دامنه خصوصیات فیزیکی انواع الیاف مصنوعی انتخاب شده را خلاصه می کند. اثر دما بر روی الیاف مصنوعی با ذکر دمای ذوب ، اکسید شدن یا تجزیه الیاف در این جدول نشان داده شده است. گفته می شود که الیاف مصنوعی هنگامی ذوب می شوند که قسمت های بلوری پلیمرهایی که از آنها ساخته می شوند ، در اثر حرارت دادن از حالت جامد به حالت مایع یا شیشه تبدیل می شوند. به دمایی که این تغییر فیزیکی اتفاق می افتد ، نقطه ذوب گفته می شود. اگر در اثر حرارت دادن ، یک فیبر قبل از ذوب شدن تجزیه می شود ، به این دلیل است که یکی از واکنش های شیمیایی ممکن است در دمای پایین تر قبل از رسیدن به نقطه ذوب رخ داده باشد. یک نوع معمول تجزیه ، اکسیداسیون است.

اکسیداسیون در اثر واکنش شیمیایی الیاف با اکسیژن موجود در هوا ایجاد می شود. دمایی که در آن تجزیه اتفاق می افتد دمای تجزیه نامیده می شود. تجزیه معمولاً مورد توجه قرار می گیرد زیرا الیاف به سرعت تغییر رنگ داده ، دود می کند یا تغییر شیمیایی واضحی پیدا می کند.

علاقه قرن بیستم به الیاف مصنوعی به عنوان جزئی از مصالح ساختمانی اولین بار در سال 1965 گزارش شد .الیاف تک رشته ای مصنوعی در ساختارهای مقاوم در برابر انفجار برای بخش تحقیق و توسعه مهندسین ارتش ایالات متحده استفاده شد .الیاف از نظر اندازه و شکل (هندسه) مشابه آنچه در آن زمان با استفاده از الیاف فولاد (SFRC) و الیاف شیشه (GFRC) در حال آزمایش بود ، بودند. طول آنها یک و نیم به یک اینچ (13 تا 25 میلی متر) با نسبت ابعاد الیاف (طول به قطر ، l / d) بین 50 تا 100 بود. در این پروژه همچنین مشخص شد که علاوه بر آنچه مقادیر کمی ، 0.5 درصد حجمی ، از الیاف مصنوعی به بتن در نظر گرفته شد که منجر به ایجاد کامپوزیتی با افزایش شکل پذیری و مقاومت در برابر ضربه می شود . با این حال ، پانزده سال بعد فعالیت های توسعه مقیاس گسترده با الیاف مصنوعی آغاز شد.

از زمان انجام این کار اولیه ، نشان داده شده است که الیاف مصنوعی موجود در بازار در محدوده تراکم جرمی 6 تا 60 توزیع بهتر ترک خوردگی ، کاهش اندازه ترک و بهبود سایر خصوصیات بتن است که بعداً در این گزارش بحث شد. کاربردهای اولیه الیاف مصنوعی که برای اولین بار در اواخر دهه 1970 مورد استفاده قرار گرفتند ، در دامنه 300 تا 400 و نسبت های پایین تر تراکم جرمی دارند. الیاف با تراکم جرمی ریزتر در دهه 1980 استفاده می شد.

برنامه های کاربردی با تراکم جرمی ریزتر الیاف ، یعنی الیافی با قطر نسبتاً کم و نسبت ابعاد بالا ، با درصد حجم الیاف تقریباً یک پنجم آنچه قبلاً با الیاف درشت استفاده شده بود ، آغاز شد. این برنامه های کم حجم از نظر حجمی 0.1 تا 0.3 درصد ظاهر می شوند. با این حال ، حتی در این افزودنی های کم حجم ، تعداد الیاف (تعداد الیاف در واحد حجم ماتریس) و سطح خاص (سطح الیاف در واحد حجم ماتریس) با مقادیر یافت شده با درصد حجمی بیشتر الیاف های درشت تر قابل مقایسه هستند .

با ظهور مناطق جدید کاربردی ، علاقه به تحقیق به سمت محتوای الیاف  بالاتر حرکت کرده است که در آن شاخص مقاومت و سایر عوامل مورد نظر طراحی هستند. نشان دادن شاخص چقرمگی ،توانایی حمل بار الیاف درون ماتریس بتن پس از ترک اول است.

اساساً ، بتن ریخته گری شده حداکثر 0.4 درصد حجمی از الیاف مصنوعی را با حداقل تنظیمات نسبت مخلوط در خود جای می دهد. شاتکریت مخلوط مرطوب با حداکثر 75/0 درصد حجم باعث افزایش عمده مقادیر شاخص مقاومت می شود . طول الیاف و پیکربندی الیاف از عوامل مهم در این محتوا هستند. در کاربردهای دال ، با محتویات الیاف پلی پروپیلن فیبریلاته جمع شده تا 0.3 درصد حجمی ، مقاومت در برابر خستگی به طور چشمگیری افزایش یافته است .

استفاده از الیاف مصنوعی به صورت مش لایه ای از نظر مفهومی مشابه سیستمی است که به عنوان  ferrocement  معروف است. پیشرفت در تحقیقات و توسعه محصولات تجاری سریع بوده است و در نشریات مربوط به فرآوری در ایالات متحده و در انتشارات در مورد بتن مسلح با الیاف به طور عمده در اروپا گزارش شده است. خوانندگان علاقه مند به این پیشرفت باید به کارهای کمیته ACI 549 مراجعه کنند.

روش های طراحی برای کاربردهای خاص با استفاده از الیاف مصنوعی کم حجم هنوز توسعه نیافته است. بسته به کاربرد مورد نظر ، تولیدکنندگان مختلف ممکن است محتوای حجم متفاوت و هندسه الیاف را پیشنهاد دهند. معیارهای پذیرش در مشخصات استاندارد ASTM C 1116  تجویز شده است.

گزارشات مربوط به مقاومت فشاری ، مقاومت کششی تقسیم شده و آزمون مقاومت خمشی به طور کلی نتیجه گیری می کند که وقتی الیاف مصنوعی در درصد حجمی نسبتاً کم (0.1 تا 0.2) اعمال می شوند ، بهبود قابل توجهی در این خواص مقاومت مشاهده نخواهد شد . با این وجود ، مشخص شده است که الیاف مصنوعی در اوایل عمر کامپوزیت وقتی ماتریس ضعیف ، شکننده و دارای مدول پایین باشد ، موثر هستند. برای بتن بالغ ، مقاومت در برابر مواد به محتوای حجم الیاف و دوام الیاف در ماتریس بستگی دارد.

مقاومت و خواص بهبود یافته ترک ترکیبی با SNFRC برای برخی از انواع الیاف ها نشان داده شده است . روشهای آزمایشی مورد استفاده برای تست مقاومت و خستگی خمش FRC منتشر شده است . این روشها مانند سایر آزمایشهای تخصصی مانند انقباض و کنترل ترک برای SNFRC نیز اعمال شده اند. کار بر روی روشهای آزمایش استاندارد برای ارزیابی انقباض و کنترل ترک در حال حاضر توسط کمیته زیرمجموعه ASTM C09.42 انجام شده است.

پیوند الیاف مصنوعی موجود در بازار (نایلون ، پلی استر و پلی پروپیلن) در داخل ماتریس بتن مکانیکی است. هیچ پیوند شیمیایی وجود ندارد. مدول الاستیسیته و نسبت پواسون هر ماده بر روی خواص پیوند و هندسه الیاف و نوع مشتق شده از نوار تک رشته ای یا فیبریله تأثیر خواهد داشت. آزمایشاتی مانند تست تأثیر افت وزن و آزمون شاخص چقرمگی ، توانایی اتصال انواع مختلف الیاف و همچنین تأثیر سایر پارامترها مانند حجم الیاف ، پیکربندی الیاف و طول الیاف را نشان می دهد.