مواد و اختلاط
1- نسبت های مخلوط - نسبت های مخلوط برای بتن مسلح با الیاف طبیعی فرآوری نشده قابل تعمیم نیست زیرا انواع الیاف طبیعی وجود دارد که می تواند در ترکیب با سایر مواد استاندارد مانند سیمان ، پوزولان ها ، سنگدانه های ریز ، آب و مواد افزودنی استفاده شود.
انواع الیاف طبیعی قابل استفاده با این مواد استاندارد عبارتند از: باگاس ، سیزال ، جوت ، نارگیل ، موز و نخل. شرح مختصری برای هر یک از اجزای سازنده ای که برای بدست آوردن بتن مسلح الیافی استفاده می شود ، در زیر آورده شده است.
2- سیمان - از سیمانی که مطابق با مشخصات استاندارد ASTM C 150 یا C 595 باشد می توان استفاده کرد. نوع سیمان توصیه شده نوع I است ، اگرچه می توان از سیمان نوع III (مقاومت بسیار زودرس) برای کاهش عقب ماندگی سخت شدن ناشی از گلوکز موجود در اکثر الیاف طبیعی استفاده کرد.
3- سنگدانه ها - سنگدانه ها باید الزامات درجه بندی مشخص شده توسط ASTM C 33 ، مشخصات استاندارد برای سنگدانه های بتن را داشته باشند.
4- آب و مواد افزودنی - آبی که برای مخلوط استفاده می شود باید تمیز و با کیفیت باشد. از مواد افزودنی مانند عوامل تسریع کننده ممکن است به منظور کاهش تأثیر بازدارنده گلوکز استفاده شود. اگر از میلگردهای فولادی ملایم به عنوان تقویت کننده اضافی استفاده نشود ، می توان از کلرید کلسیم استفاده کرد. به منظور افزایش کارایی هنگام گچ کاری ، می توان مواد افزودنی کاهنده آب و عوامل کاهنده آب با دامنه بالا را اضافه کرد. برای جلوگیری از حمله باکتریایی فیبرهای آلی استفاده از میکروبیوسید آلی تشویق می شود.
5-الیاف - طول الیاف ممکن است از 1 تا 20 اینچ (25 تا 500 میلی متر) متغیر باشد. از آنجا که الیاف مواد طبیعی هستند ، از نظر قطر و طول یکنواخت نیستند. مقادیر معمول قطر برای الیاف طبیعی فرآوری نشده از 0.004 تا 0.03 اینچ (0.10 تا 0.75 میلی متر) متغیر است [5.2]. خصوصیات مکانیکی الیاف در جدول 5.2 خلاصه شده است.
6- روشهای اختلاط - دو روش اختلاط و قرار دادن (1) مخلوط مرطوب و (2) مخلوط فشرده خشک است. در مخلوط مرطوب ، کسری از حجم کم الیاف استفاده می شود. آبی که باید به مخلوط اضافه شود باید محتوای بالای آب طبیعی در الیاف طبیعی را در نظر بگیرد. روش اختلاط باید با روند ASTM C 94 و بخشهایی از توصیه های ACI 304 مطابقت داشته باشد. دسته های آزمایشی توصیه می شود و یک کارخانه دسته بندی مورد نیاز است. روش اختلاط توصیه شده افزودن سیمان با آب و مواد افزودنی برای تشکیل دوغاب است. سپس سنگدانه های ریز اضافه می شوند. در آخر ، الیاف اضافه شده و در دوغاب پخش می شود. نمونه گیری طبق استاندارد ASTM C 172 و C 685 انجام می شود. برای آزمایش مقاومت فشاری و خمشی ، ASTM C 39 و C 78 دنبال می شود.
مخلوط فشرده خشک به طور کلی برای پروژه های صنعتی یا نیمه صنعتی استفاده می شود. در مخلوط فشرده خشک ، کسر حجمی الیاف مورد استفاده حدود 10 برابر کسر حجمی است که در مخلوط مرطوب استفاده می شود. الیاف برای این نوع مخلوط در شرایط سطح اشباع شده قرار دارند. دسته های آزمایشی توصیه می شود. روش اختلاط توصیه شده افزودن الیاف در شرایط سطح اشباع و خشک به سیمان و سنگدانه ها و سپس افزودن مقدار بسیار محدودی آب است. مخلوط کردن را می توان با دست انجام داد ، اگرچه مخلوط کردن طبق ASTM C 94 توصیه می شود. برای مقاومت فشاری و خمشی ، ASTM C 39 و ASTM C 78 دنبال می شوند. نمونه مخلوط خشک ریخته می شود و پس از آن فشار وارد می شود زیرا آب بسیار کمی یا به آب اضافه نمی شود.
درصد حجمی الیاف طبیعی فرآوری نشده مورد استفاده در مخلوط بسته به نوع الیاف استفاده شده و روش ساخت از 3 تا 30 درصد متغیر است. نسبت مخلوط معمول برای بتن مسلح با الیاف نارگیل هم برای مخلوط مرطوب و هم برای مخلوط خشک فشرده در جدول 5.3 ارائه شده است.
خصوصیات بتن مسلح با الیاف طبیعی فرآوری نشده
1-عمومی - خصوصیات بتن مسلح با الیاف طبیعی فرآوری نشده ، مانند هر بتن تقویت شده با الیاف ، تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارند. عمده عوامل در جدول 5.4 ذکر شده اند. واضح است که نوع و طول الیاف و همچنین کسر حجمی مهمترین عوامل هستند. نتایج آزمایش [5.10] نشان می دهد که برای الیاف طبیعی حداقل مقدار الیاف اضافی برای ایجاد برخی از بهبود در خواص مکانیکی کامپوزیت سیمان حدود 3 درصد حجم است. مقاومت در برابر ضربه در اکثر موارد بدون توجه به کسر حجم الیاف افزایش می یابد ، اما سایر خصوصیات به طور قابل توجهی بهبود نمی یابند و مانند بتن ساده باقی می مانند. خصوصیات بتن های تقویت شده با الیاف طبیعی فرآوری نشده تازه و سخت شده در بخش های زیر به طور خلاصه بحث شده است.
2- بتن تازه - افزودن الیاف طبیعی فرآوری نشده به بتن منجر به کاهش کارایی به دلیل افزایش سطح و جذب آب الیاف می شود. با این حال مهم است که این ترکیب قابل اجرا باشد. مخلوطی که خیلی سفت یا خیلی خشک باشد کارایی لازم را ندارد و در نهایت ممکن است باعث ایجاد حفره شود. از طرف دیگر ، مخلوطی که بیش از حد مرطوب باشد منجر به کاهش قدرت استحکام خود (بتن ریزشی می شود)می شود.
جنبه مهم دیگر "بالینگ" الیاف است. میزان بالینگ یا توپی شدن الیاف در مخلوط با توجه به نوع و طول الیاف استفاده شده ، با توجه به کسر حجمی الیاف و حداکثر اندازه سنگدانه تعیین می شود. نباید اجازه داد بالینگ در بتن ایجاد شود زیرا تأثیرات سوئی بر مقاومت دارد. از روشهای اختلاط خاصی می توان برای به حداقل رساندن اثر بالینگ استفاده کرد. به طور معمول ، افزودن تدریجی الیاف در پایان فرآیند مخلوط کردن ، پس از مخلوط شدن سایر مواد ، باعث کاهش اثر بالینگ می شود. همچنین ، استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب با دامنه بالا به طور قابل توجهی باعث افزایش کارایی بدون تأثیر منفی بر قدرت می شود.
بسته به میزان الیاف و روش اختلاط (دسته خشک یا دسته مرطوب) ، وزن واحد ممکن است به 94 پوند در فوت مکعب (1500 کیلوگرم در متر مکعب) کاهش یابد .در مقایسه با بتن معمولی که 145 تا 155 پوند در فوت مکعب است (2300 کیلو گرم در متر مکعب).
3- بتن سخت شده - یکی از ویژگی های مهم کامپوزیت سخت شده ، مقاومت آن است. ماتریس ملات سیمان تقویت نشده از استحکام کافی برای بسیاری از کاربردها برخوردار است ، هرچند شکننده است ، مطالعه تأثیر الیاف بر افزایش شکل پذیری قابل دسترس است. به غیر از مقاومت ، جنبه های دیگری مانند تغییر شکل در زیر بار (سختی) ، دوام ، ویژگی های ترک خوردگی ، جذب انرژی ، تنگی آب و خصوصیات حرارتی نیز باید ارزیابی شود. مهمترین سهم الیاف را می توان با تعیین مقاومت در برابر شکست کامپوزیت دانست.
جدول 5.5 مشخصات مقاومت یک کامپوزیت معمولی ، تقویت شده با الیاف جوت (جوت یا کنف هندی نوعی گیاه طویل، نرم و برّاق است که می‌تواند به صورت نخی مستحکم درآید) را نشان می دهد . از این جدول می توان دریافت که ، به طور کلی ، مقاومت فشاری به طور قابل توجهی تحت تأثیر افزودن الیاف قرار نمی گیرد ، در حالی که مقاومت کششی و خمشی و مقاومت آن کاملاً افزایش می یابد. علاوه بر این ، برای یک الیاف خاص مقدار بهینه هم برای کسر حجمی و هم برای طول الیاف وجود دارد.
متأسفانه ، مقدار داده های آزمایش موجود در مورد دوام بتن مسلح با الیاف طبیعی فرآوری نشده محدود است. با این وجود ، می توان مشاهدات زیر را بر اساس ادبیات موجود انجام داد .
آ. بتن مسلح با الیاف طبیعی فرآوری نشده از نظر ماندگاری نسبت به بتن های تقویت شده با الیاف حساس تر است. به نظر می رسد منافذ بسیار قلیایی موجود در بتن باعث خراب شدن الیاف می شود.
ب با جایگزینی 40 تا 50 درصد سیمان با دود سیلیس ، می توان ماندگاری قابل ملاحظه ای پیدا کرد ، زیرا افزودن بخار سیلیس با آهک واکنش نشان می دهد و به طور قابل توجهی قلیایی بودن منافذ آب را کاهش می دهد.
ج با پوشاندن الیاف با مواد شیمیایی مناسب مانند اسید فرمیک و استئاریک می توان دوام را بهبود داد.
4- قرار دادن و اتمام - قرار دادن و اتمام بتن مسلح با الیاف طبیعی فرآوری نشده به روش اختلاط بستگی دارد (مخلوط مرطوب یا مخلوط خشک فشرده). قرار دادن مخلوط مرطوب ممکن است با استفاده از تجهیزات معمولی حاصل شود. از ویبراتورهای داخلی یا خارجی استفاده شود. سایر خواص مانند کارایی را می توان با استفاده از تست اسلامپ یا تست اسلامپ K اندازه گیری کرد که طبق تست نفوذ توصیه شده توسط ASTM اندازه گیری می شود. محتوای هوا در مخلوط را می توان با استفاده از ASTM C 231 یا C 173 اندازه گیری کرد.
برای قرار دادن مخلوط فشرده خشک ، نیاز به نوع خاصی از قالب وجود دارد زیرا مخلوط خشک است و باید با فشار داخل قالب فشرده شود. هنگامی که مخلوط خشک درون قالب قرار گرفت ، تحت فشار محدودی در حدود 30 تا 70 psi (0.2 تا 0.5 MPa) قرار می گیرد. این فشار محدود برای مدت زمان حدود 24 ساعت اعمال می شود. باید توجه داشت که فشار بزرگتر از حد لازم اعمال نشود ، زیرا ممکن است آب (که برای تأمین آب بسیار مهم است) فشرده شود. محتوای هوای مخلوط را می توان با استفاده از ASTM C 231 یا ASTM C 173 بدست آورد. وزن واحد را می توان با استفاده از ASTM C 130 بدست آورد.
مرجع
ACI544.1R-96, "State of The Art Report on The Fiber Reinforced Concrete
دوستانتان را به خواندن این مطلب دعوت کنید:
