فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول:مقدمه و کلّيات 1-1. مقدمه.......... 21-2. معرفي بتن اليافي........21-2-1. تعريف.........31-2-2. آيين نامه هاي معتبر بتن اليافي.............31-3. کاربردهاي بتن اليافي .........41-3-1. بتن پرتابي(شاتکريت) .........41-3-2. دالهاي روي بستر .......51-3-3. صنايع نظامي .........71-3-4. کف سالنهاي صنعتي .........71-4. مزايا و معايب بتن اليافي ..........71-5. جنبه هاي اقتصادي بتن اليافي.......81-6. نانو مواد در بتن .......91-7. خلاصه و اهداف تحقيق ......101-8.پيشينه تحقيق ......101-9. مقايسه چند نوع الياف از نظر هندسه ......111-10.مقايسه اثر نوع هاي مختلف الياف از نظر جنس در بتن اليافي .......................................................121-11. تحقيقاتي که منحصراً بر روي خواص مکانيکي بتن حاوي الياف پلي پروپيلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است....................................................................................................................................................131-12. اثر نانوسيليس بر روي خمير سيمان....................................................................................................151-13. اثر نانوسيليس بر بتن ..............................................................................................................................151-14. تحقيقات انجام شده در ايران ................................................................................................................161-15. خواص مکانيکي الياف..............................................................................................................................181-15-1. تاريخچه..................................................................................................................................................181-15-2. انواع الياف..............................................................................................................................................191-15-2-1. الياف مصنوعي.................................................................................................................................191-15-2-2. الياف کربن.......................................................................................................................................191-15-2-3. الياف آراميد......................................................................................................................................201-15-2-4. الياف شيشه و آزبست....................................................................................................................201-15-2-5. الياف فلزي........................................................................................................................................211-15-2-6. الياف گياهي وطبيعي.....................................................................................................................221-51-2-7. الياف پلي پروپيلن...........................................................................................................................221-15-2-7-1. مزاياي الياف پلي پروپيلن نسبت به مش ضد ترك ( آرماتور حرارتي )........................231-15-2-7-2. روش و ميزان مصرف ...............................................................................................................241-15-2-7-3. ويژگيهاي بتن اليافي حاوي الياف پلي پروپيلن..................................................................241-15-2-7-4. كاربردهاي الياف پلي پروپيلن ...............................................................................................251-15-2-8. آزمايش اسلامپ بتن اليافي..........................................................................................................261-16. نانو مواد ها و مشخصات آنها...................................................................................................................261-16-1. مواد نانو كمپوزيت................................................................................................................................271-16-2. بتن با عملكرد بالا (HPC) ..............................................................................................................271-16-3. نانو سيليس آمورف.............................................................................................................................271-16-3-1. نانوسيليس و مقايسه بعضي خواص آن با سيليکافيوم............................................................281-16-4. نانو لوله ها..............................................................................................................................................30 فصل دوم: مواد و روشها2-1. مواد مورد استفاده(Material) ..............................................................................................................332-1-1. سيمان.......................................................................................................................................................332-1-1-1. سيمان پرتلند پوزولاني (PPC) ...................................................................................................332-1-2. آب اختلاط...............................................................................................................................................352-1-3. سنگدانه ها...............................................................................................................................................352-1-3-1. آزمايش لس آنجلس بر روي سنگدانه هاي درشت.....................................................................362-1-4. الياف پلي پروپيلن...................................................................................................................................372-1-5. ماده افزودني نانوسيليس.......................................................................................................................382-1-6. ماده افزودني فوق روان کننده..............................................................................................................382-1-7. قالب ها......................................................................................................................................................402-1-8. روش انجام آزمايشها(Methods) ....................................................................................................402-1-9. روش تعيين طرح اختلاط به صورت کلي..........................................................................................41 فصل سوم: نتايج و بحث 3-1. آزمايشهاي انجام شده.................................................................................................................................453-2. نتايج آزمايشهاي بتن اليافي......................................................................................................................453-2-1. آزمايش مقاومت فشاري........................................................................................................................463-2-1-1. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)......................................473-2-1-2. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B .....................................................503-2-1-3. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C......................................................513-2-1-4. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D ....................................................543-2-1-5. بررسي کلي نمودار هاي آزمايش مقاومت فشاري.....................................................................563-2-2. آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم................................................................................................573-2-2-1. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A(مرجع).................593-2-2-2. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B...............................613-2-2-3. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C..............................633-2-2-4. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D...............................653-2-2-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم...............................................673-2-3. آزمايش سرعت پالس التراسونيک (UPV)......................................................................................683-2-3-1. روش سرعت پالس.............................................................................................................................683-2-3-2. عوامل موثر بر سرعت پالس.............................................................................................................693-2-3-3. کاربرد روش سرعت پالس................................................................................................................693-2-3-4. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A.....................................703-2-3-5. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B.....................................733-2-3-6. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C.....................................753-2-3-7. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D.....................................773-2-3-8. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش التراسونيک...............................................................................793-2-4. مقاومت الکتريکي....................................................................................................................................803-2-4-1. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)..........823-2-4-2. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف B..........................853-2-4-3. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف C..........................873-2-4-4. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف D.........................893-2-4-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت الکتريکي....................................................................90 فصل چهارم: نتيجهگيري و پيشنهادات4-1. نتيجهگيري....................................................................................................................................................964-2. پيشنهادها و موضوعات تحقيقي...............................................................................................................97منابع..........................................................................................................................................................................99 فهرست اشکال عنوان صفحهشکل1-1 . يک نمونه شاتکريت با بتن اليافي با الياف 6 ميليمتري پلي پروپيلن.......................................6شکل1-2 . يک نمونه دال پل که در کانزاس آمريکا با بتن اليافي ساخته شده است...............................6شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن اليافي و بتن حاوي نانوذرات(نانوسيليس).........................................9شکل 1-4. شاخص سايش بتنهاي حاوي درصد هاي مختلف نانوتيتانيوم در سن 28 روزه...............31شکل 2-1. سيمان پوزولاني اردبيل...................................................................................................................34شکل 2-2. الياف 18 ميليمتري مورد استفاده در آزمايشات........................................................................38شکل 2-3. فوق روان کننده و نانوسيليس مصرفي(سمت چپ نانوسيليس) ...........................................39شکل 3-1. دستگاه آزمايش مقاومت فشاري و کششي غيرمستقيم...........................................................47شکل 3-2. مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس در سنين 28 و 90 روزه (مرجع) ...............49شکل 3-3. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس...................................................49شکل 3-4. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس....................................................................51شکل 3-5. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس ........................................51شکل 3-6. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس....................................................................53شکل 3-7. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس ........................................53شکل 3-8. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس در سنين مختلف.................. ................55شکل 3-9. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................55شکل 3-10.درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 28 روزه به ازاي درصدهاي مختلف نانوسيليس..............................................................................................................................................................56شکل 3-11. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس................................................................................................................................................................57شکل 3-12. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) ....................................60شکل 3-13. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم براي نمونه هاي بدون نانوسيليس..............60شکل 3-14. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..........................................62شکل 3-15. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..............62شکل 3-16. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..........................................64شکل 3-17. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..............64شکل 3-18. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................66شکل 3-19. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..............66شکل 3-20. درصد افزايش مقاومت کششي نمونههاي 28 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس...............................................................................................................................................................67شکل 3-21. درصد افزايش مقاومت کششي نمونههاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس................................................................................................................................................................68شکل 3-22. سونيسکوپ مورد استفاده در آزمايش التراسونيک(تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي)................................................................................................................................................................69شکل 3-23. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع).....................................72شکل3-24. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي درصد هاي مختلف الياف pp.............72شکل 3-25. مدوا الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 2% نانوسيليس..............................................74شکل 3-26. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 2% نانوسيليس.....................................74شکل 3-27. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..........................................76شکل 3-28. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 4 % نانوسيليس....................................76شکل 3-29. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................78شکل 3-30. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 6 % نانوسيليس....................................78شکل 3-31. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 28 روزه...........................................................79شکل 3-32. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 90 روزه...........................................................80شکل 3-33. دستگاه اندازه گيري مقاومت الکتريکي.....................................................................................82شکل 3-34. مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) .......................................................84شکل 3-35. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس............................................84شکل 3-36. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس.............................................................86شکل 3-37. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..................................86شکل 3-38. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس.............................................................88شکل 3-39. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..................................88شکل 3-40. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس.............................................................90شکل 3-41. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس...................................90شکل 3-42. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 28 روزه ..........................................................91شکل 3-43. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 90 روزه ..........................................................92 فهرست جداول عنوان صفحهجدول 1-1. فرآورده هاي سيماني تقويت شده با الياف ..........................................................................................5جدول 1-2. الياف هاي مورد استفاده در بتن..........................................................................................................21جدول 2-1. ترکيب سيمان مصرفي...........................................................................................................................34جدول 2-2. دانه بندي سنگدانه هاي مصرفي..........................................................................................................35جدول 2-3. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب A..................................................................................................36جدول 2-4. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب B..................................................................................................36جدول 2-5. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب C..................................................................................................36جدول 2-6. نتايج آزمايش لس آنجلس براي ترکيب هايA و B و C............................................................37جدول 2-7. مشخصات الياف پلي پروپيلن مصرفي.................................................................................................37جدول 2-8. مشخصات نانوسيليس مصرفي..............................................................................................................38جدول 2-9. مشخصات فوق روان کننده مصرفي....................................................................................................39جدول 2-10. مشخصات مصالح براي طرح اختلاط طبق ACI..........................................................................41جدول 2-11. نتايج طرح اختلاط بتن براساس ACI............................................................................................42جدول 2-12. ميزان مصالح مصرفي در طرح اختلاط ها.......................................................................................42جدول 2-13. طرح اختلاط هاي بتن اليافي حاوي نانوسيليس...........................................................................43جدول 3-1. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A.................................................48جدول 3-2. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B ................................................50جدول 3-3. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C.................................................52جدول 3-4. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D.................................................54جدول 3-5. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A .......................59جدول 3-6. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B.........................61جدول 3-7. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C.........................63جدول 3-8. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D.........................65جدول 3-9. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A .......................................................71جدول 3-10. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B....................................................73جدول 3-11. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C ....................................................75جدول 3-12. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D.....................................................77جدول 3-13. رابطه بين مقاومت الکتريکي و خوردگي بتن.................................................................................81جدول 3-14. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف A...................................................83جدول 3-15. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف B....................................................85جدول 3-16. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف C....................................................87جدول 3-17. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف D...................................................89 فصل اول مقدمه و کلیات فصل اولمقدمه و کلّيات 1-1. مقدمهامروزه 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 اليافي1-2-1. 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 اليافيعلاوه 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[.
بررسي تاثير نانوسيليس بر خواص مکانيکي و دوام بتن هاي حاوي الياف پلي پروپيلن word
فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول:مقدمه و کلّيات 1-1. مقدمه.......... 21-2. معرفي بتن اليافي........21-2-1. تعريف.........31-2-2. آيين نامه هاي معتبر بتن اليافي.............31-3. کاربردهاي بتن اليافي .........41-3-1. بتن پرتابي(شاتکريت) .........41-3-2. دالهاي روي بستر .......51-3-3. صنايع نظامي .........71-3-4. کف سالنهاي صنعتي .........71-4. مزايا و معايب بتن اليافي ..........71-5. جنبه هاي اقتصادي بتن اليافي.......81-6. نانو مواد در بتن .......91-7. خلاصه و اهداف تحقيق ......101-8.پيشينه تحقيق ......101-9. مقايسه چند نوع الياف از نظر هندسه ......111-10.مقايسه اثر نوع هاي مختلف الياف از نظر جنس در بتن اليافي .......................................................121-11. تحقيقاتي که منحصراً بر روي خواص مکانيکي بتن حاوي الياف پلي پروپيلن با و بدون نانومواد انجام گرفته است....................................................................................................................................................131-12. اثر نانوسيليس بر روي خمير سيمان....................................................................................................151-13. اثر نانوسيليس بر بتن ..............................................................................................................................151-14. تحقيقات انجام شده در ايران ................................................................................................................161-15. خواص مکانيکي الياف..............................................................................................................................181-15-1. تاريخچه..................................................................................................................................................181-15-2. انواع الياف..............................................................................................................................................191-15-2-1. الياف مصنوعي.................................................................................................................................191-15-2-2. الياف کربن.......................................................................................................................................191-15-2-3. الياف آراميد......................................................................................................................................201-15-2-4. الياف شيشه و آزبست....................................................................................................................201-15-2-5. الياف فلزي........................................................................................................................................211-15-2-6. الياف گياهي وطبيعي.....................................................................................................................221-51-2-7. الياف پلي پروپيلن...........................................................................................................................221-15-2-7-1. مزاياي الياف پلي پروپيلن نسبت به مش ضد ترك ( آرماتور حرارتي )........................231-15-2-7-2. روش و ميزان مصرف ...............................................................................................................241-15-2-7-3. ويژگيهاي بتن اليافي حاوي الياف پلي پروپيلن..................................................................241-15-2-7-4. كاربردهاي الياف پلي پروپيلن ...............................................................................................251-15-2-8. آزمايش اسلامپ بتن اليافي..........................................................................................................261-16. نانو مواد ها و مشخصات آنها...................................................................................................................261-16-1. مواد نانو كمپوزيت................................................................................................................................271-16-2. بتن با عملكرد بالا (HPC) ..............................................................................................................271-16-3. نانو سيليس آمورف.............................................................................................................................271-16-3-1. نانوسيليس و مقايسه بعضي خواص آن با سيليکافيوم............................................................281-16-4. نانو لوله ها..............................................................................................................................................30 فصل دوم: مواد و روشها2-1. مواد مورد استفاده(Material) ..............................................................................................................332-1-1. سيمان.......................................................................................................................................................332-1-1-1. سيمان پرتلند پوزولاني (PPC) ...................................................................................................332-1-2. آب اختلاط...............................................................................................................................................352-1-3. سنگدانه ها...............................................................................................................................................352-1-3-1. آزمايش لس آنجلس بر روي سنگدانه هاي درشت.....................................................................362-1-4. الياف پلي پروپيلن...................................................................................................................................372-1-5. ماده افزودني نانوسيليس.......................................................................................................................382-1-6. ماده افزودني فوق روان کننده..............................................................................................................382-1-7. قالب ها......................................................................................................................................................402-1-8. روش انجام آزمايشها(Methods) ....................................................................................................402-1-9. روش تعيين طرح اختلاط به صورت کلي..........................................................................................41 فصل سوم: نتايج و بحث 3-1. آزمايشهاي انجام شده.................................................................................................................................453-2. نتايج آزمايشهاي بتن اليافي......................................................................................................................453-2-1. آزمايش مقاومت فشاري........................................................................................................................463-2-1-1. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)......................................473-2-1-2. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B .....................................................503-2-1-3. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C......................................................513-2-1-4. آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D ....................................................543-2-1-5. بررسي کلي نمودار هاي آزمايش مقاومت فشاري.....................................................................563-2-2. آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم................................................................................................573-2-2-1. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A(مرجع).................593-2-2-2. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B...............................613-2-2-3. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C..............................633-2-2-4. آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D...............................653-2-2-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم...............................................673-2-3. آزمايش سرعت پالس التراسونيک (UPV)......................................................................................683-2-3-1. روش سرعت پالس.............................................................................................................................683-2-3-2. عوامل موثر بر سرعت پالس.............................................................................................................693-2-3-3. کاربرد روش سرعت پالس................................................................................................................693-2-3-4. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A.....................................703-2-3-5. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B.....................................733-2-3-6. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C.....................................753-2-3-7. بررسي نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D.....................................773-2-3-8. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش التراسونيک...............................................................................793-2-4. مقاومت الکتريکي....................................................................................................................................803-2-4-1. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف A (مرجع)..........823-2-4-2. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف B..........................853-2-4-3. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف C..........................873-2-4-4. بررسي نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط هاي رديف D.........................893-2-4-5. بررسي کلي نمودارهاي آزمايش مقاومت الکتريکي....................................................................90 فصل چهارم: نتيجهگيري و پيشنهادات4-1. نتيجهگيري....................................................................................................................................................964-2. پيشنهادها و موضوعات تحقيقي...............................................................................................................97منابع..........................................................................................................................................................................99 فهرست اشکال عنوان صفحهشکل1-1 . يک نمونه شاتکريت با بتن اليافي با الياف 6 ميليمتري پلي پروپيلن.......................................6شکل1-2 . يک نمونه دال پل که در کانزاس آمريکا با بتن اليافي ساخته شده است...............................6شکل 1-3. نمودار تنش-کرنش بتن اليافي و بتن حاوي نانوذرات(نانوسيليس).........................................9شکل 1-4. شاخص سايش بتنهاي حاوي درصد هاي مختلف نانوتيتانيوم در سن 28 روزه...............31شکل 2-1. سيمان پوزولاني اردبيل...................................................................................................................34شکل 2-2. الياف 18 ميليمتري مورد استفاده در آزمايشات........................................................................38شکل 2-3. فوق روان کننده و نانوسيليس مصرفي(سمت چپ نانوسيليس) ...........................................39شکل 3-1. دستگاه آزمايش مقاومت فشاري و کششي غيرمستقيم...........................................................47شکل 3-2. مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس در سنين 28 و 90 روزه (مرجع) ...............49شکل 3-3. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي بدون نانوسيليس...................................................49شکل 3-4. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس....................................................................51شکل 3-5. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس ........................................51شکل 3-6. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس....................................................................53شکل 3-7. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس ........................................53شکل 3-8. مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس در سنين مختلف.................. ................55شکل 3-9. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................55شکل 3-10.درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 28 روزه به ازاي درصدهاي مختلف نانوسيليس..............................................................................................................................................................56شکل 3-11. درصد افزايش مقاومت فشاري نمونه هاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس................................................................................................................................................................57شکل 3-12. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) ....................................60شکل 3-13. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم براي نمونه هاي بدون نانوسيليس..............60شکل 3-14. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..........................................62شکل 3-15. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..............62شکل 3-16. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..........................................64شکل 3-17. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..............64شکل 3-18. مقاومت کششي غيرمستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................66شکل 3-19. درصد افزايش مقاومت کششي غير مستقيم نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..............66شکل 3-20. درصد افزايش مقاومت کششي نمونههاي 28 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس...............................................................................................................................................................67شکل 3-21. درصد افزايش مقاومت کششي نمونههاي 90 روزه به ازاي درصد هاي مختلف نانوسيليس................................................................................................................................................................68شکل 3-22. سونيسکوپ مورد استفاده در آزمايش التراسونيک(تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي)................................................................................................................................................................69شکل 3-23. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع).....................................72شکل3-24. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي درصد هاي مختلف الياف pp.............72شکل 3-25. مدوا الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 2% نانوسيليس..............................................74شکل 3-26. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 2% نانوسيليس.....................................74شکل 3-27. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..........................................76شکل 3-28. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 4 % نانوسيليس....................................76شکل 3-29. مدول الاستيسيته ديناميکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس..........................................78شکل 3-30. درصد افزايش مدول الاستيسيته ديناميکي حاوي 6 % نانوسيليس....................................78شکل 3-31. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 28 روزه...........................................................79شکل 3-32. درصد افزايش مدول الاستيسيته نمونه هاي 90 روزه...........................................................80شکل 3-33. دستگاه اندازه گيري مقاومت الکتريکي.....................................................................................82شکل 3-34. مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس(مرجع) .......................................................84شکل 3-35. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي بدون نانوسيليس............................................84شکل 3-36. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس.............................................................86شکل 3-37. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 2 % نانوسيليس..................................86شکل 3-38. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس.............................................................88شکل 3-39. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 4 % نانوسيليس..................................88شکل 3-40. مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس.............................................................90شکل 3-41. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي حاوي 6 % نانوسيليس...................................90شکل 3-42. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 28 روزه ..........................................................91شکل 3-43. درصد افزايش مقاومت الکتريکي نمونه هاي 90 روزه ..........................................................92 فهرست جداول عنوان صفحهجدول 1-1. فرآورده هاي سيماني تقويت شده با الياف ..........................................................................................5جدول 1-2. الياف هاي مورد استفاده در بتن..........................................................................................................21جدول 2-1. ترکيب سيمان مصرفي...........................................................................................................................34جدول 2-2. دانه بندي سنگدانه هاي مصرفي..........................................................................................................35جدول 2-3. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب A..................................................................................................36جدول 2-4. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب B..................................................................................................36جدول 2-5. آزمايش لس آنجلس براي ترکيب C..................................................................................................36جدول 2-6. نتايج آزمايش لس آنجلس براي ترکيب هايA و B و C............................................................37جدول 2-7. مشخصات الياف پلي پروپيلن مصرفي.................................................................................................37جدول 2-8. مشخصات نانوسيليس مصرفي..............................................................................................................38جدول 2-9. مشخصات فوق روان کننده مصرفي....................................................................................................39جدول 2-10. مشخصات مصالح براي طرح اختلاط طبق ACI..........................................................................41جدول 2-11. نتايج طرح اختلاط بتن براساس ACI............................................................................................42جدول 2-12. ميزان مصالح مصرفي در طرح اختلاط ها.......................................................................................42جدول 2-13. طرح اختلاط هاي بتن اليافي حاوي نانوسيليس...........................................................................43جدول 3-1. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف A.................................................48جدول 3-2. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف B ................................................50جدول 3-3. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف C.................................................52جدول 3-4. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاط هاي رديف D.................................................54جدول 3-5. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف A .......................59جدول 3-6. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف B.........................61جدول 3-7. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف C.........................63جدول 3-8. نتايج آزمايش مقاومت کششي غير مستقيم براي طرح اختلاط هاي رديف D.........................65جدول 3-9. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف A .......................................................71جدول 3-10. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف B....................................................73جدول 3-11. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف C ....................................................75جدول 3-12. نتايج آزمايش التراسونيک براي طرح اختلاط هاي رديف D.....................................................77جدول 3-13. رابطه بين مقاومت الکتريکي و خوردگي بتن.................................................................................81جدول 3-14. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف A...................................................83جدول 3-15. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف B....................................................85جدول 3-16. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف C....................................................87جدول 3-17. نتايج آزمايش مقاومت الکتريکي براي طرح اختلاط رديف D...................................................89 فصل اول مقدمه و کلیات فصل اولمقدمه و کلّيات 1-1. مقدمهامروزه 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 اليافي1-2-1. 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 اليافيعلاوه 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[.