طراحی دال بتنی

طراحی دال بتنی 

دالهای بتنی روی زمین اغلب به صورت بتن ساده طراحی می شوند و در صورتی که آرماتور گذاری شوند،  میزان آرماتوری که بکار می رود، مانند کارکرد درزها، به منظور کنترل ترک و ممانعت از باز شدن ترکها یا پلکانی شدن دال در مجاورت درز می باشد.
هدف از استفاده از دال بتنی ساده روی زمین انتقال بارها از منبع اصلی به بستر روسازی با حداقل خسارت می باشد. روش های طراحی بیان شده مقاومت بتن دال را با فرض اینکه ترک نخورده و بدون آرماتور می باشد در نظر گرفته است.
طراحی دال متکی بر زمین براساس آیین نامه ACI360 برای کف هایی قابل استفاده است که به عنوان محل انبار سبک و سنگین صنعتی، کف مسکونی و تجاری و نظایر آن بکار برده شود و شامل بارهای استاتیکی و دینامیکی است که ممکن است توسط ماشین های حمل و جابجایی بار به دال بتنی کف وارد می شود.

تنشهای بوجود آمده در دال متکی بر زمین ناشی از بارهای وارد بر آن و همچنین تغییرات حجمی بتن 
می باشد. اندازه این تنشها بستگی به پارامترهایی مانند درجه یکسره گی ، مقاومت خاک بستر و یکنواختی، روش اجرا، کیفیت ساخت و مقدار و موقعیت بارها دارد. در اغلب حالات، اثرات این پارامترها را فقط می توان با در نظر گرفتن فرضیات ساده ای مرتبط با خصوصیات مصالح و اندرکنش خاک – سازه ارزیابی نمود.

دال بتنی در اثر حرارت، انقباض و رطوبت ممکن است انحنا پیدا کند.

اثرات حرارتی بر دال در حالتی که دال در داخل ساختمان قرار داشته باشد و محصور باشد معمولاً در نظر گرفته نمی شود.در ادامه بطور خلاصه به تئوری پیشنهادی برای طراحی دالهای بتنی روی زمین اشاره می گردد.

روش طراحی کلاسیک عمدتاً بر پایه تئوری های بکار رفته برای روسازی بزرگراه ها و فرودگاه ها می باشد. وسترگارد برای اولین بار تئوری رفتار سازه ای روسازی صلب را در دهه 1920 بنا نهاد. بر این اساس دال به صورت همگن، ایزوتروپ و الاستیک بر روی بستر خاک ایده آل قرار گرفته است به طوری که به هر نقطه آن یک فشار قائم متناسب با تغییر شکل دال وارد می شود. در این حالت رفتار خاک بستر مانند یک فنر خطی فرض شده است و ضریب ثابت فنر k برحسب فشار (kg/cm2) به ازای تغییر شکل واحد (cm) تعریف 
می شود. واحد k به صورت kg/cm3 نشان داده می شود. این ضریب ثابت امروزه بنام مدول عکس العمل خاک بستر خوانده می شود.

یادآوری می گردد که روش المان محدود فقط برای مدل های ساده عملی می باشد، به عبارت دیگر در حالتی که که دال و خاک بستر یکسره و همگن باشند. ولیکن، در یک دال واقعی متکی بر زمین معمولاً محل های قطع وجود دارد، مانند محل درزها و ترکها، و ممکن است خاک بستر یکنواخت نباشد. لذا، در صورت عدم مدلسازی دقیق کاربرد این روش نسبتاً محدود می باشد.

از روش های زیر می توان در حالات متعارف (به استثنای زمانی که خاک خیلی تراکم پذیر است و تنش فشاری مجاز خاک خیلی کوچک باشد) برای انتخاب ضخامت دال بتنی ساده متکی بر زمین استفاده نمود :

• روش موسسه سیمان پرتلند PCA11
• روش انستیتوی آرماتورگذاری سیمی WRI12
• روش انجمن مهندسین COE13

 

بتن مسلح به الیاف شیشه ای اصلاح شده با پلیمر (P-GFRC)

بتن مسلح به الیاف شیشه ای اصلاح شده با پلیمر (P-GFRC)

در سال 1979 نوع دیگری از بتن های مسلح به الیاف شیشه ای معرفی شد. این محصول از الیاف E-glass مدفون شده در ماتریس سیمانی، ماسه و پلیمر تشکیل یافته بود. این سیستم GFRC توسط معادن ایالت داچ (DSM) توسعه پیدا کرد و توسط فورتون یکی از شعب سین رس که خود بخشی از گروه DSM بود، به بازار عرضه شد. علت افزودن پلیمر به سیستم ماتریس- الیاف شیشه ای آن بود که پایداری دراز مدت، بهبود بخشیده شود. ایده ای که در پشت استفاده از پلیمر برای دستیابی به پایداری مقاومت GFRC در دراز مدت وجود داشت در زیر شرح داده شده است.

 در هر دسته الیاف شیشه ای، به طور کلی 204 تک رشته شیشه وجود دارد. قطر هر تک رشته تقریباً 10 میکرون است. فاصله بین رشته های شیشه نیز تنها 2 تا 3 میکرون می باشد. قطر متوسط ذرات سیمان تقریباً 30 میکرون است. بنابراین بیشتر ذرات سیمان نمی توانند به فضای بین الیاف شیشه ای اصلاح شده یک دسته راه یابند. با این حال بعضی گمان می کنند که شکل گیری محصولات هیدراسیون سیمان، مخصوصاً هیدروکسید کلسیم Ca(OH)2 که می تواند در این فضاها صورت گیرد، علت اصلی شکنندگی و کاهش مقاومت مخلوط با زمان است.

در تلاشی جهت کاهش شکنندگی فیزیکی و هجوم شیمیایی الیاف شیشه ای، ذرات پلیمر به سیستم الیاف E-glass، سیمان، ماسه و آب وارد شد. قطر این ذرات پلیمری تنها کسری از میکرون است. بنابراین این ذرات می توانند به فضای بین رشته های شیشه نفوذ کنند. پس از این که شیشه و ملات حاوی پلیمر در ترکیب با هم قرار گرفتند، دسته های شیشه به علت نیروی مویینگی که در فضاها شکل می گیرد، آب را به خود جذب می کند. آب، ذرات پلیمر را با خود به داخل این فضاها می برد. با خارج شدن اب به دلیل تبخیر یا هیدراسیون سیمان پرتلند ذرات پلیمر به هم می چسبند. نتیجه این عمل، تشکیل یک غشای پلیمر است ک درون و اطراف تک رشته های شیشه درون هر یک از دسته های شیشه، گسترش می یابند.

غشای پلیمر دو عمل انجام می دهد. اولاً از تک رشته های شیشه در برابر حمله احتمالی قلیا محافظت می کند و در ثانی بخشی از فضای خالی بین رشته ها را پر می کند و از این طریق اثر شکنندگی الیاف را کاهش می دهد.

داده های پایایی دراز مدت سیستم P-GFRC فورتون تحت شرایط هوازدگی طبیعی، تنها برای 4 سال در دسترس است. با این حال نتایج مطالعات کهنگی تسریع یافته موجود می باشد. در شکل 4-8 مقاومت کششی در برابر مدت زمان کهنگی تسریع یافته برای دو نوع الیاف P-GFRC فورتون و Cem-FIL1 رسم شده است. خصوصیات اختلاط برای هر مخلوط در جدول 4-5 نشان داده شده است. همه مخلوط ها در آب C˚50 کهنه شده اند. مقاومت کششی نهایی (UTS) و نقطه غیر خطی شدن (BOP)، برای هر مخلوط ترسیم شده است. این نتایج بیان می کنند که P-GFRC فورتون، خصوصیات پایایی دراز مدت بهتری از الیاف ضد قلیای Cem-FIL1 در کشش مستقیم دارد. این مساله با آزمایش کردن تفاوت بین UTS و BOP در شرایط کهنگی برای هر مخلوط نشان داده شده است. با این حال بهبود مقاومت و انعطاف پذیری P-GFRC در دراز مدت نسبت به AR-GFRC ممکن است نتیجه ای از خصوصیات بهبود یافته ماتریس با اعمال پلیمر باشد و احتمالاً شاخصی از تاثیر الیاف شیشه ای نیست. دانیل در تحقیقات خود نشان داده است که الیاف E-glass که به طور کامل با غشای پلیمر محافظت نشده اند، پس از کهنگی تسریع یافته، به شدت اسید سابی می شوند.

 

زمان کهنگی تسریع یافته،هفته

شکل 4-8- کششی در مقابل مدت زمان کهنگی برای P-GFRC فورتون و الیاف ضد قلیای
 Cem-FIL1 .

جدول4-4- خصوصیات مخلوط برای مخلوطهای ضدقلیایCem-FIL1 وP-GFRC فورتون.

 

 

خصوصیات مخلوط	AR-GFRC	P-GFRC
میزان الیاف شیشه ای، درصد حجمی نسبت آب به سیمان، وزنی نسبت سیمان به سنگدانه، وزنی میزان پلیمر، درصد حجمی فوق روان کننده Melment، درصد وزنی سیمان چگالی خشک ظاهری، pcf	5 3/0 0/5 ـ ـ ـ ـ ـ ـ 109	5 3/0 0/5 15 04/0 122

                                                                                    Kg/m3019/16=pcf1 معادل متریک

 

پایداری الیاف شیشه ای ضد قلیا در دراز مدت

به دنبال عرضه الیاف شیشه ای ضد قلیای Cem-FIL در سال 1971، دو رکت BRE و برادران پیلکینگتون به طور مستقل دست به آزمایش هایی در مقیاس بزرگ زدند تا پایداری مقاومت مخلوط های Cem-FIL را در دراز مدت و در معرض شرایط محیطی مختلف، تعیین کنند. در حال حاضر داده های آزمایش های پایایی مقاومت در مدت زمان 10 سال منتشر شده است. این داده ها در اشکال 1 تا 3 موجودند همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است، تحت شرایط آب و هوایی طبیعی، مدول گسیختگی با زمان کاهش می یابد. پس از 10 سال از قرار گیری این نمونه ها در شرایط آب و هوای انگلستان، مشاهده شد که مدول گسیختگی تا مقداری نزدیک به مقاومت در حد تناسب الاستیک کاهش یافته است. به علاوه داده های نشان داده شه در شکل 2 حاکی از آن هستند که مخلوط های Cem-FIL که در آب C˚18 تا C˚20 قرار داده شده اند، در مدت زمان مشابه، کاهشی مشابه قبل در میزان MOR از خود نشان داده اند. با این حال همان طور که در شکل 3 دیده می شود، مخلوط های قرار گرفته در دمای C˚20 و رطوبت نسبی %40، با افزایش سن، افت نسبتاً کمی در مقاومت MOR نشان می دهند.

علاوه بر برنامه افزایش طبیعی سن نمونه ها در دراز مدت، برنامه هایی برای تسریع کهنگی نمونه ها ترتیب داده شد به طوری که با آن بتوان مشخصت دراز مدت نمونه ها را پیش از داده های کهنگی طبیعی ارائه نمود.

کهنگی تسریع شده به این صورت انجام می شود که مخلوط تا اتمام فرایند هیدراسیون سیمان در آبی با دمای افزایش یابنده شناور گردد. در هر حال کهنگی واقعی یک قطعه GFRC خاص، تنها با کاربری آن در شرایط محیطی واقعی محل، ممکن می شود. هر تلاشی که جهت تعیین خصوصیات رفتاری GFRC مسن با روش های تسریع کننده انجام شود، جواب های تقریبی به دست می دهد.

 

توجه : علائم مختلف نشان دهنده نتایج پنج منبع مشابه است.

شکل 1 مدول گسیختگی و حدتناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های ضدقلیای
 Cem-FIL1 که درشرایط آب وهوایی انگلستان قرارگرفته اند.

توجه : علائم مختلف نشان دهنده نتایج پنج منبع مشابه است.

شکل2 مدول گسیختگی و حد تناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های ضد قلیای
 Cem-FIL1 کهدرآب18 تاC˚20 قرار گرفته اند.

 

توجه : علائم مختلف نشان دهنده نتایج پنج منبع مشابه است.

شکل 3 مدول گسیختگی و حد تناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های ضد قلیای
 Cem-FIL1 که در هوایC˚20 با رطوبت نسبی 40% قرار گرفته اند.

 

داده های آزمایش کهنگی تسریع یافته برای صفحات GFRC، با داده های به دست آمده از نمونه های واقع در شرایط آب و هوایی طبیعی، همبستگی داده شده اند تا از این طریق بتوان پایایی دراز مدت را پیش بینی نمود. در تحقیقی که برادران پیلکینگتون انجام دادند این همبستگی برای اقلیمهای مختلف آب و هوایی در سراسر جهان صورت گرفت. براساس این تحقیقات می توان چنین پیش بینی نمود که در بسیاری از شرایط محیطی، MOR مخلوط های GFRC تا مقداری نزدیک به مقاومت PEL کاهش خواهد یافت. برای بسیاری از محصولات GFRC که در معرض شرایط بیرون قرار گرفته اند، این کاهش مقاومت می تواند تعیین کننده عمر مفید سازه باشد. با این حال تاریخچه بارگذاری صفحات GFRC و نیز تاثیر اصلاح سطوح این صفحات در این تحقیقات مدنظر قرار نگرفته اند.

به علاوه نشان داده شده است که کاهش مقاومت در اقلیم های گرم تر، با سرعت بیشتری صورت می گیرد. در شکل 4، داده های مقاومت خمشی برای مخلوط هایی که در انگلستان در معرض شرایط آب و هوایی قرار گرفته اند و مخلوط هایی که در آب با دمای فزاینده، دستخوش کهنگی تسریع شده بوده اند نشان داده شده است. این داده ها حاکی از آن هستند که به موازات آنکه دمای فرایند کهنگی تسریع شده، افزایش 
می یابد، افت مقاومت MOR سرعت بیشتری به خود می گیرد. لازم به توجه است که یک حد پایین تر برای مقاومت MOR وجود دارد. این حد پایین تر ذاتاً با PEL مخلوط، که خود معیاری از مقاومت ترک خوردگی ماتریس بتن مسلح است، برابر می باشد. سالهای بسیاری است که استفاده از روش های کهنگی تسریع یافته وسیله ای برای پیش بینی مقاومت شده است. مقاومت مدول گسیختگی که در شکل 4 نشان داده شده، برای مخلوط هایی است که در دماهای C˚50، C˚60 و C˚80 تحت فرایند کهنگی تسریع یافته قرار گرفته اند. این مقادیر با نتایج نمونه هایی که به مدت 10 سال در معرض شرایط واقعی آب و هوای انگلستان قرار گرفته اند، ترکیب شده اند. این کار با جایگزین کردن نتای مقاومت تسریع یافته در دماهای بالاتر در طول محور لگاریتمی زمان انجام می شود، به طوری که نتایج یاد شده با نتایج مقاومت مخلوط های قرار گرفته در شرایط آب و هوایی انگلستان مطابق و سازگار شوند.

 

                     شکل 4 MOR در مقابل سن برای مخلوط هایCem-FIL در شرایط آب و هوایی انگلستان

 

 

              شکل 5 داده های کهنگی تسریع یافته که برای پیشبینی مقاومت دراز مدت مخلوط های ضد قلیای Cem-FIL1 که در شرایط آب و هوایی انگلستان گرفته اند.

جهت مطالعه مقاله پایداری الیاف شیشه ای ضد قلیا در دراز مدت می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

 

ساخت بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن

کاربرد الیاف پلی پروپیلن از ترک خوردگی و جمع شدگی بتن بخصوص در سنین اولیه آن جلوگیری می‌کند. تولید بتنی شکل پذیر با الیاف پلی پروپیلن در بتن الیافی دارای شکل پذیری بسیار زیادی می‌باشد و هرگز خرد نمی‌شود. الیاف پلی پروپیلن آب گریز است و درصد جذب آب آن صفر می‌باشد؛ بنابراین هرگز نباید از افزودن آب اضافی جهت افزایش روانی بتن استفاده کرد.

تنها روش شناخته شده برای تولید بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن، افزودن الیاف در طی عمل اختلاط بتن می باشد. گزارش شده است که الیاف پلی اتیلن تا درصدهای حجمی %4 با روش های معمول مخلوط کردن به راحتی در بتن توزیع می شوند.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن

کوبایاشی و چو به منظور تعیین رفتار خمشی نمونه های مسلح به الیاف قطعه قطعه شده پلی اتیلن چندین آزمایش انجام داده اند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن تقریباً تا وقوع اولین ترک رفتار کاملاً الاستیک دارند. بعد از وقوع اولین ترک، ظرفیت تحمل بار ترکیب فوراً افت می کند که حاکی از انتقال نیروهای کششی به الیاف می باشد. پس از اینکه نیروهای کششی به الیاف منتقل شدند، ظرفیت تحمل بار ترکیب مجدداً تا لحظه شکست الیاف تا یک مقدار حداکثر افزایش می یابد.

همچنین در شکل 1 دیده می شود که ظرفیت تحمل بار ترکیب با افزایش درصد حجمی الیاف افزایش می یابد و در درصدهای حجمی بالاتر ممکن است ترک خوردگی ها در ترکیب چند شاخه شوند. به نظر می رسد که به منظور بالاتر بردن ظرفیت تحمل بار از مقاومت ترک خوردگی ماتریس، درصد حجمی بیشتر از %3 از الیاف لازم است. با این حال افزایش درصد حجمی الیاف منجر به کاهش اندکی در مقاومت ترک خوردگی ماتریس می شود.

شکل 1 نمودارهای شاخص بار- خیز خمشی بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن و مقادیر مختلف محتوای الیاف

 

 

 

بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن

الیاف پلی اتیلن اولین بار توسط شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی میتسویی به عنوان مصالح تقویت کننده بتن به کار گرفته شد. به دلیل نتایج امیدوار کننده حاصل از مخلوط کردن انواع الیاف پلیمری از قبیل پلی پروپیلن و نایلون در بتن، استفاده از الیاف پلی اتیلن برای این منظور گسترش یافته است. ظاهراً الیاف پلی اتیلن تولید شده توسط شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی مستسویی، تنها الیاف تقویت کننده بتن از این نوع بود که در زمان انجام این مطالعات تولید شد. به همین دلیل مبحث بعدی از خصوصیات ترکیبات ملات سیمان حاوی الیاف به این نوع خاص از الیاف محدود خواهد شد.

 

 الیاف پلی اتیلن

پلی اتیلن همانند پلی پروپیلن یک پلیمر هیدروکربنی ساخت دست بشر است. الیاف پلی اتیلن شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی میتسویی که بنفیکس نامیده شد، برای استفاده در بتن تولید گردید. این الیاف تک رشته های پلی اتیلن قطعه قطعه شده با چگالی بالا هستند که توسط تغییر شکل زگیل مانندی در طول محور الیاف مشخص می شوند. این تغییر شکل های زگیل مانند اختصاصاً برای بهبود خصوصیات مکانیکی پیوستگی فصل مشترک مصالح است که در غیر این صورت، پیوستگی شیمیایی ضعیفی با ملات سیمانی دارند. این الیاف عموماً 1.6 اینچ (40 میلیمتر ) طول و 0.04 اینچ (1 میلیمتر) قطر دارند (با فرض مقطع عرضی دایره ای).خصوصیات عمومی الیاف بنفیکس در جدول 1 نشان داده شده است.

سایر اشکال الیاف پلی اتیلن با خصوصیات مکانیکی بسیار بهتر از نسبت به الیاف بنفیکس تولید شده است. برای مثال الیاف به شکل تک رشته های قطعه قطعه شده یا الیاف به هم بافته متصل به هم، مقاومت و مدول الاستیسیته بالایی) طیف 900 و طیف 1000) ایجاد کرده اند. این الیاف مقاومتی کششی ای 13 تا 15 بار بزرگتر از الیاف بنفیکس دارند. مدول های الاستیسیته برای این الیاف 24 تا 35 بار از الیاف بنفیکس بزرگتر است. البته تاثیرات این الیاف به عنوان تقویت کننده های بتن در این دوره از مطالعات مشخص نشده است.

جدول 5-3- ویژگی های شاخص الیاف پلی اتیلن

الیاف	وزنمخصوص	مقاومت کششی،ksi	مدول یانگ،ksi
پلی اتیلن	0.96	29	725

                                                                                        معادل متریک : 1psi=6.895KPa 

ترکیبات سیمانی ( درصد بالا الیاف پلی پروپیلن)

محققان زیادی ثابت کرده اند که افزودن الیاف پلی پروپلین به بتن منجر به بهبود انعطاف پذیری و طاقت می شود. همان طور که تحقیقات هانا نیز نشان می دهد، از آنجایی که با درصدهای پایین الیاف، بهبود فراگیری در مقاومت کلی ترکیب به وجود نمی آید، بهبود در انعطاف پذیری و طاقت معمولاً ناچیز است. با این حال بهبودهایی در مقاومت نهایی ترکیبات مسلح به الیاف پلی پروپیلن در درصدهای بالاتر الیاف ،معمولاً بیشتر از %2 حاصل شده است. درصد حجمی بحرانی الیاف که برای تامین تقویت کافی جهت مقاوم کردن ترکیب لازم است، بستگی به چندین عامل مختلف دارد. همانند بسیاری دیگر از انواع بتن مسلح به الیاف، پیوستگی الیاف با ملات سیمان احتمالاً مهمترین عامل در تعیین میزان اثرگذاری الیاف پلی پروپیلن دربتن می باشد.

در تحقیقی که توسط نامان، شاو ترون انجام شد، مشخص شد که ترکیبات مسلح به الیاف پروپیلن قطعه قطعه شده اگر در شرایط بهینه خاصی تولید شوند، رفتار پس ترک خوردگی بسیار خوبی از خود نشان می دهند. خصوصیات پیوستگی الیاف پروپلین قطعه قطعه شده با پیچاندن سرتاسری هر قطعه یا اضافه کردن بست دکمه مانندی در انتهای الیاف، بهبود قابل ملاحظه ای می یابد. همچنین مشخص شد است که اختلاط از پیش الیاف در ماتریس نسبت به قرار دادن الیاف در یک وضعیت سه بعدی، ترکیبات سخت تر و قوی تری را به دست می دهد. نمودار شخص بار- تغییر مکان در خمش برای یک ترکیب تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن که مشخصات بهبود یافته بالا را داراست، در شکل 1 نشان داده شده است. ترک خوردگی چند شاخه ماتریس به رفتار پس ترک خوردگی ترکیب مربوط می شود.

همچنین داو و الیس نتیجه گیری کردند که ترکیبات تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن قطعه قطعه شده می توانند بارهایی بیشتر از بار اولین ترک را تحمل کنند. تحقیق آنها با استفاده از ترکیبات تقویت شده با هر یک از الیاف تک رشته ای یا نوارهای رشته ای انجام شد. آزمایش هایی به منظور تعیین تاثیر میزان الیاف و نیز سایر متغیرها بر روی خصوصیات فیزیکی ترکیبات انجام شد و نشان داده شد که با افزایش میزان الیاف مقاومت اولین ترک کاهش و مقاومت نهایی ترکیبات در خمش افزایش می یابد.

شکل 1 منحنی شاخص بار- تغییر مکان برای مخلوط های بهینه شده حاوی الیاف قطعه قطعه شده پلی پروپیلن

در مواردی که الیاف پلی پروپیلن به شکل نوارها یا صفحات نازک رشته ای و شبکه های به هم بافته به کار رفته اند، بیشترین تاثیر را در تقویت بتن داشته اند. تحقیق انجام شده توسط هان نات، زانس ولد و اوگس و کیر و ترون نشان داده است که در صورت استفاده از شبکه های پیوسته الیاف، درصد حجمی لازم الیاف برای به دست آوردن ظرفیت بار پس ترک خوردگی و انعطاف پذیری، اساساً کمتر از مقدار لازم برای الیاف ناپیوسته است. به دلیل خصوصیات بهبود یافته پیوستگی مکانیکی در نتیجه استفاده از شبکه پیوسته الیاف و متعاقباً حذف کامل بیرون کشیدگی الیاف، تنش های کششی به طور موثرتری از الیاف به ماتریس (ملات) منتقل می شوند. می توان حتی با به کارگیری مقدار کمی از الیاف همچون %3/2 حجمی، به مقاومت ترکیب بزرگتری از مقاومت ترک خوردگی ماتریس، دست یافت.

نشان داده شده که ترکیبات تقویت شده با درصد حجمی بیشتری از الیاف پلی پروپیلن، بر روی آب رفتگی محدود شده و ترک خوردگی ناشی از آب رفتگی تاثیر دارند. سوآمی و استاوریدس نشان دادند که ترکیبات تقویت شده با %2 حجمی الیاف پلی پروپیلن، %25 بیشتر از ملات معمولی تنش های آب رفتگی را تحمل می کنند. آزمایش های آب رفتگی محدود به صورت حلقه فولادی ای بود که بتن یا ملات دور آن ریخته می شد و به این طریق شرایط لازم برای ایجاد آب رفتگی خشک محدود تامین می شد. ترک خوردگی های ترکیبات سخت شده در طی آزمایش های آب رفتگی محدود، نشان دهنده توانایی الیاف در توزیع ترک های ناشی از آبرفتگی است. البته باید متذکر شد که مقدار پلی پروپیلن به کار رفته توسط سوآمی و استاوریدس، 20 برابر %0.1 حجمی بود که این مقدار عموماً به منظور کنترل ترک خوردگی های ناشی از آبرفتگی خشک در صنعت توصیه می شود.

 

 

 

خصوصیات Aramid FRC

آزمایش های وسیع اولیه Aramid FRC در موسسه تحقیقات ساختمان (BRE) انجم شدند. نمونه های آزمایشی به روش افشانه- مکش که در همین موسسه توسعه یافته بود، آماده سازی شدند. نسبت های اختلاط همان طور که ذیلاً آمده است، متغیر بود :

1. برای نمونه های اتوکلاو، دوغاب از %30 ماسه و %70 سیمان پرتلند تشکیل شده بود. مقدار الیاف آرامید %78/1 حجمی بود.
2. برای نمونه های آزمایش فشاری عمل آوری شده بدون اتوکلاو، %100 دوغاب از سیمان پرتلند تشکیل شده و مقدار الیاف آرامید %93/1 بود.

نتایج آزمایش های کششی، خمشی و ضربه ای ایزد برای نمونه های آزمایشی در شرایط مختلف عمل آوری در جدول  1 نشان داده شده است.

در آزمایش های کشش، حد تناسب الاستیک PEL بین 530  و 1340psi (3.7  و 9.2Mpa ) ،مقاومت کششی نهایی UTS بین 1365 و 2390psi ( 9.4 و 16.5Mpa) و مدول الاستیسیته کششی بین 2335 و 5380ksi ( 16.1 و 37.1Gpa ) قرار داشت. در آزمایش های خمشی، PEL بین 1395 2990psi ( 9.6 و 20.6Mpa )، مدول گسیختگی Mor بین 3610 و6775psi ( 24.9 و 46.7Mpa )  و مدول الاستیسیته خمشی بین 1535 و 3320ksi ( 10.6 و 22.9Gpa) قرار داشت. بزرگی محدوده نتایج آزمایشی ممکن است به توزیع غیر یکنواخت الیاف آرامید درون مخلوط و مخلوط متفاوت به کار رفته برای نمونه های اتوکلاو نسبت داده شوند.

همان طور که در جدول  1 مشخص شده، شرایط عمل آوری- افزایش سن برای نمونه های آزمایشی متفاوت بود. نتایج آزمایش نمونه های واقع شده در شرایط مختلف عمل آوری- افزایش سن با نتایج انجام شده روی نمونه های کنترلی مقایسه شدند تا از این طریق پایداری مقاومت ترکیبات Aramid FRC در دراز مدت ارزیابی گردد. نمونه های کنترل قبل از آزمایش 28 روز در شرایط عمل آوری مرطوب قرار گرفتند. نتایج آزمایش بیان شده در جدول 1 نشان می دهد که :                                   

 به منظور مطالعه اثرات محیطی پساز دوسال کهنگی،سه محیط مختلف انتخاب شدند. اولین گروه در آبF˚68 یا C˚20 مسن شدند، گروه دوم در هوای F˚68  یاC˚20  مسن شدند و گروه سوم در آب و هوای طبیعی در گارستن انگلستان قرار گرفتند. برای این سه گروه UTS و MOR کاهش نیافت. در شرایط نگهداری نمونه در هوا، کرنش تا لحظه شکست و نیز مقاومت ضربه ای کاهش یافت.

1. بعد از قرارگیری نمونه ها درآبF˚140  یا C˚60، رفتار مصالح شبیه به نتایج نمونه های قرار گرفته در آب F˚68   یاC˚20 بود.
2. -پساز 45 روزقرارگرفتننمونهدرهوایF˚300  یاC˚150 ،  PELوUTS کششی، کمی کاهش یافتند.
3. مقاومتهای کششی،خمشی و ضربه ی برای نمونه های قرار گرفته در اتو کلاوتقریباً 30 درصد کمتر از مقاومتهای نمونه های کنترل بود.

 

جدول1 ویژگیهای شاخص ترکیبات Aramid FRC

مقاومتضربه ای Ft-lb/in2	خصوصیات خمشی				خصوصیات کششی					شرایط عمل آوری- سن
مدول الاستیسیته خمشیksi	PEL کرنش millionths	PEL کرنش millionths	MOR psi	مدول یانگ ksi	PEL کرنش millionths	PEL تنش psi	UTS کرنش %	UTS تنش psi
1/8 0/7 7/5	2900 3115 3250	819 773 850	2235 2365 2565	6440 6440 6310	4045 5380 4915	318 252 210	1285 1340 1030	53/1 28/1 08/1	2335 2178 1970	28 روز 180 روز 2 سال	آبF˚68
4/8 5/10	2235 2540	853 587	1825 1395	6775 6585	3990 3495	265 167	1050 554	79/1 69/1	2088 2146	180 روز 2 سال	هواF˚68
7/6	3205	768	2275	6315	4105	168	685	40/1	2088	2 سال	آب و هوایطبیعیانگلستان
1/8 9/5 2/5	2725 2320 3320	713 785 710	1915 1855 2305	5730 6020 5540	4945 4555 4915	258 230 158	1295 1045 910	24/1 26/1 11/1	2130 2390 1780	7 روز 50 روز 180 روز	آب F˚140
1/7 5/9	1665 2405	1300 964	1985 2990	4990 5455	3335 2335	348 252	1075 530	69/1 91/1	1900 1755	7 روز 45 روز	هواF˚300
5/7	1535	1290	1915	3610	3990	212	805	14/1	1365	16 ساعت در اتوکلاو F˚180
9/10	1985	883	1740	5280	3930	283	1110	41/1	1940	کنترل

                                                                                      معادل متریک : 1ksi=6.895MPa

شکل 1 رفتار ترکیب در خمش را پس از 2 سال از افزایش سن نمونه در محیط های مختلف نشان می دهد. شکل 2 رفتار ترکیب در خمش را پس از اتوکلاو کردن و پس از گذشت چند هفته از افزایش سن در محیط های مختلف نشان می دهد. نتایج این آزمایش نشان داد که می توان انتظار داشت ترکیبات Aramid FRC بیشتر مقاومت اولیه و انعطاف پذیری خود را پس از مدت طولانی قرار گرفتن در محیط های نامطلوب حفظ کند.

 

تغییرمکانپیچ،in

شکل1 مقاومتکششیپساز 2 سالکهنگی

 

تغییرمکانپیچ،in

شکل2 مقاومتخمشیپسازاتوکلاووچندهفتهکهنگی

 

آزمایش های بیشتری در BRE برای ارزیابی مقاومت در برابر آتش و مقاومت خستگی Aramid FRC انجام شده است. نتایج آزمایش های مقاومت در مقابل آتش در حداکثر دمای F˚1688 (C˚920) نشان داده است که ترکیبات Aramid FRC مقاومت کمتری نسبت به ترکیبات SFRC و GFRC داشته اند. آزمایش نمونه ها نشان داد که بیشتر الیاف واقع بر روی سطوحی که در معرض حرارت قرار گرفته بود، تبدیل به زغال شدند. یکپارچگی نمونه آنقدر حفظ شده بود که بتوان پس از آزمایش آن را جابجا کرد. در طی آزمایش گازهای سمی مشاهده نشد. البته باید آزمیش های بیشتر برای تعیین مقاومت در برابر آتش ترکیبات Aramid FRC انجام شود.

به منظور ارزیابی مقاومت خستگی ترکیب Aramid FRC، لازم است بارگذاری خمشی چرخه ای اعمال گردد. نتیجه آزمایش ها نشان داد که ترکیب در برابر خستگی در تنش هایی بسیار بزرگتر از حد تناسب الاستیک (PEL) کاملاً مقاوم بوده است. هیچ گسیختگی در زیر حد تناسب الاستیک (تقریباً psi2175 (Mpa15)) بعد از یک میلیون چرخه بارگذاری ثبت نشد.

به منظور ارزیابی اثرات مختلف مقادیر الیاف روی مقاومت کششی ترکیبات خصوصیات  Aramid FRC، آزمایش های کششی در دانشگاه واترلو و انتاریو انجام شد. مقادیر الیاف بین 0 و 2 درصد حجمی قرار داشت و جهت گیری الیاف در ترکیبات آزمایشی، تک راستا بود. نتایج آزمایش نشان داد که نقطه غیر خطی شدن (BOP) برای مقادیر الیاف بیشتر از %45/1 کاهش یافت. البته UTS، مدول یانگ و طاقت با افزایش مقدار الیاف کاهش یافت.

نتایج موجود نشان می دهند که ترکیبات Aramid FRC خصوصیات مصالحی بسیار مطلوبی از خود نشان می دهند. هر چند که الیاف آرامید در مقایسه با سایر الیافی که در حال حاضر برای تولید ترکیبات FRC به کار می روند گرانترند، اما استفاده وسیع از آنها در کاربردهایی که نیازمند مقاومت، دوام و خصوصیات مقاومتی الیاف آرامید هستند، سبب افزایش تقاضا و در نتیجه کاهش قیمت آنها خواهد شد.

 

بتن مسلح به الیاف آرامید

آرامید (آروماتیک پلی آمید) یک مصالح پلیمتر مصنوعی با مدول بالا است که اولین بار در سال 1965 کشف شد. بعد از سال ها تحقیقات آزمایشی نهایاً روشی برای تولید این مواد به شکل الیاف پیدا شد. تولید الیاف آرامید برای کاربردهای تجاری از اوایل دهه 1970 آغاز شد و تلاش ها برای مخلوط کردن این الیاف در بتن به عنوان نوعی تقویت کننده در اواخر دهه 1970 آغاز گردید. والتون و ماجودار نتیجه گرفتند که به دلیل جذابیت خصوصیات مکانیکی ملات سیمانی مسلح به الیاف آرامید می توان مطالعات بعدی را توجیه نمود.
الیاف آرامید
الیاف آرامید مقاومت کششی بالا و مدول کششی بالایی دارند. الیاف ارامید 5/2 برابر مقاوم تر از الیاف
 E-glass و 5 برابر مقاوم تر از الیاف فولادی هستند. الیاف آرامید تحت دو نام تجاری مختلف Kevlar و Technora به فروش می رسند. الیاف (Kevlar 29, Kevlar 49) Kevlar توسط Dupont و الیاف (Hm0) Technora توسط Teijin تولید می شوند. مقایسه ای از خصوصیات مکانیکی انتخابی برای این الیاف در جدول 1 آمده است.

علاوه بر ویژگی های مقاومتی بسیار خوب، این الیاف نگهداشت مقاومتی بسیار خوبی تا دمای F˚392 (C˚200)، مقاومت خستگی استاتیکی و دینامیکی بسیار خوب و مقاومت خزشی بسیار خوبی دارند. رشته های آرامید با قطرهای متنوع، در دسترس هستند. قطر رشته ها، تاثیر ویژه ای بر روی قیمت های واحد الیاف دارد.

الیاف آرامید تولید شده توسط Teijin مقاومت بالایی در مقابل اسیدها، بازها و حلال های آلی دارند. تاکنون این ویژگی در مقایسه با سایر الیاف ارامید منحصر به فرد بوده است. در ابتدا مقاومت شیمیایی الیاف ارامید Kelvar تنها در طبقه بندی “خوب” قرار می گرفت. مقاومت کششی الیاف 49 Kelvar بعد از 30 روز قرار گرفتن در دوغاب سیمان در F˚176 (C˚80)، حدود %30 کاهش یافت. البته الیاف آرامید اصلاح شده ای در Dupont تولید شده است که ادعا شده است این الیاف به هنگام قرارگیری در شرایط ذکر شده %100 مقاومت کششی خود را حفظ می کنند.

جدول 1 ویژگیهای شاخص الیاف آرامید

الیاف	مقاومتکششی،ksi	مدول یانگ،ksi	افزایش طول در شکست،%
Dupont Kevlar 29 Dupont Kevlar 49 Teijin Technora	525 525 440	9000 17000 10200	3.6 2.5 4.4

                                                                                      معادل متریک : 1ksi=6.895MPa

 

 

ساخت Aramid FRC

ترکیبات سیمانی مسلح به الیاف آرامید را می توان با استفاده از روش های معمول اختلاط و قالب ریزی و یا با استفاده از فرایندهایی شبیه آنچه برای ساخت محصولات سیمان آزبستی به کار می رود، ساخت. از آنجا که الیاف آرامید نسبتاً گرانتر از سایر الیاف پلیمری هستند، عمدتاً در کاربردهای خاصی که تنش ها زیاد است، جایگزین سیمان های آزبستی می شوند. الیاف آرامید همانند سایر الیاف جایگزین آزبست، به هنگام استفاده در فرایند ساخت هات چست، ویژگی های تصفیه ای ضعیفی از خود نشان می دهند. بنابراین در موقع استفاده از روش هات چست، ویژگی های تصفیه ای ضعیفی از خود نشان می دهند. بنابراین در موقع استفاده از روش هات چست، یا روش های مشابه، باید آنها را با الیاف پردازش شده مناسب ثانویه ای به کار برد.

ترکیبات Aramid FRC با به کارگیری روش افشانه- مکش که موسسه تحقیقات ساختمان (BRE) در انگلستان آن را توسعه بخشیده، تولید می شوند. در این روش الیاف قطعه قطعه شده آرامید و دوغاب سیمان بسیار ریزدانه از منبع های جداگانه ای فراهم شده و به طور همزمان بر روی یک سطح صاف پاشیده شدند. در طی عمل پاشیدن، الیاف به طور تصادفی در دوغاب سیمان توزیع شدند. نهایتاً آب اضافه با استفاده از مکنده آب زدا خارج شده و سطح رویی ماله کشی شد. با به کارگیری این روش مقادیر تا 2 درصد حجمی الیاف به دست آمد.

ترکیبات سیمانی (درصد پایین الیاف پلی پروپیلن)

در بسیاری از کاربردهای تجارتی از بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن، مقادیر کمی از الیاف)عموماً در حدود %0.1 حجمی(به کار رفته است. در چنین درصدهای حجمی پایینی، الیاف پلی پروپیلن عمدتاً به منظور کنترل ترک های ناشی از آب رفتگی پلاستیک به کار می روند. البته تاثیرات مقادیر کم الیاف پلی پروپیلن بر روی خصوصیات بتن تا حدودی غیر قطعی است.

زولو، ایلتر و بوچاکرت آزمایش هایی به منظور تعیین مقاومت فشاری ASTMC39، مقاومت کشیدگی ترکیدگی ASTMC496 و مقاومت خمشی ASTMC78  بتن غیر مسلح و بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن انجام داده اند. نمونه های آزمایشی حاوی حدود 0 تا %0.3 حجمی از الیاف بودند. مطابق جدول 1 نتایج این آزمایش ها نشان داده اند که وجود الیاف پلی پروپیلن تاثیر کمی بر روی خصوصیات ذکر شده در بالا دارد. به طور معمول مقاومت فشاری با افزایش مقدار الیاف، اندکی کاهش و مقاومت کششی ترکیدگی و مقاومت خمشی با افزایش مقدار الیاف، اندکی کاهش و مقاومت کششی ترکیدگی و مقاومت خمشی با افزایش مقدار الیاف اندکی افزایش می یابد. البته برای نمونه های حاوی %0.1 حجمی از الیاف (مقدار توصیه شده در صنعت)، مقاومت خمشی و مقاومت کششی ترکیدگی به ترتیب تنها 0 و 2.7 درصد افزایش یافته اند.

جدول1 خصوصیات مصالحی بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن در مقابل بتن غیر مسلح

محتوای حجمی الیاف	مقاومت فشاری ، psi	مقاومت کششی، psi	مقاومت خمشی، psi
0 1/0 2/0 3/0	5700 5268 5165 5226	408 408 411 508	866 889 942 900

مقادیر مقاومت براساس متوسط حداقل سه آزمایش می باشد.

معادل متریک : psi=6.895kPa

لیتوین و هانا هم آزمایش هایی برای تعیین خصوصیات ترکیبات مسلح با درصدهای پایین الیاف پلی پروپیلن انجام داده اند. نتایج آزمایش ها آنها عمدتاً مطابق با یافته های زولو، ایلتر و بوچاکرت می باشد. همچنین تحقیقات هانا نشان داد که اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به بتن، تاثیر مطلوب ناچیزی روی طاقت، مقاومت ترک خوردگی و مقاومت ضربه ای داشته است.

نتایج آزمایش ا که نشان دهنده ی تاثیر مقادیر کم الیاف پلی پروپیلن بر روی آب رفتگی بتن می باشد، غیر قطعی است. تولید کنندگان الیاف پلی پروپیلن ادعا می کنند مخلوط کردن الیاف پلی پروپیلن در درصدهای حجمی پایین به طور عمه ای ترک های ناشی از آبرفتگی را کاهش می دهد. اگر چه اغلب نتایج آزمایشگاهی این ادعا را تایید می کنند، اما کمبود روش های آزمایش استاندارد شده و محدود بودن تعداد آزمایش ها بسیاری از نتایج را غیر قطعی می سازد.

آزمایش های انجام شده توسط لیتوین بر روی نمونه هایی با مقاومت فشاری به ترتیب Mpa20.7) psi3000 و (Mpa31) psi4500 حاکی از این هستند که آب رفتگی خشک محدود نشده (آزاد( بتن با اضافه کردن % 0.1 الیاف پلی پروپیلن به میزان %-1.1 %3.7 کاهش می یابد. این نتایج بعد از اینکه نمونه ها به مدت یک سال در هوایی با رطوبت نسبی %50 و C˚23 F˚73 خشک شدند، به دست آمد. آزمایش های لیتوین مطابق با ASTMC157 انجام شد. او نتیجه گیری کرد که تفاوت عمده ای در آب رفتگی نامحدود )آزاد( بتن ساخته شده با یا بدون الیاف پلی پروپیلن وجود ندارد. نتایج مشابهی توسط گرزی بوسکای و شا، گزارش شد.

همچنین آزمایش های آب رفتگی نامحدود پلاستیک توسط زولو و ایلتر و بوچاکرت انجام شد. این آزمایش ها نشان داده اند که بعد از 180 دقیقه، آبرفتگی برای حجم های به ترتیب %0.1 تا %0.3 از الیاف پلی پروپیلن، بین 12 تا %25 کاهش می یابد. آزمایش های آب رفتگی نامحدود پلاستیک مطابق با ASTMC827 انجام شدند. در طی این آزمایش ها مشاهده شده است که مقدار آب شیره دهی سطح با افزودن الیاف، کاهش چشمگیری یافته است. به عقیده زولو این احتمال وجود دارد که الیاف، تراکم ترکیبات را کاهش دهند و بنابراین منجر به نگهداشت بیشتر آب در مراحل اولیه هیدراسیون شوند.

آزمایش های آب رفتگی نامحدود بتن که توسط زولو انجام شد نشان دادند که آب رفتگی به ترتیب %33، %47 و %10 برای بتن هایی با 0.1، 0.2و 0.3 درصد حجمی از الیاف کاهش یافته است. نمونه های آزمایشی به مدت 14 روز در زیر آب نگهداری شدند و سپس به مدت 7 روز در شرایط خشکاندن سریع قرار گرفتند. منحنی کرنش آب رفتگی در مقابل زمان برای نمونه های بتنی معمولی و برای نمونه هایی با درصد الیاف مختلف در شکل 1 نشان داده شده است. علیرغم اینکه نمونه های الیاف دار، آب رفتگی نامحدود کمتری را برای هر کدام از درصدهای به کار رفته از الیاف نشان دادند، با استفاده از این نتایج نمیتوان به هیچ روند قطعی ای دست یافت. همچنین نتایج گردآوری شده از تلاش های سایر محققان در رابطه با آب رفتگی نامحدود، غیر قطعی و متناقض بوده اند.

هر چند آزمایش های آب رفتگی نامحدود، اطلاعاتی پیرامون مشخصات آب رفتگی ترکیبات مسلح فراهم می کنند، اما اطلاعات مفیدی در رابطه با چگونگی پاسخ ترکیبات به تنش های ناشی از آبرفتگی در شرایط محدود شده بدست نمی دهند. در عمل، آب رفتگی نامحدود به ندرت اتفاق می افتد و همیشه مقداری محدود شدگی به دلیل طبیعت یکپارچه ساختار بتن وجود دارد.

در تحقیق اخیر گرزی بوسکای و شا، یک نمونه حلقه مانند  به منظور شبیه سازی ترک خوردگی ناشی از آب رفتگی محدود به کار برده شد و نتایج زیر به دست آمد :

1. مقادیر پایین 0.25 درصدی از الیاف فولادی یا پلی پروپیلن، می تواند به طور اساسی عرض ترک های ناشی از آب رفتگی خشک محدود شده را کاهش دهد.
2. الیاف فولادی تاثیرگذارتر از الیاف پلی پروپیلن هستند.
3. مشاهده شد که افزودن %0.1 حجمی الیاف پلی پروپیلن تاثیری ندارد.

 

شکل (الف) : الیاف 0.1درصد حجمی

 

شکل (ب) : الیاف 0.2 درصد حجمی

 

شکل (ج) : الیاف 0.3 درصد حجمی

 

جهت مطالعه مقاله ترکیبات سیمانی (درصد پایین الیاف پلی پروپیلن) به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

ساخت و خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی پروپلین

الیاف پلی پروپیلن با اشکال مختلف و به طرق متفاوت در بتن آمیخته می شوند. الیاف می توانند به صورت الیاف قطعه قطعه شده کوتاه و مجزا(تک رشته یا نوار رشته ای)، به شکل شبکه پیوسته از صفحات نازک رشته ای و یا مانند شبکه به هم بافته، در بتن مخلوط شوند. واضح است که روش تولید به مقدار زیادی وابسته به شکل الیاف می باشد.

والتن و ماجومدار با استفاده از روش آب زدایی افشانه- مکش، اقدام به تولید صفحات بتنی مسلح با الیاف تک رشته ای قطعه قطعه شده پلی پروپیلن کردند. داو و الیس با به کارگیری روش مخلوط کردن، آب زدایی و تراکم، ترکیبات حاوی تک رشته های قطعه قطعه شده و صفحات نازک رشته ای از الیاف پلی پروپیلن را تولید کردند. هان نات با به کارگیری روش قراردهی دستی، شبکه های پیوسته صفحات نازک رشته ای پلی پروپیلن را وارد ساختار بتن کرد. همچنین رایت بای، گالووی و ویلیامز روش قراردهی دستی را به منظور قرار دادن شبکه به هم بافته پلی پروپیلن در داخل ملات سیمان به کار بردند.

با به کارگیری روش های ساخت قراردهی دستی شبکه هایی از صفحات نازک و پیوسته پلی پروپیلن یا شبکه های به هم بافته، می توان به درصدهای حجمی بالایی از الیاف تا %12 دست یافت. الیاف با حجم های تا %6 با به کارگیری روش های آب زدایی با اسپری مکنده حاصل می شوند. حجم های تا %11 با استفاده از الیاف قطعه قطعه شده ای به دست می آید که به طور مستقیم در داخل ماتریس با نسبت آب به سیمان بالا مخلوط شده و سپس با مکش یا تراکم، آب اضافی آن خارج می شود.

وقتی الیاف قطعه قطعه شده پلی پروپیلن در داخل مخلوط بتن با مصالح معمولی ریخته می شود، درصد حجمی الیاف باید نسبتاً پایین نگه داشته شود.

چندین محقق تصدیق کرده اند که اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به بتن، روی اسلامپ بتن تاثیر داشته است. اسلامپ بتن مسلح به الیاف به طول الیاف و تمرکز الیاف بستگی دارد. یکی از محققین متذکر شد هنگامی که الیاف پلی پروپیلن رشته رشته شده که به طول 2 اینچ 51) میلیمتر ) با 0.1 درصد حجمی به مخلوط بتن با مصالح معمولی اضافه شوند، اسلامپ بیش از 3 اینچ 75) میلیمتر) کاهش می یابد.

به دلیل آبگریز بودن الیاف پلی پروپیلن، لازم است مدت اختلاط تنها به اندازه ای باشد که از توزیع یکنواخت آنها در مخلوط بتن اطمینان حاصل شود. در مورد صفحات نازک رشته ای یا الیاف های نواری زمان مخلوط کردن باید آنقدر کم باشد که از پاره شدن غیر ضروری الیاف جلوگیری شود. الیاف پلی پروپیلن معمولاً بعد از اینکه همه اجزای معمول بتن به طور کامل مخلوط شدند، اضافه می شود.

مخلوط بتن آماده حاوی الیاف پلی پروپیلن را می توان با استفاده از روش های معمول، بتن ریزی نمود. اگر چه مراقبت های زیادی باید اعمال شود تا از خارج شدن همه هوای محبوس در بتن و حصول چگالی مطلوب اطمینان حاصل شود. به طور معمول مخلوط بتن آماده دارای الیاف پلی پروپیلن به تراکم کامل (کمی بیشتر از بتن غیر مسلح) نیاز دارد. بتن های مسلح به الیاف پلی پروپیلن به خوبی به روش های معمول تراکم، پاسخ می دهند و الیاف به راحتی از مخلوط جدا نمی شود.

تحقیقات قابل ملاحظه ای در مورد بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن انجام شده است. نتایج آزمایش برای ترکیبات مسلح به الیاف پلی پروپیلن در محدوده درصدهای حجمی %0.1 تا %10 گردآوری شده است. خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن تا حدی متغیر است و به میزان زیاد به میزان آب رفتگی و شکل الیاف به کار گرفته شده بستگی دارد.

 

مقاومت پیوستگی بتن

به طور کلی تاثیر الیاف پلی پروپیلن به عنوان تقویت کننده بتن بستگی به پیوستگی میان ملات و الیاف دارد. پیوستگی شیمیایی میان الیاف پلی پروپیلن و ملات سیمان، ضعیف و معمولاً نزولی است.

 در حقیقت قالب های بتن، معمولاً از پلی پروپیلن ساخته می شوند زیرا بتن سخت شده به راحتی از آن جدا می شود.

 برای آنکه بتن مسلح به الیاف از دیدگاه سازه ای عملکرد رضایت بخشی داشته باشد، باید پیوستگی خوبی میان الیاف و ملات سیمانی وجود داشته باشد.

الیاف پلی پروپیلن به شکل صفحات نازک رشته ای و نوارها یا شبکه های به هم بافته، پیوستگی بهتری را با ملات سیمانی نسبت به الیاف تک رشته ای قطعه قطعه شده، تامین می کنند. 

البته بهبود پیوستگی اغلب به طور کامل مکانیکی است و نتیجه مستقیمی از نفوذ ملات های سیمانی به داخل تک رشته های الیاف است که به وسیله رشته رشته شدن، تولید شده اند.

فساد حرارتی الیاف پلی پروپیلن در ترکیبات سیمانی

اندونین، مایی و کنترل داده اند که بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن ممکن است با برخی روش های عمل آوری با بخار سازگار نباشند.

نتایج آزمایش های آنها نشان می دهد ترکیباتی که در اتوکلاو در فشار Mpa0.4 و دمای C˚140 به مدت 24 ساعت عمل آوری شده اند و سپس در کوره با دمای C˚116 به مدت 24 ساعت خشک شده اند، به دلیل فساد حرارتی ناشی از اکسایش الیاف، انعطاف پذیری خود را به طور چشمگیری از دست داده اند.

بعدها ثابت شد که فساد حرارتی به دلیل حرارت بالای کوره خشک کننده بوده است و اگر دمای خشک کردن به میزان زیادی کاهش یابد، می توان از عمل آوری با اتوکلاو به همراه خشک کردن در کوره استفاده نمود.