تأثیر الیاف پلی پروپیلن، فولادی و شیشه ای بر مقاومت فشاری و خمشی نمونه های بتنی

در دهه 1950 برای اولین بار در کشــور شــوروی و بعد در کشــور امریکا در سال 1960 طبق تحقیقات انجام شده، در صورت استفاده از الیـاف فولادی در مـاتریس شـــکننـده، تمرکز تنش در محـل ترک هـای بـه وجود آمـده کـاهش می یـابـد . بتن الیافی که به نام آرماتورهای با الیاف پلاسـتیکیFRP معروف هستند از الیاف مــخــتــلــفـی چــون الــیـاف شــــیشــــه GFRP الــیــاف آرامیـدی AFRP و الیاف کربنی CFRP در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند.

این مواد یکی از پرمصرف ترین مواد در مناطق ســـرد نظیر شـــمال آمریکا و کانادا و بعضـــی کشـــورهای اروپایی اسـت که همراه با آن از سـنگدانه های هواساز نیز استفاده می شـود . کاربرد صـفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشـتر رایج گشـــته و در چندین پل در ژاپن و در بعضـــی کشـــورهای اروپایی از آن استفاده شده است.

بر روی بتن هـای حـاوی الیاف پلی پروپیلن با طول های مختلف (6و12و18) نشان میدهند که استحکام و مقاومت حرارتی نمونه های بتنی با استفاده از الیاف پلی پروپیلن افزایش یافته اســـت.

چندرامولی و همکاران 1389 معتقدند که با 5/1 درصـد الیاف شیشه نسبت به وزن بتن، مدول گسیختگی در حدود 20 درصد و چقرمگی حدود 50 درصد افزایش مییابد.

همچنین با افزایش نیروی لازم برای تغییر شــکل بتن و افزایش چقرمگی، الیاف شیشه از انتشار ترک های بیشتر در بتن جلوگیری میکند. آنها با انجــام آزمایشات مقاومت فشاری، خمشی و کششی بر روی بتن الیافی و بتن شــاهد به این نتیجه رســیدند که افزودن الیاف به بتن باعث افزایش مقاومت بتن می گردد.

بررســی مقاومت فشــاری و خمشــی نمونه های بتنی حاوی الیاف فولادی و پلی پروپیلن پرداختنـد . آنهـا برای آزمـایش مقـاومت فشـــاری از قالب های مکعبی به ابعاد 150*150*150 برای آزمایش مقاومت خمشــی از قالبهای مکعب مســتطیل به ابعـاد 500×100×100 میلیمتر اســـتفـاده کردند. آنها با انجام این آزمایشــات به این نتیجه رســیدند که بهترین ترکیب الیاف فولادی و پلی پروپیلن، ترکیب 75 درصـــد الیاف فوالدی و 25 درصـد الیاف پلی پروپیلن می باشد.

در تحقیق خود با ساخت 3 طرح اختلاط بتن با الیاف شیشه و انجام آزمایش های مقاومت فشاری، خمشی و کششی در سنین 3، 7 و 28 روزه بر روی نمونه های بتنی حاوی الیاف شــیشــه، به این نتیجه رســیدند که الیاف شــیشــه در بتن باعث افزایش مقاومت فشـاری، خمشـی و کشـشی بتن میگردد.(زنگنه،1391)

در تحقیق خود با ساخت 19 طرح اختلاط بتن با الیاف فولادی و شیشه ای و انجام آزمایش مقاومت فشاری برروی نمونه های مکعبی و استوان های و آزمایش مقاومت خمشی بر روی نمونه های مکعب مستطیل در سنین 3 ،7 و 28 روزه بر روی نمونه های بتنی حاوی الیاف فولادی و شـیشـه ای، به این نتیجه رسـیدند که الیاف فولادی و فیبر شـیشـه ای در بتن باعث افزایش مقاومت فشـاری و خمشـی بتن می گردند.(حسینعلی بیگی، 1391)

یک تحقیق آزمایشــگاهی، اثر توأم نانو ســیلیس و الیاف مختلف )فلزی، پلی پروپیلن، شیشه ای بر چقرمگی، انرژی شکست و مقاومت خمشــی بتن خود تراکم را بررســی کردند. بدین منظور آنها 40 طرح اختلاط شـامل 4 سری که به ترتیب حاوی 0 ،2 ،4 و 6 درصـد وزنی سـیمان، نانو سیلیس که به صورت جایگزین با سیمان را مورد بررسـی قراردادند. بررسـی نتایج آنها نشان داد که حضــور توأم الیاف و درصــد بهینه نانوســیلیس موجب بهبود قابلیت های چقرمگی، انرژی شــکســت و مقاومت خمشــی بتن می شـود.(فروغی اصل ، حسین نژاد،1392)

بررسـی تأثیر الـیـاف پـلـی پـروپیلین بر خواص مکـانیکی و نفوذپــذیری بتن پرداختند. نتایج آنها بیانگر این اســت که مقاومت فشــاری اولیه نمونه های بتن الیافی نســبت به نمونه های شــاهد کمتر بوده ولی با افزایش ســن نمونه ها، نتایج برعکس میگردد و بیشــترین افزایش مقاومت فشــاری 28 روزه مربوط به مقدار الیاف مصــرفی 4 درصد بوده است. آنها بیشترین میزان افزایش مقاومت کششی را در ســن 28 روزیه بتن و در نمونه های بتنی حاوی 0/4 درصــد الیاف مشاهده نمودند.

نتایج آزمایشـات مقاومت فشـاری مکعبی و اسـتوانه ای و مقاومت خمشـــی نمونـه های بتنی و همچنین درصـــد افزایش و کاهش مقاومت ها نسـبت به بتن شـاهد در سـن 7 روزه نشان داده شـده اسـت . همانگونه که مشـاهده می گردد بیشترین درصد کاهش مقاومت فشـاری مکعبی بتن الیافی نســبت به نمونه شـاهد مربوط به نمونه بتنی با 3 % الیاف پلی پروپیلن و به میزان %2/21- می باشـد و بیشـترین درصـد افزایش آن مربوط به نمونه بتنی با 3% الیاف شــیشــه ای و به میزان %98/59 می باشــد. برای مقاومت فشاری استوانه ای بتن الیافی نسبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به 3 % الیاف پلی پروپیلن و به میزان % 75/24- و 3% الیاف فیبر شـیشــه ای به میزان %80/92 میباشـد. همچنین برای مقاومت خمشـی بتن الیافی نسـبت به بتن شاهد کمترین و بیشترین درصد افزایش مقاومت به ترتیب مربوط به 1 % الیاف پلی پروپیلن به میزان %56/15 و 3 %الیاف فیبر شیشه ای به میزان %30/11 میباشد.

پژوهش از محمد وقفی - علیرضا پولادی دانشگاه بوشهر - 1394