دانشگاه محقق اردبیلی

دانشکده فنی و مهندسی

گروه عمران

عنوان:

مطالعه تاثیر نانوسیلیس بر خواص مکانیکی و دوام بتن­های حاوی الیاف پلی­پروپیلن

استاد راهنما:

دکتر یعقوب محمدی

استاد مشاور:

مهندس طاهر باهر طالاری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده:
در این پایان­نامه اثر نانوسیلیس بر روی خواص مکانیکی و دوام بتن حاوی الیاف پلی­پروپیلن مطالعه گردید. الیاف پلی­پروپیلن مصرفی به طول mm 18 و نسبت طول به قطر mµ 9/0 بهره گیری گردید. تاثیر الیاف و نانوسیلیس در سه درصد مختلف برای هر کدام در نسبتهای 1/0 ، 2/0 و 3/0 درصد برای الیاف و2 ، 4 و 6 درصد برای نانوسیلیس روی بتن با نسبت آب به سیمان 38/0 مورد مقایسه و مطالعه قرار گرفت. در مجموع بیش از 192 نمونه مکعبی و استوانه­ای براساس استانداردهای ASTM  ساخته گردید و آزمایش­های مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیر­مستقیم، آزمایش التراسونیک و مقاومت الکتریکی روی نمونه­ها انجام پذیرفت.
   نتایج حاصل از آزمایشات بیانگر افزایش قابل توجهی در مشخصات مکانیکی و دوام بتن بود. مقاومت فشاری تا 55 درصد و مقاومت کششی تا 25 درصد افزایش پیدا نمود. افزایش چشم­گیر مقاومت الکتریکی نیز نشان از دوام بالای این نوع بتن داشت.
فهرست مطالب:
فصل اول :مقدمه و کلّیات  
1-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………… 2
1-2. معرفی بتن الیافی……………………………………………………………………………..2
1-2-1. تعریف………………………………………………………………………………………..3
1-2-2. آیین نامه های معتبر بتن الیافی……………………………………………………………3
1-3. کاربردهای بتن الیافی ……………………………………………………………………….4
1-3-1. بتن پرتابی(شاتکریت) ………………………………………………………………………4
1-3-2. دالهای روی بستر …………………………………………………………………………..5
1-3-3. صنایع نظامی ………………………………………………………………………………..7
1-3-4. کف سالنهای صنعتی ………………………………………………………………………7
1-4. مزایا و معایب بتن الیافی ……………………………………………………………………..7
1-5. جنبه های اقتصادی بتن الیافی…………………………………………………………..8
1-6. نانو مواد در بتن ………………………………………………………………………………….9
1-7. اختصار و اهداف پژوهش ……………………………………………………………………..10
1-8.پیشینه پژوهش ……………………………………………………………………………..10
1-9. مقایسه چند نوع الیاف از نظر هندسه …………………………………………………….11
1-10.مقایسه اثر نوع های مختلف الیاف از نظر جنس در بتن الیافی ………………………..12
1-11. تحقیقاتی که منحصراً بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن با و بدون نانومواد انجام گرفته می باشد…..13
1-12. اثر نانوسیلیس بر روی خمیر سیمان……………………………………………………..15
1-13. اثر نانوسیلیس بر بتن …………………………………………………………………15
1-14. تحقیقات انجام شده در ایران ………………………………………………………………16
1-15. خواص مکانیکی الیاف…………………………………………………………………….18
1-15-1. تاریخچه………………………………………………………………………………..18
1-15-2. انواع الیاف…………………………………………………………………………….19
1-15-2-1. الیاف مصنوعی…………………………………………………………………….19
1-15-2-2. الیاف کربن……………………………………………………………………………19
1-15-2-3. الیاف آرامید………………………………………………………………………..20
1-15-2-4. الیاف شیشه و آزبست……………………………………………………………20
1-15-2-5. الیاف فلزی………………………………………………………………………..21
1-15-2-6. الیاف گیاهی وطبیعی…………………………………………………………….22
1-51-2-7. الیاف پلی پروپیلن…………………………………………………………………22
1-15-2-7-1. مزایای الیاف پلی پروپیلن نسبت به مش ضد ترک ( آرماتور حرارتی )…….23
1-15-2-7-2. روش و اندازه مصرف ………………………………………………………….24
1-15-2-7-3. ویژگیهای بتن الیافی حاوی الیاف پلی پروپیلن………………………….24
1-15-2-7-4. کاربردهای الیاف پلی پروپیلن ……………………………………………….25
1-15-2-8. آزمایش اسلامپ بتن الیافی…………………………………………………26
1-16. نانو مواد ها و مشخصات آنها………………………………………………………..26
1-16-1. مواد نانو کمپوزیت……………………………………………………………….27
1-16-2. بتن با عملکرد بالا (HPC) …………………………………………………………27
1-16-3. نانو سیلیس آمورف…………………………………………………………………27
1-16-3-1. نانوسیلیس و مقایسه بعضی خواص آن با سیلیکافیوم…………………….28
1-16-4. نانو لوله ها………………………………………………………………………30
فصل دوم: مواد و روشها
2-1. مواد مورد بهره گیری(Material) ……………………………………………………..33
2-1-1. سیمان…………………………………………………………………………….33
2-1-1-1. سیمان پرتلند پوزولانی (PPC) ………………………………………………33
2-1-2. آب اختلاط…………………………………………………………………………..35
2-1-3. سنگدانه ها………………………………………………………………………….35
2-1-3-1. آزمایش لس آنجلس بر روی سنگدانه های درشت……………………….36
2-1-4. الیاف پلی پروپیلن……………………………………………………………….37
2-1-5. ماده افزودنی نانوسیلیس…………………………………………………….38
2-1-6. ماده افزودنی فوق روان کننده……………………………………………………38
2-1-7. قالب ها…………………………………………………………………………….40
2-1-8. روش انجام آزمایشها(Methods) ………………………………………………40
2-1-9. روش تعیین طرح اختلاط به صورت کلی…………………………………………41
فصل سوم: نتایج و بحث
3-1. آزمایشهای انجام شده……………………………………………………………..45
3-2. نتایج آزمایشهای بتن الیافی……………………………………………………….45
3-2-1. آزمایش مقاومت فشاری…………………………………………………………46
3-2-1-1. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف A (مرجع)……..47
3-2-1-2. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف B …………………
3-2-1-3. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف C…………………
3-2-1-4. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های ردیف D ……………….
3-2-1-5. مطالعه کلی نمودار های  آزمایش مقاومت فشاری………………….56
3-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم……………………………………..57
3-2-2-1. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف A(مرجع)……59
3-2-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف B………….
3-2-2-3. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف C………….
3-2-2-4. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاط های ردیف D…………
3-2-2-5. مطالعه کلی نمودارهای آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم………..67
3-2-3. آزمایش سرعت پالس التراسونیک (UPV)………………………………….68
3-2-3-1. روش سرعت پالس……………………………………………………………68
3-2-3-2. عوامل موثر بر سرعت پالس……………………………………………..69
3-2-3-3. کاربرد روش سرعت پالس……………………………………………………69
3-2-3-4. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف A…………
3-2-3-5. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف B…………
3-2-3-6. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف C……………
3-2-3-7. مطالعه نتایج آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاط های ردیف D……………
3-2-3-8. مطالعه کلی نمودارهای آزمایش التراسونیک………………………………..79
3-2-4. مقاومت الکتریکی…………………………………………………………………….80
3-2-4-1. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف A (مرجع)….82
3-2-4-2. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف B……….
3-2-4-3. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف C………..
3-2-4-4. مطالعه نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برای طرح اختلاط های ردیف D………..
3-2-4-5. مطالعه کلی نمودارهای آزمایش مقاومت الکتریکی……………………………….90
فصل چهارم: نتیجه­  گیری و پیشنهادات
4-1. نتیجه گیری………………………………………………………………………………….96
4-2. پیشنهادها و موضوعات تحقیقی……………………………………………………..97
منابع……………………………………………………………………………………………99
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
   امروزه بتن به عنوان یکی از پرمصرفترین مصالح جهان و به عنوان ماده ساختمانی قرن بیست و یکم شناخته شده می باشد. ساخت این ماده مرکب با بهره گیری از ارزانترین و در دسترس­ترین مواد ساده از یک سو، انعطاف­پذیری، خواص مقاومتی و دوام آن از سوی دیگر و نیز بهره گیری از موادی در ساخت آن که به پاکسازی و کاهش آلودگی محیط زیست کمک می­نماید موجب آن شده می باشد که بتن به عنوان مصالح ممتاز مطرح گردد]1[. بتن ماده ای می باشد که دارای مقاومت زیاد در فشار بوده و از این رو بهره گیری از آن برای قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب می باشد. لیکن علیرغم مقاومت فشاری قابل توجه، مقاومت کششی کم و شکنندگی نسبتاً زیاد بتن بهره گیری از آن را برای قطعاتی که تماماً یا به گونه موضعی تحت کشش هستند را محدود مینماید]2[. این عیب اساسی بتن در اقدام با مسلح کردن آن با استقرار آرماتورهای فولادی در جهت نیروهای کششی برطرف می­گردد. شایان ذکر می باشد که در موردها متعددی جهت این نیروهای کششی به گونه دقیق معلوم نیست. همچنین با در نظر داشتن اینکه آرماتور بخش کوچکی از مقطع را تشکیل می­دهد، تصور اینکه مقطع بتن یک مقطع همگن و ایزوتروپ باشد صحیح نخواهد بود. به مقصود ایجاد شرایط ایزوتروپی و کاهش اشکال شکنندگی و تردی بتن تا حد ممکن در چند دهه اخیر بهره گیری از الیاف نازک و نسبتاً طویل که در تمام حجم بتن پراکنده می­گردد متداول شده می باشد]3[.
   مساله دیگری که اخیراً مورد توجه دانشمندان علم بتن قرار گرفته می باشد بهره گیری از نانو­مواد در بتن بوده می باشد. محققان با آزمایشات مختلف به این نتیجه رسیدند که مشخصات بتن حاوی نانو مواد در مقایسه با بتن معمولی تحت تاثیر واکنش­های شیمیایی نانو­مواد با ذرات سیمان و بلورهای هیدروکسید کلسیم موجود در سیمان، عملکرد ماده مرکب بتنی را به شدت تحت تأثیر قرار می­دهد]4.[
2-1- معرفی بتن الیافی
1-2-1. تعریف: طبق تعریف ACI 544.1R-82 ، بتن ساخته شده از سیمان هیدرولیکی، آب، شن، ماسه و الیاف، بتن مسلح با الیاف یا بتن الیافی نامیده می­گردد. در بتن الیافی مانند بتن معمولی می­توان از پوزولانها و دیگر مواد مضاعف بهره گیری نمود. الیاف در شکلها و اندازه های متفاوت، و از جنس فولاد، مواد پلیمری، شیشه و مواد طبیعی مورد بهره گیری قرار می­گیرد ]5[.
2-2-1- آیین نامه های معتبر بتن الیافی
علاوه بر مطالعات و پژوهشهایی که بصورت مقالات معتبر در مجلات و یا کنفرانسها ارائه گردیده می باشد. آیین نامه­های بتن نیز بخشی از قسمتهای خود را به بتن الیافی اختصاص داده­اند. مانند این  آیین نامه­ها، آیین نامه ACI (انجمن بتن آمریکا)  می­باشد که با معرفی کمیته­ای جداگانه به نام ACI-544 به مطالعه مسائل بتن الیافی پرداخته می باشد. این کمیته اولین گزارش را در سال 1973 ارائه نمود و تاکنون این کمیته با چهار گزارش کلی کار خود را افزایش داده می باشد. گزارش های این کمیته با نامهای فرعی  3R,2R,1Rو  4R نامیده می­شوند.
در گزارش ACI,544-1R که در سال 1996 ارائه گردید و در سال 1999 بازبینی گردید، اطلاعات کاملی از انواع الیاف و خواص آنها و تاثیر آنها بر روی خواص مکانیکی بتن به علاوه آزمایش  اندازه­گیری طاقت بتن الیافی آمده می باشد. در اصل این گزارش بیشتر به شناسایی انواع الیاف قابل کاربرد در بتن پرداخته و آنها را مقایسه کرده می باشد]6.[
در گزارش ACI,544-2R که در سال 1989 ارائه گردید طریقه انجام آزمایشات و استانداردهای لازم آورده شده می باشد و در مورد هایی همانند آزمایش ضربه و … حتی طریقه ساخت دستگاه آزمایش نیز تبیین داده شده می باشد]7[.
در گزارش ACI,544-3R که در سال 1998 ارائه گردید، در مورد طرح اختلاط و مصالح مناسب برای بتن الیافی تبیین داده شده می باشد. در این گزارش روشی برای طرح اختلاط آورده نشده بلکه دو طرح اختلاط مثال زده شده و پیشنهاداتی برای بهتر شدن  خواص بتن الیافی آورده شده می باشد. به عنوان مثال هر چه سنگدانه ها در بتن الیافی کوچکتر باشند تأثیر الیاف در بتن اثرگذارتر خواهد بود و یا اینکه پیشنهاد گردیده که در بتن الیافی در صورت امکان از سیمان بیشتری بهره گیری گردد]8[.
در گزارش ACI,544-4R که در سال 1988 ارائه گردید. به روشهای طراحی با الیاف فولادی پرداخته شده می باشد. البته نتایج این طراحی­ها هنوز در ACI- 318 وارد نگردیده می باشد]9[.
از آیین­نامه های دیگر، آیین­نامه JSCE [1] ژاپن می­باشد که روش اندازه­گیری طاقت بتن الیافی که توسط این آیین­نامه ارائه گردیده از اهمیت بالایی نزد محققین برخوردار می باشد. در ضمن آیین­نامه RILEM در اروپا نیز گزارشهایی در مورد بتن الیافی منتشر کرده می باشد.]10[.
3-1- کاربردهای بتن الیافی
بتن مسلح به الیاف را می­توان به تنهایی و یا به همراه بتن مسلح معمولی بکار برد. در مورد هایی که   می­توان بتن الیافی را به تنهایی بکار گرفت، عبارتند از:
– کف کارخانه ها، توقفگاهها، جایگاههای بنزین و سالنهای صنعتی
– روسازی بتنی بزرگراهها، جاده ها و فرودگاهها
– سازه های ضد انفجار و ضد حریق
– دیواره ها و کف کانال ها
– قطعات پیش ساخته
در دیگر مورد هایی که می­توان بتن مسلح معمولی و یا بتن پیش ساخته به کار برد:
– شالوده برای موتورها و ماشین­آلات بزرگ، پرس­های بزرگ، ژنراتورهای دیزلی
– قطعات مربوط به تونل­سازی و حفاری معادن
– دیوارهای حفاظتی، پناهگاهها
– تیر های پیش­تنیده بتنی شمع­های ضربه­ گیر
موردها بهره گیری از فراورده­های سیمانی تقویت شده با الیاف گوناگون در جدول 1-1  آورده شده می باشد.
کاربردهای مهم بتن الیافی عبارتند از:
1-3-1- بتن پرتابی(شاتکریت)
   یکی از کاربردهای مهم الیاف در بتن­پاشی می باشد، بتن­پاشی معمولاً برای اجرای لایه­های نازک مناسب می باشد. به گونه کلی بتن پاشی به دو روش خشک و تر قابل اجراست. در روش خشک پس از اختلاط مصالح خشک، در حین عبور افشانک آب مورد نیاز اضافه می­گردد. در روش تر، مخلوط به گونه کامل ساخته می­گردد و سپس در محفظه پمپ دستگاه بتن پاش قرار می­گیرد و از طریق لوله به افشانک انتقال  می­یابد. در عمده شاتکریتهای بتن الیافی از روش خشک بهره گیری به اقدام می­آید. از روش تر نیز می­توان بهره گیری نمود، با این تفاصیل توجه بیشتری جهت توزیع الیاف بایستی به اقدام آید. بیشترین بهره گیری از بتن­پاشی با الیاف در نگهداری زیرزمینها، بویژه دیواره تونلها و معادن، سازه های پوسته ای و تعمیرات     سازه­های دریایی و کانالهای آب می­باشد ]12و13[.
2-3-1- دالهای روی بستر
دالهای روی بستر حاوی الیاف جهت جلوگیری از شکستهای ناشی از بارهای دینامیکی[1] و متمرکز و ترکهای ناشی از بار و غیر آن (مانند حرارت و جمع شدگی) در کف سالنهای صنعتی مورد بهره گیری قرار   می­گیرند و جایگزین دالهای مسلح به آرماتور در اکثر موردها می­شوند. این دالها در روسازی جاده­ها،  پیاده­روها، فرودگاهها و بویژه سالنهای صنعتی مورد بهره گیری قرار می­گیرند. با بهره گیری از این نوع بتن(بتن الیافی) روسازی فرودگاهها را می توان 25 تا 40 درصد نازکتر از بتن غیر مسلح و با فاصله درزهای اجرایی بیشتر، اجرا نمود.
خستگی خمشی عامل مهمی می باشد که بر عملکرد روسازی اثر می­گذارد. اطلاعات موجود نشان می­دهد که الیاف، مقاومت بتن را بطور موضعی و کلی در برابر خستگی به نحو قابل ملاحظه­ای افزایش میدهند]12[.
3-3-1- صنایع نظامی
از بتن مسلح به الیاف در بعضی از کشورها در صنایع نظامی بهره گیری گسترده به اقدام می­آید. کاربردهای سازه ای آن بهره گیری از الیاف با و یا بدون تسلیح توسط آرماتورهای معمولی می باشد که در قطعات دالها، دیوارها، کف، تیرها و ستونها انجام می­گیرد. نتایج آزمایشها نشان داده می باشد که این گونه قطعات پیش روی انفجار، پخش شدگی و پراکندگی بسیار کمتری در مقایسه با دالهای غیرمسلح به آرماتورهای معمولی ایجاد می­کنند]12[.
4-3-1- کف سالنهای صنعتی
به علت خاصیت الیاف در افزایش مقاومت ضربه ای، بتن الیاف­دار نسبت به بتن معمولی (حدود 5 تا 10 برابر)، توجه عمده­ای در ساخت کف سالنهای صنعتی به الیاف معطوف می باشد زیرا تخریب سریع سالنهای صنعتی، بر اثر بارهای دینامیکی و ضربه ماشین­آلات و قطعات سنگین، بزرگترین مشکل در این گونه سازه ها به شمار می­رود. افزایش مقاومت ضربه­ای، مقاومت بیشتری را پیش روی تورق و هوازدگی بتن به وجود می­آورد]11[.
1 Dynamic load
1 Japan Society of Civil Engineering Standard
تعداد صفحه : 119
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد رشته عمران سازه های هیدرولیکی: بهبود عملکرد و راندمان بهره برداری از مخزن سد سفیدرود

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران