پایان نامه بررسی تاثیر الیاف و مواد پوزولانی بر روی خواص مکانیکی بتن مسلح شده با الیاف شیشه

فهرست پایان نامه بررسی تاثیر الیاف و مواد پوزولانی بر روی خواص مکانیکی بتن مسلح شده با الیاف شیشه

فهرست:

چکیده.........................................................................................................................................................................1                         

   فصل اول: بررسی کلیات و اهداف تحقیق

1-1-  مقدمه     2

1-2-  بتن الیافی.. 3

1-3-  الیاف مورد استفاده در بتن.. 3

1-3-1-  الیاف طبیعی.. 4

1-3-2-  الیاف فولادی.. 4

1-3-3-  الیاف آرامید.. 5

1-3-4-  الیاف کربن.. 5

1-3-5-  الیاف شیشه. 5

1-4-  اهداف تحقیق.. 6

1-5-  خلاصه­ی فصل و بررسی محتویات فصل­های بعد.. 7

   فصل دوم: ویژگی­های بتن مسلح به الیاف شیشه

2-1-  مقدمه   8

2-2-  بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC). 8

2-2-1-  ملاحظات اقتصادی استفاده از بتن مسلح به الیاف شیشه. 9

2-3-   روش­های ساخت بتن مسلح به الیاف شیشه. 9

2-3-1-  روش پیش مخلوط.. 9

2-3-2-  روش اسپری.. 10

2-4-  عمل­آوری بتن مسلح به الیاف شیشه. 11

2-4-1-  عمل­آوری مرطوب... 12

2-4-2-  عمل­آوری با هوا 12

2-5-  خواص مکانیکی.. 13

2-5-1-  مقاومت فشاری.. 13

2-5-2-  مقاومت کششی.. 13

هشت

2-5-3-  مقاومت خمشی.. 14

2-5-4-  مقاومت ضربه. 16

2-5-5-  مدول الاستیسیته. 16

2-5-6-  طاقت         17

2-6-  دوام       17

الف- بررسی ﺗﺄثیر محیط قلیایی.. 17

ب- بررسی ﺗﺄثیر فرآیند هیدراسیون سیمان.. 17

2-7-  ﺗﺄثیر گذر زمان بر خواص مکانیکی GFRC.. 18

2-7-1-  خصوصیات مکانیکی وابسته به ملات... 18

2-7-2-  خصوصیات مکانیکی وابسته به الیاف شیشه. 18

2-8-  مواد پوزولانی.. 19

2-8-1-  انواع پوزولان­ها 20

2-8-2-  ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر خصوصیات مکانیکی بتن.. 20

2-8-3-  میکروسیلیس.... 21

2-8-4-  متاکائولین 22

2-9-  فناوری نانو. 22

2-9-1-  کاربرد فناوری نانو در بتن.. 22

2-10-  خلاصه­ی فصل.. 26

   فصل سوم: مروری بر پیشینه­ی علمی موضوع

3-1-  مقدمه     27

3-2-  تاریخچه­ی تولید الیاف مقاوم در محیط قلیایی.. 27

3-3-  استفاده از مواد پلیمری در بتن مسلح به الیاف شیشه. 28

3-4-  بررسی مقاومت فشاری بتن مسلح به الیاف شیشه. 32

3-5-  استفاده از میکروسیلیس و متاکائولین در بتن مسلح به الیاف شیشه. 34

3-5-1-  ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر رفتار خمشی بتن مسلح به الیاف شیشه. 34

3-5-2-  ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر رفتار کششی بتن مسلح به الیاف شیشه. 36

3-5-3-  ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر روی طاقت بتن مسلح به الیاف شیشه. 38

3-5-4-  بررسی مکانیزم شکست بتن مسلح به الیاف شیشه. 38

3-6-  استفاده از نانوسیلیس به عنوان جایگزین بخشی از سیمان در بتن.. 40

3-7-  خلاصه­ی فصل.. 41

نه

   فصل چهارم: مشخصات مصالح و چگونگی ساخت نمونه­ها

4-1-  مقدمه   42

4-2-  مشخصات و ویژگی­های مصالح به کار رفته. 42

4-2-1-  سنگدانه­ها 42

4-2-2-  مصالح ریز دانه. 43

4-2-3-  سیمان       45

4-2-4-  آب              46

4-2-5-  مواد پوزولانی.. 47

الف- میکروسیلیس.... 47

ب- متاکائولین.. 48

ج- نانوسیلیس.... 48

4-2-6-  فوق روان­کننده. 49

4-2-7-  الیاف شیشه. 50

4-3-  طرح اختلاط.. 51

4-3-1-  نحوه­ی محاسبه­ی طرح­های اختلاط.. 52

4-4-  نحوه­ی اختلاط مواد و ساخت نمونه­ها 53

4-4-1-  ساخت نمونه­ها در روش پیش مخلوط.. 53

4-4-2-  ساخت نمونه­ها در روش اسپری.. 56

4-5-  نام­گذاری طرح­های اختلاط.. 58

4-6-  بیرون آوردن نمونه­ها از قالب و عمل­آوری نمونه­ها 60

4-7-  خلاصه­ی فصل.. 61

    فصل پنجم: نحوه­ی انجام آزمایش­ها و بیان نتایج

5-1-  مقدمه   62

5-2-  مقاومت فشاری.. 63

5-2-1-  نتایج مربوط به مقاومت فشاری.. 63

5-2-2-  ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مقاومت فشاری.. 64

5-2-3-  ﺗﺄثیر استفاده از الیاف شیشه بر روی مقاومت فشاری.. 65

5-3-  آزمایش مقاومت خمشی.. 69

5-3-1-  نتایج آزمایش خمش چهار نقطه­ای.. 70

5-3-2-  بررسی ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مدول گسیختگی بتن مسلح به الیاف شیشه. 74

ده

5-3-3-  بررسی ﺗﺄثیر الیاف شیشه و روش­های تولید بتن مسلح به الیاف شیشه بر مدول گسیختگی.. 77

5-4-  سهم پوزولان از مقاومت بتن.. 82

5-4-1-  سهم پوزولان از مقاومت فشاری.. 83

5-4-2-  سهم مواد پوزولانی از مدول گسیختگی.. 86

5-5-  طاقت خمشی.. 90

5-5-1-  بررسی شاخص­های طاقت... 91

5-5-2-  بررسی مقادیر مربوط به شاخص I5 در بتن مسلح به الیاف شیشه. 94

5-5-3-  بررسی مقادیر  شاخص I10 در بتن مسلح به الیاف شیشه. 95

5-5-4-  بررسی مقادیر  شاخص I20 در بتن مسلح به الیاف شیشه. 97

5-5-5-  نحوه­ی شکست نمونه­های خمشی.. 100

5-6-  خلاصه­ی فصل.. 102

   فصل ششم: خلاصه, نتایج و پیشنهادات

6-1-  مقدمه   103

6-2-  مروری اجمالی بر فعالیت­های انجام گرفته در تحقیق حاضر. 104

6-3-  نتایج به­دست آمده در این تحقیق.. 105

6-3-1-  مقاومت فشاری.. 105

6-3-2-  مدول گسیختگی.. 105

6-3-3-  سهم مواد پوزولانی از مقاومت بتن.. 106

6-3-4-  شاخص­های طاقت... 106

6-4-  پیشنهادات جهت انجام تحقیقات آینده. 107

 پیوست: نمودارهای بار- تغییر مکان. 108

مراجع...........................................................................................................................................................................................................138

یازده

 

منبع:

 

[1] "Design Consideration for SFRC", Reported by ACI Committee 544, pp. 563-580, 1998.

[2] Soroushian, P., "Secondary Reinforcement Adding Cellulose Fibers", ACI Concrete International, pp. 28-38, 1986.

[3] American Concrete Institute, "Fiber Reinforced Concrete", ACI Manual of  Concrete Practice, ACI 544.2R-89, 11 p., 1989.

[4] Űnala, O., Demirbaş, F., Uygunoĝlua, T., "Fuzzy Logic Approach to Predict Stress-Strain Curves of Fiber-Reinforced Concretes in Compression, Building and Environment", Building and Environment, Vol. 49, pp. 3589-3595, October 2006.

[5] Madhkhan M., Azizkhani R., Torki Harchegani M. E., “Effects of Pozzolans Together with Steel and Polypropylene Fibers on Mechanical Properties of RCC Pavements”, Construction and Building Materials Journal, Vol. 26, No. 1, pp. 102-112, 2012.

[6] Brown, R., Shukla, A., Natarajan, K.R., "Fiber Reinforcement of Concrete Structures", Transportation Center, University of Rhode Island, Project No. 536101, 51 p., 2002.

[7]  حاجی هاشمی، ع.، مقاوم سازی تیرهای بتن مسلح با استفاده از مصالحCFRP  پیش تنیده به روش نصب در نزدیک سطح ﴿NSM)، پایان نامه کارشناسی ارشد سازه، دانشکده­ی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1387.

[8] http://www.brighthubengineering.com.

[9] American Concrete Institute, "State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete", ACI Manual of Concrete Practice, ACI 544.1R-96, Detroit, Michigan, 66 p., 2002.

[10] ASTM A820-01, "Standard Specification for Steel Fiber for Fiber-Reinforced Concrete", ASTM International, 2001.

[11]  Buyle-Bodin  F., Madhkhan M., “Performance and Modeling of Steel Fibre Reinforced Piles under Seismic Loading”, Engineering Structures, Vol. 24, pp. 1049-1056, 2002.

[12] http://www.tunneltalk.com.

[13] Mosallam, "Strength and Ductility of Reinforced Concrete", Composites Journal, Vol. 31, pp. 481-497, 2000.

[14] Goangseup Zi, Byeong Min Kim, Yoon Koog Hwang, Young Ho Lee, C., "The Static Behavior of a Modular Foam-Filled Afrp Bridge Deck with a Strong Web-Flange Joint, Composite Structures, Vol. 85, pp. 155–163, 2008.

[15] Wrzesien, A.P., "Carbon Fiber Composites", U.S., Pat. No. 3971669, Nov. 30, 1976.

[16] American Concrete Institute, "Glass Fiber Reinforced Concrete (GFRC)", ACI Manual of Concrete Practice, ACI 544.1R-25, 1999.

[17] Razaqpur, A. G., Kashef, A. H., "State-of-the-Art on Fiber Reinforced Plastics for Buildings", Submitted to Institute for Research in Construction-National Research Council of Canada, Carleton University, Ottawa, Ontario, Canada, 1993.

[18] DEESMAN, Pre-FAB. Construction & GFRC CO., www.deesman.ir.

[19] Aljadro Enfedaque, Laura Sunchez Paradela, Vincente Sunchez-Galvez., "An Alternative Methodology to Predict Aging Effects on the Mechanical Properties of Glass Fibre Reinforced Cements (GRC)", Construction and Building Materials, Vol. 27, pp. 425-431, 2012.

[20] Cem –Fil GRC Technical Data, Complete Manual, 91 p., 1998.

[21] ASTM E119-00a, "Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials", ASTM International, 21 p., 2002.

[22] CONCRETEWORKS EAST, " BTS: Pouring GFRC Tile", www.concreteworkseast.com.

[23] Preservation Arts, "Preservation of Historic Structures", www.preservationarts.net.

[24] OWENS CORNING COMPOSITE MATERIALS, ''Durability of GRC", OCV Reinforcement, http://www.owenscorning.com.

[25] Liang W., Cheng J., Hu Y., Luo H., "Improved Properties of GRC Composites Using Commercial E-Glass Fibers with new Coatings", Mater. Res. Bull., Vol. 37, pp. 641–6, 2002.

[26] Oakley D.R., "The Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforced Cement Composites", 2nd International Symposium, pp. 160 -167, 1979.

[27] Oakley D.R. & Proctor B.A., "Tensile Stress Strain Behavior of Glass Fiber Reinforced Cement Composites", RILEM Symposium, Fiber Reinforced Cement & Concrete, The Construction Press Ltd., pp. 347-359, 1975.

[28] Mohammad Razavi Nouri, Jalil Morshedian, "Tensile and Flexural Behavior of Fiber Reinforced Cementitious Composites", Iranian J. of Polymer Science and Technology, Vol. 04, No. 01 pp. 56-63, 1995.

[29] HITECH, www.labhitech.ir/index.php/گالری-محصولات/view-photo/10/2.

[30] ASTM C 1018 -97, "Standard Test Method for Flexural Toughness and First-Crack Strength of Fiber-Reinforced Concrete", ASTM International, U.S.A., 1998.

[31] Benture A., Diamont S., "Direct Incorporation of Silica Fume into Glass Fiber Strands as a Means for Developing GFRC Composites of Improved Durability", The international Journal of  Cement Composite and Lightweight Concrete, Vol. 09, No. 03, pp. 127-135, 1987.

[32] Shashidhava Marikunte, Corina Aldea, Surendra, P. Shah, "Durability of Glass Fiber Reinforced Cement Composites: Effect of Silica Fume and Metakaolin", NFS Center for Advanced Cement-Based Material, Northwestern University, Vol. 05, pp. 100-108, 1997.

[33] Litherland K.L., Oakley D.R., Proctor B.A., "The Use of Accelerated Ageing Procedures to Predict the Long Term Strength of GRC Composites", Cement and Concrete Research, Pergamon Press Ltd., Vol. 11, pp. 455-466,1981.

[34] ASTM C618-00, "Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Concrete", ASTM International, 2000.

[35] رمضانیانپور، ع., پیدایش، م., "دوام بتن و نقش سیمان های پوزولانی"، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، نشریه شماره 274, تهران, 1376.

[36] باقری, ع., پرهیزگار, ط., رمضانیانپور, ع., قدوسی, پ., گنجیان, ا., " مواد جایگزین سیمان در بتن", مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، نشریه شماره 272, تهران, 1377.

[37] Ambriose, J., Murat, M., Pera, J., "Hydration Reaction and Hardening of Calcined Clays and Related Mineral", Cement and Concrete Research, Vol. 15, pp. 261- 268, 1985.

[38] Singh, L.P., Karade, S. R., Bhattacharyya, S. K., Yousuf, M. M., Ahalawat, S., "Beneficial Role of Nanosilica in Cement Based Materials", Construction and Building Materials, Central Building Research Institute, India, Vol. 47, pp. 1069-1077, 2013.

[39] ماهنامه فناوری نانو، سال ششم، شماره 122, 1386.

[40]  Stefanidou, M., Papayianni, I., "Influence of Nano-SiO2 on the Portland Cement Pastes", Composites: Part B, Laboratory of Building Materials, Civil Engineering Department, AUTH, Greece, Vol. 43, pp. 2706-2710, 2010.

[41] Li, Z., Wang, H., He, S., Lu, Y., Wang, M., "Investigations on Preparation and Mechanical Properties of the Nano-Alumina Reinforced Cement Composite", Materials Letters, Vol. 60, pp. 356-359, 2006.

[42] Nazari, A., Riahi, S., Fatemeh, S., Khademno, A., "Influence of Al2O3 Nanoparticles on the Compressive Strength and Workability of Blended Concrete", J. Am. Sci., Vol. 6, pp. 6–9, 2010.

[43] Li, H., Xiao, H. Ou, J., "A Study on Mechanical and Pressure-Sensitive Properties of Cement Mortar with Nanophase Materials," Cement and Concrete Research, Vol. 34, No. 3, pp. 435-438, 2004.

[44] Sobolev, K., Flores, I., Torres- Martinez, L. M., Valdez, P. L., Zarazua E., Cuellar, E. L., "Engineering of SiO2 Nanoparticles for Optimal Performance in Nano Cement-Based Materials", Department of Civil Engineering, CEAS, University of Wisconsin-Milwaukee, USA, pp. 139-148, 2009.

[45] Zyganitidis, I., Stefanidou, M., Kalfagiannis, N., Logothetidis, S., "Nanomechanical Characterization of Cement-Based Pastes Enriched with SiO2 Nanoparticles", Mater Sci. Eng. B., Vol. 176, pp. 1580–1584, 2011.

[46] Hannant, D. J., "Fiber Cements and Fiber Concrete", Wiley, Chichester, UK, 1987.

[47] Namman, A. E., "Fiber Reinforcement for Concrete", Concrete International Design and Construction, Vol. 7, No. 3, pp. 21-25, 1985.

[48] Biryukovich, K. L., and Yu, D. L., "Glass Fiber Reinforced Cement", Translated by G. L. Cairns (CERA Translation, 12), Civil Engineering Research Association, London, 1965.

[49] Design Guide, "Glass Fiber Reinforced Cement", Pilkington Brothers Ltd., Second Edition, Steel House Press, Liverpool, England, Jan. 1979.

[50] Majumdar, A. J., Nurse, R. W., "Glass Fiber Reinforced Cement", Materials Science and Engineering, Vol. 15, pp. 107-127, 1975.

[51] Bijin, J., “Improved Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforced Cement by Polymer Modification”, Institute for Material and Environment Research, sittared, Delft University of Technology, Civil Engineering Department, The Netherlands, Vol. 12, pp. 95-101, 28 February 1990.

[52] Peter J . M., Bartos & Wenzhong Zhu, Effect of Microsillica and Acrylic Polymer Treatment on the Ageing of GRC”, Advanced Concrete Technology Group, Department of Civil Engineering, University of Paisley, Vol. 18, pp. 31-39, 30 January 1996.

[53] Yeol Choi, Robert, L. Yuan, "Experimental Relationship Between Splitting Tensile Strength and Compressive Strength of GFRC and PFRC", Cement and Concrete Research, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Texas at Arlington, Arlington, TX, USA, Vol. 35, pp. 1587-1591, 2005.

[54] مستوفی نژاد، د. "بررسی تجربی خواص بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC)"، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، مجله استقلال، سال 20، شماره 1، شهریور 1380.

[55] Aljadro Enfedaque, Laura Sunchez Paradela, Vincete Sunchez-Galvez, “Analysis of Glass Fiber Reinforced Cement (GRC) Fracture Surfaces”, Construction and Building Materials, Vol. 24, pp. 1302-1308, 2010.

[56] Jo, B.W., Kim, C. H., Tae, G. H. and Park, J. B., "Characteristics of Cement Mortar with Nano-SiO2 Particles", Construction and Building Materials, Vol. 21, pp. 1351-1355, 2007.

[57] Jeng-Ywan Shih, Ta-Peng Chang, Tien-Chin Hsiao, "Effect of Nanosilica on Characterization of Portland Cement Composite", Materials Science and Engineering, Department of Construction Engineering, National Taiwan University of Science and Technology, Vol. 424, pp. 266–274, 2006.

[58] Precast/Presteressed Concrete Institute, "Manual for Quality Control for Plants and Production of Glass Fiber Reinforced Concrete Products", PCI-MNL-130-09, 183 p., 2009.

[59] ASTM committee C33-13, “Standard Specification for Concrete Aggregates”, ASTM International, USA, 2013.

[60] http://www.cfs.chirook.ir.

[61] http://www.Isfahancement.com.

[62] http://www.iranferralloys.com.

[63] http://www.asanceram.com.

[64] http://www.aerosil.com.

   [65] Aitcin, P.C., High Performance Concrete, E & FN SPON, Canada, 1998, 591 p.

[66] NEG ARG FIBRE, "High Zirconia Alkali-Resistant Glass Fiber", Nippon Electric Glass, http://www.arg.neg.co.jp/.

[67] Chengdu Chang Yuan Shun CO., "Test Report of AR-Glass Fiber Roving", http://www.169chem.net.

[68] British Standard, "Measuring the Consistency of the Matrix-Slump Test Method", BS-EN1170-1, 1998.

[69] British Standard, "Measuring Bending Strength, Complete Bending Test", BS-EN1170-5, 1998.

[70] British Standard, "Measuring the Fiber Content in Fresh GRC, Wash out Test", BS-EN1170-2, 1998.

[71] BS 1881: Part 116, "Testing Concrete: Method for Determination of Compressive Strength of Concrete Cubes", British Standard Institution, London, 1983.

[72] ASTM C78-10, "Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam With Third-Point Loading)", ASTM International, USA, 2010.

[73] Pu, X., “Study of Pozzolanic Effect of Active Mineral Admixture on Cement and Concrete by Rising Specified Strength”, China Concrete and Cement Products, pp. 6-14, 1997.