الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در بتن مسلح الیافی MFRC بتن فرم پذیر قابل ارتجاع
I.C.T Canada Elasto Plastic Concrete

چکیده:
تکنولوژی کاربرد الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در بتن مسلح الیافی اولین بار در کشور ژاپن توسط شرکت Hagihara Industries Elasto Plastic Concrete بعنوان یک فناوری نوین ابداع گردید بتن الیافی پلیمری در حقیقت یک نوع کامپوزیت بوده و الیاف پلیمری تقویت کننده و باعث افزایش مقاونت کششی، فشاری،سایشی، برشی، یکپارچگی،فرم پذیری ،ضربه پذیری و قابلیت جذب انرژی خمشی بیشتر و پایداری و دوام بتن درمقابل آتش ، شوک حرارتی و انفجار میگردد..کاربرد الیاف پلیمری در سازه های بتنی میتواند نقش مکملی برای فولاد داشته باشد . با پخش ترکها مقابله کرده و مقاومت بتن را در مقابل خستگی حیاتی بتن (Fatigue) یا جمع شدگی(Shrinkage)کاویتاسیون(Cavitation) وروی تنشهای حرارتی و خواص مکانیکی بتن تاثیر مثبت میگذارد.
بتن پر مقاومت توسعه جدیدی در صنعت ساخت و سازهای بتنی محسوب میگردد.مقاومت و دوام بتن دو عامل اصلی بوده و هرچه مقاومت فشاری بتن بیشتر میشود بتن ترد و شکننده تر میگرددو مقاومت کششی بتن به نسبت افزایش مقاومت فشاری بتن افزایش نمی یابد.و بتن از تغییر شکل نسبی پایین تری برخوردار خواهد شد بدین دلیل نیاز به استفاده الیاف در بتن پر مقاومت کاملا” مشهود میباشد.
واژگان کلیدی:بتن فرم پذیر قابل ارتجاع-الیاف پلیمری ماکرو سازه ای- مقاومت فشاری،کششی،برشی،سایشی- کاویتاسیون- شوک حرارتی- آزمایش
بتن سنگ مصنوعی ساخته شده بدست بشر ،مخلوطی از سیمان،آب و سنگدانه است و پر مصرف ترین ماده در جهان پس از آب میباشد .در گروه جامدات هوشمند بودن بتن برای بشر ناشناخته بوده و انسان به درصد کمی در پیچیدگی های بتن پی برده است با کسب علم و دانش لازم میتوان عمر مفید سازه های بتنی را افزایش داده و خواص این ماده هوشمند را در سازه های بتنی با دوام و عمر مفید زیاد همراه با طبیعت این کره خاکی گام به گام پیش برد.
کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکلهای زیاد را بدون شکستن تحمل نمایدمورد توجه قرار گرفته و تحقیقات وسیعی در خصوص تامین نرمی و فرم پذیری بتن ( Elasto Plastic Concrete) با استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای و حذف آرماتور شده است.
برای افزایش مقاومت کششی و پیشگیری از گسترش ترک و افزایش فرم پذیری سازه های بتنی در مقابل بارهای لرزه ای نظیر زلزله ، کشور ژاپن جزو کشورهای پیشرفته دنیاست که بدلیل زلزله خیز بودن تدابیر لازمی برای پیشگیری از بلایای طبیعی اندیشیده و الیاف پلیمری ماکرو سازه ای را برای افزایش نرمی و فرم پذیری و افزایش مقاومت در برابر زلزله، بارهای دینامیکی و ضربه ای استفاده نموده است.
کمیته اضطراری بلایای طبیعی گزارشی منتشر نموده و پیش بینی کرده است که در ۱۰ سال آینده قریب به یقین ۵ زلزله بزرگ در شهرهای لی انجلس، توکیو، تهران، شمال غرب اقیانوس آرام و سوماترای اندونزی احتمال زمین لرزه شدید در آنها نسبت به دیگر مناطق جهان بیشتر خواهد بود.

ایران از نظر لرزه خیزی در منطقه فعال جهان قرار دارد به گواهی اطلاعات مستند علمی و مشاهدات قرن بیستم یکی از پر خطرترین مناطق جهان در اثر زمین لرزه های پر قدرت محسوب میشود بطور متوسط هر پنج سال یک زمین لرزه با آسیبهای جانی و مالی بسیار زیاد درایران رخ داده است.
ژاپنیها تحقیقات وسیعی را روی بتن فرم پذیر قابل ارتجاع Elasto Plastic Concrete انجام داده اند که بتن فرم پذیر قابل ارتجاع قبل از شکستن چندین برابر بتن معمولی مقاومت کششی ، برشی، خمشی را تحمل مینماید ودر خصوص تامین نرمی و طاقت بتن در کشش و کنترل ترکها استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای مورد توجه قرار گرفته است.
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در جسم بتن در همه جا پراکنده شده و در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف پلیمری با پل زدن بین ترکها بار و کرنش را حمل میکند، اتصالاتی را بوجود آورده و از گسترش ترک جلوگیری مینماید و رشته های الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بطور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شده و قابلیت بهره برداری و دوام بتن را افزایش میدهند. فناوری نوین بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای با چسبندگی، الیاف و ماتریس بتن خواص مناسبی همچون قابلیت جذب انرژی ، شکل پذیری بتن ، افزایش مقاومت کشششی ، فشاری ، سایشی، برشی، یکپارچگی، ضربه پذیری و باعث پایداری و دوام سازه های بتنی در شوک حرارتی و انفجار می شود.

جذب انرژی الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC با مقایسه با شبکه فولاد حرارتی و الیاف فلزی بر طیق استاندارد بین المللی ASTM-C 1550 آزمایش گردیده که جدول شماره ۱- برای جابجایی ۴۰ میلیمتر الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC بمقدار ۵ کیلوگرم در متر مکعب بتن ،جذب انرژی ۵۶۴ ژول و شبکه میلگرد قطر ۵ میلیمتر بابعاد ۵۰ ×۵۰ میلیمتر بمقدار ۶۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن ،جذب انرژی ۵۱۸ ژول و الیاف فولادی بمقدار ۴۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن جذب انرژی ۴۷۲ ژول بوده است. الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC جذب انرژی بیشتری نسبت به شبکه آرماتور حرارتی و الیاف فولادی دارد و عدم وجود خوردگی( Corrosion)در الیاف پلیمری فوق دوام انرژی جذب شده در آن در طولانی مدت بیشتر از فولاد میباشد.

الیاف پلیمری ماکرو سازه ای عاج دار در بتن قابل ارتجاع فرم پذیر از انهدام تیرهای بتنی در اثر کشش قطری جلوگیری کرده و در برخی از آزمایشها کاربرد الیاف پلیمری ماکرو سازه ای مقاومت برشی تیرها را بیش از ۱۰۰ درصد افزایش میدهد.
نتایج آزمایشهای انجام شده بر روی ۷ تیر دارای الیاف پلیمری آجدار که چهار تیر آن خاموت هم داشته معادله زیر جهت برآورد Vcf پیشنهاد شده است .

Ft : مقاومت کششی بتن که از نتایج کششی مستقیم استوانه ۳۰× ۱۵ سانتیمتر بدست می آید.
: نسبت عمق موثر به دهانه برشی است.
اثرات انواع مختلف الیاف از طریق پارامتر Ft در معادله بررسی می شود روش طراحی پیشنهاد شده همان طریق ACI-318 را در مورد محاسبه سهم خاموت در ظرفیت برشی را دنبال می کند که به آن نیروهای مقاوم بتن نیز که براساس تنش برشی معادله بالا محاسبه شده اضافه می گردد.

موارد کاربرد الیاف پلیمری MFRC:

فن آوری نوین بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای با خواص مناسبی همچون قابلیت جذب انرژی ،شکل پذیری بالا، مقاومت فوق العاده،پایداری در مقابل ترک خوردن را دارا میباشد که متناسب با آن میتوان موارد کاربرد فراوانی یافت.بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم در برابر ضربه همچون سازه های بتنی پناهگاهها، انبارهای نگهداری مواد منفجره،فرودگاهها، بتن غلتکی، ترمیم سازه ها ، بتن پاششی، پلها ،سکوهای نفتی، ورزشگاهها، سر ریز سدها، تقویت زمین و معادن،پوشش تونلTBM، منهول، کانال، لوله های بتنی، اسکله، دیواره های برگشت، تثبیت خاک، تزریق حفره های زیرزمینی، تدابیر زلزله، پوشش کانال، استحکام رامپ، استخرها، مخازن،سقفهای مسکونی، پیاده رو،مسیرهای عبور و مرور صنعتی و تجاری، پارکینگ، قطعات پیش ساخته، تاسیسات شیمیایی و غیره میباشد.
بتن الیاف پلیمری در سالهای اخیر در پروژه هایی نظیر:بتن غلتکی برای روسازی راهها و فرودگاهها ، بتن پلهای عظیم با تغییر شکلهای زیاد و بویژه در پوشش بتنی تونلها بکار رفته است .در ساخت پوشش تونلها بتن الیاف پلیمری با پاشیدن( Shotcrete) بر جداره تونل شکل می پذیرد.

برای حذف ترکها در پوشش تونلهایی که بصورت قطعات پیش ساخته (Segment) اجرا می شود از بتن بدون آرماتور و تنها از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC استفاده شده و این نوع بتن بسبب حذف ترکها در حین عمل آوری (Curing) و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونلهای مترو استفاده شده است.
در نوع بسیار جدید بتن الیافی ماکرو سازه ای که میتوان با آن به حداکثر شکل پذیری قابل ارتجاع در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف (بتن SIMCON ) استفاده می شود در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر میگردد.مقدار الیاف در این بتن حدود ۱۰ درصد بوده و میزان الیاف حدود ۱۰ برابر میزان الیاف در بتن های متداول الیافی میباشد و تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دالهای فولادی میرسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود ۱۱۰-۸۵ مگا پاسکال و مقاومت خمشی حدود ۴۵-۳۵ مگا بوده و این قطعات را نه تنها میتوان بعنوان لایه های محافظ کوچک استفاده کرد،بلکه در باندهای فرودگاهها در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان میدهد و در کارهای تعمیراتی دالها میتوان از آنها بعنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز استفاده کرد. الیاف پلیمری در دمای بالای آتش – شوک حرارتی و انفجار ذوب شده و کانالهایی برای فرار و خروج بخار آب از بتن را فراهم میسازد واز تخریب سازه های بتنی محافظت مینماید.
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC از مواد خالص پلیمری(پلی پروپیلن- پلی الفین) با مقاومت کششی بیش از۵۰۰ مگا پاسکال در طولهای ۵۰ و ۷۵ میلیمتر(۲ و ۳ اینچ) بوده و شکل عاج بی نظیر هر فایبر گیرداری محکمی در بتن ایجاد میکند.
الیاف MFRC را میتوان در هر زمانی در حال اجرا به بتن ساز،تراک میکسرو بتن آماده اضافه کرد و میزان مصرف الیاف MFRC بستگی به نیازهای پروژه داشته و میتوان بمقدار ۲ تا ۹ کیلوگرم در متر مکعب بتن استفاده کرد.

مزایای الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC

* قیمت ارزان
* افزایش مقاوت کششی و برشی و خمشی بتن
* زنگ نمیزند و مقاوم در مقابل خوردگی
* پیشگیری از ایجاد ترک در بتن
* افزایش مقاومت بتن در مقابل خستگی حیاتی بتن
* افزایش مقاومت بتن در مقابل ضربه
* افزایش مقاومت بتن در مقابل تنشهای ناشی از چروک خوردگی بتن
* افزایش پایداری بتن در اثر آتش ، شوک حرارتی و انفجار
* پایداری و جذب انرژی خمشی در طولانی مدت
* افزایش مقاومت بتن در مقابل نیروی زلزله و بارهای زنده و لرزه ای

استانداردهای الیاف MFRC:

ACI 544, ACI 360, ACI 506

ASTM C 1018, ASTM C 1399, ASTM C 1550

دکتر علی معظمی شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه

The post الیاف پلیمری appeared first on شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه.

بتن غلتکی( Roller Compacted Concrete: RCC )

چکیده : بتن غلتکی یک فناوری در حال رشد و توسعه در دنیا بوده و کاربرد وسیعی در سد سازی ، راهها با ترافیک سنگین، بنادر،اسکله ها،فرودگاهها،محوطه های صنعتی، پارکینگها،راههای ارتباطی و روسازی راه و غیره دارد .
در بتن غلتکی سدسازی اندازه سنگدانه درشتتر از بتن معمولی بوده و از ۵۰ میلیمتر تا بیش از ۱۰۰ میلیمتر استفاده میگرددو عیار سیمان آن کم میباشد.
بتن غلتکی روسازی اندازه دانه بندی مصالح حداکثر ۱۹ میلیمتر بوده و با عیار سیمان ۲۵۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن مقاومت فشاری ۷ روزه معادل ۲۳۰ کیلوگرم برسانتیمتر مربع و ۲۸ روزه معادل ۳۲۰ کیلوگرم بر سانتیمترمربع بدست آمده است.
مخلوطی از سنگدانه ها ، سیمان و آب داخل دستگاه مخلوط کن بصورت بتن با اسلامپ صفر میکس شده وبنام بتن غلتکی بوسیله فینیشر پخش و با غلتک ویبره و سپس غلتک چرخ لاستیکی کوبیده و متراکم میگردد.
پس از کوبیدن و متراکم کردن بتن کیورینگ و مرطوب نگه داشتن سطح بتن بمدت یک هفته ضروری میباشد.
کلید واژه ها: بتن غلتکی RCC ، آسفالت قیری، مقاومت فشاری، سیکل یخبندان ، دوام ، پایداری ، محیط زیست،روسازی راه با مصالح شسته و غیر شسته
تاریخچه ی بتن غلتکی :
مهندسین کانادایی پیشروان بتن غلطکی در دنیا بوده اند در ایالت بریتیش کلمبیا (British cloumbia) در سال ۱۹۷۰ بتن غلتکی را برای محوطه سازی کارخانجات الوار با بار ترافیکی سنگین در ونکوور کانادا آغازشد. نتیجه بتن غلتکی رضایت بخش بود. رو سازی بتن غلتکی در محوطه های صنعتی کاربرد وسیعی در کانادا پیدا کرد. و اولین بتن غلتکی در اروپا در سال ۱۹۷۰ در جاده های با بار ترافیکی کم در اسپانیا استفاده گردید.

سال ۱۹۷۵ ارتش امریکا در ایالت می سی سی پی در یک ایستگاه مطالعاتی یک جاده دسترسی بصورت آزمایشی از بتن غلتکی احداث نمود نتیجه از لحاظ اقتصادی و طول عمر و سرعت اجرا عالی بود.
در سال ۱۹۸۴ امریکا در پایگاه نظامی هود تگزاس پارکینگ تانک ها و وسایل نقلیه ئ نظامی سنگین از بتن غلتکی استفاده نمود که بسیار موفقیت آمیز بود و پروژه های روسازی جاده و پارکینگ وسایل نقلیه چرخ
زنجیری به مساحت ۳۲۴۰۰۰ متر مربع در پایگاه نظامی درام (Drum) نیویورک و روسازی پارکینگ اتومبیل شرکت جنرال موتور در ایالت تنسی به مساحت ۴۰۵۰۰۰ متر مربع در آمریکا اجرا گردید
و در سال ۱۹۹۲ شرکت سیف وی برای روسازی محوطه انبار خود در ایالت کالیفرنیا ۲۲۶۰۰۰ متر مربع اجرا گردید.

در سال ۱۹۸۷ در ژاپن اولین بتن غلتکی به بهره برداری رسید و تا سال ۱۹۹۷ حدود ۱۸۰۰۰۰۰ متر مربع روسازی بتن غلتکی در ژاپن ساخته شد.
در کشور های مالزی – فرانسه – نروژ – فنلاند- دانمارک – آلمان – استرالیا و آرژانتین شروع به روسازی بتن غلتکی کردند.
تا پایان سال ۱۹۹۰ سطح روسازی بتن غلتکی در اروپا بیش از ۱۲۰۰۰۰۰۰ متر مربع اجرا که بیش از نیمی از آن در اسپانیا ساخته شد. و حدود ۱۵۰۰۰۰۰ متر مربع از این سطح برای بزرگراه ها و راه های اصلی بوده است.

مزیت رویه های بتنی در مقایسه با آسفالتی :

رویه بتنی در نواحی با مقاومت بستر کم و ترافیک سنگین نسبت به روسازی آسفالتی ارجح تر است. هزینه تعمیر و نگهداری روسازی بتنی در مقایسه با آسفالتی کمتر میباشد.
عمر مفید رویه های بتنی چندین برابر بیشتر از روسازی های آسفالتی بوده و به دلیل فراهم ساختن دید بیشتر در شب برای استفاده کنندگان روسازی بتنی از نظر ایمنی نسبت به آسفالت ارجح تر است.
ضخامت روسازی بتنی در مقایسه با روسازی آسفالتی کمتر است و در نتیجه در نواحی که محدودیت ضخامت وجود دارد ارجحیت داشته و در عین حال در مصرف مصالح نیز صرفه جویی می گردد.
به دلیل صرفه جویی در بکارگیری مصالح در لایه بتنی تخریب منابع طبیعی و محیط زیست نسبت به آسفالت کمتر صورت می گیرد.
در مناطق شیب دار کوهستانی با تعداد زیاد وسایل نقلیه سنگین که روسازی آسفالت جوابگو نمی باشد روسازی بتنی می تواند به عنوان گزینه ی خوبی مد نظر قرار گیرد.
در شرایط محیطی با دمای زیاد عملکرد روسازی بتنی بهتر از آسفالتی است.
کاربرد بتن غلتکی در ساخت سد ها و پارکینگ فرودگاه ها – راه های ارتباطی :محوطه و ترمینال های بنادر و روسازی راه و غیره بوده و برای بتن غلتکی سد سازی اندازه ی سنگدانه درشت تر از بتن معمولی و از ۵۰ میلیمتر تا بیش از ۱۰۰ میلیمتر و عیار سیمان کمتر از بتن معمولی می باشد.
بتن غلتکی مخلوطی از سنگدانه ها –سیمان و آب داخل دستگاه مخلوط کن به صورت بتن نمدار با اسلامپ صفر میکس شده و به وسیله ی فینیشر پخش با غلتک های ویبره و سپس غلتک های چرخ لاستیکی کوبیده و متراکم می گردد پس از متراکم کردن بتن کیورینگ و مرطوب نگهداشتن سطح بتن به مدت یک هفته ضروری می باشد
جهت بهبود خصوصیات شکل پذیری و افزایش مقاومت خمشی بتن غلتکی استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای باعث افزایش شکل پذیری بتن – افزایش مقاومت خمشی –پیشگیری از ایجاد ترک و افزایش
مقاومت بتن غلتکی در مقابل ضربه افزایش دوام بتن در مقابل خستگی حیاتی بتن و پایداری و جذب انرژی خمشی در طولانی مدت می گردد.
در حال حاضر در کشور آمریکا و کانادا و کشورهای اروپایی و خاور دور بتن غلتکی برای روسازی ترافیک بسیار سنگین در شرایط آب و هوای نامساعد و سرما و یخبندان و گرمای شدیدجایگزین آسفالت قیری گردیده است.

بر طبق آئین نامه ACI 207.5 R89 برای بتن غلتکی و تراکم پذیری Compactibility بر طبق استانداردASTM C 1170 آزمایش میگردد.
استفاده از سیمانهای پوزولانی کارایی بتن غلتکی را به اندازه قابل توجهی افزایش خواهد داد .

فینیشرهای جدید با تنظیمات لیزری برای بتن غلتکی به بازار آمده که دارای شمشه و ویبره بوده و بتن هنگام پخش و تسطیح شمشه گیری و سپس با ویبره مرتعش میگرددو سطح بتن غلتکی در حد روسازی های آسفالت قیری صاف و مسطح میباشد.
ضخامت بتن غلطکی تا ۲۵ سانتیمتر و میزان تراکم حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد حداکثر تراکم انجام شده در آزمایشگاه میباشد زمان کارکردغلتکهای پشت فینیشر کمتر و سرعت وکیفیت افزایش یافته و کاربرد بتن غلتکی یکی از ارزان ترین و بادوام ترین روش اجرا تبدیل شده است.
مصالح غیر شسته و فیلر طبیعی ریز دانه غیر خمیری عبوری از الک ۲۰۰ در حد ۵/۷ درصد بدون شستشو میتواند در مخلوطهای بتن غلتکی مصرف گردد.
استفاده از میکروسیلیس کیفیت روسازی بتن غلتکی را افزایش میدهد.
مصالح نخودی و بادامی تا حداکثر ۱۹ میلیمتر ماسه شکسته و فیلر طبیعی و عیار سیمان ۲۵۰ کیلوگرم سیمان در متر مکعب بتن غلتکی مقاومت فشاری ۷ روزه معادل ۲۳۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع و ۲۸ روزه معادل ۳۲۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع بدست آمده است.
با توجه به گرانی قیر و آلودگی زیست محیطی هیدروکربورها ناشی از پخت لکه گیری عمر کوتاه و گرانی قیمت تمام شده آسفالت روسازی از گردونه مصرف کشورمان خارج خواهد شد .
از طرفی تولید سالیانه حدود ۶۰ میلیون تن سیمان در ایران و ارزانی مصالح و قیمت تمام شده پایین، اجرای سریع و آسان ،مقاومت و دوام و سازگاری با محیط زیست و هوای گرم و سرد ،بتن غلتکی درآینده در پروژه های سد سازی ،روسازی راه با ترافیک سنگین،بنادر،اسکله ها ،فرودگاه ها،محوطه های صنعتی، پارکینگ ها، راه های ارتباطی و غیره کاربرد وسیعی خواهد داشت.

دکتر علی معظمی شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه

The post بتن غلتکی appeared first on شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه.

بتن هوشمند (Smart Concrete) :
بتن شکل پذیر قابل ارتجاع (Elasto Plastic Concrete)
بتن خود ترمیم (Self Healing Concrete)

چکیده :
بتن هوشمند شکل پذیر قابل ارتجاع خود ترمیم، با اضافه کردن الیاف پلیمری و نانو ذرات سیلیس به بتن معمولی باعث افزایش مقاومت کششی، خمشی، برشی، سایشی و خود ترمیمی بتن می گردد .
کاربرد الیاف پلیمری و نانو ذرات سیلیس در بتن پیوستگی و یکپارچگی عالی در بتن ایجاد می نماید .
نانو ذرات سیلیس واکنش پوزولانی به کریستالهای هیدروکسید کلسیم Ca(OH)2 داده و ژل متراکم، یکپارچه و نا محلول هیدروکسید کلسیم سیلیکات (C – S – H) تشکیل می دهد .
نانو سیلیس به علت داشتن سطح ویژه بسیار زیاد مانند هسته عمل کرده و چسبندگی بسیار قوی با سیمان هیدراته تشکیل می دهد و از رشد بیشتر بلورهای هیدروکسید کلسیم جلوگیری نموده و مانند پوزولانها ترکهای ریز و منافذ مویین را پر کرده و در نهایت سبب تراکم ساختار سیمان، کاهش نفوذ پذیری، افزایش مقاومت، دوام و عمر مفید سازه های بتنی می گردد .
در اثر آب و هوا ترکهای ریز و منافذ مویین بتن، خود ترمیم شده و بتن آسیب دیده استحکام خود را دوباره بدست می آورد.
واژگان کلیدی : بتن ، الیاف پلیمری ، نانو ذرات سیلیس ، بتن هوشمند شکل پذیر خود ترمیم ، آزمایش.

بتن، سنگ مصنوعی ساخته دست بشر مخلوطی از سیمان، آب و سنگدانه است و پر مصرف ترین ماده در جهان می باشد . در گروه جامدات هوشمند بودن بتن برای بشر نا شناخته بوده و انسان به درصد کمی از پیچیدگی های بتن پی برده است.
با کسب علم و دانش لازم می توان عمر مفید سازه های بتنی را افزایش داده و خواص این ماده هوشمند را در سازه های بتنی با دوام، با عمر مفید زیاد همراه با طبیعت این کره خاکی گام به گام پیش برد.
بتن معمولی ترد و شکننده بوده ونیروهای زلزله باعث شکست ناگهانی و فروریختن سازه های بتنی می گردد .
با قرار دادن فولاد داخل بتن و مسلح کردن آن فولاد نیروهای کششی را تحمل نموده و از طرفی در خیلی از موارد نیروهای کششی به طور دقیق مخصوصاً در بارهای دینامیکی مشخص نمی باشد .
ایران از نظر لرزه خیزی در منطقه فعال جهان قرار دارد. به گواهی اطلاعات مستند علمی و مشاهدات قرن بیستم یکی از پر خطرترین مناطق جهان در اثر زمین لرزه های پر قدرت محسوب می شود .
به طور متوسط هر پنج سال یک زمین لرزه با آسیب های جانی و مالی بسیار زیاد در ایران رخ داده است.
ژاپنی ها تحقیقات وسیعی روی بتنی انجام داده اند که بتن قبل از شکستن چندین برابر بتن معمولی مقاومت کششی را تحمل می نماید . در خصوص تامین نرمی و طاقت بتن در کشش و کنترل ترکها استفاده از الیاف پلیمری مورد توجه قرار گرفته است.

بتن شکل پذیر قابل ارتجاع (Elasto Plastic Concrete)

با اضافه کردن الیاف پلیمری به بتن مقاومت کششی، خمشی، برشی و سایشی بتن افزایش یافته و پیوستگی و یکپارچگی عالی در بتن ایجاد می گردد .
بتن شکل پذیر قابل ارتجاع دارای قابلیت جذب انرژی زیادی بوده (شکل ۱ و نمودار ۲) و در مقابل زلزله، بارهای ضربه ای و نیروهای دینامیکی بسیار مقاوم می باشد .

الیاف پلیمری موجود در بتن شکل پذیر قابل ارتجاع از ایجاد ترک در بتن پیشگیری نموده و باعث افزایش مقاومت بتن در مقابل خوردگی،افزایش دوام بتن، افزایش مقاومت در مقابل خستگی حیاتی بتن، افزایش مقاومت در مقابل تنشهای ناشی از چروک خوردگی بتن ، افزایش پایداری در اثر آتش سوزی، شوک حرارتی و انفجار و افزایش مقاومت بتن در مقابل کاویتاسیون (Cavitation) میگردد (شکل ۳).

کاربرد بتن شکل پذیر قابل ارتجاع با استفاده از الیاف پلیمری در دال و عرشه پلها، ترمیم سازه های بتنی، بتن پاششی، گذرگاههای فرودگاه، ورزشگاهها، سرریز سدها، تثبیت خاک ، معادن ، پوشش تونل TBM ، سازه های دریایی، منهول، کانالها، لوله های بتنی، اسکله، دیوارهای برگشت، تزریق حفره های زیر زمینی، پوشش کانالها، استحکام رامپ، استخرها، مخازن بتنی، سقفهای ساختمانهای مسکونی، پیاده روها، مسیرهای عبور و مرور صنعتی و تجاری و پارکینگ، قطعات پیش ساخته، تاسیسات شیمیایی و غیره میباشد.
بتن قابل ارتجاع فرم پذیر قبل از شکستن چندین برابر بتنی معمولی کشیده می شود و مقاومت کششی در نخستین ترک و مقاومت کششی نهایی بتن توسط الیاف پلیمری افزایش می یابد.
الیاف پلیمری آجدار موجود در بتن قابل ارتجاع فرم پذیر از انهدام تیر های بتنی در اثر کشش قطری جلوگیری کرده و در برخی از آزمایشها کاربرد الیاف پلیمری مقاومت برشی تیرها را بیش از ۱۰۰ درصد افزایش می دهد.
نتایج آزمایشهای انجام شده بر روی ۷ تیر دارای الیاف پلیمری آجدار که چهار تیر آن خاموت هم داشته معادله زیر جهت برآورد Vcf پیشنهاد شده است .

Ft : مقاومت کششی بتن که از نتایج کششی مستقیم استوانه ۳۰× ۱۵ سانتیمتر بدست می آید.
: نسبت عمق موثر به دهانه برشی است.
اثرات انواع مختلف الیاف از طریق پارامتر Ft در معادله بررسی می شود روش طراحی پیشنهاد شده همان طریق ACI-318 را در مورد محاسبه سهم خاموت در ظرفیت برشی را دنبال می کند که به آن نیروهای مقاوم بتن نیز که براساس تنش برشی معادله بالا محاسبه شده اضافه می گردد.

بتن خود ترمیم (Self Healing Concrete)

نانو ذرات سیلیس با ایجاد واکنش پوزولانی با کریستالهای هیدروکسید کلسیم Ca(OH)2 ژل متراکم یکپارچه و نامحلول هیدروکسید کلسیم سیلیکات (C-S-H) تشکیل و نانو سیلیس بعلت داشتن سطح ویژه بسیار زیاد مانند هسته عمل کرده و چسبندگی بسیار قوی با سیمان هیدراته تشکیل میدهد.
نانو سیلیس با هیدروکسید کلسیم واکنش نشان داده و از رشد بیشتر بلورهای هیدروکسید کلسیم جلوگیری و مانند پوزولانها ترکهای ریز و منافذ مویین را پر کرده و در نهایت سبب تراکم ساختار سیمان و کاهش نفوذ پذیری و افزایش مقاومت و دوام و عمر مفید سازه بتنی میگردد.
پروفسور ویکتور لی در دانشگاه میشیگان در رابطه با خود ترمیمی بتن در پلها و جاده ها به نتایج جالبی رسیده است بطوریکه ترکهای ریز و منافذ مویین در حد ۳۰ میکرون (یک سوم تار مو) در اثر آب و هوا خود ترمیم شده و بتن استحکام خود را دوباره بدست می آورد .
خود ترمیمی بتن از ورود آب و نمک و یون کلر و مواد شیمیایی داخل سازه بتنی جلوگیری نموده و از خوردگی (Corrosion) فولاد و تخریب بتن پیشگیری خواهد کرد .

دکتر علی معظمی شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه

The post بتن هوشمند Smart Concrete appeared first on شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه.