تعيين آزمايشگاهي خصوصيات مكانيكي كامپوزيتهاي سيماني اليافي توانمند

Experimental Evaluation of Mechanical Properties of High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites

كامپوزيت­هاي سيماني اليافي به‌صورت موادي مركب با دو مؤلفه اصلي شامل الياف و ملات تعريف مي‌شوند. الياف و ملات به سبب وجود پيوستگي با يكديگر كار مي­كنند كه منجر به تشكيل يك كامپوزيت قوي مي­گردد. كامپوزيت­هاي سيماني اليافي توانمند (HPFRCC) يك نوع خاص از كامپوزيت­هاي سيماني اليافي هستند كه علامت مشخصه­ي آن‌ها رفتار سخت‌شوندگي كرنش دركشش پس از اولين ترك­خوردگي است. هدف از اين مقاله درك بهتر رفتار سخت‌شوندگي كرنش در كامپوزيت‌هاي سيماني اليافي توانمند تحت بارهاي فشاري تك‌محوري، خمش چهار نقطه‌اي و برش خالص است. پارامترهاي مؤثر در اين پژوهش نوع الياف و مسير بارگذاري است. در اين آزمايش‌ها از سه نوع الياف شامل الياف فولادي قلاب‌دار، الياف فولادي موجدار، الياف پلي‌پروپيلن، به‌صورت الياف تنها و تركيبي با ميزان حجمي 5/1% در مخلوط ملات استفاده شده است. جهت دستيابي به رفتار سخت‌شوندگي كرنش قابل‌قبول نسبت‌هاي اختلاطي مختلفي موردبررسي قرار گرفته است و بهترين طرح اختلاط معرفي گرديده است. مسيرهاي بارگذاري انتخاب‌شده شامل بارگذاري فشاري تك‌محوري، خمش چهار نقطه‌اي و برش خالص است. خصوصيات مكانيكي در فشار با استفاده از نمونه‌هاي استوانه‌اي تعيين شده است. آزمايش‌هاي خمش چهار نقطه‌اي بر روي نمونه‌هاي منشوري بدون شكاف و آزمون‌هاي برش مستقيم بر روي نمونه‌هاي شكاف دار (جهت كاهش سطح مقطع با گسيختگي اجباري) انجام شده است. نتايج به‌دست‌آمده از آزمايش‌ها، جهت ارزيابي تأثير نوع الياف، بر طاقت خمشي، برشي و شكل‌پذيري در فشار مورد آناليز بيشتر قرارگرفته‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه خصوصيات مكانيكي HPFRCC، افزايش قابل‌توجهي نسبت به بتن معمولي در آن‌ها ايجاد مي‌گردد. استفاده از HPFRCC با توجه به عملكرد مناسب در فشار، كشش و برش مي‌تواند به‌عنوان راهكاري به‌منظور جلوگيري از تراكم آرماتور، كاهش ميزان زياد آرماتورهاي عرضي در اتصالات تير به ستون و افزايش ظرفيت برشي و شكل‌پذيري اعضا باشد.

High Performance Fiber Reinforced Cementitious composites (HPFRCCs) are basically integrated with two main components including fiber and mortar. These two ingredients are interactively affected due to interfacial bonding which develop a strong composite. HPFRCCs are specific kinds of Fiber Reinforced cementitious composites which can undergo strain hardening behavior after initial cracks. In the present study, it is aimed to understand the strain hardening behavior of HPFRCCs under uniaxial compression, four-point flexural loads and pure shear. The types of fibers and loading path are the effective parameters in this study. Three types of fibers including Hooked end steel fibers, wavy steel fibers and Poly propylene fibers have been solely used or compounded 1.5% by volume of fibers in mortar mixtures. Different mix ratios have been evaluated to achieve the acceptable strain hardening behavior and the best mix ratio has been introduced. Uniaxial compression, four-point flexural loads and pure shear have been chosen as loading paths. The four-point flexural tests on splitless prisms and direct shear tests on split specimens (to decrease the non-optional failure cross section) have been applied. The test results have been more evaluated to assess the effects of types of fibers on shear and flexural toughness and ductility under compression. It is revealed that the mechanical properties of HPFRCCs have been considerably enhanced rather than normal concretes. HPFRCCs can be applied as an appropriate technique to restrain the reinforcement congestion, decrease the high value of transverse reinforcements at beam-column joints and also improve the shear capacity and ductility of the members.