مكانيك شكست بتن الياف مسلح: مطالعه ي آزمايشگاهي اثر جنس، هندسه و تركيب الياف مختلف

Fracture mechanics of fiber reinforced concrete: Experimental study of composition, geometry and hybridization of fibers

در سال هاي اخير استفاده از الياف پليمري گسترش قابل توجه ي در مسلح سازي بتن داشته است. نقش اصلي الياف در رفتار پس از ترك خوردگي بتن بروز مي نمايد. بررسي دقيق رفتار ترك خوردگي مستلزم به كارگيري مفاهيم مكانيك شكست در فرآيند شكست و گسترش ترك تيرهاي بتني مي باشد. به اين منظور در اين تحقيق 14 نمونه ي بتني به ابعاد 400×100×100 ميلي متر كه در مركز وجه كششي خود داراي شكافي به عمق 35 ميلي متر مي باشند؛ تحت آزمايش خمش چهار نقطه اي قرار گرفتند. در اين نمونه ها جنس، هندسه و درصد تركيب الياف مختلف، متغير در نظر گرفته شد. نتايج نشان مي دهد كه الياف ماكرو پلي پروپيلن با وجود افزايش مقاومت خمشي، تاثير قابل توجه ي بر افزايش شكل پذيري بتن ندارند. الياف ميكرو پلي استر و پلي پروپيلن عملكرد مناسب تري در حين ترك خوردگي بتن داشته و براي نمونه هاي حاوي اين الياف در هنگام آغاز ترك خوردگي افت ناگهاني قابل توجه ي در باربري صورت نمي گيرد. هم چنين نتايج نمونه هاي مركب حاوي الياف ماكرو پلي پروپيلن و ميكرو پلي استر نشان داد كه گرچه با افزايش درصد الياف ماكرو مقاومت خمشي ترك خوردگي افزايش مي يابد؛ اما شاخص هاي شكل پذيري با كاهش رو به رو مي شوند. با در نظر گرفتن مجموع ويژگي ها، نمونه ي با نسبت الياف ماكرو پلي پروپيلن به الياف ميكرو پلي استر 3 به 2 بهترين عملكرد را خواهد داشت.

Using of polymeric fibers for reinforced concrete structures has significantly developed in recent years. Polymeric fibers start their contribution in the behavior of concrete members after cracking. In order to a careful investigation into post-cracking behavior need to apply fracture mechanic concept (growth of cracks) in reinforced concrete members. For this purpose, in this research 14 concrete prisms (100×100×400 mm in dimensions) with 35 mm notch depth (at the center of tensile side) for four-point flexural strength test were fabricated. Fiber composition, geometry and hybridization percent were varied in these samples. Derived outputs illustrated that macro polypropylene (PP) fiber has no significant effect on concrete ductility, whereas it leads to increase the flexural strength. But micro polyester (PET) and PP fibers have more effective performance during forming cracks in concrete members. PET and PP fibers have a more suitable function during concrete cracking and the samples containing these fibers have no significant drop in their bearing while the cracking is started. In addition, samples reinforced with PP and PET fibers indicated that by increase in macro fibers, the flexural strength were increased where as ductility indices decreased. In general, samples reinforced with %60 of PP macro fibers and %40 PET micro fibers have the best performance.