مکانیک شکست بتن الیاف مسلح: مطالعه ی آزمایشگاهی اثر جنس، هندسه و ترکیب الیاف مختلف

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

2 دانشجوی دکتری مهندسی نساجی، دانشکده‌ مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

4 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

5 دانشیار، دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در سال های اخیر استفاده از الیاف پلیمری گسترش قابل توجه ی در مسلح سازی بتن داشته است. نقش اصلی الیاف در رفتار پس از ترک خوردگی بتن بروز می نماید. بررسی دقیق رفتار ترک خوردگی مستلزم به کارگیری مفاهیم مکانیک شکست در فرآیند شکست و گسترش ترک تیرهای بتنی می باشد. به این منظور در این تحقیق 14 نمونه ی بتنی به ابعاد 400×100×100میلی متر که در مرکز وجه کششی خود دارای شکافی به عمق 35 میلی متر می باشند؛ تحت آزمایش خمش چهار نقطه ای قرار گرفتند. در این نمونه ها جنس، هندسه و درصد ترکیب الیاف مختلف، متغیر در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهد که الیاف ماکرو پلی پروپیلن با وجود افزایش مقاومت خمشی، تاثیر قابل توجه ی بر افزایش شکل پذیری بتن ندارند. الیاف میکرو پلی استر و پلی پروپیلن عملکرد مناسب تری در حین ترک خوردگی بتن داشته و برای نمونه های حاوی این الیاف در هنگام آغاز ترک خوردگی افت ناگهانی قابل توجه ی در باربری صورت نمی گیرد. هم چنین نتایج نمونه های مرکب حاوی الیاف ماکرو پلی پروپیلن و میکرو پلی استر نشان داد که گرچه با افزایش درصد الیاف ماکرو مقاومت خمشی ترک خوردگی افزایش می یابد؛ اما شاخص های شکل پذیری با کاهش رو به رو می شوند. با در نظر گرفتن مجموع ویژگی ها، نمونه ی با نسبت الیاف ماکرو پلی پروپیلن به الیاف میکرو پلی استر 3 به 2 بهترین عملکرد را خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Khaled Sanginabadi 1
  • Rohallah Rostami 2
  • Nabard Habibi 3
  • Davood Mostofinejad 4
  • Mohammad Zarrebini 5
1 PhD candidate in Structural Engineering, Department of Civil Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
2 PhD candidate in Textile Engineering, Department of Textile Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
4 Professor, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
5 Associate Professor, Department of Textile Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "fracture mechanics"
  • "FRC"
  • "polypropylene"
  • "polyester"
  • "ductility"

[1] di Prisco, M. Plizzari, G. Vandewalle, L. (2009). Fiber reinforced concrete: new design perspectives. Materials and Structures, 42(9), 1261–81.

[2] Afroughsabet, V. (2016). High-performance fiber-reinforced concrete: a review. materials science, Vol. 51, pp. 6517–6551.

[3] Byung, H. Ji, C. Young, C. (2007). Fracture behavior of concrete members reinforced with structural synthetic fibers. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 74, pp. 243–257.

[4] Bencardino, F. Rizzuti, L. Spadea, G. Swamy, R. (2010). Experimental evaluation of fiber reinforced concrete fracture properties. Composites Part B: Engineering, Vol. 41, pp. 17–24.

[5] Caggiano, A. Cremona, M. Faella, C. Lima, C. Martinelli, E. (2012). Fracture behavior of concrete beams reinforced with mixed long/short steel fibers. Construction and Building Materials, Vol. 37, pp. 832–840.

[6] Alberti, M. Enfedaque, A. Gálvez, J. (2016). Fracture mechanics of polyolefin fibre reinforced concrete: Study of the influence of the concrete properties, casting procedures, the fiber length and specimen size. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 154, pp. 225–244.

[7] Hosseini, A. Mostofinejad, D. Hajialilue-bonab, M. (2012). Displacement and strain field measurement in steel and RC beams using particle image velocimetry. Engineering Mechanics, Vol. 4, pp. 1–10.

[8] UNI 11039-2. 2003. Steel Fiber Reinforced Concrete—Part2: Test Method for Determination of First Crack Strength and Ductility Indexes.

[9] EN 12390-3. 2009. Testing Hardened Concrete—Part3: Compressive Strength of Test Specimens.

[10] ACI Committee 211. ACI 211.1-91. 2002. Standard practice for selecting proportions for normal, Heavyweight, and Mass Concrete, Farmington Hills, MI, USA.

[11] ASTM D 3822. 2014. Standard Test Method for Tensile Properties of Single Textile Fibers.