بررسی آزمایشگاهی و تخمین مقاومت پیوستگی میلگرد و کامپوزیت های سیمانی الیافی توانمند تحت اثر حرارت

کریم پور, سلیم; رنجبر تکلیمی, ملک محمد; مدندوست, رحمت; اکبرزاده بنگر, حبیب

doi:10.22065/jsce.2023.376371.2994

بررسی آزمایشگاهی و تخمین مقاومت پیوستگی میلگرد و کامپوزیت های سیمانی الیافی توانمند تحت اثر حرارت

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجو دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

² دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

³ استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

⁴ دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

10.22065/jsce.2023.376371.2994

چکیده

در این مطالعه مقاومت پیوستگی میلگرد با کامپوزیت های سیمانی الیافی توانمند حاوی سه نوع الیاف فولادی (1% و 2%)، پلی پروپیلن (PP) و پلی وینیل الکل (PVA) (1/0%، 2/0%، 3/0% و 4/0%) که به صورت ترکیبی در نظر گرفته شده است، در دمای محیط آزمایشگاه و تحت اثر حرارت های 400 و 600 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور ابتدا 19 نمونه آزمایشگاهی برای استفاده از آزمایش مقاومت فشاری تحت دماهای مذکور مورد ارزیابی قرار گرفت که این کامپوزیت ها حاوی مواد چسباننده ی سیمان و دوده سیلیس) به میزان 20 درصد وزنی سیمان( می باشند و از میان آنها 4 طرح اختلاط آزمایشگاهی برتر برای آزمایش و ارزیابی مقاومت پیوستگی میان میلگرد و کامپوزیت های سیمانی الیافی توانمند در نظر گرفته شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که مقاومت پیوستگی میلگرد با کامپوزیت های سیمانی توانمند حاوی الیاف ترکیبی (با ثابت نگه داشتن الیاف فولادی به میزان 2 درصد) به نحوی بوده که افزایش دما تا 400 درجه سانتی گراد، میزان افت پیوستگی با الیاف PP حدود 38 درصد بوده است در حالیکه این میزان کاهش برای نمونه های حاوی الیاف PVA حدود 26% بدست آمده است. با افزایش دما تا 600 درجه سانتی گراد، مقاومت پیوستگی کامپوزیت های سیمانی الیافی توانمند با میلگرد همچنان کاهش می یابد تا جایی که این افت برای نمونه های منتخب حاوی الیاف ترکیبی (2% الیاف فولادی و 3/0% الیاف PP) حدود 64% مقاومت پیوستگی نمونه ها در دمای آزمایشگاه (یعنی 23 درجه سانتی گراد) می باشد. این میزان افت برای نمونه حاوی 2% الیاف فولادی و 2/0% الیاف PVA برابر 62% محاسبه شده است. نتایج مدل سازی نشان داد که عملکرد مدل اسپلاین رگرسیون چندمتغیره انطباقی بر اساس معیارهای آماری خطا از دقت بیشتری نسبت به روش شبکه عصبی مصنوعی برخوردار بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

نقش مصالح در افزایش دوام و مقاومت سازه ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation and Estimation of Bond Strength of Rebar and High-Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites under High Temperature

نویسندگان [English]

Salim Karimpour ¹
Malek Mohammad Ranjbar Taklimi ²
Rahmat Madandoust ³
Habib Akbarzadeh Bengar ⁴

¹ Ph.D. Student, Department of Civil Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran

² Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran

³ Professor, Department of Civil Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran

⁴ Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Mazandaran, Babolsar, Iran

چکیده [English]

In this study, the bond strength between rebar and high-performance fiber-reinforced cementitious composites (HPFRCC) containing the combination of three types of steel fibers (1% and 2%), polypropylene and polyvinyl alcohol (0.1, 0.2, 0.3 and 0.4%) has been investigated at the temperature of the laboratory, 400 and 600 °C. For this purpose, at first, 19 specimens were constructed and evaluated for compressive strength testing under the mentioned temperatures, as the silica fume was considered 20% by weight of cement. Among the constructed HPFRCC, four superior mix designs were selected for investigating the bond strength between rebar and HPFRCC using pullout test. The results showed that the bond strength between rebar and HPFRCC samples containing 2% steel fibers with PP fiber in such a way that increasing the temperature up to 400 °C, decreased about 38%. while this reduction rate for the samples containing PVA fibers is about 26%, and this means that PVA fibers have a better performance than PP fibers in term of the bond between concrete and rebar when exposed to high temperatures. By increasing the temperature up to 600°c, the bond strength of rebar and HPFRCC continues to decrease until this drop is about 64% for selected samples containing fibers (2% steel and 3% PP) at the laboratory temperature (i.e., 23°c). The reduction for the HPFRCC sample containing 2% steel and 2% PVA fibers is calculated by 62%. The results of this study and the literatures indicated the effect of different parameters on the bond strength, so for further investigation, the bond strength modelled using artificial intelligence models. The results of rebar bond strength modeling in HPFRCC showed that the performance of the adaptive multivariate regression splines based on error statistical criteria was more accurate than the artificial neural network.

کلیدواژه‌ها [English]

Bond strength
HPFRCC
Polyvinyl alcohol fiber
Modeling
Artificial intelligence

مراجع

[1] Liu, F. and Li, Q.M. (2019) Strain-rate effect on the compressive strength of brittle materials and its implementation into material strength model. International Journal of Impact Engineering. 130 113–123.

[2] Mobasher, B., Peled, A., and Pahilajani, J. (2007) Distributed cracking and stiffness degradation in fabric-cement composites. Materials and Structures. 39 (3), 317–331.

[3] Afroughsabet, V., Biolzi, L., and Ozbakkaloglu, T. (2016) High-performance fiber-reinforced concrete: a review. Journal of Materials Science. 51 (14), 6517–6551.

[4] Zollo, R.F. (1997) Fiber-reinforced concrete: An overview after 30 years of development. Cement and Concrete Composites. 19 (2), 107–122.

[5] Naser, M.Z., Hawileh, R.A., and Abdalla, J.A. (2019) Fiber-reinforced polymer composites in strengthening reinforced concrete structures: A critical review. Engineering Structures. 198 109542.

[6] Aidoo, J., Harries, K.A., and Petrou, M.F. (2004) Fatigue Behavior of Carbon Fiber Reinforced Polymer-Strengthened Reinforced Concrete Bridge Girders. Journal of Composites for Construction. 8 (6), 501–509.

[7] Jang, J.G., Kim, H.K., Kim, T.S., Min, B.J., and Lee, H.K. (2014) Improved flexural fatigue resistance of PVA fiber-reinforced concrete subjected to freezing and thawing cycles. Construction and Building Materials. 59 129–135.

[8] Liu, F., Ding, W., and Qiao, Y. (2020) Experimental investigation on the tensile behavior of hybrid steel-PVA fiber reinforced concrete containing fly ash and slag powder. Construction and Building Materials. 241 118000.

[9] Liu, F., Ding, W., and Qiao, Y. (2019) Experimental investigation on the flexural behavior of hybrid steel-PVA fiber reinforced concrete containing fly ash and slag powder. Construction and Building Materials. 228 116706.

[10] A.C.I. (2003) ACI 408R-03: Bond and development of straight reinforcing bars in tension. in: USA.

[11] Fakoor, M. and Nematzadeh, M. (2021) Evaluation of post-fire pull-out behavior of steel rebars in high-strength concrete containing waste PET and steel fibers: Experimental and theoretical study. Construction and Building Materials. 299 123917.

[12] Pan, Z., Wu, C., Liu, J., Wang, W., and Liu, J. (2015) Study on mechanical properties of cost-effective polyvinyl alcohol engineered cementitious composites (PVA-ECC). Construction and Building Materials. 78 397–404.

[13] Gesoglu, M., Güneyisi, E., Hansu, O., Ipek, S., and Asaad, D.S. (2015) Influence of waste rubber utilization on the fracture and steel-concrete bond strength properties of concrete. Construction and Building Materials. 101 1113–1121.

[14] Varona, F.B., Baeza, F.J., Bru, D., and Ivorra, S. (2018) Evolution of the bond strength between reinforcing steel and fibre reinforced concrete after high temperature exposure. Construction and Building Materials. 176 359–370.

[15] Basaran, B. and Kalkan, I. (2020) Investigation on variables affecting bond strength between FRP reinforcing bar and concrete by modified hinged beam tests. Composite Structures. 242 112185.

[16] B.S. (1983) BS 1881: Method for determination of compressive strength of concrete cubes. in London .

[17] Rilem, T.C. (1994) RC 6 Bond test for reinforcement steel. 2. Pull-out test, 1983. RILEM Recommendations for the Testing and Use of Constructions Materials. 218–220.

[18] Alizadeh, M.J. and Kavianpour, M.R. (2015) Development of wavelet-ANN models to predict water quality parameters in Hilo Bay, Pacific Ocean. Marine Pollution Bulletin. 98 (1–2), 171–178.

[19] Sattar, A.A., Elhakeem, M., Rezaie-Balf, M., Gharabaghi, B., and Bonakdari, H. (2019) Artificial intelligence models for prediction of the aeration efficiency of the stepped weir. Flow Measurement and Instrumentation. 65 78–89.

[20] Rezaie-balf, M., Naganna, S.R., Ghaemi, A., and Deka, P.C. (2017) Wavelet coupled MARS and M5 Model Tree approaches for groundwater level forecasting. Journal of Hydrology. 553 356–373.

[21] Rezaie-Balf, M. (2019) Multivariate adaptive regression splines model for prediction of local scour depth downstream of an apron under 2D horizontal jets. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 43 (1), 103–115.

[22] Ghaemi, A., Rezaie-Balf, M., Adamowski, J., Kisi, O., and Quilty, J. (2019) On the applicability of maximum overlap discrete wavelet transform integrated with MARS and M5 model tree for monthly pan evaporation prediction. Agricultural and Forest Meteorology. 278 107647.

[23] Zhang, W.G. and Goh, A.T.C. (2013) Multivariate adaptive regression splines for analysis of geotechnical engineering systems. Computers and Geotechnics. 48 82–95.

[24] Cai, B., Wu, A., and Fu, F. (2020) Bond behavior of PP fiber-reinforced cinder concrete after fire exposure. Computers and Concrete, An International Journal. 26 (2), 115–125.

[25] Chung, L., Jay Kim, J.H., and Yi, S.T. (2008) Bond strength prediction for reinforced concrete members with highly corroded reinforcing bars. Cement and Concrete Composites. 30 (7), 603–611.

[26] Kim, S.W., Yun, H. Do, Park, W.S., and Jang, Y. Il (2015) Bond strength prediction for deformed steel rebar embedded in recycled coarse aggregate concrete. Materials and Design. 83 257–269.