مطالعه آزمایشگاهی اثرگذاری انواع مختلف الیاف فولادی صنعتی بر خواص مکانیکی بتن پودری واکنشی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 مدرس دانشگاه، دانشکده مهندسی عمران، مؤسسه آموزش عالی مهرآیین، گیلان، ایران

2 دانشجوی دکتری مهندسی و مدیریت ساخت، دانشکده مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

چکیده

هدف پژوهش حاضر ارزیابی آزمایشگاهی تأثیر الیاف فولادی صنعتی (کارخانه‌ای) بر خصوصیات مکانیکی بتن پودری واکنشی (RPC) و ارائه معادلات تجربی برای تخمین این خصوصیات است. تعدادی نمونه RPC تقویت‌شده حاوی درصدهای مختلف الیاف فولادی دارای قطرهای متفاوت ساخته شد. با انجام آزمایش‌های مقاومتی روی نمونه‌ها، خواص مکانیکی (مقاومت‌های فشاری، خمشی و کششی) RPC تعیین شد. نتایج آزمون‌های فشاری نشان داد که با افزایش سن عمل‌آوری از 7 تا 42 روز، مقاومت RPC حاوی الیاف فولادی گروه 2 (الیاف متوسط: قطر 6/0 میلیمتر) در مقایسه با بتن شاهد از 25 مگاپاسکال تا 5/154 مگاپاسکال افزایش می‌یابد. این به ادامه واکنش‌های بین خمیر سیمان و قفل‌وبست بیشتر سنگدانه‌های ماسه سلیس کوارتزی و پودر میکروسیلیس موجود در نمونه‌های RPC با الیاف فولادی نسبت داده می‌شود. بیشترین مقاومت فشاری RPC در مقایسه با بتن شاهد برای نمونه حاوی 2% الیاف فولادی گروه 1 (الیاف کوچک: قطر 4/0 میلیمتر) برابر 421 مگاپاسکال (رشد 11/29% نسبت به بتن شاهد) به‌دست آمد. با کاهش قطر الیاف، تعداد الیاف در نمونه و متعاقباً قفل‌وبست بین سنگدانه‌ها و الیاف افزایش یافته و توزیع جایگزینی سنگدانه‌ها بهبود می‌یابد. همچنین 2% الیاف فولادی گروه 2 (الیاف متوسط: قطر 6/0 میلیمتر) به‌عنوان مقدار بهینه الیاف جهت ساخت RPC با مقاومت فشاری بیشتر تعیین شد. براساس آزمون‌های مقاومت خمشی، 2% الیاف فولادی گروه 1 و گروه 2 و 3% الیاف فولادی گروه 3 (الیاف بزرگ: با قطر 8/0 میلیمتر) به‌عنوان مقادیر بهینه الیاف جهت دستیابی به حداکثر مقاومت خمشی RPC تعیین شد. براساس آزمون‌های کششی مشخص شد که به‌ترتیب با افزودن 1%، 2% و 3% الیاف فولادی گروه 1، گروه 2 و گروه 3، رشد مقاومت کششی RPC کاملاً صعودی است. دلیل مشاهده چنین رفتاری به اثر پل زدن الیاف فولادی در ماتریس بتن نسبت داده شد. معادلات تجربی حاصل از تحلیل رگرسیون، دقت بالایی برای تخمین خصوصیات مقاومتی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study of the effect of different types of industrial steel fibers on the mechanical properties of reactive powder concrete

نویسندگان [English]

  • Meisam Mahboubi Niazmandi 1
  • Morteza Gholizadeh 2
1 University Lecturer, Faculty of Civil Engineering, Mehraeen Institute of Higher Education, Gilan, Iran
2 Ph.D. Candidate of Engineering and Construction Management, Department of Civil Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

The present research aimed to evaluate the effect of industrial steel fibers on the mechanical properties of reactive powder concrete (RPC). A series of reinforced RPC specimens containing different percentages of steel fibers having different diameters were built. By performing resistance tests on the samples, the mechanical properties (compressive, bending and tensile strengths) of RPC were determined. The results of the compressive tests showed that by increase in the curing age from 7 to 42 days, the strength of RPC containing group 2 steel fibers (medium fibers: diameter 0.6 mm) increases compared to the control concrete. This is attributed to the continued reactions between the cement paste and the interlocking of most of the quartz-silica sand aggregates and micro-silica powder in the RPC specimens with steel fibers. The highest compressive strength of RPC compared to the control concrete was obtained for the sample containing 2% group 1 steel fibers (small fibers: diameter 0.4 mm) equal to 421 MPa (29.11% growth compared to the control concrete). By reduce in the diameter of fibers, the number of fibers in the sample and subsequently the interlocking between aggregates and fibers increases and the replacement distribution of aggregates improves. Based on the flexural strength tests, 2% of groups 1 and 2 steel fibers and 3% of group 3 (large fibers: diameter of 0.8 mm) were determined as the optimal value of fibers to achieve the maximum flexural strength of RPC. Based on the tensile tests, it was found that with the addition of 1%, 2% and 3% of groups 1, 2 and 3 steel fibers, the growth of RPC tensile strength is completely upward. The reason was attributed to the bridging effect of steel fibers in the concrete matrix. Empirical equations obtained from regression analysis have high accuracy for estimating resistance properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laboratory study
  • Reactive powder concrete (RPC)
  • Industrial steel fibers
  • Mechanical properties
  • Empirical equations