مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

ارزیابی آزمایشگاهی خواص مکانیکی و دوام بتن توانمند حاوی الیاف فولادی پرکربن برای قطعات حفاظ بتنی پیش‌ساخته

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران -واحد تهران جنوب- دانشگاه آزاد اسلامی - تهران - ایران
2 گروه مهندسی عمران - دانشگاه آزاد اسلامی - واحد بین الملل کیش - کیش- ایران
3 گروه مهندسی عمران- واحد رودهن-دانشگاه آزاد اسلامی- رودهن- ایران
4 مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی -بخش فن آوری بتن- تهران - ایران
5 گروه مهندسی عمران- واحد کرج-دانشگاه آزاد اسلامی- کرج-ایران
10.22065/jsce.2026.591258.4065
چکیده
استفاده از بتن‌های توانمند با کارایی مناسب، مقاومت مکانیکی بالا و دوام مطلوب، از چالش‌های اصلی تولید قطعات حفاظ بتنی پیش‌ساخته است. در این پژوهش، اثر الیاف فولادی پرکربن بر خواص بتن تازه، رفتار مکانیکی و دوام بررسی و مقدار بهینه الیاف تعیین شد. بدین منظور، پنج طرح مخلوط شامل نمونه مرجع و مخلوط‌های حاوی 10، 20، 30 و 40 کیلوگرم الیاف در مترمکعب با نسبت آب به سیمان ثابت 40/0 تهیه و آزمون‌های اسلامپ، مقاومت فشاری، کششی برزیلی، رفتار خمشی و جذب انرژی، جذب آب و مقاومت در برابر پوسته‌شدگی ناشی از چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن در حضور نمک‌های یخ‌زدا انجام شد. نتایج نشان داد افزایش مقدار الیاف، اسلامپ را از 65 به 15 میلی‌متر کاهش داد، در حالی که یکنواختی و قابلیت اجرا حفظ شد. مقاومت‌های فشاری، کششی و خمشی نیز به‌ترتیب حدود 34، 45 و 80 درصد نسبت به نمونه مرجع افزایش یافت. همچنین، افزودن الیاف موجب افزایش بار ترک اول، بار نهایی و ظرفیت باربری پس از ترک و در نتیجه تغییر رفتار بتن از ترد به شکل‌پذیر شد. اگرچه تأثیر الیاف بر جذب آب محدود بود، مقاومت در برابر پوسته‌شدگی ناشی از چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن در حضور نمک‌های یخ‌زدا بهبود یافت که به کنترل ترک‌ها از طریق مکانیزم پل‌زدن الیاف نسبت داده شد. در نهایت، با توجه به عملکرد نزدیک مخلوط حاوی 30 کیلوگرم الیاف به مخلوط 40 کیلوگرم و ملاحظات اقتصادی، مقدار 30 کیلوگرم الیاف در مترمکعب به‌عنوان مقدار بهینه پیشنهاد شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental investigation mechanical properties and durability of high-performance concrete containing high-carbon steel fibers for precast concrete barrier

نویسندگان English

Seyed Azim Hosseini 1
Peyman Palizgir 2
Babak Aminnejad 3
Jafar Sobhani 4
Alireza Lork 5
1 Department of Civil Engineering - South Tehran Branch - Islamic Azad University-Tehran -Iran
2 Department of Civil Engineering-International Kish Branch-Islamic Azad University-Kish, - Iran
3 Department of Civil Engineering-Roodehen Branch-, Islamic Azad University, -Roodehen,-Iran
4 Road Housing & Urban Development Research Center (BHRC)-Tehran, -Iran
5 Department of Civil Engineering, -Karaj Branch- Islamic Azad University, -Karaj-, Iran
چکیده English

Designing high-performance concrete with adequate workability, high mechanical strength, and durability remains a key challenge in precast concrete barrier production. This study investigates the effect of high-carbon steel fibers on the fresh, mechanical, and durability properties of concrete and determines the optimum fiber dosage. Five mixes were prepared, including a reference mix and four fiber-reinforced mixes containing 10, 20, 30, and 40 kg/m³ of fibers at a constant water-to-cement ratio of 0.40. The experimental program included slump, compressive strength, splitting tensile strength, flexural behavior, energy absorption, water absorption, and freeze–thaw scaling resistance in the presence of de-icing salts. Increasing fiber content reduced slump from 65 to 15 mm while maintaining uniformity and constructability. Compared with the reference mix, compressive, tensile, and flexural strengths increased by approximately 34%, 45%, and 80%, respectively. Fiber addition also enhanced first-crack and ultimate loads and post-cracking load-carrying capacity, resulting in a transition from brittle to more ductile behavior. Although fibers had a limited effect on water absorption, they improved resistance to freeze–thaw scaling by controlling crack propagation through the fiber-bridging mechanism. Despite the superior overall performance of the 40 kg/m³ mix, 30 kg/m³ was identified as the optimum dosage considering its comparable performance and economic advantages.

کلیدواژه‌ها English

High-carbon steel fibers
precast concrete barrier elements
High-performance concrete
Mechanical properties
Concrete durability
freeze–thaw scaling induced by de-icing salts

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 21 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 24 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 26 مرداد 1405