عنوان

بررسی اثر استفاده توأم از الیاف معمولی، میکرو و نانو در افزایش توانمندی سازه های خاص بتن آرمه در مقابل ضربه و نفوذ

شماره

‭۱۲۹۰۵پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

بررسی اثر استفاده توأم از الیاف معمولی، میکرو و نانو در افزایش توانمندی سازه های خاص بتن آرمه در مقابل ضربه و نفوذ

نام نخستين پديدآور

/علیرضا محمدجعفری صادقی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: دانشکده مهندسی عمران

نام خاص و کميت اثر

‮‭۱۳۱‬ص‬

متن يادداشت

چاپی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری تخصصی

نظم درجات

در رشته مهندسی عمران - سازه

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۹۳/۰۲/۳۱‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

دانشگاه تبریز

متن يادداشت

در این پژوهش سعی شده است، توانمندی بتن بویژه در ارتباط با قابلیت جذب انرژی و چقرمگی که تأثیر عمده‌صای بر مقاومت بتن در برابر بارهای دینامیکی و ضربه‌صای دارد، ارتقاء داده شود .در این راستا از مزایای شناخته شده بتن الیافی و قابلیت‌صهای الیاف ترکیبی بهره گرفته شده است .همچنین با توجه به پیشرفت‌صهای حاصل شده در نانو فن‌صآوری، از شیوه-های مطرح شده در خصوص افزودن نانو لوله‌صهای کربنی به کامپوزیت‌صهای سیمانی و از افزودنی‌صهای مختلف بتن ازجمله نانو ذرات، استفاده شده است .در بخش اول پس از بررسی انواع مختلف نانو تیوب‌صهای کربنی از نظر ساختار و مشخصه‌صهای فیزیکی و مکانیکی، روش‌صهای مختلف افزودن آن‌صها به کامپوزیت سیمانی و نحوه پخش یکنواخت آن‌صها در داخل کامپوزیت بررسی شد .با توجه به پژوهش‌صهای محققین، روش‌صهای مختلف پخش به نتایج متفاوت منجر می‌صشود .پس از مقایسه روش‌صهای مختلف پخش بصورت استفاده از نانو تیوب کربنی عامل‌صدار و بدون عامل و با استفاده از فعال‌صکننده سطحی و بدون استفاده از آن، و بررسی مزایا و معایب این شیوه‌صها با توجه به ویژگی‌صهای نانو تیوب کربنی انتخابی، روش مناسب پخش مشخص گردید .در این راستا چندین نمونه تیر کامپوزیت ملات سیمانی با طرح‌صهای اختلاط متفاوت و روش‌صهای مختلف پخش، تهیه شده و در سنین متفاوت تحت آزمایش خمش قرار گرفتند .آزمایش ارزیابی مقاومت فشاری نیز بر روی نمونه‌صهای کامپوزیت ملات سیمانی صورت گرفت .برای بررسی کیفیت روش‌صهای مختلف پخش، آزمایش اسکن میکروسکوپ الکترونی ‮‭(SEM)‬ بر روی نمونه‌صهای مختلف انجام شد .مطابق تصاویر‮‭SEM‬ ، با استفاده از نانو تیوب کربنی عامل‌صدار و پخش آن تحت شرایط اولتراسونیک و بدون استفاده از فعال‌صکننده صسطحی، توزیع مناسب و یکنواخت‌صتر حاصل شد .بهره‌صگیری از خاصیت هیدروفیل گروه عاملی و ایجاد دافعه بین نانو لوله‌صها می‌صتواند از دلایل آن باشد .مقاومت‌صهای فشاری و خمشی و قابلیت جذب انرژی نمونه‌صهای ملات سیمانی حاوی نانو تیوب کربنی بهبود یافت که می‌صتواند با توزیع یکنواخت مرتبط باشد .بررسی‌صهای آماری نتایج مربوط به آزمایش‌صهای کامپوزیت‌صهای ملات سیمانی مسلح به نانو تیوب کربنی نشان می-دهد تفاوت معنادار آماری بین مقادیر میانگین وجود دارد و اختلاف مشاهده شده در نتایج نمونه‌صهای مختلف، تصادفی یا ناشی از خطای آزمایش نمی‌صباشد .در قسمت دیگر این پژوهش به تهیه طرح اختلاط بهینه بتن الیافی حاوی ترکیب‌صهای مختلف الیاف با اندازه‌صهای متفاوت به همراه نانو ذرات پرداخته شده است .در این راستا با بهره‌صگیری از مزیت‌صهای کاربرد الیاف فولادی، ترکیب الیاف ماکرو و میکرو و همچنین کاربرد نانو سیلیس به عنوان مصالح پوزولانی مؤثر، نمونه‌صهای حاوی نسبت‌صهای حجمی مختلف الیاف فولادی در اندازه‌صهای متفاوت به همراه نانو سیلیس تهیه و مورد آزمایش قرار گرفته‌صاند .سپس با استفاده از روش پخش مناسب بدست آمده در بخش اول، نانو لوله‌صهای کربنی به بهترین طرح اختلاط حاوی ترکیب الیاف فولادی ماکرو و میکرو و ذرات میکرو و نانوسیلیس اضافه شده‌صاند .در نهایت ترکیب بهینه‌صای از بتن مسلح الیافی بدست آمده است که مقاومت‌صهای‌ص‍ خمشی و فشاری و قابلیت جذب انرژی در آن ارزیابی شده‌صاند .قابلیت جذب انرژی در ترکیب نهایی بصورت قابل توجهی افزایش یافته بطوری‌صکه بیش از ‮‭۱۰‬ برابر مقادیر متناظر نمونه‌صهای تهیه شده از بتن معمولی می‌صباشد .نمونه‌صهای حاوی نانو سیلیس بیشترین مقاومت فشاری را از خود نشان می‌صدهند .افزودن الیاف فولادی باعث تغییر نحوه خرابی از حالت ترد به شکل پذیر شده است بگونه‌صای که نمونه‌صها پس از رسیدن به بارحداکثر نیز قادر به حفظ یکپارچگی خود می‌صباشند .در این بخش، چندین نمونه تیر بتن الیافی با طرح‌صهای اختلاط متفاوت تحت آزمایش خمش قرار گرفته و مقاومت خمشی و قابلیت جذب انرژی آن‌صها بررسی گردیده‌صاند .همچنین بر روی نمونه‌صهای بتن معمولی و بتن الیافی با طرح‌صهای اختلاط متفاوت، آزمایش مقاومت فشاری انجام گرفته است .علاوه بر بررسی مشخصه‌صهای مکانیکی نمونه‌صهای مختلف از جمله مقاومت‌صهای فشاری، خمشی و قابلیت جذب انرژی در فازهای ملات و بتن، برای بررسی جنبه دیگر توانمندی مخلوط بتن نهایی، آزمایش ضربه پرتابه انجام شده است .بدین منظور تعدادی نمونه دال بتنی در ابعاد و ضخامت‌صهای مختلف از مخلوط بهینه بهمراه نمونه‌صهای بتن معمولی تهیه شده و تحت آزمایش ضربه گلوله سلاح‌صهای متفاوت قرار گرفت .جهت بررسی مقاومت در برابر ضربه، مقادیر کمی از جمله قطر دهانه خرابی وجه جلو و پشت نمونه‌صها و عمق نفوذ گلوله اندازه‌صگیری و با نمونه‌صهای کنترل مقایسه شد .مقاومت در برابر ضربه گلوله طرح بتن مسلح به الیاف ترکیبی در مقایسه با بتن بدون الیاف بصورت چشمگیری افزایش یافته است .عمق نفوذ گلوله با افزایش مقاومت فشاری و افزایش ضخامت نمونه کاهش می‌صیابد .الیاف بکار رفته با جلوگیری از رشد ترک‌صها در اثر بار ضربه‌صای اعمال شده، بصورت قابل ملاحظه‌صای باعث کاهش ابعاد دهانه باز شده در دو وجه رو و پشت به ضربه، حتی در صورت سوراخ‌صشدگی نمونه، می‌صشوند .روند کاهشی هر سه مشخصه عمق نفوذ گلوله، قطر دهانه باز شده در وجه رو به ضربه و پشت به ضربه در بتن مقاوم تولید شده، در تصاویر مربوط به آزمایش‌ص‍ به وضوح قابل مشاهده است .به عنوان نتیجه کلی، افزودن نانو تیوب کربنی به ملات سیمانی موجب افزایش چقرمگی و مقاومت‌صهای خمشی و فشاری ملات سیمانی می‌صگردد که این افزایش درصورت پخش یکنواخت‌صتر نانو تیوب کربنی می‌صتواند بطور قابل ملاحظه‌صای ارتقاء یابد .استفاده از ترکیب الیاف در اندازه‌صهای متفاوت بهمراه نانو تیوب کربنی و همچنین با استفاده همزمان از مصالح پوزولانی مانند میکرو و نانو سیلیس می‌صتواند به بتن توانمندتر با قابلیت‌صهای جذب انرژی بهتر و مقاومت بالا در برابر ضربه منجر شود

متن يادداشت

In this research project, the performance of concrete especially the energy absorption capability and toughness has been improved which has a significance effect on the impact strength of concrete and its resistance against dynamic loads. In this regard, the benefits of fiber reinforced concrete and capabilities of a combination of fibers have been considered. According to the advances made in nanotechnology, the addition of carbon nanotubes (CNTs) to the cement composites and also other additives for concrete such as nano particles have been employed. In the first section, different types of CNTs and their physical structure and mechanical properties has been studied. Then different dispersion methods of CNTs in the cement composites for their uniform dispersion have been investigated. Considering the pros and cons of each method, depending on the chosen type of CNT, the appropriate dispersion method is determined. In this regard, several specimens of cement mortar composite beams with different mix designs and also different dispersion methods are prepared and the flexural tests have been conducted at different ages. Furthermore, compressive strength tests have been carried out on the specimens. Also, scanning electron microscopy (SEM) images of the specimens are provided. In the dispersion method using functionalized CNTs in combination with the ultrasonication, the appropriate dispersion is achieved and is confirmed with the SEM images. Hydrophilic properties of the functional group and repulsion between nanotubes could be considered as the reasons for the suitable dispersion. The compressive and flexural strengths and energy abruption capability of cement mortar has been improved which could be related to the suitable dispersion. A statistical analysis is carried out on the results of the tests which shows that there is statistically significant difference between the mean values and it is not due to chance or sampling error. In the other section of the research, mix designs of fiber reinforced concrete (FRC) incorporating combinations of fibers with different sizes and nano particles have been provided. With regard to the advantages of steel fibers and hybrids of macro and micro fibers and also using nano silica as a highly effective pozzolanic material, specimens containing various volume percentages of steel fibers with different sizes and also nano silica and silica fume have been studied. Then, employing the achieved appropriate dispersion method, CNTs are added to the optimum mix design of FRC containing macro and micro steel fibers and nano and micro silica. Eventually, a final mix design of FRC with improved compressive and flexural strengths and also enhanced energy absorption capability is obtained. The energy absorption capability in the final mix has increased significantly as it is 10 times that of plain concrete. Specimens incorporating nano silica show the maximum compressive strength. Addition of steel fibers changes the failure mode from brittle to flexible mode and the specimens maintain their integrity even at the post peak loads. In this section, several specimens of FRC beams with variety of mix designs are provided to carry out the flexural tests and to investigate their flexural strength and toughness. The compressive strength tests, also, are conducted on numbers of FRC and plain concrete specimens with different mix designs. Besides studying the mechanical properties of different mortar and concrete specimens, impact tests have been conducted to investigate another aspect of the performance of concrete. For this purpose, concrete slab specimens with different sizes and mix designs are prepared to carry out the impact test with different projectiles. To studying the impact strength of the specimens, quantities such as depth of penetration and failure diameters of the front and rear face of the specimens (spalling and scabbing) are measured and compared with those of the control specimens. Hybrid FRC in comparison with plain concrete shows improved impact strength. Depth of penetration decreases with an increase in the compressive strength and thickness of the specimen. Incorporated fibers by controlling the crack growth decreased the failure diameters of the front and rear face of the specimens even when the perforation occurred. Decreasing trend of the three properties including depth of penetration, spalling and scabbing in the final hybrid FRC is clearly visible which means that an improved impact strength have been obtained. Therefore, the addition of CNTs to the cement mortar with uniform dispersion could lead to improved toughness and flexural and compressive strengths. Combination of fibers with different sizes together with CNTs and using pozzolanic materials such as micro and nano silica could improve the performance of concrete and its mechanical properties such as energy absorption capability and impact strength

مستند نام اشخاص تاييد نشده

محمدجعفری صادقی، علیرضا

مستند نام اشخاص تاييد نشده

اسماعیلی، جمشید، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

فرزام، مسعود، استاد مشاور

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی