استفاده همزمان از الیاف پلی­پروپیلن و میکروسیلیس و شیوه اختلاط آن­ها در بتن (1400/07/25)

استفاده همزمان از الیاف پلی­پروپیلن و میکروسیلیس و شیوه اختلاط آن­ها در بتن

حسین توتنجی در مقاله ای تحت عنوان "خواص بتن سیلیسی مسلح شده با الیاف با استفاده از سیمان انبساطی" به بررسی تاثیر همزمان الیاف پلی پروپیلن و دوده سیلیس در بتن با سیمان منبسط شونده پرداخته است. در این مقاله بیان شده که از الیاف پلی پروپیلن به عنوان عامل مسلح کننده ثانویه و برای کنترل ترک جمع شدگی استفاده می­شود. الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده در این تحقیق طولی در حدود 6 تا 51 میلی­متر داشته و قطر آن­ها تعیین نشده است. مقادیر مصرف الیاف نیز 0.1، 0.3 و 0.5 درصد حجم مخلوط انتخاب شده است. دوده سیلیس نیز حاوی 96.5 درصد SiO2 در ابعاد 0.15 میکرون می­باشد. مقادیر مصرف سیلیس نیز برابر 0، 0.05 و 0.1 وزن ماده چسباننده (شامل سیمان و دوده سیلیس) انتخاب شده است.

شیوه اختلاط مواد در این تحقیق به این صورت است که در ابتدا شن و ماسه در میکسر باهم مخلوط شده و در مرحله بعد یک سوم از مایع مخلوط (شامل آب و فوق روان کننده) به آن افزوده شده است. در گام سوم ماده چسباننده و یک سوم دیگر از مایع مخلوط به میکسر اضافه شده، در انتها الیاف پلی پروپیلن و باقی مایع مخلوط به آن اضافه شده است. پس از افزودن تمامی مواد میکسر به مدت 5 دقیقه فعالیت داشته، سپس 3 دقیقه متوقف بوده و در انتها مجددا به مدت 2 دقیقه مصالح را باهم مخلوط کرده است.

نتایج در این تحقیق کاهش کارایی با افزودن سیلیس، همچنین افزودن الیاف را نشان داده است. افزودن سیلیس در ابتدا و در مقدار 0.05 چسبندگی مخلوط رابهبود بخشیده که با افزایش به 0.1 نتیجه برعکس شده و چسبندگی کم می­شود، اگرچه الیاف این چسبندگی را مجددا افزایش داده است، خصوصا در مقدار سیلیس 0.1. همچنین افزودن الیاف مقاومت خمشی پس از ترک را بهبود بخشیده است، که بیشترین مقدار مقاومت خمشی در دوز الیاف 0.5 درصد حاصل گردید. در بررسی نفوذ کلرید افزودن الیاف نتیجه عکس داشته و آن را افزایش داده است که ظاهرا علت آن تشکیل فضاهای خالی با افزودن الیاف به بتن است. البته افزودن سیلیس نشان داد که این نفوذپذیری به میزان قابل ملاحظه­ای کاهش می­یابد. در انتها مقدار بهینه بدست آمده از برآیند نتایج برای الیاف برابر 0.3 درصد حجمی و سیلیس 5 درصد وزنی ماده چسباننده به جهت کاهش نفوذپذیری مخلوط بتنی در عین ثابت نگه داشتن کارایی آن بوده است.

ریچاردسون و همکاران در مقاله­ای تحت عنوان "تخلخل بتن با استفاده از الیاف و میکروسیلیس" به بررسی تاثیر همزمان الیاف پلی پروپیلن و دوده سیلیس در بتن پرداخته­اند. هدف استفاده از الیاف در این تحقیق کاهش ترک­های جمع شدگی توسط مکانیسم پل زدن و ساخت یک سازه بتنی بدون ترک به عنوان مخزن آب عنوان شده است. در این تحقیق از دونوع الیاف پلی پروپیلن استفاده شده است، نوع یک میکرو الیاف با طول 20 میلی­متر و قطر 20 میکرون و نوع دو ماکروالیاف با طول 40 میلی­متر و قطر 1 میلی­متر به شکل موجدار بوده­اند. دوز مصرفی الیاف نوع یک برابر 0.9 کیلوگرم و الیاف نوع دو 6 کیلوگرم در مترمکعب به پیشنهاد کارخانه تولید­کننده بوده است. دوده سیلیس مصرفی حاوی 85 درصد SiO2 بوده ­است. دوغاب میکروسیلیس 20 درصد وزن سیمان خشک بوده و با آب مخلوط ترکیب شده و سپس به مخلوط بتن اضافه شده است.

نتایج نشان داده که افزودن الیاف پلی پروپیلن تخلخل بتن را افزایش داده و در نتیجه خطر نفوذ پذیری مایعات را نیز افزایش می­دهد. در نمونه های حاوی دوده سیلیس این تخلخل به مقدار قابل توجهی کاهش داشته­است. لذا افزودن الیاف پلی پروپیلن دارای ضعف افزایش تخلخل بوده که این ضعف با افزودن دوغاب 20 درصد سیلیس به میزان قابل توجهی کاهش یافته و از نمونه بتنی خام نیز کمتر شده است. لذا این مسئله بسیار مهم است که در طراحی اگر بهره­مندی از خواص الیاف در بتن و به طور همزمان کنترل نفوذ پذیری اهمیت داشته باشند، می­توان ضعف الیاف در ایجاد تخلخل را توسط دوغاب سیلیس جبران کرد.

لی یو و همکاران در تحقیقی به بررسی تاثیر الیاف پلی پروپیلن و دوده سیلیس در کامپوزیت سیمانی پرداخته­ اند. مشخصات الیاف پلی پروپیلن و دوده سیلیس مورد استفاده در جداول شماره 1 و 2 نشان داده شده­اند. مقدار مصرف سیلیس برابر 5، 10 و 15 درصد وزن سیمان و مقدار الیاف برابر 0.1، 0.3 و 0.5 درصد حجم سیمان انتخاب شده­است.

مشخصات الیاف پلی پروپیلنجدول 1. مشخصات الیاف پلی پروپیلن

 

ترکیب شیمیایی مواد سازنده دیده سیلیس

جدول 2. ترکیب شیمیایی مواد سازنده دیده سیلیس

 

شیوه اختلاط مواد در این تحقیق به این شکل بوده که در ابتدا مصالح خشک شامل پودر سیمان، الیاف پلی پروپیلن، دوده سیلیس و یک افزودنی دیگر به شکل پودر در میکسر و به مدت 3 دقیقه مخلوط شده و در آخر آب به آن اضافه شده و به مدت 4 دقیقه دیگر مخلوط می­شوند.

نتایج نشان داد مخلوط حاوی دوده سیلیس به طور قابل توجهی مقاومت را افزایش داده و آب انداختگی دوغاب را کنترل می کند، و مخلوط حاوی الیاف رفتار ترد شکنی را به حالت شکل پذیر و جاذب انرژی تغییر می­دهد. استفاده همزمان از الیاف پلی پروپیلن و دوده سیلیس در این مخلوط مقاومت خمشی و فشاری را تا بیش از 30 درصد افزایش داده­است. همچنین روانی این مخلوط برابر 132 میلی­متر بوده که نشان­دهنده قابلیت پمپ پذیری آن است.

ژانگ و همکاران در تحقیقی به بررسی تاثیر استفاده از الیاف پلی پروپیلن و دوده سیلیس بر مشخصات مکانیکی بتن حاوی خاکستر بادی پرداخته­اند. مشخصات الیاف مصرفی در جدول شماره 3 نشان داده شده­است. 60 درصد الیاف­ها دارای طولی در بازه 10 تا 16 میلی­متر بوده و 40 درصد در بازه 15 تا 20 میلی­متر بوده­اند. الیاف در مقادیر 4، 6، 8، 10 و 12 درصد حجم مخلوط استفاده شده­است. دوده سیلیس مصرفی نیز حاوی 93.75 درصد SiO2 بوده و در مقادیر 3، 6، 9 و 12 درصد وزن سیمان مورد استفاده قرار گرفته­است.

مشخصات فیزیکی الیاف پلی پروپیلن

جدول3. مشخصات فیزیکی الیاف پلی پروپیلن

 

به منظور پراکندگی یکنواخت الیاف در مخلوط، از یک دستگاه همزن قدرتمند با یک محور و تعداد زیادی پره استفاده شده است. به جهت پراکندگی بهتر الیاف قبل از افزودن به مخلوط با دست از هم باز شده­اند. شیوه اختلاط از طریق سعی و خطا به دست آمده و به این ترتیب است که در ابتدا مصالح سنگی ریز و درشت به مدت 1 دقیقه مخلوط شده ، بعد از آن ماده چسباننده و الیاف به آن اضافه شده و به مدت 1 دقیقه باهم مخلوط شدند. در نهایت آب و فوق روان­کننده اضافه شده و 3 دقیقه دیگر مخلوط می­شوند.

نتایج آزمایش­های فشاری و کششی نشان داد که در اغلب نمونه­ ها در مقدار سیلیس 12 درصد و مقدار الیاف 0.1 درصد مقادیر بالاتر مقاومتی حاصل گردیده­است.