توصيفگر ها :
بتنهاي مسلح پارچهاي , TRC , دوام , محيط اسيدي , كناف , پليپروپيلن , SEM
چكيده فارسي :
بتن مسلح پارچهاي (TRC) محصولي نوآورانه است كه از تركيب ماتريس سيماني ريزدانه با لايههاي پارچهي نساجي دوبعدي يا سهبعدي تشكيل شده است. اين كامپوزيتها را ميتوان بهعنوان كامپوزيتهاي سيماني داراي رفتار كرنش-سختشوندگي در نظر گرفت كه از آنها بهجهت مقاومسازي، بازسازي و ساخت المانهاي سازهاي، نيمهسازهاي، نماي ساختمانها و سقفها استفاده ميشود. در ساخت بتنهاي TRC از دو نوع الياف شامل الياف مصنوعي و طبيعي ميتوان استفاده كرد. در مقايسه با الياف مصنوعي نظير كربن، شيشه، پلي پروپيلن و بازالت، الياف گياهي طبيعي نظير كناف داراي خواص مفيد متعددي براي صنعت ساختمان هستند. اين الياف زيستتخريبپذير، تجديدپذير و قابل بازيافت بوده و هيچ خطري براي سلامتي انسان ندارند و همچنين انرژي كمتري در توليد آنها صرف ميشود؛ در اين پژوهش الياف كنافي كه بهنوعي قويترين دسته از الياف طبيعي محسوب ميشوند، بهعنوان جايگزيني براي الياف مصنوعي در نظر گرفته شد كه تاكنون اين امر در زمينهي بتنهاي مسلح پارچهاي رخ نداده بود.
هدف از پژوهش حاضر، ارزيابي خصوصيات مكانيكي و دوام 144 قطعهي بتني مسلحشده با پارچههاي كناف (KTRC) به ابعاد 400×60×30 ميليمتر تحت آزمون خمش 4 نقطهاي بود. براي اين منظور، پارامترهائي نظير: نيرو و تنش نظير اولين تركخوردگي (مدول گسيختگي)، سختي لحظهي تركخوردگي، سختي كل و ضرايب طاقت (I5، I10 و IF) در دو فاز مطالعاتي مجزا بررسي شد. در فاز اول به مطالعهي اثر وجود الياف پليپروپيلن در ماتريس سيماني (5/0 و 1 درصد وزني ملات)، تعداد لايههاي پارچه در ضخامت بتن (3 و 5 لايه) و نيز نحوهي چينش لايهها (متقارن و نامتقارن) بر خصوصيات مكانيكي KTRC پرداخته شد و در فاز دوم كه مرتبط با دوام نمونههاي KTRC در محيطهاي حاوي اسيدسولفوريك بود، عملكرد نمونهها پس از گذشت بازههاي زماني 2، 4 و 6 ماه مورد ارزيابي قرار گرفت. در آخر با استفاده از تصاوير تهيهشده از ميكروسكوپ الكتروني (SEM) عملكرد نمونهها صحتسنجي شد.
نتايج فاز اول نشان داد كه مدول گسيختگي نمونههاي KTRC ارتباطي با وجود يا عدم وجود لايههاي كناف و چگونگي چينش آنها در ضخامت بتن ندارد و با افزودن الياف خردشدهي PP به ماتريس سيماني، مدول گسيختگي و سختي تركخوردگي افزايش مييابد و چينش نامتقارن لايهها اثر مطلوبتري بر جذب انرژي نمونهها بر جاي گذاشت. بهطوركلي با افزايش تعداد لايهها و درصد الياف PP موجود در ماتريس، جذب انرژي و سختي نمونهها افزايش پيدا كرد.
نتايج فاز دوم حاكي از آن بود كه در محيط اسيدي پس از گذشت بازههاي زماني 4 و 6 ماه، بهدليل آنكه آب موجود در اين محيط به ادامهي واكنش هيدراسيون سيمان در طولانيمدت كمك كرده و اثر مثبت اين واكنش بر اثر منفي سولفوريكاسيد داخل محلول غالب بوده، خصوصيات مكانيكي ماتريس سيماني نظير مدول گسيختگي و سختي لحظهي تركخوردگي نسبت به نمونههاي محيط آزمايشگاهي افزايش پيدا كرده است. بااينوجود، محيط اسيدي شرايط پوسيدگي و زوال پارچههاي كناف را مهيا كرده و در درازمدت منجربه كاهش چقرمگي، شكلپذيري و رفتار كرنش-سختشوندگي نمونهها گرديد.
تصاوير SEM از دوام رضايتبخش پارچههاي كناف در محيط قليائي خمير سيمان حكايت ميكنند؛ همچنين اين تصاوير نشان ميدهد كه اتصال شيميائي و يا فيزيكي خاصي بين پارچه و ماتريس بتني برقرار نشده و درعينحال تخلخل زيادي در ريزساختار نمونهها پديد آمده است.
چكيده انگليسي :
Textile-reinforced concrete (TRC) is an innovative product that consists of a combination of fine-grained cement matrix with two-dimensional or three-dimensional textile layers. These materials can be considered as cement composites with strain-hardening behaviour, which are used for strengthening, retrofitting and construction of structural and semi-structural elements, facades and roofs. Two types of fibres including synthetic and natural fibres can be used in manufacturing TRCs. Compared to synthetic fibres such as carbon, glass, natural plant fibres such as Kenaf have many useful properties for the construction industry. These fibres are biodegradable, renewable and recyclable and do not pose any risk to human health, and less energy is used in their production. The purpose of this research was to evaluate the mechanical properties and durability of 144 concrete specimens reinforced with kenaf textiles (KTRC) with dimensions of 400 x 60 x 30 mm under the 4-point bending test. For this purpose, parameters such as the first-crack stress (modulus of rupture), Toughness at the moment of cracking (T1), Total Toughness and Toughness Indices (I5, I10 and IF) were investigated in two separate study phases. In the first phase, the effect of the presence of polypropylene fibres in the cement matrix (0.5% and 1% by weight of mortar), the number of reinforcement layers in the thickness of concrete (3 and 5 layers) and the way the layers are arranged (symmetrical and asymmetrical) on the mechanical properties of KTRC have been investigated. In the second phase, which was related to the durability of KTRC samples in an environment containing sulfuric acid (H2SO4), the flexural performance of the samples was evaluated after 2, 4 and 6 months. Finally, the performance of the samples was verified using the images prepared from the Scanning Electron Microscope (SEM). The results of the first phase depicted that although the modulus of rupture of KTRC samples has not been affected greatly by the number and the arrangement of kenaf layers, by adding short-cut PP fibres to the cement matrix, the modulus of rupture and T1 has been increased. In addition, the asymmetric arrangement of layers has a more favourable effect on energy absorbtion of the 3-layer samples. In general, with the increase in the number of layers and the percentage of PP fibres, the energy absorption and toughness of the samples increased. The results of the second phase indicated that in the acidic environment after 4 and 6 months, the water in this environment helped to continue the cement hydration reaction in the long term and the positive effect of this reaction prevailed over the negative effect of acidic solution. Moreover, the mechanical properties of the cement matrix, such as the modulus of rupture and the T1, have increased compared to the samples in the laboratory environment. However, the acidic environment created a detrimental condition for the rotting and deterioration of kenaf textiles and in the long term led to a decrease in the toughness, ductility and strain-hardening behaviour of the samples. SEM images indicated the satisfactory durability of kenaf textiles in the alkaline environment of cement paste. Also, these images show that there is no specific chemical or physical connection between the textiles fibers and the concrete matrix.