تأثیر الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت بتن
دنیای امروزی شاهد ساخت سازه های مهندسی عمران بسیار چالش برانگیز و دشواری است. اغلب، از بتن بعنوان پرمصرف ترین ماده دارای مقاومت بسیار بالا و حالت پذیری خوب استفاده می شود. محققان در سراسر جهان با استفاده از الیاف و سایر مواد افزودنی در بتن در تلاشند تا تا بتن هایی با کارایی بالا تولید کنند. از این رو، هدف از این مقاله یافتن مقدار بهینۀ الیاف پلی پروپیلن مورد نیاز برای دستیابی به حداکثر مقاومت فشاری برای بتن M25 است. بعد از یک کار آزمایشی جامع و دقیق مشخص شد که با افزایش محتوای پلی پروپیلن در بتن، مقاومت فشاری آن رشد فوق العاده ای را تجربه می کند. حتی در محتوای 2 درصدی الیاف پلی پروپیلن، مقاومت فشاری 28 نیوتن بر میلیمتر مربع در برابر مقاومت فشاری 25 نیوتن در میلیمتر مربع در 0 درصد مشاهده شد؛ با این حال، افزایش مقاومت فشاری حاصل شده 12 درصد بود.
بتن یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه است. عملکرد بتن به مواد تشکیل دهندۀ آن بستگی دارد. کاملآ بدیهی است که بتن ساده شکننده بوده و کشش ضعیفی دارد. یکی از مشخصه های پایین بتن بعنوان یک ماده شکننده، مقاومت کششی پایین و ظرفیت کرنش آن است. بنابراین بعنوان پرمصرف ترین مصالح ساختمانی بایستی به درستی تقویت شود. برای تقویت آن، از میلگردهای فولادی پیوسته استفاده می شود که در موقعیت های مناسب برای مقاومت در برابر تنش های کششی و برشی وارده در سازه بتنی استفاده می شود. از طرفی، الیاف کوتاه و ناپیوسته به طور نامنظم در سراسر بتن پراکنده می شود تا یک مصالح ساختمانی مرکب به نام "بتن مسلح با الیاف" (FRC) تولید شود. مزیت اصلی بتن الیافی این است که یک بتن شکننده را به یک ماده شکل پذیر تبدیل می کند. افزودن الیاف به بتن می تواند ترک های ریز را متوقف کند که آن هم منجر به شکست تدریجی بتن می شود. الیاف حاصل از مواد ارزان قیمت یا ضایعات ممکن است برای ساخت واحدهای ساختاری با کامپوزیت ملات سیمان استفاده شود که پتانسیل بالایی برای کشورهای در حال توسعه مانند لیبی دارد. الیاف مختلفی مانند فولاد، کربن، شیشه، الیاف مصنوعی آلی و طبیعی در بتن گنجانده شده است و بسیاری از محققان خواص مکانیکی این نوع بتن را مطالعه قرار داده اند. اما روند بهبود بتن همچنان به تلاش های بیشتری نیاز دارد. بتن مسلح با الیاف (FRC) بتن سیمانی پرتلند تقویت شده با الیاف کم و بیش نامنظم و تصادفی است. در FRC، هزاران الیاف کوچک در حین اختلاط در بتن پراکنده می شوند و با این کار، خواص آن را در همه جهات بهبود می دهند. بتن الیافی یک ماده کامپوزیت بر پایه سیمان است که در سال های اخیر توسعه یافته است؛ به طوری که خواصی همچون استحکام خمشی-کششی، مقاومت در برابر تَف، مقاومت در برابر ضربه، نفوذپذیری و حتی پایداری در برابر یخ زدگی را تقویت کرده است. این روش یک راهکار مؤثر برای بالا بردن چقرمگی، ضربه پذیری و مقاومت در برابر ترک خوردگی بتن است.
الیاف (فیبر) بخشی از مواد تقویت کننده است که از خواص خاصی برخوردار است. الیاف می توانند به شکل کروی، مثلثی یا مسطح باشند. شعله اغلب با یک پارامتر به نام "نسبت ابعاد" تفسیر می شود. نسبت ابعاد الیاف همان نسبت طول آن به قطر آن است. دلیل اصلی ترکیب الیاف در ماتریس سیمانی بالا رفتن چقرمگی، استحکام کششی و تغییر روند ترک خوردگی کامپوزیت حاصل شده است. برای افزایش دوام بتن الیافی در مصالح ساختمانی، بایستی بتواند از لحاظ اقتصادی با سیستم تقویت کنندۀ موجود در بازار رقابت کند. الیاف پلی پروپیلن، به غیر از الیاف فولاد، یکی از متداول ترین الیاف پرمصرف در بازار است. با این حال، هر دو نوع الیاف به طور قابل ملاحظه ای در خواص کشسانی و استحکام متفاوت هستند. الیاف فولاد به مدت 40 سال در بتن مسطح و پاششی استفاده شده اند. با ظهور الیاف پلی پروپیلن، زمینه برای تولید محصولی با کارایی بالا و مقرون به صرفه تر در بازار جهانی فراهم شد. این الیاف از آنجایی که پلاستیک زنگ نمی زند، نیز دوام بهتری داشته و به راحتی نیز جابجا می شوند زیرا وزن آنها معادل یک پنجم الیاف فولاد است. بتن تقویت شده با داشتن خواص مکانیکی عالی، در مقایسه با بتن مسلح نشده و توانایی آن در افزایش عملکرد مکانیکی بتن مسلح معمولی، به یک مصالح ساختمانی مطلوب تبدیل شده است. تقویت الیاف یکی از مهم ترین روش های اصلاح در تغییر ماهیت شکنندۀ بتن ساده است. الیاف به طور کلی، به منظور بالا بردن میزان مقاومت بتن در برابر ترک خوردگی و تقویت بتن استفاده می شوند. در این مقاله، یک مطالعۀ تجربی از کاربرد ضایعات پلاستیکی در مکعب های بتنی با درصد افزودنی از 0 تا 3 درصد ارائه شده است. الیاف پلی پروپیلن از دسته الیاف مصنوعی با چگالی پایین، قطر کم و مدول الاستیسیته کم هستند. همچنین از خواصی من جمله استحکام بالا، شکل پذیری و دوام خوب، دسترسی فراوان به منابع تولید آن، هزینه تولید کم، سهولت در تغییرات فیزیکی و شیمیایی نیز برخوردار هستند. با این حال، می توان از آن به طور گسترده در زمینه محصولات بتنی بهره برد. در اینجا، به بحث در مورد تأثیر مقادیر مختلف الیاف پلی پروپیلن بر خواص بتن با اندازه گیری مقاومت فشاری پرداخته شده است.
برای بررسی اثرات الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت فشاری بتن، یک مطالعۀ آزمایشی در محیط آزمایشگاه انجام شده است. براساس آزمایشات انجام شده بر روی مکعب هایی با درصدهای مختلف الیاف پلی پروپیلن، نتایج زیر به دست آمد:
1. کاهش اسلامپ با افزایش محتوای الیاف پلی پروپیلن مشاهده می شود؛ به ویژه در دوز بیش از 2 درصد، مخلوط به الیافی تبدیل می شود که جابجایی مواد را در آن با مشکل مواجه می کند.
2. آزمایشات مقاومت فشاری نشان می دهد که استحکم متناسب با افزایش نسبت حجمی الیاف پلی پروپیلن در بتن، با توجه به مخلوط کنترل بدون الیاف افزایش یافته است.
3. درصد افزایش مقاومت فشاری مخلوط بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن در مقایسه با مخلوط بدون الیاف از 12-4 درصد مشاهده می شود.
4. نمونه هایی با محتوای 2 درصدی الیاف پلی پروپیلن نتایج بهینه ای را در مقایسه با سایر نمونه های ارائه شده در این مطالعه نشان دادند.
