الیاف پلاستیک در بتن مسلح

استفاده از الیاف پلاستیک در بتن مسلح و تقویت مقاومت فشاری بتن

درصورت نیاز فوری به کاهش هزینه کلی ساخت و ساز (OCC) به دلیل قیمت بالای فولاد معمولی (تقویت کننده)، استفاده از ترکیب الیاف پلاستیک (PLF) یک راه حل مطمئن برای دستیابی به این موفقیت است. ترکیب الیاف پلاستیک قادر به جایگزینی مش جوش داده شده، میله های تقویت کننده سبک و گاهی اوقات تقویت کننده های معمولی با خروجی مقاومت مکانیکی خوب مانند کاهش وزن سازه و بهبود مقاومت فشاری است. بنابراین، این کار تحقیقاتی بر استفاده از مدل شفه (5،2) برای ارزیابی مقاومت فشاری بهینه در بتن مسلح حاوی الیاف پلاستیک (PLFRC) متمرکز است. اگرچه انواع زیادی از PLF وجود دارد، PLF مطالعه شده در این مطالعه الیاف پلی استر (POF) است. با استفاده از روش سیمپلکس شف، مقاومت فشاری PLFRC در 15 مخلوط مختلف ارزیابی شد. 15 نمونه کنترل نیز آزمایش شده و مقاومت فشاری هرکدام تعیین شد. سپس، صحت مدل با استفاده از آزمون t بررسی شد و نتایج حاصل از آن مناسب بودن مدل را مناسب نشان داد. حداکثر مقاومت فشاری برای مدل شفه (5،2) 29.35 مگاپاسکال ثبت شد. از آنجا که باتوجه به استانداردهای موسسه بتن امریکا (ACI) عناصر سازه بتنی معمولا از بتن با مقاومت فشاری 20 تا 35 مگاپاسکال ساخته می شوند، این امر PLFRC بهینه شده براساس مدل دوم شفه را نشان می دهد که می تواند مقاومت فشاری مورد نیاز در پروژه های ساخت و ساز سبک و برخی پروژه‌ها مانند کف‌های معلق و عناصر سقف، کف‌های صنعتی در مقیاس بزرگ، کاربردهای سبک، ساختمان‌هایی با معماری حساس، ساخت گذرگاه ها، پیاده روها، پل ها وغیره را با بهترین مزیت های اقتصادی، زیبایی و ایمنی تامین کند.

در دنیای امروز مدیریت و دفع زباله های پلاستیکی مشکل اصلی زیست محیطی به شمار می رود. پلاستیک کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف ازجمله بسته بندی، خودرو، دارورسانی، ایمپلنت های پزشکی، مراقبت های بهداشتی، حفاظت از زمین/خاک، نمک زدایی آب، جلوگیری از سیل، حفظ و توزیع مواد غذایی، مسکن، مواد ارتباطی، سیستم های امنیتی و سایر مصارف دارد. کاربرد عمده پلاستیک در تمام فعالیت های روزانه موجب افزایش حجم زباله های پلاستیکی می شود. شواهدی مبنی بر استفاده از پلاستیک در مکان های مختلف به عنوان مواد بسته بندی و محصولاتی مانند بطری، ورق های پلی اتیلن، ظروف، نوارهای بسته بندی وغیره وجود دارد که روز به روز درحال افزایش است. درنتیجه، این امر منجر به تولید ضایعات پلاستیکی از انواع موجودات زنده، از تولیدکنندگان صنعتی گرفته تا کاربران داخلی، شده است. یکی از راهکارها برای رفع این بحران آلودگی این است که از قابل استفاده مجدد و قابل بازیافت بودن ضایعات پلاستیکی اطمینان حاصل شود. ازطرف دیگر، صنعت ساختمان به دلیل کمبود و در دسترس نبودن مصالح ساختمانی با مشکلاتی مواجه است و حتی گاهی اوقات ممکن است مصالح در دسترس هستند، اما هزینه های آنها خارج از توان اقتصادی باشد. برای اصلاح این وضعیت، ضایعات پلاستیکی به الیاف پلاستیکی تبدیل می شوند تا در صنعت ساختمان به عنوان جایگزین جزئی یا کلی برای سیمان، سنگدانه و آرماتورهای معمولی در کارهای بتنی استفاده شوند. ایشایا و همکارانش در یک بررسی معمولی بطری های زباله را به مصالح ساختمانی مفید تبدیل کردند. با این حال، از ضایعات پلاستیکی که می توانند دهانه های فاضلاب را مسدود کرده و منجر به سیل ویرانگر شوند، به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می شود. الیاف پلاستیکی (PLF) پلاستیک هایی هستند که به الیاف یا فیلامنت تبدیل شده و برای تولید پارچه، طناب، کابل و حتی فیبرهای نوری استفاده می شوند. پلی استر، نایلون، ابریشم مصنوعی، اکریلیک و اسپندکس مهم ترین الیاف پلاستیکی هستند. در شکل زیر نمونه متداولی از الیاف پلاستیکی نشان داده شده است.

شکل 1:

ادغام و استفاده از PLF نشان داده شده در شکل بالا می تواند به بهترین وجه ازطریق بهینه سازی انجام شود. به طور کلی، یکی از مشکلات بهینه سازی نیاز به تعیین مقدار بهینه تابع معین، معروف به تابع هدف، مشروط به مجموعه ای از محدودیت های بیان شده که بر روی متغیرهای مربوطه است. در هر مسئله بهینه سازی، همیشه به یک تابع هدف نیاز است که ممکن است برای به حداکثر رساندن یا به حداقل رساندن هزینه و سود یا به حداقل رساندن استفاده از منابع مادی مفید باشد. در زمینه تولید بتن به طور دقیق، بهینه سازی طراحی مخلوط بتن فرایند جستجو برای تولید مخلوطی است که مجموع هزینه های مواد تشکیل دهنده آن کمتر بوده و درعین حال، عملکرد مورد نیاز بتن ازجمله استحکام، کارایی و دوام را فراهم کند. هدف از طراحی مخلوط، باتوجه به یافته های شاک لاک، تعیین مناسب ترین نسبت ها است که در آن از مواد تشکیل دهنده برای رفع نیازهای ساخت و ساز استفاده می شود. جکسون و دِیر نیز طراحی مخلوط بتن را رویه ای در هر شرایط می دانند که در آن نسبت مواد تشکیل دهنده به گونه ای انتخاب می شود که بتن با همه خواص مورد نیاز و حداقل هزینه تولید می شود. باتوجه به این تعریف، می توان تصور کرد که هزینه هر بتن علاوه بر هزینه خودِ مواد شامل هزینه طراحی مخلوط، بچینگ، اختلاط و قرار دادن بتن و نظارت بر محل می شود. بنابراین، ازمیان روش های طراحی تجربی مخلوط و روش های پیشنهادی هیوز به نظر می رسد روش های ACI-211 و DOE پیچیده تر و وقت گیرتر باشند زیرا قبل از رسیدن به مقاومت مورد نظر بتن، شامل مخلوط های آزمایشی زیاد و محاسبات آماری پیچیده می شوند. به طور کلی، بهینه سازی طراحی مخلوط بتن سریع ترین روش، بهترین گزینه، راحت ترین و کارآمدترین راه برای انتخاب نسبت های مخلوط بتن است.

جمع بندی نهایی

تاکنون در این مطالعه به بررسی مدل پلی نامینال دوم شفه (5،2) برای فرموله کردن مدلی باهدف پیش بینی مقاومت فشاری بلوک های PLFRC پرداخته ایم. این بررسی با استفاده از مدل شفه برای پیش بینی نسبت مخلوط و ارزیابی مقاومت فشاری PLFRC آغاز شد. با استفاده از مدل سیمپلکس شفه، مقادیر مقاومت فشاری در هر 15 نقطه (1-45) تعیین شد. نتایج آزمون t نقاط قوت پیش بینی شده توسط مدل ها و نتایج مشاهده شده تجربی مربوطه را تایید کرد. در اینجا مشاهده شد که حداکثر مقدار با حداقل استاندارد (20 مگاپاسکال) موسسه بتن امریکا (ACI) که برای مقاومت فشاری در بتن خوب تعیین شده است مطابقت دارد. همچنین با استفاده از مدل شفه (5،2) هر استحکام مطلوبی باتوجه به هر نسبت مخلوط به راحتی قابل پیش بینی و ارزیابی است و بالعکس. بنابراین، استفاده از این مدل بهینه سازی شفه نیاز به طراحی مخلوط تجربی وقت گیر و پرزحمت را حل می کند. همچنین استفاده از تکنیک های بهینه سازی شفه نه تنها به ما در یافتن جایگزینی برای تقویت‌کننده‌های فولادی گران ‌قیمت معمولی کمک می کند بلکه در کاهش آلودگی محیط ‌زیست با ادغام ضایعات پلاستیکی نیز مفید است که می تواند علاوه بر مانع از اجرای سازه های زهکشی، به عنوان جایگزینی جزئی یا کلی برای تقویت تولید بتن مسلح (RCP) استفاده شود.