بررسی آزمایشگاهی تأثیر مقدار و طول الیاف فولادی بر مشخصات مکانیکی و ضربه‌ای بتن توانمند

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 عضو هییت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود
2 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد شاهرود
3 عضوهییت علمی دانشگاه آزاد شاهرود
چکیده
استفاده از الیاف مختلف جهت تسلیح بتن از جمله تلاش‌هایی است که توسط محققین به‌منظور بهبود رفتار مقاومتی بتن و افزایش عمر سرویس‌دهی سازه‌های بتنی صورت گرفته است. در این راستا تلاش شده است تا با استفاده از انواع مختلف الیاف و یا ترکیب آن‌ها، رفتار بتن با رده‌های مقاومتی مختلف از جمله بتن توانمند را در مقابل بارهای ضربه‌ای و دینامیکی بهبود ببخشند. بر این اساس تحقیق حاضر تأثیر مقادیر مختلف الیاف فولادی دو سر قلاب موجدار بر مشخصه‌های مکانیکی بتن توانمند شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت در برابر ضربه را مورد بررسی قرار می‌دهد. علاوه بر آن تأثیر طول الیاف بر رفتار بتن نیز مورد توجه قرار گرفته است. بدین منظور در طرح اختلاط بتن از سه درصد حجمی 5/0، 1 و 5/1 الیاف فولادی در دو طول متفاوت 30 و 50 میلی‌متر استفاده گردید. پس از مشخص شدن طرح اختلاط بتن، نمونه‌های استوانه‌ای در سنین 7 و 28 روز عمل‌آوری شدند و سپس تحت آزمایش‌های تعیین مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت ضربه‌ای قرار گرفتند. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که استفاده از الیاف سبب افزایش قابل‌ملاحظه مقاومت فشاری و کششی بتن شده، به طوریکه در بهترین حالت با استفاده از 5/1 درصد الیاف فولادی با طول 50 میلی‌متر این دو مشخصه به ترتیب 25 و 40 درصد نسبت به بتن بدون الیاف افزایش نشان می‌دهد. همچنین استفاده از الیاف فولادی به ویژه الیاف با طول بلندتر تعداد ضربات تا اولین ترک و ضربات تا شکست نهایی در تست مقاومت ضربه را به میزان قابل‌توجهی افزایش داد بطوریکه تعداد ضربات از ایجاد اولین ترک تا شکست نهایی در درصدهای بالای الیاف تا 80 درصد افزایش پیدا کرد. از دیگر نتایج این تحقیق مشخص شد افزودن الیاف، افزایش شکل‌پذیری بتن توانمند را نسبت به بتن غیر مسلح در پی دارد و الگوی شکست بتن در آزمایش‌های مختلف را به نحو مطلوبی تغییر می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental investigation of effect of content and length of steel fiber on mechanical properties and impact resistance of high-strength concert

نویسندگان English

mojtaba ameri 1
sattar chenari 2
mohammad taji 3
1 assistant professor
2 M.S.C
3 assitant professor
چکیده English

Various fibers have been used by researchers to reinforce concrete and extend the service life of structures, also researchers are using different fibers to improve behavior of different concretes, especially high-strength concrete, against impact and dynamic loads. This study investigate the effect of different contents and lengths of steel fiber on the mechanical properties of high-strength concrete. In this study, wavy hooked-ended fibers of two length (30, 50 mm) with three volume fraction 0.5%, 1% and 1.5% were added to concrete mixes and 150×300 mm cylindrical specimens were made, then different tests were performed for determination of compressive strength, splitting tensile strength and impact resistance at 7 and 28 days, in accordance with standards and procedure proposed. The results indicated that the addition of different contents and lengths of steel fiber caused significant change in the mechanical properties of high-strength concrete. In the best case, using 1.5% of 50 mm long steel fibers, increased compressive strength and splitting tensile strength by 25% and 40%, respectively, compared to non-fibrous high-strength concrete. A remarkable improvement was observed in impact resistance of the fibrous concretes, as compared with the reference materials. By incorporating steel fibers into the mixtures, specially longer fibers, a conclusive increase in the number of blows required for first and final cracking (as compared to reference values) was observed, as well as the number of blows from the first cracks to the final failure in the high percentage of the fiber increased up to 80%. Moreover, it can be concluded that, by adding fiber, the failure crack pattern was changed from a single crack to a group of narrow crack, which demonstrate the beneficial effect of fiber reinforced concrete when subjected to impact loading.

کلیدواژه‌ها English

Fiber-Reinforced High-Strength Concrete
Steel fiber
compressive strength
Spiliting Tensile Strength
Impact Strength
[1] Kazemi, S., 2013, Advance Concrete Technology, Amirkabir University of Technology press, Tehran [in Persian]
[2] National Building Standards, Subject twenty-one, 2015, Road, Housing and Urban Development Research Center press, Tehran [in Persian]
[3] Mostophnezhad, D., 2010, Concrete technology and mix design, Arkan Danesh press, Tehran [in Persian]
[4] ACI Committee 544, 1996, State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete, ACI 544.2R-89, Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI
[5] ASTM A820 / A820M-16, 2016, Standard Specification for Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA
[6] Nataraja, M.C, Dhang, N, Gupta, A.P., 1999, Statistical variations in impact resistance of steel fiber reinforced concrete subjected to drop weight test. Cement and Concrete Research ,29, 989-995.
[7] Song, P. S., and Hwang , S., 2004, Mechanical properties of high-strength steel fiber-reinforced concrete, Construction and Building Materials, 18(9), 669-673.
[8] Nili, M., Afroughsabet, V., 2010, Combined effect of silica fume and steel fibers on the impact resistance and mechanical properties of concrete, International Journal of Impact Engineering, 37, 879-886
[9] Kim, K.CH., Yang, I.H., 2018, Effects of Single and Hybrid Steel Fiber Lengths and Fiber Contents on the Mechanical Properties of High-Strength Fiber-Reinforced Concrete_files, Advances in Civil Engineering, 2, 1-14.
[10] American concrete institute-committee 440, 2003, guide for the design and construction of concerete reinforced with FRP rebars, ACI 440.IR-03, ACI, Farmington Hills,MI, USA
[11] ASTM C39 / C39M-03, 2003, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens, ASTM International, West Conshohocken, PA
[12] ASTM C496/C496M-04, 2004, Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens, ASTM International, West Conshohocken, PA
[13] Wasim A., W., Iqbal Khan, M., Mourad, SH., 2018, Evaluation of mechanical properties of steel fiber reinforced concrete with different strengths of concrete, Construction and Building Materials, 168, 556–569
[14] Luo, X., Sun, W., Chan, S.Y.N, 2001, Steel fiber reinforced high-performance concrete: a study on the mechanical properties and resistance against impact, material and structure, 34, 144-149
[15] Jameran A., Ibrahim, I.S., Yazan SH.S., Rahim, S.A., 2015, Mechanical Properties of Steel-polypropylene Fibre Reinforced Concrete Under Elevated Temperature. Procedia Engineering, 125, 818-824.
[16] Nataraja, M.C., Nagaraj , T.S., Basavaraja, S.B, 2005, Reproportioning of steel fibre reinforced concrete mixes and their impact resistance, Cement and Concrete Research, 35, 2350–2359
[17] Amani, A., Ghasemzadeh, H., Ghasemi, M., 2016, Investigation on the effect of composite fiber on the energy absorption of concrete, the 8th annual national conference of concrete in Iran, Tehran, [in Persian]