المساعد الشخصي الرقمي

مشاهدة النسخة كاملة : استخدام الالياف المصنعة لتسليح الخرسانة في الاجزاء غير المعرضة للاحمال الانشائية


Eng.Jordan
11-28-2012, 03:18 PM
اكرام فرعون الملا
كلية الهندسة -جامعة بغداد




حمل المرجع كاملاً من المرفقات





الخلاصة
لم يعد تسليح الخرسانة للحفاظ عليها من التشقق امرا جديدا،فحتى البلدان النامية اتجهت الى استعمال الالياف الطبيعية لتقليل التشقق في الخرسانة. اليوم صار التوجه نحو استخدام الالياف المصنعة في تسليح الخرسانة في الاجزاء غير الانشائية(غير المعرضة للاحمال الانشائية) واعطت نتائج جيدة، وحاليا اكثر انواع التسليح المصنع شيوعا هي الاسلاك الملحومة والمشبكات الحديدية والالياف الحديدية والمشبكات البوليمرية والالياف البوليمرية. ان الالياف المصنعة صغيرة الاقطار (نايلون، زجاج، حديد، بولي بروبلين) تضاف للخرسانة لتقليل الانكماش لاكثر من 80% وعليه فان الالياف المصنعة تمنع حدوث التشققات في الخرسانة وبالتالي تقلل نفاذية الخرسانة وتزيد متانتها ومقاومتها للظروف الجوية وتقلل من خاصية الرجوع التي تحصل في السقوف الخرسانية والطرق والمماشي. خواص الانضاج والانهاء للخرسانة لاتتاثر باضافة الالياف وان الالياف ذات الاقطار الكبيرة والتي تضاف بنسب عالية(0.5-1.5)% للالياف الحديدية والبوليمرية على التوالي تحسن مقاومة الانثناء على حساب الكلفة الاقتصادية. تستخدم الياف التسليح بصورة رئيسية لتقليل التشقق وتوفر بالكلفة والوقت لتركيب التسليح العادي وتقلل النفاذية وتزيد مقاومة الصدم وديمومة الخرسانة. يدرس هذا البحث تاثير استخدام الالياف الحديدية والياف البولي بروبلين في تسليح مواشير بابعاد(100*100*400) ملم وبلاطات بابعاد (500*500*50) ملم واجراء فحصي انكماش الجفاف ومقاومة احمال الصدم الساقط على التوالي.ومن ثم مقارنة النتائج مع خرسانة غير مسلحة. ان النتائج المستحصلة بينت ان وجود الالياف المصنعة حسن خواص الخرسانة لمقاومة انكماش الجفاف وتحمل احمال الصدم.
Abstract
Reinforcing concrete to keep it from cracking is nothing new -- even the earliest civilizations used natural fibers to inhibit cracking in masonry structures. Today, synthetic-fiber reinforcement is available to reinforce non-structural concrete applications with superior results. Currently, the most widely-accepted form of reinforcement is welded-wire fabric (WWF), a mesh of steel wires, steel fibers, polymeric nets and polymeric fibers that are placed in concrete. However, synthetic-fiber reinforcement avoids the increased labor costs and difficulty in placement. Synthetic-fiber reinforcement prevents cracks in concrete, small-diameter synthetic fibers (nylon, glass, steel or polypropylene) are now being added to concrete to reduce shrinkage cracking by more than 80% according to independent lab tests. Reducing cracks improves concrete impermeability, increases its toughness and long-term weather ability, and can reduce callbacks in concrete slab floors, decks, driveways, and walks. The placement, curing, or finish characteristics of the concrete are not affected by the addition of fibrous reinforcement. Larger-diameter synthetic fibers (steel or polyolefin), added at higher content by volume (0.5% to 1.5% respectively), also enhance hardened flexural strength, but at increased cost. Fibrous reinforcement is primarily used to reduce cracking in non-structural concrete applications. However, steel fibers rust and can cause surface discoloration. Adding fibers to the concrete during mixing can add to the cost of concrete, but avoids the labor cost and time to place reinforcing steel. Fibrous concrete reinforcement reduces concrete cracking and permeability, and increases strength, impact resistance, and durability of concrete non-structural slabs. This research studies the effect of using steel fibers and polypropylene fibers in reinforcing prisms (100x100x400) mm, and slabs (500x500x50) mm for testing drying shrinkage and drop ball impact loading, then compare results with plain concrete. Test results indicated that the presence of synthetic fibers enhance significantly the shrinkage and impact resistance properties.
المقدمة
تعتبر الخرسانة المسلحة بالالياف احدى المجالات الحديثة التي تعنى بتحسين ديمومة الخرسانة اذ اثبتت البحوث ان تقنية استخدام الالياف المصنعة للتسليح هي افضل وسيلة للتعويض عن الحديد والمشبكات الحديدية حيث تحسن الالياف من مطيلية ومتانة الخرسانة وتقلل من قابلية التشقق ومقاومة الحرائق وديمومة الخرسانة. ان التسليح بالالياف المصنعة اسهل في الاستخدام والانهاء ولا يتعرض للصدأ (كما في الالياف البوليمرية) ويعطي عامل امان جيد. الالياف في المنشات البحرية تكون غير معرضة للصدأ وتعطي متانة انثناء مساوية للحديد(Raithby et al.,1981). كما انها تعطي ترابط جيد مع الخرسانة وتساعد في حل مشكلة تكون الشقوق في وقت مبكر بحيث انها تمنع (80-100)% من الشقوق في مرحلة اللدونة للخرسانة(plastic state) والتي تحصل بها معظم التشققات، حيث تعمل الالياف بثلاث اتجاهات لمقاومة السحب للاسفل (down ward pull) بفعل الجاذبية وبهذا تحافظ على الركام في الخليط وتعطي نضح منتظم. كما انها تزيد قابلية انفعال الشد للخرسانة خلال مرحلة الانكماش اللدن(Hanant, 1983) ومن الفوائد الاخرى للالياف(خاصة الياف البولي بروبلين) قدرتها على تقليل قابلية الخرسانة للانفجار عند التعرض للحرائق لان الالياف البوليمرية تذوب وتسمح بتحررضغط البخار في الخرسانة. ان الاداء العالي للالياف ياتي من قدرتهاعلى توفير اداء جيد ولعمر طويل وان شكلها المتموج يساعد في توفير ربط جيد مع الخرسانة(Raithby et al.,1981). كما ان تصميم الشد العالي الذي تتمتع به الالياف يوفر للخرسانة مستوى اعلى من المتانة وامتصاص الطاقة والديمومة، اضافة الى السيطرة على حدوث التشققات دون الخوف من مشاكل الصدأ المرافقة لحديد التسليح(Takemoto, 1984).عند استخدام الالياف المصنعة في تطبيقات ضخ الخرسانة(shotcrete) فانها تزيد التلاصق بحيث تساعد في اضافة طبقات خرسانية اسمك دون الخوف من حدوث التشقق او التشظي(Mindess et al.,1989).
فوائد استخدام الالياف المصنعة في تسليح الخرسانة(Brchip, 2008)
الخرسانة مادة تعاني الكثير من التحديات فبصورة عامة من وجهة نظر المهندسين فان اهم المشاكل التي تواجه الخرسانة هي:
1- كونها مادة هشةbrittle ومقاوتها للانثناء متاخرة.
2- يحصل بها انكماش لدن وتشققات في الاعمار المبكرة.
3- تحصل بها تشققات انكماش الجفاف في الاعمار المتاخرة.
4- تميل الى الانفجار والتشظي عند التعرض للحرارة العالية والحرائق.
كل هذه الاسباب تضعف الاداء بعيد الامد للخرسانة لكن لحسن الحظ فان الياف التسليح المصنعة تملك الحلول لهذه المشاكل وكما مبين ادناه:
استعمال الالياف المصنعة كبديل عن مشبكات التسليح الملحومة:
كما هو معروف فان حديد التسليح التقليدي يستعمل للسيطرة على التشققات من التطور بعد حصولها لكنه لايقلل او يقلص من تطورها. في حين ان هذه الالياف تمسك الشقوق مع بعضها وتقلل تطورها.من وجهة النظر العملية فانه من الصعوبة وضع حديد التسليح في مكانه المناسب وبالضبط في الثلث الاعلى من مقطع الخرسانة لهذا يلجأ الى استعمال الكراسي(chairs) بناء على توصيات معهد التسليح بالمشبكات (WRI) لضمان وضع التسليح في مكانه المناسب، كماان حركة العمال وعمال الانهاء فوق السطوح الخرسانية من شانه ان يدفع نظام التسليح التقليدي للاسفل في الخرسانة او خلال المقطع بحيث يستقر التسليح في موقع يصبح به غير ذي فائدة. اما الالياف فهي تضاف مباشرة للخرسانة وتنتشر خلالها والنتيجة نظام تسليح سريع دقيق وامين وهذا ليس في التطبيقات المعرضة لاجهادات انشائية(structural applications).

تقلل الالياف من الانكماش اللدن وتشققات الهطول:
الالياف المصنعة تقلل فرص حدوث الانكماش اللدن وتشققات الهطول اللدن من خلال توفير نظام دعم داخلي للخرسانة حيث تساعد الخرسانة خلال الفترة التي تكون بها مائلة للتشقق وهذا يحدث عندما تبدأ الخرسانة بالتصلب والانكماش نتيجة التغير الحجمي الناتج من فقدان الماء. في هذه المرحلة الالياف المصنعة توقف التشققات اللدنة قبل ان تبدأ.
توفير نضح منتظم في الخرسانة:
تكون عملية النضح (bleeding ) من الخرسانة اكثر انتظاما عند استخدام الالياف حيث انها توفر سيطرة وتحديد لحركة الماء من كتلة الخرسانة الى السطح.
زيادة مقاومة احمال الصدم والتشظي:
ان تسليح الخرسانة بالالياف يقلل التشققات في هيكل الخرسانة مما يتيح للخرسانة امتصاص اكبر للصدمات من خلال تحولها من مادة هشة الى مادة اكثر مطيلية.وان معامل المرونة الواطئ للخرسانة المسلحة بالالياف المصنعة ينعكس على مقاومتها لاحمال الصدم. ان اضافة الالياف للخرسانة يحسن من قابلية تطور التشققات من خلال تحجيم التشققات المتكونة. والالياف ايظا تحسن الترابط بين الخرسانة والتسليح من خلال تقليل الشقوق المتكونة عند اجهادات الانحناء الحاصلة في حديد التسليح. ان الخرسانة غير المسلحة والمعرضة لاجهادات ضغط تتشظى وتفشل من اول تشقق يحصل بها، لذا فان الالياف تمسك عجينة الخرسانة مع بعضها وتقلل تاثير التشظي. تشير البحوث الى ان الخرسانة المسلحة بالالياف المصنعة تمسك نفسها ولاتتشظى لغاية 10% من اجهادات الضغط مقارنة مع الخرسانة غير المسلحة وهذا له علاقة بعامل المتانة للخرسانة المسلحة بالالياف وان هذه الخاصية مهمة في التطبيقات المعرضة لاحمال الصدم او الزلازل.
الاحمال المنتقلة في المفاصل:
السقوف المسلحة بالالياف والمصممة بشكل جيد تكون اكثر اقتصادية وفعاليةفي السيطرة على تطور الشقوق ونقل الحمل خلال المفاصل(contraction joints) بحيث تقلل الشقوق المتكونة بين المفاصل والتي توثر على ديمومة السقوف.وكما معروف فان اغلب مشاكل ***** وتصليح الارضيات والسقوف تكمن في المفاصل حيث ان المفصل غير المتوازن والذي يحصل به فقدان بالمادة المالئة ليس فقط مكلف وانما يسبب اضرار للعجلات.
تقليل التشقق في المنتجات الخرسانية مسبقة الصب:
ان الاجهادات المبكرة التي تتعرض لها المنتجات الخرسانية المسبقة الصب يمكن السيطرة عليها باستخدام الالياف المصنعة حيث انه في مثل هذه المنتجات تتعرض الخرسانة لاجهادات باعمار مبكرة تؤثر فيما بعد على ديمومة المنتج على المدى البعيد. خلال عمليات stripping &lifting تتعرض الخرسانة للشقوق المجهرية والتي تنمو فيما بعد خلال العمر الخدمي للمنشأ. وتعتبر الالياف الحل الامثل لمثل هذه المشكلة حتث تقيد تكون الشقوق في الاعمار المبكرة في الوقت الذي لا يستطيع الحديد او المشبكات الحديدية القيام بالسيطرة على مثل هذه الشقوق.



الالياف المستخدمة في هذا البحث:
تم استخدام نوعين من الالياف في هذا البحث النوع الاول هو الالياف الحديدية المستقيمة والمعرفة تجاريا باسم DRAM ZX ويبلغ طول الليف 25 ملم وقطرها 0.4 ملم والنسبة الطولية (aspect ratio) كانت 62.5 ومقاومة الشد بلغت 1150 نيوتن/ملم مربع ومعامل المرونة 210 جيجاباسكال.النوع الثاني هو الالياف البوليمرية نوع البولي بروبلين بطول 40 ملم وقطر 3ملم والكثافة density كانت 865 كيلوغرام/متر مكعب ومقاومة الشد بلغت 240 نيوتن/ملم مربع و نسبة الاستطالة كانت 11%.
الفحص المختبري والنتائج
تم تصميم خلطة بحمل تصميمي 30MPa ميجا باسكال وبعمر 28 يوم وكانت نسب الخلط الوزنية (1:1.5:2.4) سمنت:رمل:حصى ونسبة الماء/السمنت 0.47 ومحتوى السمنت 435kg/m3 . تم صب نماذج خرسانية من مواشير بابعاد(100*100*400) ملم لاغراض فحص انكماش الجفاف باعمار 1و3و7و28و60 يوم وصب نماذج خرسانية من بلاطات بابعاد (500*500*50) ملم لدراسة مقاومة الخرسانة لاحمال الصدم ودونت النتائج بالجداول رقم 1 ورقم 2 والشكل رقم 1الموضحة ادناه . تم خلط النماذج خلط جاف(اي سمنت ورمل وحصى والياف) لحين الحصول على خلطة متجانسة ثم يضاف الماء وتخلط بالخلاط الكهربائي مدة 3 دقائق وبعد صب النماذج وفتح القوالب بعد 24 ساعة توضع النماذج بالماء لاغراض المعالجة وتبقى لحين موعد الفحوص(Al-Rahamy, 2002).
فحص انكماش الجفاف
اجري فحص انكماش الجفاف على مواشير قياسية(100*100*400) ملم باستعمال جهاز
(strain gauge demec) الميكانيكي والمعروف (extensometer) شكل رقم(2) والذي يقيس لغاية طول 100 ملم gauge length . اذ تم تثبيت الdemec بواسطة مادة صمغية على وجهين متجاورين للموشور والقياس بواسطة الجهاز ومن ملاحظة الجدول رقم 1 والشكل رقم 1 فان انكماش الجفاف للخرسانة غير المسلحة اكثر من نظيره للخرسانة الحاوية على الالياف.
فحص مقاومة احمال الصدم:
تم استعمال كرة حديدية تزن كيلو غرام3.36 kg وبقطر 9.54 ملم وتسقط من ارتفاع 1.2مترفي انبوب من الحديد شكل رقم (3) في اجراء هذا الفحص على بلاطات بابعاد (500*500*100) ملم لتحديد مقاومتها لاحمال الصدم الساقطة بعمر 28 يوم. وكانت عدد الضربات للكرة التي تسبب تكون اول الشقوق وعدد الضربات التي تسبب الفشل والانفلاق هي النتائج المستحصلة. من ملاحظة الجدول رقم (2) لوحظ ان مقاومة احمال الصدم للبلاطات المسلحة بالياف الحديد اعطت قراءات اعلى مقارنة مع البلاطات غير المسلحة او المسلحة بالياف البولي بروبلين.
ايضا فان الخرسانة المسلحة بالياف البولي بروبلين حسنت مقاومة الخرسانة لاحمال الصدم حيث حصل الفشل بعد 30 ضربة مقارنة مع 3 ضربات للخرسانة غير المسلحة.




جدول رقم (1) نتائج فحص انكماش الجفاف