Aci549
3-3- خصوصیات GFRC
خصوصیات مکانیکی مخلوط های GFRC بستگی به میزان الياف و پلیمر (در صورت استفاده)، نسبت آب به سیمان، حفرات، میزان ماسه، جهت گیری الیاف، طول الياف و عمل آوری دارد. خصوصیات اولیه مخلوط های GFRC در فرایند اسپری، که در طراحی مدنظر قرار می گیرند عبارتند از مقاومت خمشی ۲۸ روزه در حد تناسب الاستیک (PEL) و مقاومت خمشی ۲۸ روزه مدول گسیختگی (MOR) ]3-8[. تنش PEL مقیاسی از تنش ترک خوردگی ماتریس است. مقاومت ۲۸ روزه PEL به عنوان تنش حدی در طراحی در نظر گرفته می شود تا از ترک خوردن ماتریس در اثر قالب برداری، حمل و نقل، جابجایی، نصب و یا بارهای سرویس جلوگیری شود.
شکل عمومی نمودار بار – خیز برای یک مخلوط GFRC 28روزه که تحت آزمایش خمش قرار گرفته، در شکل 3-۱ نشان داده شده است . همان طور که از این نمودار مشاهده می شود، مخلوطهای جوان GFRC دارای ظرفیت تحمل بار و کرنشی بسیار بیشتری از مقاومت ترک خوردگی ماتریس (PEL) می باشند. این ساز و کار که در ابتدای کار ایجاد مقاومت و انعطاف پذیری اضافی می کند، بیرون کشیدگی الیاف نامیده می شود. پس از اولین ترک، بخش عمده تغییر شکل ناشی از کشش الیاف می باشد. به موازات اینکه بار و تغییر مکان به روند افزایش خود بیش از حد تناسب الاستیک ادامه می دهند، الياف شروع به ناپیوستگی و در نتیجه لغزش یا بیرون کشیدگی جهت پل زدن بین ترک ها و مقاومت در برابر بار وارده می کنند. مقاومت در برابر بار در حین ناپیوستگی و بیرون کشیده شدن الیاف به دلیل اصطکاک بین الیاف شیشه ای و ماتریس سیمان، افزایش می یابد.[3-10 و3-11]
مقادیر مشخصات 28 روزه AR – GFRC با فرایند اسپری در جدول 3-۳ آمده است [3-8].
شکل3-1-نمودار عمومی بار-خیز برای GFRC 28 روزه تحت بارگذاری خمشی.
جدول3-3-مقادیر مشخصات مصالح در سن 28 روز
3-4- پایداری مقاومت در درازمدت
پایداری مقاومت مخلوطهای GFRC در درازمدت با انجام آزمایش هایی بر روی مخلوط های جوان و مسن تر تعیین شده است. اختلاف بین ظرفيت مقاومت و کرنش برای دو نمونه جوان و مسن تر، معیاری از پایداری مقاومت دراز مدت مخلوط می باشد.
بیشتر مخلوطهای GFRCکه برای کاربردهای تجاری تولید شده اند، در صورتی که در معرض شرایط محیطی بیرون قرار گیرند، با کاهشی در مقاومت و انعطاف پذیری با زمان مواجه خواهند شد. جهت تشریح افت در ظرفیت مقاومت و کرنش مخلوطهای GFRC دو تئوری پیشنهاد شده است. تئوری اول بیان می کند که حمله قلیاها به سطح الیاف شیشه ای باعث کاهش مقاومت کششی الياف شده و در نتیجه کاهش مقاومت مخلوط را به دنبال خواهد داشت. تئوری دوم نیز بر این پایه است که هیدراسیون مداوم سیمان در مخلوط های GFRCکه در داخل آب یا در مجاور شرایط آب و هوایی طبیعی قرار گرفته اند، تولید مواد هیدراته ای می کند که در درون گروه الياف نفوذ کرده، فضاهای خالی بین رشته های شیشه را پر نموده و از این طریق باعث افزایش چسبندگی به رشته های منفرد شیشه می گردد. مقاومت پیوستگی افزایش یافته بین الیاف و ماتریس، شکنندگی نام دارد. شکنندگی باعث افت در بیرون کشیدگی الیاف و ایجاد رفتار ترد همراه با کاهش مقاومت کششی می شود [۱۱-4] ،[۱۲-4] . هنوز کاملا روشن نشده است که علت اصلی کاهش مشخصات مکانیکی GFRC هجوم قلیاها و یا شکنندگی الیاف است. این امکان وجود دارد که هر دو پدیده، همزمان و با سرعت های متفاوت رخ دهند.
3-4-1- پایداری الیاف مقاومت شیشه ای ضدقلیا در درازمدت
به دنبال عرضه الیاف شیشه ای ضدقلیای Cem-FIL در سال ۱۹۷۱، دو شرکت BRE و برادران پیلکینگتون به طور مستقل دست به آزمایش هایی در مقیاس بزرگ زدند تا پایداری مقاومت مخلوط های Cem-FIL را در دراز مدت و در معرض شرایط محیطی مختلف، تعیین کنند. در حال حاضر داده های آزمایش های پایایی مقاومت در مدت زمان ۱۰ سال منتشر شده است [13-4] ،[1۴-۴]. این داده ها در اشکال ۴-۲ تا ۴-۴ موجودند. همان طور که در شکل ۴-۲ نشان داده شده است، تحت شرایط آب و هوایی طبیعی، مدول گسیختگی با زمان کاهش می یابد. پس از ۱۰ سال از قرارگیری این نمونه ها در شرایط آب و هوای انگلستان، مشاهده شد که مدول گسیختگی تا مقداری نزدیک به مقاومت در حد تناسب الاستیک کاهش یافته است. به علاوه داده های نشان داده شده در شکل ۴-۳ حاکی از آن هستند که مخلوطهای Cem-FIL که در آب C° ۱۸ تا C° ۲۰ قرار داده شده اند، در مدت زمان مشابه، کاهشی مشابه قبل در میزان MOR از خود نشان داده اند. با این حال همان طور که در شکل ۴-۴ دیده می شود، مخلوط های قرار گرفته در دمای C ۲۰° و رطوبت نسبی %۴۰، با افزایش سن، افت نسبتا کمی در مقاومت MOR نشان می دهند [13-4].
علاوه بر برنامه افزایش طبیعی سن نمونه ها در دراز مدت، برنامه هایی برای تسریع کهنگی نمونه ها ترتیب داده شد به طوری که با آن بتوان مشخصات درازمدت نمونه ها را پیش از داده های کهنگی طبیعی ارائه نمود.
کهنگی تسریع شده به این صورت انجام می شود که مخلوط تا اتمام فرایند هیدراسیون سیمان در آبی با دمای افزایش یابنده شناور گردد [15-4]،[16-4]. در هر حال کهنگی واقعی یک قطعه GFRC خاص، تنها با کاربری آن در شرایط محیطی واقعی محل، ممکن می شود. هر تلاشی که جهت تعیین خصوصیات رفتاری GFRC مسن با روش های تسریع کننده انجام شود، جواب های تقریبی به دست می دهد.
شکل3-2-مدول گسیختگی و حدتناسب الاستیک در مقابل سن برای کامپوزیت های AF-GFRC قرار گرفته شده درشرایط آب و هوایی انگستان
شکل3-3-مدول گسیختگی و حدتناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های AR-GFRC قرار گرفته شده در آب 20 درجه سانتیگراد
شکل3-4-مدول گسیختگی و حدتناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های AF-GFRC قرار گرفته شده در آب 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 40 درصد
داده های آزمایش کهنگی تسریع یافته برای صفحات GFRC با داده های به دست آمد نمونه های واقع در شرایط آب و هوایی طبیعی، همبستگی داده شده اند تا از این طریق بتوان پایایی دراز مدت را پیش بینی نمود. در تحقیقی که برادران پیلکینگتون انجام دادند اند. این همبستگی برای اقلیم های مختلف آب و هوایی در سراسر جهان صورت گرفت [15-4]. بر اساس این تحقیقات می توان چنین پیش بینی نمود که در بسیاری از شرایط محیطی، MOR مخلوط های GFRC تا مقداری نزدیک به مقاومت PEL کاهش خواهد یافت. برای بسیاری از محصولات GFRC که در معرض شرایط بیرون قرار گرفته اند، این کاهش مقاومت می تواند تعیین کننده عمر مفید سازه باشد. با این حال تاریخچه بارگذاری صفحات GFRC و نیز تأثير اصلاح سطوح این صفحات در این تحقیقات مدنظر قرار نگرفته اند.
به علاوه نشان داده شده است که کاهش مقاومت در اقلیم های گرمتر، با سرعت بیشتری صورت می گیرد [۴-۱۵]،[17-4]. در شکل ۴-۵، داده های مقاومت خمشی برای مخلوط هایی که در انگلستان در معرض شرایط آب و هوایی قرار گرفته اند و مخلوط هایی که در آب با دمای فزاینده، دستخوش کهنگی تسریع شده بوده اند نشان داده شده است[15-4]. این داده ها حاکی از آن هستند که به موازات آنکه دمای فرایند کهنگی تسریع شده، افزایش می یابد، افت مقاومت MOR سرعت بیشتری به خود می گیرد. لازم به توجه است که یک حد پایین تر برای مقاومت MOR وجود دارد. این حد پایین تر ذاتا با PEL مخلوط، که خود معیاری از مقاومت ترک خوردگی ماتریس بتن مسلح است، برابر می باشد.
سال های بسیاری است که استفاده از روش های کهنگی تسریع یافته وسیله ای برای پیش بینی مقاومت شده است. مقاومت مدول گسیختگی که در شکل ۴-۵ نشان داده شده، برای مخلوط هایی است که در دماهای C۵۰° ، C ۶۰° و C ۸۰° تحت فرایند کهنگی تسریع یافته قرار گرفته اند. این مقادیر با نتایج نمونه هایی که به مدت ۱۰ سال در معرض شرایط واقعی آب و هوای انگلستان قرار گرفته اند، ترکیب شده اند (شکل ۴- ۶)،[18-4]. این کار با جایگزین کردن نتایج مقاومت تسریع یافته در دماهای بالاتر در طول محور لگاریتمی زمان انجام می شود، به طوری که نتایج ياد شده با نتایج مقاومت مخلوط های قرار گرفته در شرایط آب و هوایی انگلستان مطابق و سازگار شوند.
شکل 3-5-MOR در مقابل سن برای کامپوزیت های AR-GFRC قرار گرفته شده درشرایط آب و هوایی انگستان
شکل3-6- داده های کهنگی تسریع یافته برای پیش بینی مقاومت دراز مدت کامپوزیت های AR-GFRC قرار گرفته شده درشرایط آب و هوایی انگستان
در طول فرایند کهنگی مخلوط های GFRC، افتی در ظرفیت کرنش پذیری نیز مشاهده شد. نمودارهای تنش-کرنش نشان داده شده در شکل ۴-۷ مربوط به مخلوط هایی است به مدت زمان های ۲۸ روز و ۵ سال در کشش و خمش آزمایش شده اند. تمام مخلوط ها در آب تقريبا C ° ۲۰ قرار داده شده اند [۴-۱۹]، [۴-۲۰] .با توجه به شکل ۴-۷-الف مخلوط های جوان که در سن ۲۸ روز آزمایش شده اند، ظرفیت کرنش پذیری ای در حدود % ۱برای هر دو آزمایش کشش و خمش از خود نشان می دهند. مخلوطهایی که به مدت ۵ سال در آب C° ۲۰ کهنه شده اند، کاهشی اساسی در ظرفیت کرنش پذیری نشان می دهند (شکل ۴-۷-ب).
شکل3-7- نمودار کلی تنش- کرنش در کشش و خمش برای AR-GFRC قرار گرفته شده درشرایط آب و هوایی انگستان
