Aci 549
3-4-2- بتن مسلح به الیاف شیشه E اصلاح شده با پلیمر(P-GFRC)
در سال ۱۹۷۹ نوع دیگری از بتن های مسلح به الیاف شیشه ای معرفی شد [21-4] .این محصول از الیاف E-glass مدفون شده در ماتریس سیمانی، ماسه و پلیمر تشکیل یافته بود. این سیستم GFRC توسط معادن ایالت داچ[1] (DSM) توسعه پیدا کرد و توسط فورتون یکی از شعب سین رس که خود بخشی از گروه DSM بود، به بازار عرضه شد. علت افزودن پلیمر به سیستم ماتريس – الیاف شیشه ای آن بود که پایداری دراز مدت، بهبود بخشیده شود. ایده ای که در پشت استفاده از پلیمر برای دستیابی به پایداری مقاومت GFRC در دراز مدت وجود داشت در زیر شرح داده شده است [22-4] ،[23-4].
در هر دسته الیاف شیشه ای، به طور کلی ۲۰۴ تک رشته شیشه وجود دارد. قطر هر تک رشته تقریبا ۱۰ میکرون است. فاصله بین رشته های شیشه نیز تنها ۲ تا ۳ میکرون می باشد. قطر متوسط ذرات سیمان تقریبا ۳۰ میکرون است. بنابراین بیشتر ذرات سیمان نمی توانند به فضای بین الیاف شیشه ای یک دسته راه یابند. با این حال بعضی گمان می کنند که شکل گیری محصولات هیدراسیون سیمان، مخصوصا هیدروکسید کلسیم که می تواند در این فضاها صورت گیرد، علت اصلی شکنندگی و کاهش مقاومت مخلوط با زمان است.
در تلاشی جهت کاهش شکنندگی فیزیکی و هجوم شیمیایی الیاف شیشه ای، ذرات پلیمر به سیستم الياف E – glass، سیمان، ماسه و آب وارد شد. قطر این ذرات پلیمری تنها کسری از میکرون است. بنابراین این ذرات می توانند به فضای بین رشته های شیشه نفوذ کنند. پس از این که شیشه و ملات حاوی پلیمر در ترکیب با هم قرار گرفتند، دسته های شیشه به علت نیروی مویینگی که در فضاها شکل می گیرد، آب را به خود جذب می کند. آب، ذرات پلیمر را با خود به داخل این فضاها می برد. با خارج شدن آب به دلیل تبخیر یا هیدراسیون سیمان پرتلند ذرات پلیمر به هم می چسبند. نتیجه این عمل، تشکیل یک غشای پلیمر است که درون و اطراف تک رشته های شیشه درون هر یک از دسته های شیشه، گسترش می یابند.[۴-۱۰]، [22-4] ،[24-4].
غشای پلیمر دو عمل انجام می دهد. اولا از تک رشته های شیشه در برابر حمله احتمالی قلیاها محافظت می کند و در ثانی بخشی از فضای خالی بین رشته ها را پر می کند و از این طريق اثر شکنندگی الیاف را کاهش می دهد [22-4]،[24-4] .
داده های پایایی دراز مدت سیستم P – GFRC فورتون تحت شرایط هوازدگی طبیعی، تنها برای ۴ سال در دسترس است. با این حال نتایج مطالعات کهنگی تسریع یافته موجود می باشد. در شکل ۴-۸ مقاومت کششی در برابر مدت زمان کهنگی تسریع یافته برای دو نوع الياف P – GFRC فورتون و Cem – FIL1 رسم شده است [24-4]. خصوصیات اختلاط برای هر مخلوط در جدول ۴-۵ نشان داده شده است. همه مخلوط ها در آب C۵۰° کهنه شده اند. مقاومت کششی نهایی (UTS) و نقطه غیر خطی شدن (BOP)، برای هر مخلوط ترسیم شده است. این نتایج بیان می کنند که P – GFRC فورتون، خصوصیات پایایی دراز مدت بهتری از الیاف ضد قلیای Cem – FIL1 در کشش مستقیم دارد. این مسأله با آزمایش کردن تفاوت بین UTS و BOP در شرایط کهنگی برای هر مخلوط نشان داده شده است. با این حال بهبود مقاومت و انعطاف پذیری P – GFRC در دراز مدت نسبت به AR-GFRC ممکن است نتیجه ای از خصوصیات بهبود یافته ماتریس با اعمال پلیمر باشد و احتمالا شاخصی از تأثير الياف شیشه ای نیست. دانیل[2] در تحقیقات خود نشان داده است که الیاف E-glass که به طور کامل با غشای پلیمر محافظت نشده اند، پس از کهنگی تسریع یافته، به شدت اسید سابی می شوند.
3-4-3- پیشرفتهای اخیر برای بهبود پایایی GFRC
نشان داده شده است که استفاده از الیاف شیشه ای ضد قليا و اصلاح ماتریس با پلیمر به مقدار زیاد، سرعت افت مقاومت مخلوطهای GFRC را کاهش می دهد. با این حال این پیشرفت ها به طور کامل مسأله پایایی درازمدت را حل نکرده اند. در حال حاضر سیستم های تجاری در دسترس الياف ضد قلیا و P – GFRC، افت زیادی در مقاومت و انعطاف پذیری از خود نشان می دهند که سرعت این افت به شرایط محیطی بستگی دارند. همه این روش ها یکی از دو روش اصلاح الیاف شیشه ای و اصلاح ماتریس سیمانی را شامل می شوند.
3-4-3-1- اصلاح الیاف شیشه ای
از زمان معرفی الیاف شیشه ای ضد قلیا در سال ۱۹۷۱ تلاش های زیادی برای بهبود بیشتر الیاف شیشه ای جهت استفاده در GFRC صورت گرفته است. بیشتر این تلاش ها مستقیما در جهت بهبود تجاری الیاف شیشه ای ضد قلیا به وسیله استفاده از پوشش های مخصوص الياف انجام شده است. این پوشش های مخصوص برای کاهش نزدیکی الیاف شیشه ای با هیدروکسید کلسیم است. هیدروکسید کلسیم یکی از محصولات واکنش هیدراسیون و علت اصلی شکنندگی الیاف است. NEG AR-glass, Cem-FIL2 مثال هایی از الیاف شیشه ای هستند که دارای فواید بالقوه پوشش های مخصوص می باشد. داده های پایداری مقاومت در درازمدت برای الیاف ضد قلیای Cem -FIL2 نشان می دهد که مقاومت با سرعتی کمتر از مخلوط های Cem – FILI کاهش می یابد. با این حال از آنجا که پیش بینی مشخصات دراز مدت مصالح بر مبنای همبستگی داده های کهنگی تسریع یافته یا داده های کهنگی طبیعی صورت گرفته، هنوز بسیار زود است که بتوان به طور دقیق پیش بینی کرد که الیاف ضد قلیایCem-FIL2 چگونه به طور مؤثر یک مخلوط با پایه سیمانی را مسلح خواهد کرد [18-4].
هیاشی[3] ، ساتو[4] و فوجی[5] از شرکت شیشه الکتریکی نیپون کشف کرده اند که برخی مواد آلى ضدقلیا که به عنوان پوشش الیاف شیشه ای ضدقلیای عادی به کار می روند، به طور قابل ملاحظه ای باعث بهبود در حفظ مقاومت کششی الیاف خواهند شد. شکل ۴-۹ پایایی بهبود یافته مقاومت رشته های الیاف ضدقلیای عادی وقتی که از پوشش آلي ضدقليا استفاده شده باشد، نشان می دهد. همان طور که در شکل ۴-۱۰ دیده می شود، آزمایش های مقاومت خمشی که بر روی مخلوط های کهنه GFRC حاوي الياف ضد قلیای پوشش دار انجام شده، تصدیق می کند که حفظ مقاومت بهبود یافته الياف منجر به حفظ مقاومت خمشی بهبود یافته مخلوطهای GFRC خواهد شد [25-4].
شکل3-8-مقاومت کششی رشته های الیاف شیشه ای با پوشش های مختلف قرارگرفته شده در خمیر سیمان معمولی در دمای 80 درجه ی سانتیگراد
روشی توسط بنتور[6] و دایاموند[7] توسعه یافت که در آن میکروسیلیکا به طور مستقیم در فضاهای بین تک رشته های شیشه در الیاف شیشه ای سرگردان وارد شده بود. کشف شده است که با غوطه ور کردن دستی این الیاف در دوغاب تجاری میکروسیلیکا، فضاهای بین تک رشته های شیشه ای به میزان کافی با میکروسیلیکا پر می شود. نتایج آزمایش های انجام شده بر روی مخلوط های کهنه که با الیاف نفوذی در دوغاب میکروسیلیکا تولید شده اند، کاهش عمده در سرعتی نشان داده است که در آن افت مقاومت رخ می دهد [26-4]. با این حال هنوز مشخص نشده است که آیا این روش در فرایند تولید اسپری، عملی است یا خیر.
شکل3-9-تنش خمشی کامپوزیت های GFRCحاوی الیاف شیشه ضدقلیا با پوشش آلی قرار گرفته در آب 80 درجه سانتیگراد
3-4-3-2- اصلاح ماتریس سیمانی
سال های بسیار محققان مختلف تلاش کردند تا با تغییر ماتریس سیمان بر مسأله پایایی مقاومت GFRC فایق آیند. بیشتر این تلاش ها در جهت کاهش یا حذف شکل گیری هیدروکسید کلسیم که در طی فرایند هیدراسیون تولید می شود، صورت گرفت.
استفاده از سیمان پر آلومین و سیمان سوپر سولفاته نشان دهنده اولین تلاش ها در جهت اصلاح ماتریس سیمان است. هر چند هر دو این سیمان ها تا اندازه ای در بهبود پایداری مقاومت مخلوطهای GFRC در دراز مدت مؤثر بودند، با این حال اثرات نامطلوب دیگری نظیر افزایش خلل و فرج و افت مقاومت ماتریس سیمان مشهود بود[27-4].
یک راه حل جدیدتر استفاده از سیلیکاهای آهکی فعال به عنوان افزودنی های سیمان است. دوده سیلیکا و متاکائولینیت هر دو عامل های موثری برای واکنش اولیه و حذف هیدروکسیدهای کلسیم هستند. با این حال برای این که بتوان به کاهش عمده ای در میزان هیدروکسید کلسیم دست یافت باید این مواد را در درصدهای بسیار بالا به کار برد[25-4]. این روش ها برای شرکت دادن درصدهای بالایی از سیلیکا در ماتریس سیمان بدون مسأله جداشدگی توسعه یافتند. با این وجود شرکت دادن درصدهای بالا میکروسیلیکا به عنوان روشی مقرون به صرفه در بهبود پایایی دراز مدت GFRC شناخته نشده است.
بیشتر پیشرفت های جدید در زمینه بهبود پایایی مقاومت GFRC در دراز مدت، تا حد زیادی سیمان CGC را توصیه می کنند. CGC یک سیمان كم قلیا است که شرکت ژاپنی سیمان چی چی بو [8]با همکاری شرکت شیشه الکتریکی نیپون آن را توسعه دادند. سازندگان این سیمان ادعا می کنند که در طی فرایند هیدراسیون آن، هیدروکسید کلسیم تولید نمی شود. همان طور که در شکل ۴-۱۱ دیده می شود، آزمایش های انجام شده بر روی مخلوط های GFRC که با سیمان CGC و الياف ضد قلیا ساخته شده اند، نشان می دهد که مقاومت اولیه ۲۸ روزه حتی پس از قرار گیری مخلوط در شرایط کهنگی تسریع شده حفظ می شود [25-4 ]، [ 26-4]. در هر حال استفاده از سیمان CGC در مخلوط های ساخته شده با الیاف E-glass منجر به بهبود پایایی مقاومت در دراز مدت نشده است [25-4].
3-5- دوام یخ زدن و آب شدن
بر روی دوام يخ زدن و آب شدن هر دو مخلوط AR-GFRC و P – GFRC مطالعاتی انجام شده است. [11-4]،[23-4] . در تحقیقی که دنیل انجام داد، نشان داده شده است که الیاف شیشه ای ضد قلیا در مقایسه با ماتریس مسلح نشده، به طور مؤثری از ماتریس سیمان در برابر خرابی های شدید یخ زدن و آب شدن محافظت می کند. کهنگی تسریع یافته نمونه های GFRC ضد قليا تأثیر بر مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن نداشته است [11-4]. جاکوبز[9] نتیجه گیری کرد که مقاومت مخلوطهای P – GFRC در برابر یخ زدن و آب شدن رضایت بخش است، که البته این مسئله به دلیل جذب آب کمتر و انعطاف پذیری بیشتر مخلوط های اصلاح شده با پلیمر میباشد [23-4].
