بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه¬ها

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد

بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه­ها

واکنش قليايي سنگدانه­ها (AAR)، واکنشي شيميايي است که در برخي از سازه­هاي بتني رخ مي­دهد.  (AAR) واکنشی بین مایعات قلیایی درون حفره­ها و سنگدانه­های سیلیسی است. خرابی بتن شامل انبساط و ایجاد ترک در اثر واکنش قلیایی سنگدانه­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار می­باشد. علاوه بر آن پلیمرهای تقویت شده با الیاف به شکل صفحه یا ورق می­توانند مزایای اقتصادی زیادی در صنعت ساختمان ایجاد کنند. پیشرفت­های اخیر در FRP اشاره می­کند که آن­ها در آینده نقش عظیمی در ساختمان­ها و کاربردهای تعمیراتی خواهند داشت. در دهه­ی گذشته، FRPها در صنعت ساختمان کاربرد فراوانی یافته است. رشد تقاضای استفاده از FRPها در سازه­های بتنی نیاز زیادی برای درک رفتار کوتاه مدت و بلند مدت این مواد کامپوزیتی تحت شرایط محیطی و بارگذاری مختلف ایجاد کرده است. لذا در این تحقيق دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با تحت واکنش قليايي   سنگدانه­ها بررسي شده است.

بدين منظور دو نوع بتن ساخته شد: يکي بتن فعال تحت واکنش قليايي سنگدانه و ديگر بتن غيرفعال. برنامه­ي آزمايشگاهي شامل ساخت 16 تير بتن مسلح مي­باشد که در هشت گروه تقسيم­بندي مي­شوند. همچنین جهت ارزیابی تأثیر دورپیچ، دو تیر در انتهای ورق و نزدیک تکیه­گاه­ها با یک لایه ورق 5   سانتی­متری GFRP دورپیچ شدند. براي تسريع در انجام واکنش قليايي، ميزان قليايي بتن فعال با افزودن هيدروکسيد سديم به آب اختلاط از 66/0 درصد نسبت به وزن سيمان به 75/1 درصد قليايي معادل رسيد. پس از 8 ماه براي ارزيابي تأثير GFRP در تقويت تيرها و اثر واکنش قليايي سنگدانه­ها مقاومت خمشي و خيز وسط دهانه تيرهاي تقويت شده با تيرهاي کنترل، و تيرهاي همتا مقايسه شدند. نتايج نشان داد که مقاومت خمشي تيرهاي بتن مسلح با چسباندن صفحه­ي GFRP به سطح کششي آن­ها افزايش پيدا   مي­کند و واکنش قليايي سنگدانه­ها، مقاومت خمشي تيرها را کاهش مي­دهد.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                     صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1 مقدمه ......................................................................................................................................................................................

1

1-2  ضرورت انجام تحقیق .........................................................................................................................................................

2

1-3 اهداف تحقیق ........................................................................................................................................................................

3

1-4 روش تحقیق ..........................................................................................................................................................................

3

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

2-1 مقدمه .......................................................................................................................................................................................

5

2-2 خصوصیات مواد مرکب .........................................................................................................................................................

6

2-2-1 الیاف تشکیل دهنده..................................................................................................................................................

6

2-2-2 خصوصیات ماتریس ..................................................................................................................................................

10

2-2-3 فرآیند ساخت مواد مرکب .......................................................................................................................................

11

2-2-4 استفاده از FRP در سازه­های بتن آرمه ..............................................................................................................

11

2-2-5 مقایسه­ی FRP و فولاد در مقاوم­سازی سازه­ها .................................................................................................

17

2-3 تحقیقات انجام شده بر روی تقویت تیرها با FRP ........................................................................................................

18

2-4 تحقیقات انجام شده بر روی واکنش قلیایی سنگدانه­ها ................................................................................................

21

2-4-1 مقدمه............................................................................................................................................................................

21

2-4-2 واكنش قليايي- سيليسي ........................................................................................................................................

22

2-4-3 واکنش قلیایی-­سیلیکاتی ........................................................................................................................................

22

2-4-4 واکنش قلیایی- کربناتی ..........................................................................................................................................

22

2-4-5 سایر واکنش­های قلیایی سنگدانه­ها ......................................................................................................................

23

2-4-6 برخی ازتحقیقات انجام گرفته در خصوص واکنش قلیایی سنگدانه­ها............................................................

23

2-5 تحقیقات انجام شده بر روی دوام تیرهای تقویت شده با FRP .................................................................................

25

فصل سوم : مواد

3-1 مقدمه ......................................................................................................................................................................................

29

3-2 سیمان .....................................................................................................................................................................................

29

3-3 سنگدانه­ها ...............................................................................................................................................................................

30

3-3-1 آزمایش­های تشخیص فعال بودن سنگدانه­ها ....................................................................................................

31

3-3-2 عوامل مؤثر بر واكنش قليايي سنگدانه‌ها در بتن .............................................................................................. 

33

3-3-3 نسبت بحراني .............................................................................................................................................................

34

3-4 بتن ...........................................................................................................................................................................................

35

3-5 فولاد .........................................................................................................................................................................................

37

3-6 FRP و رزین ..........................................................................................................................................................................

37

فصل چهارم: روش کار

4-1 مقدمه .......................................................................................................................................................................................

39

4-2 طراحی تیرها............................................................................................................................................................................

39

4-2-1 طراحی تیرهای بتن مسلح.......................................................................................................................................

41

4-2-2 محاسبه­ی ظرفیت خمشی تیرهای تقویت شده با GFRP.............................................................................

44

4-3 برنامه­ی آزمایشگاهی..............................................................................................................................................................

48

4-3-1 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه­ی غیرفعال........................................................................

50

4-3-2 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه­ی فعال..............................................................................

51

4-4 آماده سازی نمونه­های آزمایشگاهی....................................................................................................................................

52

4-5 چگونگی انجام آزمایش .........................................................................................................................................................

53

فصل پنجم: نتایج آزمایشات

5-1 مقدمه .......................................................................................................................................................................................

55

5-2 اندازه گیری انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه­ها..................................................................................................

55

5-3 نتایج آزمایش خمش تیرها....................................................................................................................................................

57

5-3-1 منحني بار تغيير مکان و مد گسيختگي تيرها.....................................................................................................

58

5-3-2 تأثیر دورپیچ نمودن تیرها در انتهای ورقGFRP.............................................................................................

66

فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهادها

6-1 مقدمه.........................................................................................................................................................................................

68

6-2 نتیجه­گیری .............................................................................................................................................................................

68

6-3 موارد پیشنهادی جهت تحقیقات آتی.................................................................................................................................

69

فهرست منابع ......................................................................................................................................................................................

70

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                                       صفحه

جدول 2-1: مقایسه کیفی الیاف شیشه نوع E ، الیاف کربن با مقاومت زیاد و الیاف آرامید..........................................

7

جدول 2-2: خصوصیات ماتریس­ها...............................................................................................................................................

11

جدول3-1: نتايج آزمايش شيميايي تعیین درصد قلیایی معادل سيمان نوع2 یاسوج......................................................

29

جدول3-2: نتايج آزمايش شيميايي و فیزیکی سیمان یاسوج................................................................................................

30

جدول3-3: نتایج آزمایش ملات­ منشوری بر روی ماسه فعال................................................................................................

33

جدول 3-4: طرح اختلاط بتن­های مورد استفاده در این تحقیق..........................................................................................

35

جدول 3-5: نتایج آزمایش کشش مفتول فولادی.....................................................................................................................

37

جدول 3-6: مشخصات الیاف GFRP   استفاده شده در تقویت تیرها...............................................................................

38

جدول 3-7: مشخصات رزین استفاده شده.................................................................................................................................

38

جدول 4-1: مقاومت فشاری نمونه­های مکعب...........................................................................................................................

40

جدول 4-2: ضرایب کاهش محیطی برای مصالح FRP..........................................................................................................

46

جدول 4-3: چگونگی گروه­بندی تیرها.........................................................................................................................................

50

جدول 5-1: نتایج اندازه­گیری انبساط نمونه­های نگهداری شده در محلول قلیا.................................................................

56

جدول 5-2: جزئیات ثبت داده­ها برای کلیه­ی تیرها................................................................................................................

58

جدول 5-3: نتايج تست تيرها........................................................................................................................................................

59

جدول 5-4: نتایج تیر دورپیچ شده با یک لایه­ی 5 سانتیمتری در انتهای ورق GFRP................................................

66

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                                                    صفحه

شکل (2-1). اجزای تشکیل دهنده­یFRP...............................................................................................................................

7

شکل (2-2). انواع پوشش­های FRP و میلگردهای GFRP................................................................................................

8

شکل (2-3). منحنی تنش –کرنش..............................................................................................................................................

12

شکل (2-4). تقویت خمشی تیر بتن آرمه با ورقه­ی FRP...................................................................................................

14

شکل(2-5).  الگوهای مختلف تقویت برشی...............................................................................................................................

14

شکل (2-6). تقویت خمشی تیر بتن ارمه با ورقه­ی FRP و نوار انتهایی U شکل...........................................................

14

شکل (2-7). الگوی تقویتی یکپارچه و منقطع.........................................................................................................................

15

شکل (3-8 ). تقویت برشی و خمشی تیر بتن آرمه با FRP.................................................................................................

15

شکل (2-9). بکار بردن نوار مورب برای تقویت برشی تیر بتن آرمه...................................................................................

15

شکل (2-10). حالات مختلف تقویت ستون با FRP..............................................................................................................

16

شکل (2-11). عدم محصور­شدگی مناسب برای ستون مربع مستطیل و تبدیل آن به ستون بیضوی یا دایروی برای ایجاد محصور­شدگی مناسب و کافی ..................................................................................................................................

16

شکل (2-12). تقویت اتصال .........................................................................................................................................................

17

شکل (2-13). وضیعت تیرها و سطح مقطع آنها.......................................................................................................................

19

شکل (2-14). سطح مقطع و چگونگی تقویت تیرها................................................................................................................

20

شکل(2-15). سطح مقطع تیرها................................................................................................................................................

25

شکل (2-16). نحوه­ی آزمایش تیرها...........................................................................................................................................

25

شکل (3-1). نمودار سن- درصد انبساط واکنش قلیایی ماسه فعال.....................................................................................

33

شکل (3-2). چگونگی انجام آزمایش کشش مفتول.................................................................................................................

37

شکل (3-3). ورق GFRP و ظرف رزین....................................................................................................................................

38

شکل (4-1). قالب­های مکعبی و عمل­آوری نمونه­های مکعبی...............................................................................................

40

شکل (4-2). سطح مقطع تیرها....................................................................................................................................................

40

شکل (4-3). نمودارهای تنش و کرنش یک مقطع مستطیلی با فولاد فشاری بر اساس فرضیات آبا در حالتی که فولادهای کششی و فشاری در لحظه­ی نهایی جاری شده باشند...........................................................................................

42

شکل(4-4). اعمال نیرو به تیر.......................................................................................................................................................

43

شکل (4-5). سطح مقطع تیرهای مسلح ...................................................................................................................................

44

شکل (4-6).نمودارتنش- کرنش مقطع مستطیلی دارای فولاد فشاری تحت خمش.....................................................

45

شکل (4-7).سطح مقطع تیرهای تقویت شده با GFRP....................................................................................................

46

شکل (4-8).میلگرد گذاری تیرها شکل....................................................................................................................................

49

شکل (4-9).قالب­بندی و بتن­ریزی تیرها.................................................................................................................................

49

49

شکل (4-11). نگهداری تیرها در اطاقک رطوبت......................................................................................................................

51

شکل 4-12 نگهداری تیرها در محلول هیدروکسید سدیم.....................................................................................................

52

شکل (4-13).مخلوط اپوکسی....................................................................................................................................................

52

1. GFRP...........................................................................................................................................

53

شکل(4-15). تیر تحت بارگذاری، (a) تیر تقویت نشده، (b) تیر تقویت شده با GFRP..............................................

53

شکل (4-16).چگونگی آزمایش نمونه­ها...................................................................................................................................

54

شکل (5-1). ترک­هاي نقشه­اي بر اثر انجام واکنش قليايي سنگدانه­هاي فعال..................................................................

56

شکل (5-2) نمودار سن – درصد انبساط نمونه­ی ساخته شده با ماسه­ی معدن آذربایجان شرقی...............................

57

شکل (5-3). نمودار بار تغيير مکان تيرها در دمای 2±23 درجه­ي سانتي­گراد و رطوبت 65 درصد............................

60

شکل (5-4). نمودار بار تغيير مکان تيرها در محلول هیدروکسید سدیم............................................................................

60

شکل (5-5). نمودار بار تغيير مکان برای کلیه­ی تیرها .........................................................................................................

61

شکل (5-6). مد گسيختگي تير B1............................................................................................................................................

61

شکل (5-7). مد گسيختگي تيرهاي گروه B2..........................................................................................................................

62

شکل (5-8). مد گسيختگي تيرهاي گروه B3 ........................................................................................................................

63

شکل (5-9). مد گسيختگي تيرهاي گروه B5..........................................................................................................................

64

شکل (5-10). مد گسيختگي تيرهاي گروه B7.......................................................................................................................

65

شکل (5-11). مد گسيختگي تيرهاي گروه B8.......................................................................................................................

66

شکل (5-12). نمودار بار- تغییر مکان برای تیر دورپیچ شده و تیرهای B1 و B2 ........................................................

67

شکل (5-13). مد گسیختگی تیر دورپیچ شده با یک لایه­ی 5 سانتیمتری در انتهای ورق و نزدیکتکیه­گاه ......

67