FRC, بتن

جنبه‌های دوام بتن FRC

جنبه های دوام بتن

جنبه‌های دوام بتن FRC

خصوصیات و جنبه‌های دوام بتن FRC ها تا حدی توسط ناحیه بین الیاف و خمیر کنترل می‌شود و مشخصات ریزساختار این ناحیه، دارای تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر دوام می‌باشد. بسیاری از پژوهشگران این ناحیه را از طریق میکروسکوپ نوری و تصاویر الکترونی، مورد مطالعه قرار داده‌اند و یافته‌های آنان در مراجع مهم موجود به طور خلاصه ارائه شده است.

جنبه‌های دوام بتن FRC در این مقاله بر روی نکات کلیدی مربوط به مکانیزم های سالخوردگی متمرکز می‌باشد. بحث درباره FRC با یک رشته مسلح سازی به صورت الیاف منفرد (یعنی الیاف فولادی)، جدا از FRC با چندین رشته مسلح سازی به صورت استرندهای دسته رشته‌ها (یعنی FRC الیاف طبیعی، پلی پروپیلن، کربن و شیشه) آسان‌تر می‌باشد، زیرا چندین موضوع زیرساختاری وجود دارند که تنها بر FRC نوع اخیر، تاثیر می‌گذارند.

FRC چندرشته ای

در تصاویر زیر، ریزساختار بدون سالخوردگی ناحیه میانی برای مصالح FRC با خمیر سیمان پرتلند معمولی را به ترتیب با مسلح سازی چند رشته‌ای، الیاف شیشه و الیاف نارگیل نشان می‌دهند.

ریزساختار ناحیه میانی غیرسالخورده از خمیر سیمان پرتلند بتن مسلح به الیاف نارگیل، ریزتصویر الکترونی پس پراکنش

ریزساختار ناحیه میانی غیرسالخورده از خمیر سیمان پرتلند در بتن با الیاف شیشه، مقطع نازک نوری، میدان دید افقی نور قطبیده میدان تاریک (HFOV) 380 میکرون

ناحیه بین واحد مسلح سازی و خمیر متخلخل بوده و فضاهای موجود در این واحد (فضاهای میانی در FRC شیشه و مجاری سلولی در FRC الیاف نارگیل) تا حد زیادی عاری از محصولات هیدراسیون باقی می‌مانند.

در تصاویر زیر، ریزساختار همان FRCها را پس از سالخوردگی نشان می‌دهند به گونه‌ای که کاهش عمده خواص مکانیکی در آنها اتفاق افتاده است.

ریزساختار ناحیه میانی سالخورده از خمیر سیمان پرتلند بتن مسلح به الیاف نارگیل برای ۲۵ چرخه‌تر و خشک شدن، ریزتصویر الکترونی پس پراکنش

ریزساختار ناحیه میانی سالخورده از خمیر سیمان پرتلند بتن مسلح به الیاف شیشه برای ۵۶ روز در آب با دمای C°۶۵، پتروگرافی مقطع نازک نوری، قطب‌ها در °۷۷ تقاطع دارند، CH= کریستال‌های هیدروکسید کلسیم

بررسی‌ها

در هر دو مصالح، بخش عمده‌ای از فضای میانی و بین رشته‌ای- سلولی با محصولات هیدراسیون پرشده است که در جنبه‌های دوام بتن FRC شیشه به صورت Ca(OH)2 شناسایی شده و در FRC الیاف نارگیل نیز فرض می‌شود که همین ماده باشد. این پدیده با عناوین مختلفی مانند معدنی شدن، سنگی شدن و «پرشدن دسته» نامیده می‌شود.

عموما فرض می‌گردد که این پدیده، افزایش پیوند الیاف و خمیر را به دنبال خواهد داشت. در مواردی که جزء مسلح سازی واحد، یک استرند باشد، مثلا FRC شیشه و کربن، فرض می‌شود که افزایش پیوند الیاف- الیاف نیز اتفاق می‌افتد. در این صورت اگر از مقدار پیوستگی بحرانی تجاوز گردد، حالت گسیختگی می تواند از بیرون کشیدگی الیاف به گسیختگی الیاف تغییر نماید (یعنی حذف ناحیه رفتاری IV). همچنین اثرات تراکم (افزایش چگالی) خمیر نیز آغاز می گردد.

حالت بیرون کشیدگی «تلسکوپی»

انتقال از حالت بیرون کشیدگی به گسیختگی در انواع مختلف FRC شیشه توسط بارتوز و ژو مورد بررسی قرار گرفته است که حالت بیرون کشیدگی «تلسکوپی» متوسط  و FRC سلولزی/ طبیعی نیز اولین بار توسط آنها مورد شناسایی قرار گرفت. افزایش پیوستگی الیاف- الیاف با سالخوردگی در FRC شیشه به طور مستقیم توسط ژو و بارتوز با استفاده از یک دستگاه جدید سختی سنجی مایکرو ایندنتیشن اندازه گیری شده است.

پرسنل و همکاران نشان دادند که پیوستگی در FRC شیشه در مدت هفته های سالخوردگی افزایش یافته و سپس در حدود ۲ تا ۳ برابر مقدار اولیه آن تثبیت می‌گردد. کیم و همکاران اظهار داشته اند که طاقت شکست ناحیه میانی FRC شیشه تا ۳ برابر طی مدت عمل آوری، افزایش می‌یابد.

بررسی‌ سطوح الیاف در FRC

‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بررسی سطوح الیاف در FRC قرار گرفته در معرض سالخوردگی یا هوازدگی به ندرت خوردگی عمده الیاف، یعنی کاهش مقطع ناشی از حفره ای شدن، را صرف‌نظر از نوع الیاف یا میزان کاهش خواص، نشان می‌دهد. حداقل در کوتاه مدت، در FRC که الیاف در آن نسبت به حمله قلیایی ایمن هستند مانند FRC کربن، کاهش مقاومت و طاقت بر اثر سالخوردگی همچنان ممکن است مشاهده گردد.

بنابراین اکثر پژوهشگران برای مدتی، افت خواص در کلیه جنبه‌های دوام بتن FRCها را به اثرات تراکم خمیر، افزایش پیوستگی و پر شدن دسته رشته/ کانی شدن، نسبت می‌دادند. برای بسیاری از کامپوزیت‌های FRC، این موضوع صحت دارد، اما در این صورت، خوردگی الیاف نباید کاهش یابد. اول آنکه پرشدن دسته و یا افزایش پیوستگی همواره با آسیب همراه نخواهد بود.

کامپوزیت‌ها

در کامپوزیت‌های FRC شیشه که با خمیرهای برپایه سولفو- آلومینات ساخته شده اند، فضای بین رشته‌ای، حتی در نمونه‌های بدون سالخوردگی، به طور کامل با محصولات هیدراسیون پر می‌شود، بدون آنکه کاهش در مقاومت ایجاد گردد (تصویر پایین).

مثلا در FRC/OPC شیشه AR نسل دوم، آسیب می تواند بدون پر شدن کامل دسته رشته‌ها اتفاق افتاده (تصویر پایین) و پیوستگی می‌تواند بدون کاهش خواص مکانیکی، به حداکثر برسد. دوم آنکه تغییر حالت گسیختگی از بیرون کشیدگی به شکست ضرورتا مستلزم افزایش پیوستگی نیست، یعنی کاهش مقاومت الیاف نیز چنین تغییر حالتی را موجب می‌گردد.

ریزساختار اصلاح شده با سولفوآلومینات از بتن مسلح به الیاف شیشه، نمونه غیرسالخورده، پتروگرافی مقطع نازک نوری، قطب ها در °۷۷ تقاطع دارند.

در پایان

در ترکیبات با الیاف طبیعی، بیرون کشیدگی ممکن است به عنوان حالت گسیختگی غالب مشاهده گردد، حتی پس از آنکه خواص مکانیکی تا حد زیادی کاهش یابد و حالت گسیختگی ممکن است از بیرون کشیدگی به گسیختگی الیاف تغییر یابد، بدون آنکه معدنی شدن الیاف اتفاق بیفتد. سوم آنکه برای شیشه و کربن، بررسی مختصر مکانیک شکست الیاف نشان می‌دهد که مقاومت آنها تحت کنترل توزیع جمعیت و اندازه نقص‌های سطحی قرار دارد.

 

نقص‌ها

نقص‌های بحرانی سطحی به قدری کوچک هستند (nm10~) که مشاهده و تشخیص آنها بر روی الیاف با استفاده از تصاویر SEM بسیار دشوار می باشد. بنابراین، تجمع موضعی و رشد چنین نقص‌هایی می تواند موجب افت مقاومت گردد، بدون آنکه آسیب سطحی الیاف به سادگی قابل تشخیص باشد.

فعالیت‌های اخیر با استفاده از تحلیل ویبول و میکروسکوپی نیروی اتمی بر روی الیاف شیشه AR که در معرض راهکارهای علاج بخشی سالخوردگی مختلفی قرار گرفته اند، نشان داده است حداکثر اندازه نقص سطحی (برخلاف تصاویر) در حدود nm50 بوده و تایید نموده است که چگالی جمعیت و اندازه نقص های سطحی، کنترل کننده مقاومت الیاف می‌‌‌باشد.

بازگشت به لیست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.