ترکیبات سیمانی (درصد پایین الیاف پلی پروپیلن)

در بسیاری از کاربردهای تجارتی از بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن، مقادیر کمی از الیاف)عموماً در حدود %0.1 حجمی(به کار رفته است. در چنین درصدهای حجمی پایینی، الیاف پلی پروپیلن عمدتاً به منظور کنترل ترک های ناشی از آب رفتگی پلاستیک به کار می روند. البته تاثیرات مقادیر کم الیاف پلی پروپیلن بر روی خصوصیات بتن تا حدودی غیر قطعی است.

زولو، ایلتر و بوچاکرت آزمایش هایی به منظور تعیین مقاومت فشاری ASTMC39، مقاومت کشیدگی ترکیدگی ASTMC496 و مقاومت خمشی ASTMC78  بتن غیر مسلح و بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن انجام داده اند. نمونه های آزمایشی حاوی حدود 0 تا %0.3 حجمی از الیاف بودند. مطابق جدول 1 نتایج این آزمایش ها نشان داده اند که وجود الیاف پلی پروپیلن تاثیر کمی بر روی خصوصیات ذکر شده در بالا دارد. به طور معمول مقاومت فشاری با افزایش مقدار الیاف، اندکی کاهش و مقاومت کششی ترکیدگی و مقاومت خمشی با افزایش مقدار الیاف، اندکی کاهش و مقاومت کششی ترکیدگی و مقاومت خمشی با افزایش مقدار الیاف اندکی افزایش می یابد. البته برای نمونه های حاوی %0.1 حجمی از الیاف (مقدار توصیه شده در صنعت)، مقاومت خمشی و مقاومت کششی ترکیدگی به ترتیب تنها 0 و 2.7 درصد افزایش یافته اند.

جدول1 خصوصیات مصالحی بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن در مقابل بتن غیر مسلح

مقادیر مقاومت براساس متوسط حداقل سه آزمایش می باشد.

معادل متریک : psi=6.895kPa

لیتوین و هانا هم آزمایش هایی برای تعیین خصوصیات ترکیبات مسلح با درصدهای پایین الیاف پلی پروپیلن انجام داده اند. نتایج آزمایش ها آنها عمدتاً مطابق با یافته های زولو، ایلتر و بوچاکرت می باشد. همچنین تحقیقات هانا نشان داد که اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به بتن، تاثیر مطلوب ناچیزی روی طاقت، مقاومت ترک خوردگی و مقاومت ضربه ای داشته است.

نتایج آزمایش ا که نشان دهنده ی تاثیر مقادیر کم الیاف پلی پروپیلن بر روی آب رفتگی بتن می باشد، غیر قطعی است. تولید کنندگان الیاف پلی پروپیلن ادعا می کنند مخلوط کردن الیاف پلی پروپیلن در درصدهای حجمی پایین به طور عمه ای ترک های ناشی از آبرفتگی را کاهش می دهد. اگر چه اغلب نتایج آزمایشگاهی این ادعا را تایید می کنند، اما کمبود روش های آزمایش استاندارد شده و محدود بودن تعداد آزمایش ها بسیاری از نتایج را غیر قطعی می سازد.

آزمایش های انجام شده توسط لیتوین بر روی نمونه هایی با مقاومت فشاری به ترتیب Mpa20.7) psi3000 و (Mpa31) psi4500 حاکی از این هستند که آب رفتگی خشک محدود نشده (آزاد( بتن با اضافه کردن % 0.1 الیاف پلی پروپیلن به میزان %-1.1 %3.7 کاهش می یابد. این نتایج بعد از اینکه نمونه ها به مدت یک سال در هوایی با رطوبت نسبی %50 و C˚23 F˚73 خشک شدند، به دست آمد. آزمایش های لیتوین مطابق با ASTMC157 انجام شد. او نتیجه گیری کرد که تفاوت عمده ای در آب رفتگی نامحدود )آزاد( بتن ساخته شده با یا بدون الیاف پلی پروپیلن وجود ندارد. نتایج مشابهی توسط گرزی بوسکای و شا، گزارش شد.

همچنین آزمایش های آب رفتگی نامحدود پلاستیک توسط زولو و ایلتر و بوچاکرت انجام شد. این آزمایش ها نشان داده اند که بعد از 180 دقیقه، آبرفتگی برای حجم های به ترتیب %0.1 تا %0.3 از الیاف پلی پروپیلن، بین 12 تا %25 کاهش می یابد. آزمایش های آب رفتگی نامحدود پلاستیک مطابق با ASTMC827 انجام شدند. در طی این آزمایش ها مشاهده شده است که مقدار آب شیره دهی سطح با افزودن الیاف، کاهش چشمگیری یافته است. به عقیده زولو این احتمال وجود دارد که الیاف، تراکم ترکیبات را کاهش دهند و بنابراین منجر به نگهداشت بیشتر آب در مراحل اولیه هیدراسیون شوند.

آزمایش های آب رفتگی نامحدود بتن که توسط زولو انجام شد نشان دادند که آب رفتگی به ترتیب %33، %47 و %10 برای بتن هایی با 0.1، 0.2و 0.3 درصد حجمی از الیاف کاهش یافته است. نمونه های آزمایشی به مدت 14 روز در زیر آب نگهداری شدند و سپس به مدت 7 روز در شرایط خشکاندن سریع قرار گرفتند. منحنی کرنش آب رفتگی در مقابل زمان برای نمونه های بتنی معمولی و برای نمونه هایی با درصد الیاف مختلف در شکل 1 نشان داده شده است. علیرغم اینکه نمونه های الیاف دار، آب رفتگی نامحدود کمتری را برای هر کدام از درصدهای به کار رفته از الیاف نشان دادند، با استفاده از این نتایج نمیتوان به هیچ روند قطعی ای دست یافت. همچنین نتایج گردآوری شده از تلاش های سایر محققان در رابطه با آب رفتگی نامحدود، غیر قطعی و متناقض بوده اند.

هر چند آزمایش های آب رفتگی نامحدود، اطلاعاتی پیرامون مشخصات آب رفتگی ترکیبات مسلح فراهم می کنند، اما اطلاعات مفیدی در رابطه با چگونگی پاسخ ترکیبات به تنش های ناشی از آبرفتگی در شرایط محدود شده بدست نمی دهند. در عمل، آب رفتگی نامحدود به ندرت اتفاق می افتد و همیشه مقداری محدود شدگی به دلیل طبیعت یکپارچه ساختار بتن وجود دارد.

در تحقیق اخیر گرزی بوسکای و شا، یک نمونه حلقه مانند  به منظور شبیه سازی ترک خوردگی ناشی از آب رفتگی محدود به کار برده شد و نتایج زیر به دست آمد :

1. مقادیر پایین 0.25 درصدی از الیاف فولادی یا پلی پروپیلن، می تواند به طور اساسی عرض ترک های ناشی از آب رفتگی خشک محدود شده را کاهش دهد.
2. الیاف فولادی تاثیرگذارتر از الیاف پلی پروپیلن هستند.
3. مشاهده شد که افزودن %0.1 حجمی الیاف پلی پروپیلن تاث��ری ندارد.

شکل (الف) : الیاف 0.1درصد حجمی

شکل (ب) : الیاف 0.2 درصد حجمی

شکل (ج) : الیاف 0.3 درصد حجمی