طراحی مخلوط UHPFRC و پاسخ آن به اثر پرتابه

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F2136

۳٫ خواص مکانیکی
۱-۱ استحکام فشاری و مدول الاستیسیته
استحکام فشاری و مدول قاطع الاستیسیته در استوانه هایی با قطر ۱۰۰ میلی متر و ارتفاع ۲۰۰ میلی متر اندازه گیری شدند. چون استحکام مواد کلاهک گذاری شده ی در دسترس (۱۰۰ مگاپاسکال) به طور چشم گیری کمتر از استحکام های اندازه گیری شده ی مورد انتظار بود، بالای استوانه ها بریده و سنگ زده شدند. استحکام فشاری روی استوانه با افزایش یکنواخت بار با سرعت متوسط ۳۶MPa/min تا سطح ۷۰ درصد استحام فشاری مورد انتظار اندازه گیری شد. در این نقطه بارگذاری به کنترل تغییر شکل با یک سرعت ۰٫۴۸ mm/min برای ۲ دقیقه تغییر یافت که به منظور اندازه گیری رفتار پیک و پس از پیک انجام شد. سرعت به ۱٫۲ mm/min افزایش یافت.
مدول الاستیسیته با ایتفاده از دو عدد اکستنسومتر با پایه ی ۱۰۰ میلی متر، که به پلوی نمونه ی ایتوانه ای چسبیده شدند، اندازه گیری شد. یک ماشین بارگذاری هیدرولیک DSM2500-100 استفاده شد و فرآیند بارگذاری با تنش کنترل شد. در قدم اول نمونه ها تا ۱/۳ حداکثر استحکام فشاری مورد انتظار بارگذاری شدند، در این مورد ۵۰ مگاپاسکال به مدت ۶۰ ثانیه بود. پس از آن نمونه ها تا ۵ مگاپاسکال باربرداری شدند. فرآیند سه بار تکرار شد. مدول قاطع الاستیسیته از چرخه ی باربرداری سوم محاسبه شد. در گام دوم نمونه ها تا شکست بارگذاری شدند و استحکام ش=فشاری تعیین شد.
۱-۲ استحکام تسلیم
تست های کششی مستقیم روی نمونه ی داگ بون (استخوانی شکل) بدون شیار، اجرا شدند. طوب نمونه ۳۳۰ میلی متر و مقطع عرضی آن در نازکترین قسمت ۳۰*۳۰ mm بود. نمونه ها با توجه به محتوای حجمی فیبرهای فولادی آنها همانطور که در جدول ۲ آوره شده اند، دسته بندی شدند. از هر دسته ۳ نمونه تست شد. همه ی نمونه ها در لایه هایی ریخته شدند مه منجر به جهت گیری فیبرها در راستای بار اعمالی می شد.
تست های کششی مستقیم روی ماشین بارگذاری MTS انجام شدند. نمونه ها در گیره های پیشرفته ی مخصوص قالب بندی شدند.کششدر منطقه ی الاستیک با دو گِیج کرنش که روی نازک ترین قسمت ها چسبیده شده بودند، اندازه گیری شدند. بعد از موضعی شدن ترک کشش با دو عدد LVDT که با یک قاب مخصوص روی نمونه ی استخوانی شکا سوار شده بودند، اندازه گیری شد. در نمونه هایی که حاوی فیبر بودند بارگذاری در دو مرحله اجرا شد. سرعت بارگذاری در مرحله ی اول برابر ۰٫۳ mm/min بود تا زمانی که بار تقریبا به ۷۰ درصد بار ماکزیمم کاهش یافت. در گام سوم سرعت بارگذاری به ۰٫۵ MM/MIN افزایش یافت. این فرآیند بارگذاری به منظور سرعت دادن به تست بود جون تغییر شکل بعد از باز شدن ترک اط لحاظ بزرگی، بالاتر از تغییر شکل اندازه گیری شده تا بار پیک بود.

۱-۳ ضربه ی پرتابه
مقاومت به بارگذاری ضربه ای بر روی ورق های مستطیلی شکل با ابعاد ۳۰۰*۴۰۰ mm و با ضخامت ۵۰ mm انجام شد. چون حضور میله های تقویت کننده دارای اثر ناچیزی بر مقاومت اجرایی ورق ها است، بنابراین برای ساخت نمونه ها هیچ میله ی تقویت کننده ای استفاده نشد. ضربه به عنوان برخورد نوک پرتابه ی تغییرشکل پذیر و تغییرسکل ناپذیر شبیه سازی شد. فاصله تا ورق ۲۰ m بود و سرعت مازل با استفاده از یک زمان سنج (کرونوگراف) پرتابه ای، مستقر شده در تقریبا ۲ متری تفنگ مازل، اندازه گیری شد. وزن پرتابه ۸٫۰۴ g و سرعت متوسط مازل ۷۱۰ m/s بود. در مجموع ۱۸ ورق در بارگذاری ضربه ای تست شدند. بزرگی خسارت وارده بر اثر ضربه با توجه به عمث نفوذ و قطر دهانه تعریف شد. ورق های ساخته شده از UHPC3،UHPFRC3-1,3-2,3-3 آزمایش شدند. جهت مقایسه ی UHPC و UHPFRC با مخلوط های رایج مورد استفادهدو نوع بتن دیگر یعنی بتن با استحکام معمولی (NSC) و بتن تقویت شده با فیبر رایج (FRC) آزمایش شدند.
ورق های FRC با استفاده از حداکثر اندازه ی دانه ۸ mm و فیبرهای فولادی قلابی با نسب جنبه (نسبت طول به قطر) ۸۵ و طول ۳۰ mm ساخته شدند. فیبرها دارای استحکام کششی اسمی ۲۳۰۰ MPaبودند. انتهاهای قلابی شکل به بهترین صورت لنگری شکل در نظر گرفته شدند. استحکام فشاری متوسطِ FRC و NSC به ترتیب ۵۷ MPa و ۴۸ MPa در نظر گرفته شدند.
هر نمونه ی آزمایش در یک قالب مخصوص قرار گرفت، که به منظور بهبودِ تحقیق جهت جلوگیری از حرکت نمونه حین ضربه بود. قالب های دارای چهار پیچ بودند که در گوشه ی نمونه تقریبا با فاصله ی ۵۰ mm از هر دو لبه بودند که به منظور شبیه سازی ساپورت های نقطه بود. هر نمونه در قالب قرار داده شد و پرتابه مرکز نمونه را، تحت زاویه ی قائم با انحراف کم حدود ۳ درجه که نادیده گرفته شد، هدف قرار داد.
۴٫ نتایج و بحث
۴٫۱ خواص مکانیکی
جدول ۳ کارپذیری، استحکام فشاری، استحکام خمشی، استحکام کششی مستقیم و مدول قاطع الاستیسیته ی مخلوط ی بهبود یافته ی UHPFRC با توجه به میزان محتوای فیبر را نشان می دهد. می تواند دیده شود که بیشترین استحکام فشاری متوسط ۱۵۱٫۷ MPa بود که از محتوای ۲ درصد حجمی فیبر بدست آمد. متناظر با آن بیشترین میزان مدول الاستیسیته متوسط برابر ۵۶٫۹ GPa برای ۲ درصد حجمی فیبر بود.

بیشترین میزان استحکام خمشی و استحکام کششی مستقیم در نمونه هایی حاوی ۳ درصد حجمی فیبر به دست آمدند (شکل ۲) .
اندازه گیری استحکام کششی ماکزیمم در شکل ۳ نشان داده شده است. نتایج آزمایش های کشش تک محوری نمونه های حاوی ۰ تا ۱ درصد فیبر در قسمت بالایی جدول ۳ نشان داده شده است. نتایج برای نمونه های حاوی ۲ تا ۳ درصد فیبر در قسمت پایینی جدول ۳ نشان داده شده اند. به صورت افقی شکل ۳ است تقسیم شده به دو بخش که برای رفتار UHPFRC رایج است : a) قسمت الاستیک خطی و کرنش سختی، که شامل صعود الاستیک خطی و قسمت کرنش سختی در دیاگرام تنش-کرنش است. این احتمال دارد که گفته شود که اتلاف انرژی در این بخش حجمی است. b) قسمت ملایم که در آن انرژی در ترک موضعی در سطح ترک تلف می شود.

شکل ۳a رابطه تنش کرنش در قسمت کرنش سختی نمودار را نشان می دهد. تنش با تقسیم کردن نیروی اندازه گیری شده به سطح مقطع نازکترین قسمت نمونه ی استخوانی شکل (۳۰*۳۰) محاسبه شد. مقادیر کرنش از کرنش میانگین اندازه گیری شده با دو گِیج که به پهلوی نمونه ها چسبانده شده بودند، تعیین شد. شکل ۳b رابطه ی بین تنش و کل عرض ترک در حین نرم شدن را نشان می دهد. کل عرض ترک از میانگین گیری دو مقدار حاصل از دو عدد LVDT که منطقه ی نازک شده ی نمونه گسترده شده بودندف اندازه گیری شد. متوسط کرنش ظاهری در انتهای کرنش سختی برابر ۱۴۰µm/m در نمونه ی حاوی ۱ درصد فیبر، ۱۴۷۸۱۴۰µm/m در نمونه ی حاوی ۲ درصد فیبر و ۱۸۸۵۱۴۰µm/m در نمونه ی حاوی ۳ درصد فیبر بود. ووِست و همکارانش فیبرهای مشابهی را استفاده کرده اند (۲٫۵% vol) و در انتهای منطقه ی کرنش سختی ۲۴۰۰۱۴۰µm/m در استحکام تسلیم ۱۴٫۲MPa را اندازه گیری کرده اند که بیشتر از چیزی است که در این تحقیق اندازه گیری شده است که متوسط استحکام کششی مستقیم برابر ۷٫۱MPa، ۱۰٫۴MPa و ۱۱٫۷MPa به ترتیب برای UHPFRC3-1,3-2 و ۳-۳ است.
۴٫۲ پاسخ به ضربه ی پرتابه
نتایج تست های ضربه شامل نوع پاسخ، سرعت مازل، قطر متوسط دهانه، عمق نفوذ، پکیدن و خراشیدن در جدول های ۴-۶ نشان داده شده اند. نوع پاسخ بر اساس روش وثوقی و همکارانش دسته بندی شدند که به این صورت است: سوراخ شده P ( پرتابه به کاملا از نمونه عبور می کند )، سوراخ محدود PL ( پرتابه گیر می کند)، سوراخ و بازجَستن PB( پرتابه به دورن ورق نفوذ می کند سپس به بیرون برمی گردد)، سوراخ نشده UP ( ورق پانچ می شود و پرتابه باز می گردد).