مطالعه عملکرد چسبندگی مواد سیمانی تقویتشده با الیاف بازالت با تاندونهای BFRP
عوامل اصلی مؤثر بر عملکرد پیوند
- آلایش حجمی و طول الیاف
دوپینگ حجمی بازالت نخ کوتاه تأثیر قابل توجهی بر استحکام اتصال دارد و آزمایش نشان میدهد که آلایش حجمی 0.2٪ بهترین تأثیر را بر افزایش استحکام اتصال دارد و آلایش بیش از حد ممکن است به دلیل تجمع الیاف منجر به کاهش عملکرد شود.
طول الیاف (مثلاً ۶ میلیمتر و ۱۸ میلیمتر) تأثیر کمتری بر استحکام پیوند دارد، اما الیاف کوتاهتر راحتتر پراکنده میشوند تا عیوب سطحی کاهش یابد.
- رده مقاومتی بتن بازیافتی
افزایش درجه مقاومت بتن بازیافتی (مثلاً از C30 به C40) باعث افزایش مقاومت پیوستگی بین B میشود.تقویت FRP و زیرلایه، اما این افزایش محدود است و وقتی درجه استحکام خیلی بالا باشد، سطح مشترک مستعد پوسته پوسته شدن شکننده است.
- عملیات سطح مشترک و عامل اتصال
سندبلاست کردن سطح بی اف آر پی تقویت میتواند زبری را افزایش داده و نیروی مکانیکی گاز گرفتن را بهبود بخشد؛ افزودن عامل اتصال سیلان میتواند پیوند شیمیایی بین فیبر و ماتریس رزین را بهینه کرده و لغزش بین سطحی را کاهش دهد.
آزمایشها و مکانیسمهای خواص چسب
- آزمون بیرون کشیدن از مرکز
منحنی پیوستگی-لغزش از طریق آزمایش بیرونزدگی مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که حالت آسیب پیوستگی عمدتاً بیرونزدگی تاندون یا شکافتن بتن است. افزودن الیاف بازالت میتواند آسیب ترد بتن را به تأخیر بیندازد و شکلپذیری را افزایش دهد.
محدودهی معمول استحکام پیوند بین ۶ تا ۱۲ مگاپاسکال است و مقدار ویژهی آن تحت تأثیر میزان الیاف، قطر تقویتکننده (مثلاً ۱۶ میلیمتر) و فرآیند عملیات سطحی قرار میگیرد.
- مدل توزیع تنش پیوند
تنش پیوستگی به صورت غیرخطی در امتداد طول آرماتور توزیع شده است و تنش اوج در انتهای بارگذاری متمرکز است. مدل نظری باید مقاومت در برابر گسترش ترک و اثر اصطکاک سطح مشترک بتن مسلح به الیاف را در نظر بگیرد.
مزایای کاربرد و موارد مهندسی
- مقاومت در برابر خوردگی و دوام
آرماتور BFRP بیش از ۹۰٪ از مقاومت چسبندگی خود را در محیطهای فرسایش یون کلرید (مثلاً مهندسی دریایی) حفظ میکند که به طور قابل توجهی بهتر از میلگردهای تقویتکننده فولادی و فایبرگلاس است.
به عنوان مثال: پل دریایی چینگدائو از آرماتور BFRP به جای آرماتور فولادی استفاده میکند و طول عمر آن به بیش از ۱۰۰ سال افزایش یافته است.
- سبکی و عملکرد لرزهای
چگالی آرماتور BFRP تنها یک چهارم فولاد است که میتواند برای تقویت تیرهای بتنی به منظور کاهش وزن سازه تا 20 تا 30 درصد مورد استفاده قرار گیرد و در عین حال با پیچیدن آرماتور، ظرفیت مصرف انرژی لرزهای را افزایش دهد.
چالشهای موجود و جهتگیریهای بهینهسازی
- تقویت پیوند بین سطحی
مشکل موجود: سطح مشترک بین الیاف و ماتریس سیمان به دلیل تمرکز تنش مستعد پوسته شدن است و برای افزایش پیوند شیمیایی، باید عوامل بین سطحی اصلاحشده با نانو (مثلاً نانو SiO₂ آلاییده شده) توسعه داده شوند.
- عملکرد بلندمدت و استانداردسازی
به دلیل فقدان دادههای خزش بلندمدت تحت دمای بالا و رطوبت بالا (مثلاً بیش از 10 سال)، آزمایشهای پیری تسریعشده برای تأیید مورد نیاز است؛ مشخصات طراحی هنوز در بین کشورها یکسان نیست و اگرچه چین استاندارد GB/T 38143-2019 را منتشر کرده است، دستورالعملهای طراحی جزئیات هنوز نیاز به بهبود دارند.
- طراحی مشارکتی چند مقیاسی
در آینده، میتوانیم فناوری هیبریدیِ [...] را بررسی کنیم. بی اف آر پی تقویتکننده و الیاف فولادی/الیاف کربن برای ساخت کامپوزیتهای گرادیانی و ایجاد تعادل بین استحکام و شکلپذیری.
مسیرهای تحقیقات آینده
- نظارت هوشمند و مدلسازی دیجیتال
حسگرهای فیبر نوری جاسازیشده در تاندونهای BFRP، نظارت بلادرنگ بر کرنش و توسعه ترک در فصل مشترک اتصال، همراه با شبیهسازی المان محدود برای بهینهسازی طراحی.
- فرآیند آمادهسازی کم کربن
کاهش دمای ذوب و کشش الیاف بازالت (در حال حاضر ۱۴۰۰-۱۵۰۰ درجه سانتیگراد)، توسعه رزین پخت در دمای پایین برای کاهش مصرف انرژی.
- استفاده کارآمد از مواد بازیافتی
سنگدانههای بازیافتی و الیاف بازالت را با ضایعات ساختمانی ترکیب کنید تا سیستم مصالح ساختمانی سبز «تماماً تجدیدپذیر» را ارتقا داده و مصرف منابع را کاهش دهید.
خلاصه
تحقیق در مورد عملکرد چسبندگی مواد سیمانی تقویت شده با الیاف بازالت و ... بی اف آر پی تاندونها به نتایج مرحله به مرحله دست یافتهاند، اما کاربرد در مقیاس بزرگ آن هنوز نیاز به عبور از تنگناهای بهینهسازی سطح مشترک، تأیید دوام بلندمدت و طراحی استاندارد دارد. در آینده، از طریق نوآوریهای چند رشتهای (به عنوان مثال، مواد هوشمند، فرآیندهای کم کربن)، انتظار میرود که پیشرفتهای تکنولوژیکی در زمینههای مهندسی دریایی و تقویت مقاوم در برابر زلزله محقق شود و به توسعه ساختمانهای پایدار کمک کند.
