ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટના યાંત્રિક ગુણધર્મો અને નિષ્ફળતા પદ્ધતિઓ: ફાઇબરના પ્રકાર અને સામગ્રીનો પ્રભાવ

કોંક્રિટનો સૌથી વધુ ઉપયોગ થાય છે બાંધકામ સામગ્રી. તે અસંખ્ય ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે, જેમાં તેની વ્યાપક ઉપલબ્ધતા, સરળ ઉત્પાદન પ્રક્રિયા, ઓછી કિંમત અને ઉપયોગમાં સરળતાનો સમાવેશ થાય છે. તેનો ઉપયોગ ઇમારતો, રસ્તાઓ, પુલો, ટનલ અને હાઇડ્રોલિક એન્જિનિયરિંગ જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે. જેમ જેમ મોટી સંખ્યામાં એન્જિનિયરિંગ પ્રોજેક્ટ્સ વિકસિત થયા છે, તેમ તેમ કોંક્રિટના પ્રદર્શન પરની માંગ પણ ધીમે ધીમે વધી છે. પરિણામે, પરંપરાગત કોંક્રિટની ખામીઓ, જેમ કે અપૂરતી તાણ શક્તિ, નબળી તિરાડ પ્રતિકાર અને વોલ્યુમ અસ્થિરતા, સ્પષ્ટ થઈ ગઈ છે. તેથી, કોંક્રિટના પ્રદર્શનમાં સુધારો એ સિવિલ એન્જિનિયરિંગમાં સતત મુખ્ય સંશોધન દિશાઓમાંની એક રહી છે.

કોંક્રિટની કામગીરી વધારવા માટે, તેના યાંત્રિક ગુણધર્મો અને કઠિનતાને સુધારવા માટે સામાન્ય રીતે રેસા ઉમેરવામાં આવે છે. ઉદાહરણોમાં શામેલ છે સ્ટીલ ફાઇબરs (SF), કૃત્રિમ તંતુઓ (જેમ કે પોલીપ્રોપીલીન તંતુઓ), ખનિજ તંતુઓ (જેમ કે બેસાલ્ટ તંતુઓ - BF), અને કાર્બન તંતુઓ (CF). આ અભિગમથી ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કોંક્રિટ (HPC) અને અતિ-ઉચ્ચ પ્રદર્શન કોંક્રિટ (UHPC) ની કામગીરીમાં વધુ વધારો થયો છે.

રેસા, અમુક અંશે, કોંક્રિટના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં સુધારો કરી શકે છે. જો કે, વિવિધ ફાઇબર પ્રકારો અને સામગ્રી અનિવાર્યપણે કોંક્રિટના યાંત્રિક ગુણધર્મો પર તેમની અસરમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો તરફ દોરી જાય છે. હાલમાં, શ્રેષ્ઠ ફાઇબર સામગ્રી, સંબંધિત પરિમાણો અને યાંત્રિક ગુણધર્મો વચ્ચેના જથ્થાત્મક સંબંધ અને ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટના અંતર્ગત મિકેનિઝમ્સને હજુ પણ વધુ સ્પષ્ટતાની જરૂર છે. આ અભ્યાસમાં કાર્બન ફાઇબર (CF) ની તપાસ કરવામાં આવી હતી, બેસાલ્ટ રેસા (BF), અને સ્ટીલ ફાઇબર્સ (SF) ને સંશોધન વિષયો તરીકે, વિવિધ ફાઇબર સામગ્રી સાથે કોંક્રિટ નમૂનાઓ તૈયાર કરવા. આ ફાઇબર કોંક્રિટમાં તેમના સારી રીતે દસ્તાવેજીકૃત પ્રદર્શન વૃદ્ધિ અને વ્યાપક ઉપયોગને કારણે પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા. નિયંત્રિત ચલ પ્રયોગો દ્વારા, કોંક્રિટના સંકુચિત શક્તિ, સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને નિષ્ફળતા મોડ પર ફાઇબર પ્રકાર અને સામગ્રીની અસરોનું વ્યવસ્થિત રીતે વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. ડિજિટલ ઇમેજ અને સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) વિશ્લેષણ તકનીકોને જોડીને, પ્રયોગો દરમિયાન ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટના ક્રેક ઉત્ક્રાંતિ વર્તનનું અવલોકન કરવામાં આવ્યું હતું, જેનાથી નીચેના નિષ્કર્ષો આવ્યા હતા:

1.સામાન્ય કોંક્રિટ (PC) ની તુલનામાં, સ્ટીલ ફાઇબર (SF), કાર્બન ફાઇબર (CF), અને બેસાલ્ટ રેસા (BF) એ ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટ (FRC) ના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર વધારો કર્યો અને તેના નિષ્ફળતા મોડમાં ફેરફાર કર્યો. આ રેસાઓએ કોંક્રિટની કોમ્પેક્ટનેસ અને પ્રારંભિક છિદ્ર સંકોચન લાક્ષણિકતાઓમાં ફેરફાર કર્યો. જેમ જેમ ફાઇબરનું પ્રમાણ વધ્યું, નિષ્ફળતા મોડ બરડથી ડ્યુક્ટાઇલમાં બદલાયો. સ્ટીલ ફાઇબર કોંક્રિટ (SFC) માટે મહત્વપૂર્ણ સંક્રમણ બિંદુ 0.5% અને કાર્બન ફાઇબર કોંક્રિટ (CFC) અને બેસાલ્ટ ફાઇબર કોંક્રિટ (BFC) બંને માટે 1.0% હતું. યાંત્રિક કામગીરીને મહત્તમ બનાવવા માટે, સ્ટીલ ફાઇબર માટે શ્રેષ્ઠ સામગ્રી 2.0%, કાર્બન ફાઇબર માટે 1.0% અને બેસાલ્ટ ફાઇબર માટે 0.5% હતી.

2.જોકે ફાઇબરનું પ્રમાણ કોંક્રિટની કોમ્પેક્ટનેસ અને બેરિંગ ક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે, પરંતુ વધુ પડતી ઊંચી સામગ્રી "સંતૃપ્તિ" ઘટના તરફ દોરી શકે છે, જેના કારણે ફાઇબર "એકત્રીકરણ" થાય છે. આ કોંક્રિટના ભૌતિક ગુણધર્મો, શક્તિ અને વિકૃતિ લાક્ષણિકતાઓ પર નકારાત્મક અસર કરે છે. સ્ટીલ ફાઇબર કોંક્રિટે 2.0% ના ફાઇબર વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક પર શ્રેષ્ઠ કામગીરી પ્રાપ્ત કરી, જ્યારે કાર્બન ફાઇબર કોંક્રિટ અને બેસાલ્ટ ફાઇબર કોંક્રિટ અનુક્રમે 1.0% અને 0.5% પર તેમના શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન પર પહોંચ્યા. આ શ્રેષ્ઠ સામગ્રી ઉપરાંત, કામગીરીમાં ઘટાડો થયો.

૩.સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) વિશ્લેષણમાં જાણવા મળ્યું છે કે ફાઇબર અને સિમેન્ટીશિયસ મેટ્રિક્સ વચ્ચેનો ઇન્ટરફેસિયલ બોન્ડ કોંક્રિટના મેક્રોસ્કોપિક યાંત્રિક ગુણધર્મોને નોંધપાત્ર રીતે પ્રભાવિત કરે છે. યોગ્ય માત્રામાં ફાઇબર કોંક્રિટની અંદર ગાઢ ત્રિ-પરિમાણીય નેટવર્ક માળખું બનાવે છે, જે મેટ્રિક્સની કનેક્ટિવિટી અને એકંદર કામગીરીમાં વધારો કરે છે. જો કે, વધુ પડતી ઊંચી ફાઇબર સામગ્રી ફાઇબર એકત્રીકરણ તરફ દોરી જાય છે, નબળા ઇન્ટરફેસિયલ પ્રદેશો બનાવે છે અને કોંક્રિટની ઘનતા અને શક્તિ ઘટાડે છે. માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાં ફેરફારો મેક્રોસ્કોપિક યાંત્રિક ગુણધર્મોના ઉત્ક્રાંતિ સાથે ખૂબ સુસંગત હતા.

૪. ફાઇબરના ઉમેરાથી કોંક્રિટના નિષ્ફળતા મોડમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર થયો. સાદા કોંક્રિટની તુલનામાં, ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ કોંક્રિટમાં નિષ્ફળતા પછીની ઉચ્ચ અખંડિતતા, ઓછી અને સાંકડી તિરાડો અને વધેલી કઠિનતા દર્શાવવામાં આવી હતી. સ્ટીલ ફાઇબર ક્રેક નિવારણમાં સૌથી વધુ અસરકારક હતા, ત્યારબાદ કાર્બન ફાઇબર અને બેસાલ્ટ ફાઇબરનો ક્રમ આવે છે. ફાઇબરની "બ્રિજિંગ અસર" એ ક્રેકના પ્રસારને દબાવવામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી હતી, જ્યારે "નબળી ઇન્ટરફેસ અસર" એ યાંત્રિક ગુણધર્મો પર નકારાત્મક અસર કરી હતી.