شرکت

بتن زیست

جستجو کردن
بستن این جعبه جستجو.
جستجو کردن
بستن این جعبه جستجو.

بتن اکسپوز نما

8

چکیده

بتن اکسپوز نما ماده کامپوزیتی سیمانی است که از ماتریس ملات سیمان و الیاف شیشه خرد شده تشکیل شده است. به دلیل خواص مکانیکی برجسته ، از بتن اکسپوز به طور گسترده ای برای تولید نمای ساختمان و برخی از عناصر مهندسی عمران استفاده شده است. خرابی پانل های پیش ساخته شده بتن اکسپوز در اثر ضربه ممکن است در حین تولید در صورت سقوط برخی از ابزارها روی صفحه ، به دلیل برخورد سنگ یا اجسام دیگر با سرعت کم یا ناشی از بقایای حاصل از ارتعاش به وجود آید.

خرابی بتن اکسپوز ساختمان نه تنها می تواند از نظر اقتصادی مهم است بلکه در صورت سقوط تکه های شکسته پنل بتن اکسپوز از ساختمان به محوطه، جان انسان ها را نیز در معرض خطر قرار می دهد. بنابراین ، دانستن مقاومت ضربه ای بتن اکسپوز برای جلوگیری از هزینه های اقتصادی و به خطر انداختن جان انسان ها ضروری است.

.

تفنگ گاز سبک یک مرحله ای دستگاه تست ضربه است که قادر به آزمایش مواد مختلف تحت بارهای ضربه ای است. یک برنامه آزمایشی، با آزمایش نمونه های بتن اکسپوز از پنج فرمول مختلف ، که معمولاً در صنعت ساختمان استفاده می شود ، انجام شد. کره های فولادی با سرعت های مختلف بر روی نمونه های بتن اکسپوز شلیک شدند. سرعت باقیمانده گلوله ها هم با استفاده از یک دوربین پر سرعت با قرار گرفتن در معرض چند قاب و هم اندازه گیری عمق نفوذ گلوله در قالب بلوک های سفالی بدست آمد. آزمایشات بر روی نمونه های بتن اکسپوز تازه و پیش ساخته انجام شد تا رفتار بتن اکسپوز نما هنگام مواجهه با فشار زیاد مقایسه شود. شبیه سازی های عددی با استفاده از هیدروکد برای تجزیه و تحلیل پارامترهای مهم در طول یک ضربه ساخته شده است.

مقاومت ضربه بتن اکسپوز از نتایج آزمون بدست آمد.

همچنین ، شکنندگی بتن اکسپوز ، ناشی از نوع عمل آوری بتن اکسپوز ، به دلیل اندازه کوچک پرتابه ، تاثیری در رفتار ضربه بتن اکسپوز ندارد. همچنین ، الیاف شیشه ای که در تولید بتن اکسپوز استفاده می شود ، فقط یکپارچگی پانل های بتن اکسپوز را حفظ می کنند اما هیچ تاثیری در مقاومت ضربه بتن اکسپوز ندارند.

مقدمه

سیمان تقویت شده با الیاف شیشه (بتن اکسپوز) ماده کامپوزیتی است که از اختلاط ملات سیمان و الیاف شیشه AR (مقاوم در برابر قلیا) تولید می شود. ملات سیمان از مقاومت فشاری خوبی برخوردار است ، اگرچه ماده ای شکننده با مقاومت کششی و شکل پذیری بسیار کم است. الیاف شیشه با بهبود مقاومت ضربه پذیری و مقاومت خمشی و کششی بدون کاهش مقاومت فشاری ، خواص مکانیکی ملات سیمان را افزایش می دهد.

به دلیل خواص مکانیکی عالی ، مقاومت در برابر آتش ، قالب پذیری آسان و مقاومت در برابر خوردگی بالا ، بتن اکسپوز نما ماده ای کاملاً رقابتی در کاربردهایی مانند قالب دائمی ، لوله ها ، بازسازی ساختمان ها ، آسترهای فاضلاب ، روکش تونل ، محافظت از حاشیه رودخانه و موانع صوتی است. اخیراً به عنوان کاندیدای تولید عناصر باربر، مانند سقف های صنعتی و برج های مخابراتی ، پیشنهاد شده است. با این حال ، کاربرد اصلی آن در تولید پانل های بتن اکسپوز نما بوده است.

در صنعت ساختمان سازی مدرن ، ساختمان ها به عنوان سازه ای مقاوم در برابر بارهای مرده و زنده عمل می کنند و عناصری پوششی نما که محل را در برابر سر و صدا ، دما و اختلالات هوا مانند باران ، برف و برخی دیگر محافظت می کنند.

. متأسفانه ، در دهه گذشته تأثیر و رفتار ارتعاشی پانل های  بتن اکسپوز به دلیل احتمال تنش های ارتعاشی ، باد و سایر پدیده های میزان فشار بالا به عنوان یک ویژگی اساسی برانگیخته شده است.مقاومت بتن در برابر بارگذاری ضربه هم در نرخ کرنش کم و هم در نرخ کرنش زیاد به طور گسترده ای مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، بهیچ تحقیقی در مورد ملات سیمان تقویت شده با الیاف کوتاه غیر از الیاف فولادی انجام نشده است. برخی از کارها بر روی ملات سیمان تقویت شده با الیاف طبیعی و ملات سیمان تقویت شده با الیاف پلی الفین انجام شده است. 

. پاسخ بتن اکسپوز نما به شرایط بارگذاری دینامیکی با استفاده از دستگاه تست جذب انرژی مورد مطالعه قرار گرفت و برخی تحقیقات در ژاپن برای یافتن تأثیر زمین لرزه ها روی صفحات بتن اکسپوز انجام شد، اما هیچ نتیجه قطعی یافت نشد. علاوه بر این ، رفتار بتن اکسپوز تحت نرخ کرنش بالا هرگز قبلاً مورد مطالعه قرار نگرفته است. برای بررسی عملکرد پانل های بتن اکسپوز که تحت تأثیر ضربه بالستیک قرار دارند ، یک برنامه آزمایشی با استفاده از یک اسلحه گاز سبک در مرحله قبل برنامه ریزی شده است. نمونه ها با پنج فرمولاسیون مختلف ملات سیمان تولید شده و هر دو نمونه (عمل آوری شده در محفظه آب و هوا) و عمل آوری تسریع شده مورد آزمایش قرار گرفتند.

فرآیند تولید و عمل آوری بتن اکسپوز

پنل های آزمونبتن اکسپوز نما با استفاده از روش درجا (در این مقاله کامل توضیح داده شده است) تولید شده اند که تجاری ترین روش برای تولید پانل های صنعتی بتن اکسپوز است. مقدار حجمی الیاف شیشه در پانل ها 5٪ بود. همه پانل های بتن اکسپوز آزمایش پس از سخت شدن در یک محفظه آب و هوایی با دمای 20 درجه سانتیگراد و 98 درصد ذخیره شدند. به طور گسترده ای شناخته شده است که خواص مکانیکی بتن اکسپوز با گذشت زمان دچار تغییر می شود. این مشکل که به پیری مواد معروف است منجر به کاهش مقاومت در برابر کشش و کرنش شکست و کاهش چشمگیر مقاومت در برابر مواد می شود. بتن اکسپوز قدیمی ماده ای با شکل پذیری بسیار کم و دارای مقاومت کششی و خمشی مشابه ملات سیمان بدون الیاف است.

فرآیند شکنندگی در سه دهه گذشته به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است و بدنبال بهبود رفتار بتن اکسپوز است اگرچه هنوز یک راه حل کامل یافت نشده است.

برخی از محققان سعی کرده اند با افزودن مواد افزودنی شیمیایی به ملات سیمان این مشکل را برطرف کنند. غبار سیلیس، متاکائولین، خاکستر بادی و رزین های اکریلیک بیشترین استفاده را برای کاهش روند شکنندگی بتن اکسپوز داشته اند. بنابراین، متداول ترین موارد اضافی در این برنامه آزمایش برای تجزیه و تحلیل تأثیر آن بر عملکرد بتن اکسپوز تحت بارگذاری ضربه، به ویژه در بتن اکسپوز نما عمل آوری شده، استفاده شد. در هنگام مخلوط کردن ملات سیمان ، رزین ها، متاکائولین ، بخار سیلیس و اکریلیک به بتن اکسپوز اضافه شدند.

پنج فرمولاسیون مختلف بتن اکسپوز بدون افزودنی ، بتن اکسپوز با 10٪ وزنی سیمان غبار میکروسیلیس ، بتن اکسپوز با 20٪ وزنی سیمان غبار میکروسیلیس، بتن اکسپوز با 4٪ وزنی سیمان رزین های اکریلیک و بتن اکسپوز با یک انتخاب شدند. 10٪ وزنی سیمان متاکائولین. طرح اختلاط در جدول زیر نشان داده شده است.

برای مقایسه رفتار بتن اکسپوز تازه و قدیمی، یک فرآیند عمل آوری تسریع شده بر روی نمونه های بتن اکسپوز انجام شد. متداول ترین روش عمل آوری که در بتن اکسپوز استفاده می شود ، غوطه ور شدن نمونه ها در آب گرم است. لیترلند رابطه ای بین تأثیر غوطه وری در آب گرم و قرار گرفتن در معرض طبیعی بتن اکسپوز پیدا کرد. با این حال ، برخی از محققان اخیراً اشاره کردند که عوامل شتابی به دست آمده توسط لیترلند در بتن اکسپوز صحیح نبودند.

.

در هر صورت، عمل آوری با غوطه وری در آب گرم در دمای 50 درجه سانتیگراد به عنوان یک روش تسریع شده برای بازتولید رفتار طولانی مدت مواد به طور گسترده ای پذیرفته شده است. نتایج قبلی با استفاده از این فرمول بندی ها نشان داد که عمل آوری بتن اکسپوز نما به مدت 40 روز در آب در دمای 50 درجه سانتیگراد باعث از دست دادن عمده خواص مکانیکی بتن اکسپوز در تمام فرمولاسیون های بتن اکسپوز می شود. همچنین مشاهدات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (SEM) اثر مخرب غوطه وری در آب گرم را در پنج فرمول مختلف بتن اکسپوز مورد استفاده در این مطالعه تأیید کرده است. بنابراین مقایسه بین آزمون تأثیر در نمونه های بتن اکسپوز  را می توان معتبر دانست.

آزمایشات ضربه

آزمایشات روی نمونه های بتن اکسپوز

آزمایشات ضربه ای روی نمونه 50 *50 میلی متر بتن اکسپوز انجام شد. ضخامت نمونه ها به دلیل روند دستی تولید پنل های بتن اکسپوز آزمون از نقطه به نقطه متفاوت بود. ضخامت اسمی نمونه ها 10 میلی متر بود ، مشابه آنچه در پانل های تجاری بتن اکسپوز استفاده می شود ، اگرچه بین نمونه ها حدود 40٪ ضخامت اسمی آنها اختلاف وجود داشت.

تصویری از تفنگ گاز سبک یک مرحله ای که برای انجام آزمایش ضربه استفاده شده است ، در شکل 1 مشاهده می شود. تفنگ گاز به سه بخش مختلف تفنگ ، اتاق پرواز و محفظه آزمایش تقسیم شده است. اسلحه با فشار بالا (هلیوم و هوا) به یک جفت بطری گاز مختلف متصل می شود. از این گازها برای تسریع پرتابه استفاده شد. هنگامی که گلوله شلیک شد ، از طریق محفظه پرواز به سمت محفظه آزمایش حرکت می کند. در محفظه پرواز ، یک جفت سنسور با فاصله 2 متر از هم وجود دارد که به رایانه متصل است و مدت زمان حرکت پرتابه بین آنها را ثبت می کند. با زمان ثبت شده و فاصله بین سنسورها ، سرعت برخورد پرتابه به راحتی بدست می آید.

.

بتن اکسپوز نما

شکل (1) – تفنگ گاز سبک یک مرحله ای

نمونه ها در محفظه آزمایش بر روی تکیه گاه فولادی قرار گرفتند ، همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود. نمونه های بتن اکسپوز با استفاده از یک جفت نوار لاستیکی الاستیک در قاب پشتیبانی قرار گرفتند. این نوارها پس از برخورد گلوله ، مانع حرکت نمونه های بتن اکسپوز نما نمی شوند.

.

بتن اکسپوز نما

شکل (2) – نحوه قرار گیری نمونه های بتن اکسپوز

مرکز آزمایش ضربه یک اسلحه با کالیبر 7.62 میلی متر است. کره های فولادی با قطر پنج و نیم میلی متر به عنوان گلوله انتخاب شدند. مواد منفجره در یک سابوت قرار گرفتند تا در استوانه قرار بگیرند و شتاب را افزایش دهند.

.

برای اندازه گیری سرعت باقیمانده گلوله پس از برخورد ، از یک دوربین با سرعت بالا با سیستم نوردهی چند قاب استفاده شد. نمونه ای از تصاویر گرفته شده در آزمون های ضربه را می توان در شکل 3 مشاهده کرد. با استفاده از این روش ، سرعت باقیمانده حوادث ضربه ای با سرعت برخورد پرتابه بیشتر از 400 متر بر ثانیه بدست آمد. با این حال ، با کاهش سرعت ضربه پرتابه ، سرعت باقیمانده پرتابه نیز کاهش می یابد. برای سرعتهای کم ضربه ، بقایای نمونه های شکسته با سرعتی بالاتر از سرعت باقیمانده کره اندازی شد و بنابراین تعیین موقعیت گلوله پس از برخورد امکان پذیر نبود.

3

شکل (3)- برخورد گلوله به پانل بتن اکسپوز

برای بدست آوردن سرعت باقیمانده گلوله در این موارد باید از روش دیگری استفاده شود. قبلاً از خاک رس برای اندازه گیری سرعت باقیمانده گلوله ها استفاده شده است و این روشی است که برای آزمایش در بتن اکسپوز با سرعت ضربه کمتر از 400 متر بر ثانیه انتخاب شده است. با استفاده از خاک رس قالب گیری تجاری و شلیک کره های فولادی در آن با سرعت های مختلف ، رابطه ای بین عمق نفوذ گلوله و سرعت ضربه پیدا شد.

با استفاده از هر دو روش كه قبلاً شرح داده شد ، آزمايشات بر روی بتن اکسپوز انجام شد. نتایج به دست آمده رسم شده است که رابطه بین سرعت ضربه و سرعت باقیمانده گلوله را نشان می دهد. همانطور که در شکل 4 مشاهده می شود ، تفاوت زیادی بین تمام فرمولاسیون های بتن اکسپوز نما وجود ندارد. نتایج بدست آمده در این آزمونها به دلیل اختلاف ضخامت در نمونه های بتن اکسپوز پراکنده است. با این حال ، نتایج آزمون تمایل مشخصی به سمت جمع شدن در یک خط مستقیم به موازات نیمساز محور شکل را نشان می دهد.

5

شکل (4) – رابطه بین سرعت ضربه و سرعت باقیمانده گلوله

پس از آزمایش نمونه های بتن اکسپوز عمل آوری شده مطابق استاندارد، نمونه های بتن اکسپوز عمل آوری تسریع شده نیز مورد آزمایش قرار گرفتند. نمونه ها با غوطه وری در آب در دمای 50 درجه سانتیگراد به مدت 40 روز عمل آوری شدند. ابعاد نمونه تقریباً 50 * 50 میلی متر و ضخامت 10 میلی متر بود. شکل 5نتایج آزمایشات ضربه را نشان می دهد.

5 1

شکل (5) – نتایج آزمایشات ضربه

هیچ تفاوت واضحی بین رفتار بتن اکسپوز عمل آوری شده مطابق با استاندارد و رفتار بتن اکسپوز عمل آوری تسریع شده وجود ندارد. نتایج آزمون بتن اکسپوز قدیمی روند واضحی را به سمت گروه بندی نقاط در نواحی اطراف یک خط موازی با نیمساز محور شکل نشان داد. محدوده بالستیک بتن اکسپوز نما با هر دو نوع سیستم عمل آوری مشابه است. فقط نمونه های بتن اکسپوز عمل آوری شده مطابق با استاندارد تولید شده با 10٪ متاکائولین حد بالستیک بالاتر ، نزدیک به 270 متر بر ثانیه را نشان دادند.

اختلاف ضخامت بین نمونه های بتن اکسپوز دلیل اصلی نتایج پراکنده ثبت شده در هر دو تیپ عمل آوری بتن اکسپوز  است. تغییرات ضخامت چند دهم میلیمتر در هر نمونه یافت شد، در مقایسه نمونه های مختلف ، تغییرات تا چندین میلی متر وجود داشت. این تغییرات مقایسه آسان نتایج را بدست می آورد.

آزمایش روی نمونه های بتن اکسپوز ساندویچ پانلی

سه نوع مختلف از پانل های بتن اکسپوز وجود دارد: پانل های بتن اکسپوز ساده (با اتصالات مستقیمی که در پانل قرار می گیرند) ، پانل های قاب گل میخ (با ساختار فلزی متصل به پانل بتن اکسپوز) و ساندویچ پانل ها. رفتار ضربه ای دو نوع اول پانل ها در بخش قبلی بررسی شده است. انجام آزمایش با آزمایش نمونه های ساندویچ جالب است. از ساندویچ پانل های بتن اکسپوز به طور گسترده ای در نمای ساختمان استفاده می شود.

ساندویچ پانل ها به سه قسمت تقسیم می شوند. دو ورق خارجی بتن اکسپوز با ضخامت اسمی 10 میلی متر وجود دارد و بین آنها صفحه ای از پلی استایرن منبسط شده (EPS) وجود دارد. این EPS دارای ضخامت متغیری است که به نیاز ساختمان بستگی دارد. برای مطالعه رفتار ضربه ای این نوع پانل ها ، یک برنامه آزمایشی روی نمونه هایی اجرا شد.

.

از سیستم های توصیف شده در بخش قبلی برای ثبت سرعت باقیمانده استفاده شد. با توجه به نتایج آزمون ثبت شده در بخش قبلی ، آزمایشات فقط بر روی بتن اکسپوز تولید شده با 10٪ افزودن متاکائولین انجام شد. نتایج آزمون با آزمونهای ساده پنل به دست آمده در بخش قبلی مقایسه شد.

شکل 6 به وضوح نشان می دهد که پانل های ساده بتن اکسپوز و ساندویچ پانل های بتن اکسپوز رفتار مشابهی دارند. نتایج آزمون به دست آمده نشان می دهد که حد بالستیک برای یک ساندویچ پانل تقریباً دو برابر یک صفحه ساده است.

5 2

شکل (6) – نتایج آزمایش بالستیک بتن اکسپوز ساده و ساندویچ پانلی

نتیجه

نتیجه گیری اصلی که می توان از این تحقیق به دست آورد عبارتند از:

هیچ تفاوتی در رفتار بین همه فرمول های بتن اکسپوز نما وجود ندارد. آزمون های ضربه نشان داد که تمام فرمولاسیون های بتن اکسپوز دارای حد بالستیک مشابهی هستند. اختلاف ضخامت بین نمونه ها از مقایسه مستقیم بین آزمایشات جلوگیری می کند. شکنندگی بتن اکسپوز هیچ تاثیری بر رفتار ضربه پذیری بتن اکسپوز نداشت. این احتمالاً به دلیل کالیبر پایین پرتابه استفاده شده اتفاق افتاده است. قطر کره برای شکستن الیاف شیشه خیلی کوچک بود. برای تأیید این فرضیه باید یک مطالعه بیشتر با پرتابه های کالیبر بالاتر انجام شود.

رفتار نمونه های بتن اکسپوز ساندویچ شبیه رفتار دو صفحه بتن اکسپوز است که پشت سر هم قرار گرفته اند.

به نظر می رسد هر دو نمونه بتن اکسپوز تحت هر دو تیپ عمل آوری، سرعت یکسان سرعت پرتابه را برای هر سرعت ضربه کم می کنند. این سرعت برابر با حد بالستیک است. نمونه های بتن اکسپوز پرتابه ها را در حدود 22 متر بر ثانیه در میلی متر از ضخامت نمونه کاهش می دهند. نمونه های بتن اکسپوز با متوقف شدن پرتابه حدود 2 J / mm جذب می کنند. برای سرعتهای بالاتر ، انرژی خرابی بتن اکسپوز ممکن است کمتر از 2 J / mm باشد.

برای انجام شبیه سازی های عددی از یک مدل بتن اکسپوز ساده استفاده شده است. بتن اکسپوز نما به عنوان یک ساندویچ با لایه های الیاف شیشه بین لایه های ملات سیمان مدل سازی شده است. این مدل عددی نشان داده است که با شبیه سازی های آزمون سازگار است.

نمونه پروژه های اجرایی بتن اکسپوز را در اینستاگرام ما ببینید.