عملکرد دال‏های بتنی مسلح به الیاف هیبرید و پوزولان پومیس در برابر انفجار

امروزه به علت افزایش حملات تروریستی و اتفاقات پیش ‏بینی ‏نشده، پدیده انفجار مورد توجه طراحان سازه قرار گرفته است. بنابراین محاسبه بارهای دینامیکی نهایی ناشی از این انفجارها باید به شکل معیاری به منظور طراحی سازه و محافظت از ساختمان‏ های نظامی، غیرنظامی و تاسیساتی مورد توجه قرار گیرد. استفاده از مصالح ارزان قیمت مانند الیاف پلیمری و پومیس به ترتیب به عنوان جایگزین الیاف فولادی و سیمان مورد توجه قرار گرفته است. با این حال تا کنون، عملکرد دال ‏های بتنی مسلح به الیاف هیبرید (ترکیب فولادی و پلی ‏الفین) و پوزولان پومیس در برابر انفجار بررسی نشده است. در این تحقیق، ابتدا الیاف فولادی به مقدار 1، 1/5، 2 و 2/5 درصد حجمی به طرح ‏های اختلاط اضافه گردید. سپس با انجام آزمایش ‏های مکانیکی بر روی نمونه‏ های فشاری، کششی و خمشی درصد بهینه الیاف فولادی انتخاب شد. نتایج آزمایش‏ های مکانیکی نشان داد که با افزودن 2 درصد حجمی الیاف فولادی (sf-2.0%) خواص مکانیکی بهینه هستند. در مرحله دوم تحقیق، به ترتیب 30، 40 و 50 درصد از الیاف فولادی بهینه با الیاف پلی‏ الفین جایگزین گردید و آزمایش ‏های مکانیکی بر روی آن‏ها تکرار شد تا طرح اختلاط بهینه مسلح به الیاف هیبرید تعیین شود. براساس نتایج به دست آمده طرح اختلاط spf-60-40 که در آن 40 درصد الیاف فولادی با الیاف پلی‏ الفین جایگزین شده است، طرح بهینه است. در مرحله نهایی تحقیق، با انتخاب طرح بهینه به دست آمده از مرحله اول و دوم تحقیق، عملکرد دال ‏های بتنی مسلح به الیاف هیبرید و پوزولان پومیس در برابر انفجار بررسی شده است. بدین منظور آزمایش مقاومت انفجاری به صورت خرج تماسی بر روی دال های 10×100×100 سانتی‌متر مکعب انجام گرفت. قطعات شامل 6 سری دال بتنی به صورت یک دال غیرمسلح و پنج دال مسلح به الیاف بودند. همچنین جهت تعیین مدل ‏های گسیختگی، ماده منفجره c4 به صورت مماس بر روی دال قرار داده شد. مطابق نتایج به دست آمده وجود انواع الیاف به طور چشمگیری موجب استحکام دال بتنی در برابر بار انفجار شده است. جایگزینی الیاف فولادی با الیاف پلی‏ الفین و همچنین جابه ‏جایی بخشی از سیمان با پوزولان پومیس اگر چه منجر به افزایش جزئی آسیب شده است (تبدیل حفر کوچک به حفر متوسط) اما همچنان دال شکل ظاهری خود را حفظ کرده و الیاف از متلاشی شدن ناگهانی جلوگیری می‏ کند. در حقیقت نتایج این مطالعه نشان داد که با جایگزینی بخشی از الیاف فولادی و سیمان مصرفی به ترتیب با الیاف پلی‏ الفین و پوزولان پومیس با هزینه ‏ای به مراتب کمتر از طرح ‏های متداول، می‏ توان اقدام به ساخت المان‏ های بتنی مقاوم در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی نظیر انفجار کرد.

behavior of pumice hybrid-fiber reinforced concrete slabs under blast loading

nowadays, the explosion phenomenon has been considered by structural engineers due to the increase in terrorist attacks and unforeseen events. therefore, the calculation of the final dynamic loads resulting from these loadings should be considered as a criterion in order to design structures and protect military buildings. in this investigation, the behavior of pumice hybrid-fiber reinforced concrete slabs under blast loading was assessed. to evaluate the performance of pumice hybrid-fiber reinforced concrete, contact explosion test on slabs with dimensions 100×100×10 cm3 was conducted. six slabs, including one unreinforced concrete slab and five fiber-reinforced concrete slabs, were prepared. also, c4 explosive material was used to investigate different failure modes of slabs. the results showed that the addition of various types of fibers improved the behavior of slabs. also, it is concluded that the replacement of cement and steel fibers with pumice and polyolefin fibers, respectively, led to a slight increment in the number and extent of cracks; however, the costs were significantly decreased.