تعیین پارامترهای شکست کامپوزیت‌های سیمانی الیافی دارای نانو سیلیس با استفاده از پردازش تصویر

استفاده از کامپوزیت‌های سیمانی الیافی ایده‌ای نو در صنعت ساختمان محسوب می‌شود. به دلیل انعطاف‌پذیری بالای کامپوزیت‌های سیمانی الیافی نسبت به بتن معمولی، استفاده از این نوع مصالح در المان‌های سازه‌ای از جذابیت زیادی به‌ ویژه در مناطق زلزله‌خیز برخوردار است. بنابراین بررسی رفتار و خواص شکست آن ها به ‌منظور تسهیل در روند طراحی و استفاده در صنعت ساختمان امری ضروری به نظر می‌رسد. در این پژوهش نوع جدیدی از کامپوزیت‌های سیمانی دارای الیاف پلی‌پروپیلن با رفتار سخت‌شوندگی کرنشی مورد بررسی قرار گرفت. در این نوع کامپوزیت به ‌منظور کاهش اثرهای منفی زیست‌محیطی استفاده از سیمان، از سرباره ی آهن‌گدازی استفاده شد. استفاده از این نوع پوزولان علیرغم اثرات مثبت آن باعث دیرگیری و مقاومت فشاری و خمشی کم در سنین پایین می‌گردد که با افزودن نانو سیلیس به خمیر سیمان، این مشکل رفع گردید. در این پژوهش تاثیر استفاده از نانو سیلیس در رفتار شکست کامپوزیت‌های سیمانی الیافی مورد بررسی قرار گرفت. در همین راستا 5 طرح اختلاط شامل طرح بدون نانو سیلیس و طرح‌های حاوی 1 - 4 درصد نانو سیلیس ساخته شد. آزمایش‌های مقاومت فشاری و خمشی جهت تعیین ویژگی‌های مکانیکی و شکست انجام شد. رفتار شکست و گسترش ترک در این کامپوزیت سیمانی الیافی با استفاده از روش ضریب شدت تنش دوتایی تحلیل شد و تاثیر نانو سیلیس بر طاقت شکست در زمان شروع ترک‌خوردگی و همچنین نحوه‌ی گسترش ترک (در حالت ناپایدار) بررسی شد. به دلیل محدودیت تجهیزات متداول اندازه‌گیری جابه‌جایی و کرنش، برای محاسبه ی بازشدگی دهانه ی ترک و بار نظیر ترک‌خوردگی اولیه از روش پردازش تصویر استفاده شد. نتایج نشان داد که افزودن 3 درصد نانو سیلیس باعث بهبود رفتار مکانیکی (شامل مقاومت فشاری و مقاومت خمشی) شده و همچنین افزایش طاقت پل زدن الیاف و کاهش تردی کامپوزیت سیمانی الیافی را در پی دارد.

determination of fracture parameters of fiber-reinforced cementitious composites containing nano-silica using image processing

considering that fiber reinforced cementitious composites have been developed in recent years, it ‎seems necessary to determine their fracture behavior, fix the possible defects of these materials, and ‎facilitate their use in the construction industry. in this study, a new cementitious composite with ‎strain hardening behavior has been developed. granulated blast furnace slag has been used as ‎supplementary cement material to reduce the side effects of excessive consumption of cement on the environment. moreover, nano silica has been used to increase hydration at early ‎ages due to the low rate of hydration of pozzolanic materials, which leads to low strength at an early age. ‎therefore, in this study, the effect of adding nano silica on the fracture behavior of cementitious ‎composites has been discovered. the double k fracture method (dkfm) has been used to analyze ‎the fracture behavior at different stages of specimen failure, i.e., crack initiation and stable and ‎unstable crack propagation. in addition, the digital image correlation technique has been used to ‎find the initial crack load and the crack opening displacement at different loading stages. this ‎study’s results revealed that adding nano silica to the amount of 3 wt. % of cement improves the ‎mechanical behavior ‎‎(including compressive strength and bending strength), increases the cohesive ‎toughness, and reduces ‎the brittleness of the fiber reinforced cementitious composite. increasing ‎cohesive toughness could be ‎interpreted as an increase in embedded fibers’ interfacial frictional ‎bond strength.‎