بررسی آزمایشگاهی تاثیر مقدار و طول الیاف فولادی بر مشخصات مکانیکی و ضربه‌ای بتن توانمند

استفاده از الیاف مختلف جهت تسلیح بتن از جمله تلاش‌هایی است که توسط محققین به‌منظور بهبود رفتار مقاومتی بتن و افزایش عمر سرویس‌دهی سازه‌های بتنی صورت گرفته است. در این راستا تلاش شده است تا با استفاده از انواع مختلف الیاف و یا ترکیب آن‌ها، رفتار بتن با رده‌های مقاومتی مختلف از جمله بتن توانمند را در مقابل بارهای ضربه‌ای و دینامیکی بهبود ببخشند. بر این اساس تحقیق حاضر تاثیر مقادیر مختلف الیاف فولادی دو سر قلاب موجدار بر مشخصه‌های مکانیکی بتن توانمند شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت در برابر ضربه را مورد بررسی قرار می‌دهد. علاوه بر آن تاثیر طول الیاف بر رفتار بتن نیز مورد توجه قرار گرفته است. بدین منظور در طرح اختلاط بتن از سه درصد حجمی 0.5، 1 و 1.5 الیاف فولادی در دو طول متفاوت 30 و 50 میلی‌متر استفاده گردید. پس از مشخص شدن طرح اختلاط بتن، نمونه‌های استوانه‌ای در سنین 7 و 28 روز عمل‌آوری شدند و سپس تحت آزمایش‌های تعیین مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت ضربه‌ای قرار گرفتند. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که استفاده از الیاف سبب افزایش قابل‌ملاحظه مقاومت فشاری و کششی بتن شده، به طوریکه در بهترین حالت با استفاده از 1.5 درصد الیاف فولادی با طول 50 میلی‌متر این دو مشخصه به ترتیب 25 و 40 درصد نسبت به بتن بدون الیاف افزایش نشان می‌دهد. همچنین استفاده از الیاف فولادی به ویژه الیاف با طول بلندتر تعداد ضربات تا اولین ترک و ضربات تا شکست نهایی در تست مقاومت ضربه را به میزان قابل‌توجهی افزایش داد بطوریکه تعداد ضربات از ایجاد اولین ترک تا شکست نهایی در درصدهای بالای الیاف تا 80 درصد افزایش پیدا کرد. از دیگر نتایج این تحقیق مشخص شد افزودن الیاف، افزایش شکل‌پذیری بتن توانمند را نسبت به بتن غیر مسلح در پی دارد و الگوی شکست بتن در آزمایش‌های مختلف را به نحو مطلوبی تغییر می‌دهد.

Experimental investigation of effect of content and length of steel fiber on mechanical properties and impact resistance of high-strength concert

Various fibers have been used by researchers to reinforce concrete and extend the service life of structures, also researchers are using different fibers to improve behavior of different concretes, especially highstrength concrete, against impact and dynamic loads. This study investigate the effect of different contents and lengths of steel fiber on the mechanical properties of highstrength concrete. In this study, wavy hookedended fibers of two length (30, 50 mm) with three volume fraction 0.5%, 1% and 1.5% were added to concrete mixes and 150 ×300 mm cylindrical specimens were made, then different tests were performed for determination of compressive strength, splitting tensile strength and impact resistance at 7 and 28 days, in accordance with standards and procedure proposed. The results indicated that the addition of different contents and lengths of steel fiber caused significant change in the mechanical properties of highstrength concrete. In the best case, using 1.5% of 50 mm long steel fibers, increased compressive strength and splitting tensile strength by 25% and 40%, respectively, compared to nonfibrous highstrength concrete. A remarkable improvement was observed in impact resistance of the fibrous concretes, as compared with the reference materials. By incorporating steel fibers into the mixtures, specially longer fibers, a conclusive increase in the number of blows required for first and final cracking (as compared to reference values) was observed, as well as the number of blows from the first cracks to the final failure in the high percentage of the fiber increased up to 80%. Moreover, it can be concluded that, by adding fiber, the failure crack pattern was changed from a single crack to a group of narrow crack, which demonstrate the beneficial effect of fiber reinforced concrete when subjected to impact loading.