در سال های اخیر، مقاوم سازی سازه های موجود بطور فزاینده ای مهم شده است. دلایل مختلفی باعث این امر شده است که فرسودگی سازه ها، افزایش خطاهای طراحی و اجرائی از جمله این عوامل هستند. بعلاوه، بسیاری از سازه های موجود، به علت افزایش بار های وارده، نیاز به افزایش مقاومت دارند
از نقطه نظر محیط زیستی و اقتصادی نیز ترمیم، تعمیر، تقویت و مقاوم سازی سازه های موجود بر تخریب و دوباره سازی سازه ها ارجحیت دارد. همچنین در بسیاری از موارد، مقاوم سازی سازه ها کم هزینه تر و کم دردسرتر از نوسازی آن ها است. علاوه بر این، سرعت مقاوم سازی بیش از نوسازی بوده که باعث خارج شدن سازه از سرویس دهی برای مدت طولانی است
از جمله پیشرفت های اخیر در صنعت مقاوم سازی، استفاده از روکش های تقویت کننده پلیمر های مسلح شده با الیاف (FRP )است که برای مقاوم سازی سازه های بتنی، فولادی، بنائی و حتی چوبی به کار گرفته میشود. پذیرش روش مقاوم سازی با سیستم FRP ارتباط نزدیکی با سطح اعتماد مهندسان سازه، مسئولان و کارفرمایان به این روش دارد. اعتماد کافی میتواند از طریق انجام آزمایش های استاندارد و درک بهتر رفتار سازه های تقویت شده با FRP در شرایط مختلف بدست آید. درک درست از رفتار سازه در شرایط عادی، دمای بالا ودمای پایین،برای پذیرش این روش ضروری است
در سال 2003 میلادی،برای بررسی نیاز های تحقیقاتی در حوزه مواد FRP برای مقاوم سازی سازه های بتنی، کمیته ای تشکیل شد. در این بررسی ها مشخص شد که “دوام” و “مقاومت در برابر آتش” سیستم های FRP ،نیازمند بررسی های جدی است. یکی از جنبه های “دوام” این بررسی ها که ارتباط نزدیکی با مقاومت در برابر آتش دارد، اثر دمای بالا بر رفتار سازه های تقویت شده با FRP است
در مطلاعه ای دیگر که برای شناسایی و اولویت بندی اطلاعات مهم مرتبط با دوام ورق ها و میلگرد های FRP انجام شد، مشخص شد که اطلاعات موجود در رابطه با سازه های تقویت شده با FRP ،زمانی که در معرض دماهای بالا و یا چرخه های یخ و ذوب قرار می گیرند،بسیار اندک است
در نشریه شماره 345 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، اثر آتش سوزی روی سازه های تقویت شده با FRP بصورت یک بار ویژه بهشمار میرود که در آن سهم FRP در مقاومت، ناچیز در نظر گرفته میشود . این موضوع بدان معناست که پس ازنبود FRP ،سازه باید توانایی مقاومت در برابر بارهای وارده با ضرایب ایمنی مورد نظررا (ضرایب بار و مصالح) داشته باشد. اعتقاد بر این است که بدین ترتیب از ریزش ناگهانی سازه تقویت شده با FRP پس ازبین رفتن یک باره چسبندگی بین بتن و FR (بطور مثال در هنگام آتش سوزی و یا خرابکاری) جلوگیری میشود .
این پیشنهاد ها، مقدار حداکثرافزایش مقاومت حاصله را به تفاوت ضرایب ایمنی مربوط به ترکیب بارهای ویژه و ترکیب بارهای نهایی محدود می کند. در مطالعات صورت گرفته، مشخص شده است که چسبندگی موجود بین بتن و لایه FRP ،در نزدیکی و یا بالای دمای گذار شیشه ای چسب یعنی Tg ،از بین میرود. رفتار FRP های تقویتی میتواند تحت تاثیر تغییرات دمایی محیط بهره برداری، به دلیل اختلاف زیاد بین ضرایب انبساط دمایی بتن و FRP باشد. وجود این اختلاف، تنش های حرارتی در محل اتصال FRP با چسب وچسب با بتن را موجب میشود که بر رفتار سازه تاثیر می گذارد. علاوه بر این، مشخصات فاز های مختلف بتن، چسب، FRP و مرز بین آنها تحت تاثیر قرار میگیرند. گفته میشود که افزایش دما، تاثیرات منفی خاصی روی چسب موجود، حتی در دماهای پایین تر از دمای گذار شیشه ای چسب دارد
هدف اصلی تحقیقاتی که نتایجش در این مقاله آورده شده است، درک صحیح از رفتار تیرهای بتنی مقاوم شده با CFRP انعطاف پذیر و سخت، تحت شرایط دمایی بالا و نیز یخ زدگی بوده است که با بکارگیری تیر های بتنی و چسباندن ورق های CFRP و تعیین مقاومت نهائی آنها در خمش، نوع شکست این نمونه ها نیز مورد بررسی قرارگرفت. بدین منظور 24 نمونه تیر بتنی بدون آرماتور به ابعاد 350×100×100 میلیمتر ساخته شدند. در این نمونه ها از سه رده مقاومتی بتن استفاده وسپس با CFRP سخت وانعطافپذیر بصورت خمشی تقویت شده و تحت سیکل های تغییر دمایی C °-20 ,C °+50 و C °+80 قرار گرفته و بوسیله دستگاه آزمون خمشی 4 نقطه ای تست شده و با نمونه های شاهد قرار گرفته در محیط اتاق از نظر مقاومت نهایی، نوع شکست و غیره مقایسه شدند.
یک سازه بتنی مقاوم شده با FRP از موادی مانند بتن، میلگرد، FRP و چسب تشکیل شده است. بعضی از این مواد بیشتر تحت تاثیر حرارت قرار میگیرند، بویژه مشخصات چسب بطور قابل توجهی حدود دمای گذار شیشه ای تغییر می کند. دمای گذار شیشه ای دمایی است که در آن مواد بیشکل مانند شیشه یا پلیمرهایی با جرم مولکولی بالا، از حالات شکنندگی به حالات خمیری تبدیل میشوند
اثر گرما بر خواص بتن توسط بسیاری از پژوهشگران مورد بررسی قرار گرفته و بعضی ها به این نتیجه رسیده اند که گرما منجر به تبخیر آب از بتن و تغییرات در ترکیب شیمیایی و ساختار فیزیکی آن میشود. معمولا این تغییرات محدود به خمیره سیمان هستند و سنگدانه ها تاثیر کمی می پذیرند. در دمای 90 درجه سانتیگراد، مقاومت فشاری بتن به 65 تا 90 درصد مقاومت اولیه کاهش می یابد. این کاهش مقاومت عموما” به دلیل تبخیر آب آزاد بتن و از دست رفتن چسبندگی بین خمیره سیمان و سنگدانه ها به دلیل وجود اختلاف ضریب انبساط دمایی بین مواد است.
به همین منظور، در آئین نامه (R89-216 ACI)2001))نمودارهایی برای کاهش مقاومت فشاری بتن در دماهای بالا بر اساس نوع سنگدانه های بکار رفته در بتن ارائه شده است
همچنین گفته میشود مدول یانگ بتن با افزایش گرما به دلیل فقدان چسبندگی در ریز ساختارهای خمیره سیمان، کاهش مییابد. مقایسه نتایج تحقیقات مختلف انجامشده به دلیل تاثیرات رطوبت، خشک شدن بتن، بارگذاری اولیه و نرخ گرمادهی مشکل است. شکل(1 )اثر دماهای بالا برمدول یانگ بتن های ساخته شده با سه نوع سنگدانه را نشان میدهد. این اطلاعات از مطالعاتی بدست آمده است که در آن از یک روش اپتیکی استفاده شده است. همچنین نشان داده شده است که نوع سنگدانه و مقاومت بتن تاثیر قابل توجهی بر مدول یانگ بتن در دماهای بالا ندارند
اطلاعات در مورد مشخصات FRP در دماهای بالا محدود است. به علاوه، اثر گرما بر خواص مواد تشکیل دهنده FRP در تولیدات مختلف تفاوت دارد، چون FRP از چند نوع الیاف (شیشه، آرامید و کربن) و چند نوع ماتریس (وینیل استر، پلی استر و اپوکسی) تشکیل شده است. بویژه اینکه خواص ماتریس در دماهای بالا تغییر می کند که میتواند روی خواص FRP نیز تاثیر بگذارد. با افزایش دما، مقاومت انواع مختلف FRP ، کاهش می یابد. همچنین باور این است که کاهش مقاومت کششی مصالح FRP ،بیشتراز کاهش مقاومت الیاف است که دلیل آن وجود ماتریسی است که الیاف در آن قرار دارند.
همچنین روابطی برای تاثیر دما بر مقاومت کششی انواع FRP پیشنهاد شده است. بر اساس این روابط، با اینکه مقاومت کششی CFRP و AFRP تا 1000C بدون تاثیر می ماند، مقاومت کششی GFRP با افزایش دما بطور ناگهانی کاهش می یابد
اثرات گرما بر چسب هایی که برای چسباندن FRP به بتن استفاده می شوند مانند مواد ماتریس است، چون در اصل آنها مشابه هستند. چسب ها رفتار متفاوتی در مقابل گرما داشته و ضرایب انبساط حرارتی متفاوتی دارند. به هر حلا ضریب انبساط حرارتی چسب به مراتب پایین تر از مواد ماتریس است.
چسب مورد استفاده در این تحقیقات یک چسب دو جزئی است که رزین آن با نام تجاری اپیکوت828 و جزء سخت کننده آن با نام تجاری اپیکور شناخته میشود . رزین اپوکسی بر پایه دیگلیسریل اترفنول و اف205 سخت کننده بر پایه جزء عمل آورنده آمینی است. طبق اطلاعات کارخانه تولید کننده چسب، نسبت استوکیومتری اختلاط این دو جزء بصورت 58 جزء عمل آور به ازای 100 واحد وزنی رزین اپوکسی است.
یکی از محققین تحقیقات گسترده ای بر روی دمای گذار شیشهای و همچنین مدول الاستیسیته اپوکسی مورد نظر با تغییر نسبت جزء سختکننده انجام داده است. او این پارامترها را به عامل نسبت(r )مربوط کرده است. مقادیر مختلف نسبت اختلاط و r مربوط به هر کدام در جدول 1 آورده شده است.
رابطه بین Tg و r در منحنی شکل(2 )رسم شده است. با توجه به این شکل، مشاهده می گردد که مقدار بیشینه Tg نزدیک به نسبت استوکیومتری(1 =r )است و هرچه r از نسبت استوکیومتری فاصله می گیرد این مقدار کمتر میشود .
همچنین رابطه بین مدول یانگ (‘E )و r در دمای 20 درجه، در شکل (3 ) رسم شده است
از شکل (3 )مشاهده میشود که مدول یانگ چسب در دمای بالا بطور قابل ملاحظه ای کاهش مییابد. همچنین این شکل نشان میدهد که دمای گذار شیشه ای میتواند با افزایش سیکل های دمایی افزایش یابددر این ارتباط، اثر دما بر روی چسب مورد استفاده در این تحقیقات نیز در شکل (4 )آورده شده است
برای پی بردن به اثرات دمای بالا و پائین بر عملکرد سازه های بتنی مقاوم شده با FRP ،باید رفتار سازه های مقاوم شده با FRP در دماهای عادی مورد توجه قرارگیرد. بطور کلی حالات گسیختگی این سیستم هارا می توان به گسیختگی خمشی، گسیختگی برشی و جداشدگی لایه های FRP از بستر بتنی تقسیم نمود. گسیختگی خمشی و برشی یک تیر همان حالات گسیختگی معمول در سازه های بتن مسلح معمولی است
حالات اول گسیختگی خمشی معمولا جاری شدن فولاد به دنبال گسیختگی FRP( شکل5(a ))حالات دوم گسیختگی خمشی جاری شدن فولاد به دنبال خرد شدن بتن یا خرد شدن بتن بدون جاری شدن فولاد(شکل5( b))و حالات سوم گسیختگی خمشی گسیختگی خمشی، جداشدگی لایه FRP است.
گسیختگی FRP( گسیختگی خمشی)عموما وقتی که لایه های FRP بخوبی در انتها مهار شده باشند و یا وقتی که نسبت فولاد و FRP به نسبت پایین باشد اتفاق می افتد. خرد شدن بتن بدون جاری شدن فولاد و یا جاری شدن فولاد به دنبال خرد شدن بتن(گسیختگی خمشی)، میتواند زمانی اتفاق افتد که نسبت فولاد و FRP زیاد باشد.
در اکثر موقعیت ها، جداشدگی لایه FRP از بتن، (گسیختگی خمشی) در سازه های بتنی مقاوم شده با FRP اتفاق می افتد. شروع جدا شدگی در تیر های مقاوم شده با FRP عموما در ناحیه های با تمرکز تنش بالا در سطح تماس بتن با FRP صورت می گیرد. معمولا این مناطق درانتهای لایه های FRP و در نزدیکی ترک های خمشی و برشی قرار دارند. این نوع مکانیزم ها عموما موجب گسیختگی زود رس تیرهای مقاوم شده با FRP میشوند. در تئوری، جداشدگی میتواند به دلیل گسیختگی سطحی صورت گرفته در مرز بین بتن و چسب و یا سطح تماس چسب با FRP و یا گسیختگی همچسبی یعنی عدم توانایی یک ماده در مقابله با جداشدگی داخلی باشد. در حین گسیختگی همچسبی، ماده چسباننده که به دو سطح چسبیده است، نمیتواند آنها را در کنار هم نگه دارد (شکل6)
همچنین جداشدگی میتواند در نقاط مختلفی از طول تیر شروع شود که در شکل (7 )نشان داده شده است.
بر اساس بعضی طبقه بندی ها حالات های گسیختگی که می توانند مورد مطلاعه قرار گیرند عبارتنداز:
بعضی از محققین تعریف های خاصی برای مکانیزم جداشدگی عنوان نموده اند.وقتی بتن ترک می خورد تنش کششی در بتن باید توسط FRP و میلگرد تحمل شود که در نتیجه حداکثر تنش کششی در میلگرد و FRP در محل تقاطع با ترک اتفاق می افتد (شکل 8 ).حداکثر تنش برشی در FRP نیز در دو انتهای نوک ترک )انتهای ترک در FRP )از طریق تنش برشی بین سطحی منتقل میشود . بسیاری از محققان عقیده دارند که این تنش ها تنها باعث جداشدگی موضعی در نزدیک نوک ترک شده و تنش برشی حد اکثر در بتن کاهش می یابد(شکل 8 )بنابراین احتملا اینکه این نوع جداشدگی باعث جداشدگی پیش رونده و گسیختگی تیر شود کم است
از طرفی تغییرات لنگرخمشی در طول تیر باعث تغییر نیروی قابل تحمل توسط طول کامل ورقه و منسوج FRP میشود که در (شکل 9 )نشان داده شده است. تغییر تحمل نیرودر FRP در طول کوچک (X )∆بوسیله تنش های برشی به بتن منتقل میشود . این تنش های برشی وقتی که ظرفیت چسبندگی در طول (X ∆)ناکافی باشد،موجب شروع جداشدگی میشود
جداشدگی میتواند در نوک ترک های برشی آغاز شود.به دلیل شکل مورب ترک های برشی، هر دو نوع جابجایی افقی (w )و عمودی (v )میتواند در هر دو سوی ترک اتفاق بیفتد (شکل10)تغییر مکان عمودی موجب تنش های برشی عمود بر سطح بتن در یک سمت ترک میشود که میتواند در ترکیب با تنش های برشی در بتن که در قسمت قبل توضیح داده شد موجب آغاز جداشدگی FRP شود. این مسئله عموما در جاهایی که ترکیب نیروی برشی و ممان خمشی زیاد بوده و ترک های مورب کمترند، اتفاق می افتد
در آزمایش خمشی اتصال بتن-FRP علاوه بر تنش های برشی، به دلیل انحنای نمونه، تحت تنش های نرملا عمود بر منطقه چسبیده نیز قرار می گیرد. در واقع، این انحنای سازه در بسیاری از اعضای مقاوم سازی شده مانند دلا ها و تیر ها اتفاق می افتد. با بکار گیری نمونه های 100×100×800 میلیمتری از بتن ساده، تحقیقاتی انجام شده است که نمونه ها در دمای اتاق با دو نوع ورق با مدول یانگ معمولی و بالا، مقاوم سازی شده و به ترتیب در دماهای منفی100 درجه سانتیگراد، منفی 30 ،مثبت 20 و مثبت 40 درجه سانتیگراد مورد آزمایش قرارگرفتند. چسب مورد استفاده نیز دارای دمای گذار شیشه ای حدود 60 درجه سانتیگراد بوده است
براساس این نتایج، در هر دو نوع FRP ، مقاومت مشاهده شده پس از افزایش دما به 40 درجه سانتیگراد، نسبت به مقاومت نهایی در دمای اتاق یعنی مثبت 20 درجه سانتیگراد، کاهش می یابد. همچنین در هر دو نوع FRP ،مقاومت مشاهده شده پس از کاهش دما به منفی 30 درجه سانتیگراد، ،نسبت به مقاومت نهایی در دمای اتاق، کاهش می یابد. در دمای منفی 100 درجه سانتیگراد، نمونه های مقاوم شده با FRP با مدول یانگ بالا مقاومت کمتری نسبت به دمای اتاق داشته، و نمونه های مقاوم شده با FRP با مدول یانگ معمولی، مقاومت بیشتری در مقایسه با نتایج متناظر دردمای اتاق نشان دادند. این یافته در (شکل11 )نشان داده شده است
برای مطلاعه تاثیر دما و رطوبت بر مقاومت تیرهای بتنی تقویت شده با ورقه های CFRP سخت و انعطاف پذیر، در مجموع 30 نمونه تیر با ابعاد 350×350×100 میلیمتری بدون میلگرد ساخته شد. برای تعیین ابعاد نمونه های بتنی از استاندارد 05-C1609 ASTM) 18 ) استفاده شد که در آن طول نمونه ها باید در نهایت 50 میلیمتر بیشتر از سه برابر عمق باشد و در هیچ شرایطی کمتر از 350 میلیمتر نباشد. این تیرها تحت آزمایش خمشی چهار نقطه ای قرار گرفتند. نمونه ها بصورت شش سری چهار تایی از نمونه ها که هر کدام یک رده بتن بودند، ساخته شدند. رده های بتن مورد استفاده 20 ،30 و 40 مگاپاسکلا بودند. برای هر رده مقاومت بتنی هشت تیر مشابه ساخته شد که در چهار دمای مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. از هر رده مقاومتی بتن دو نمونه (یک نمونه ا FRP انعطافپذیر و یک نمونه با FRP سخت) در شرایط محیطی اتاق قرار گرفته، و دونمونه در دمای منفی 20 درجه سانتیگراد، دونمونه در دمای مثبت 50 درجه سانتیگراد که پاییین تر از دمای گذار شیشه ای چسب یعنی مثبت 70 درجه سانتیگراد و دو نمونه در دمای مثبت 80 درجه سانتیگراد که بالاتر از دمای گذار شیشه ای چسب بود،مورد آزمایش قرار گرفتند. مشخصات این نمونه ها در جدول2 آورده شده است.
هنگام تعیین مقاومت نمونه ها، آن ها روی یک تکیه گاه مفصلی و یک تکیه گاه غلتکی قرار گرفت و دریک سوم دهانه، بارگذاری شدند. طول دهانه بارگذاری نیز 30 سانتیمترانتخاب شد. برای نیمی از نمونه ها از CFRP انعطافپذیر با پهنای 50 میلیمتر، ضخامت یازده صدم میلیمتر و طول 250 میلیمتر استفاده شد. همچنین برای نیمی دیگر ازنمونه ها، از CFRP سخت با پهنای 20 میلیمتر، ضخامت یک و دو دهم میلیمتر و طول 250 میلیمتر استفاده شد. باید توجه داشت که تمامی نمونه ها در همان دمای مورد نظر تحت آزمایش خمشی قرارگرفتند. تغییر مکان عمودی وسط دهانه نیز توسط کرنش سنج دستی اندازه گیری شد. برای انجام آزمون خمش، نمونه های قرار داده شده در آون و فریزر، تحت همان دمامورد آزمایش قرار گرفتند. دستگاه آزمون خمشی بصورت 4 نقطه ای است که در شکلهای 12تا 14 نشان داده شده اند. برای اندازه گیری تغییر شکل وسط دهانه، کرنش سنجی در وسط دهانه و روی تیر نصب شد. مشخصات نمونه ها نیز در شکل های 12و 13و نحوه انجام آزمون نیز در شکل12 نشان داده شده است.
پس از انجام دانه بندی و طرح اختلاط بتن مورد نظر، برای هر رده مقاومتی، در یک مرحله قلاب های آماده شده در سه لایه پر شده و هر بار با 25 ضربه متراکم شدند. همچنین به دیواره های قلاب با چکش پلاستیکی ضربه هایی وارد آمد تا تراکم مناسب حاصل شود. سپس قلاب ها روی میز لرزان قرار داده شدند و بوسیله ماله و یا خط کش فلزی سطوح بالایی تسطیح شدند. قلاب ها در شرایط آزمایشگاهی به مدت 24 ساعت باقیمانده و سپس قلاب ها به آرامی باز شده و اطلاعات مربوط به تاریخ و مقاومت هر نمونه روی آن نوشته شده و به حوضچه آب انتقلا یافته و به مدت 28 روز عملآوری شدند.
پس از 28 روز نمونه ها از آب خارج شدند تا سطح آنها خشک شده و برای چسباندن CFRP آماده شوند. قبل از چسباندن ورقه های CFRP ،سطح بتن بوسیله سمباده برقی برای از بین بردن لایه ضعیف رویی و گرد و غبار آماده شدند. سپس ورقه های CFRP به ابعاد مورد نظر بریده و با بکارگیری چسب مربوطه که شامل مخلوطی از مولفه های رزین اپوکسی و سختکننده با اوزان توصیه شده می شدند، چسبانده شده و به مدت یک هفته، برای عمل آوری چسب در محیط آزمایشگاه نگهداری شدند.
برای اعمال شرایط یخ زدگی به نمونه های تیرهای تقویت شده با CFRP از ، استاندارد دستورلاعمل ASTM C884/C884M-98 استفاده شد. بر اساس این دستورلاعمل، پس از عمل آوری اپوکسی، نمونه ها در معرض 5 سیکل تغییر دما بین C °25 تا C °-21 قرارداده می شوند. بنابراین پس از عمل آوری چسب اپوکسی، تیر های تقویت شده به مدت 24 ساعت، درون فریزر با دمای C°-21 و سپس به مدت 24 ساعت در دمای اتاق (C °23±1 )قرار گرفت. این روند یک سیکل آزمایش را تشکیل میدادند.
برای اعمال شرایط دمای بالا نیز نمونه های تیر های تقویت شده، به همان ترتیب با 5 سیکل 48 ساعته در درون اون قرار گرفت. برای یک سیکل نمونه هابه مدت 24 ساعت در دمای 50 ویا 80 درجه و سپس به مدت 24 ساعت در دمای اتاق قرار داده میشوند. درون اون، سطح تقویت شده با CFRP رو به بالا قرار داده شدند.
برای تعیین مقاومت فشاری، کششی و مدول یانگ بتن، طبق استاندارد های معمول عمل و نتایج در جدول 3 ثبت شده اند.
مصالح CFRP مورد استفاده در این تحقیقات محصول کارخانه Korea Co T & RE است که مشخصات پارچه CFRP( با نام تجاری CFW200-Kor )با مدول یانگ GPa 230 و مقاومت کششی 4900 و کرنش گسیختگی 0.021بوده است. در این تحقیقات، برای رعایت استوکیومتری در اختلاط دو جزء چسب با توجه به توضیحات بخش 2-1 ،مقدار Tg و ‘E در دمای C °+20 بصورت زیر می باشند:
MPa 3400 = Tg
C °+70= ‘E
با مشاهده نتایج حاصل از انجام آزمون خمشی بر روی تیرهای تقویت شده با CFRP که در شکل های 15 و 16 نشان داده شدهاند، مشخص است که در نمونه های قرار گرفته در دمای بالاتر از دمای اتاق، کاهش مقاومت نهایی رخ داده است. همچنین مشاهده میشود که این کاهش مقاومت، در نمونه های تقویت شده با ورقه های CFRP انعطافپذیر در دمای C °80 +نسبت به دمای C °+50 بیشتر است. همچنین ملاحظه میشود که در نمونه های تقویت شده با CFRP سخت، این کاهش مقاومت با شیب کمتری ادامه مییابد. همچنین پیداست که مقاومت نهایی مربوط به دمای C °20 ،-نسبت به مقاومت متناظردردمای اتاق، افزایش مقاومت را در نمونه های با مقاومت فشاری MPa 19.68 و کاهش مقاومت نهایی را در نمونه های با مقاومت فشاری MPa 30.75 و MPa 39.55 را نشان میدهد.
همانگونه که در شکل17 مشاهده میشود، در دماهای C °+20، C °-20 و C °+50 گسیختگی جداشدگی در بتن گسترش یافته و پس ازجداشدگی، لایه نازکی از بتن چسبیده به لایه چسب باقی مانده است ولی همانگونه که در شکل 18 نشان داده شده است، در دمای C °+80 پس ازجداشدگی، بتن خیلی کمتری متصل به لایه چسب باقی مانده است که موید آن است که جداشدگی از گسیختگی بتن به گسیختگی بین سطحی چسب، در سطح تماس چسب- بتن منتقل شده است.
از تصاویر نشان داده شده در شکل 19 می توان مشاهده نمود که روند شکست در تیرهای قرار گرفته در دمای اتاق بصورت گسیختگی در وسط دهانه به دلیل وجود ترک های خمشی اتفاق افتاده است (شکلa19 ) همانگونه که در بخش های قبلی اشاره شد، در محل ترک خمشی، تنش کششی (و در نتیجه کرنش کششی) افزایش یافته و در دو سمت ترک سطح چسبیده بتن و FRP ،کاهش می یابد. اگر تنش برشی مخرب چسبندگی از یک مقدار بحرانی تجاوز کند، ترک های بین سطحی ایجاد شده ودرنتیجه موجب بازپخش کرنش های FRP میشود .
شاید بتوان چنین نتیجه گرفت که با وجود جداشدگی موضعی، پیوستگی ترک ها در ترک های خمشی، باعث گسیختگی چسبندگی(نوع سوم گسیختگی) نمیشود.همچنین براساس شکل های(b 19 )و (c 19 )در بقیه تیرهای تقویتشده، گسیختگی در قسمت 1/3 دهانه و زیر بار اتفاق افتاده است که ناشی از تنش های برشی زیاد است.
تعریف این نوع ترک ها بوسیله بازشدگی افقی و عمودی ترک مشخص میشود که باعث آغاز پوسته شدن میشود . تنش های پوسته شدن همان تنش های نرملا هستند که دربخش های قبلی اشاره شد. تغییر مکان عمودی موجب تنش های برشی عمود بر سطح بتن در یک سمت ترک میشود که میتواند در ترکیب با تنش های برشی در بتن، موجب آغاز جداشدگی FRP شود. این مسئله عموما در جاهایی که ترکیب نیروی برشی و لنگرخمشی زیاد و ترک های مورب کمترند، دیده میشود.
مسئله تغییر روند گسیختگی در نمونه های قرار گرفته در دماهای پایین و بالا را شاید بتوان به اختلاف ضریب انبساط حرارتی موجود بین بتن و CFRP که باعث ایجاد تنش های برشی اضافه بر تنش های برشی بارگذاری شده دانست که بدلیل عدم وجود فولاد برشی در تیر، باعث گسیختگی جداشدگی تحت تنش های برشی زیاد شده است.
نمودار مقاومت نهایی برحسب تغییر شکل نمونه های سری A در شکل )20 )نشان داده شده است. همانگونه که در این شکل قابل مشاهده است، میزان کاهش مقاوت نهایی در دمای C °50 +نسبت به دمای اتاق، حدود 19 درصد و کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+80 نسبت به دمای اتاق حدود 38 درصد است. همچنین می توان مشاهده نمود که در دمای C °-20نسبت به دمای اتاق، افزایش حدود 11 درصدی در مقاومت نهایی را شاهد هستیم که میتواند ناشی از خنثی شدن قسمتی از تنش های برشی بارگذاری، توسط تنش های برشی ناشی از تغییر درجه حرارت باشد.
باید توجه داشت که هرگاه دما تغییر می کند، تفاوت ضریب انبساط حرارتی بتن و CFRP در جهت امتداد طولی الیاف گسترش تنش های حرارتی را در بتن و FRP باعث میشود . عدد منفی ضریب انبساط حرارتی CFRP به معنای انقباض ماده در اثر افزایش دما و انبساط آن بر اثر کاهش دما است
برای بررسی این مطلب، یک مدل سینماتیک توسط دی توماسو و همکاران مطرح شده است که میتواند برای محاسبه تنش برشی در بتن و تنش نرملا در FRP مورد استفاده قرار گیرد. .]لذا شاید بتوان گفت که در زمان بارگذاری نمونه، این تنش های اولیه همراه بارگذاری خارجی روی نمونه اثر می گذارند. نکته دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد، کاهش مدول یانگ چسب در زمان افزایش دما است که میتواند اثری برمقاومت چسبندگی سطح تماس بتن- چسب بگذارد. باید عنایت داشت که گرما علاوه بر اینکه بر رفتار تک تک ماده ها تاثیر می گذارد بر خواص چسبندگی بین مواد مختلف دراتصال FRP -چسب- بتن نیز Tg ،مقاومت اثرگذار است. به نظر می رسد در دماهای نزدیک و یا بالای چسبندگی سطحی بتن بطور قابل توجهی کاهش یافته و باعث میشود تا مقاومت نهایی نمونه ها در دماهای بالا، کاهش یابد.
نتایج این بخش از بررسی ها، در شکل 21 نشان داده شده است. از شکل 21 مشاهده میشود که روند گسیختگی در این سری از تیرها همانند تیر های سری A است، با این تفاوت که اختلاف مقاومت نهایی در دماهای C °+50 و C°+80 نسبت به دمای اتاق کمتر شده است. میزان کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+50 نسبت به دمای اتاق، حدود 17 درصد و کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+80 نسبت به دمای اتاق حدود 22 درصد و مقاومت نهایی در دمای C°-20 برابر با مقاومت نهایی در دمای اتاق است.
نمودار مقاومت نهایی برحسب تغییر شکل نمونه های سری C در شکل 22 نشان داده شده است. از شکل 22 پیداست که روند گسیختگی در این سری از تیرها همانند سری A و B است، با این تفاوت که اختلاف مقاومت نهایی در دماهای C °+50و C °+80نسبت به دمای اتاق کمتر شده است. میزان کاهش مقاومت نهایی در دمای C°+50 نسبت به دمای اتاق حدود 5 درصد و کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+80 نسبت به دمای اتاق حدود 10 درصد است و در دمای C°-20 نسبت به دمای اتاق شاهد کاهش 10 درصدی مقاومت نهایی هستیم.
در این سری از نمونه ها نیز همانند تیرهای تقویت شده با CFRP گسیختگی 50+ °C و 20+- ° C دماهای در انعطافپذیر جداشدگی در بتن گسترش می یابد و پس ازجداشدگی، لایه نازکی از بتن چسبیده به لایه چسب باقی می ماند(شکل 23)ولی در دمای C °+80 پس ازجداشدگی، بتن متصل به لایه چسب باقی نمی ماند (شکل 24)
روند گسیختگی در تیرهای مقاوم شده با CFRP سخت در دمای C °+20 بصورت گسیختگی بتن و در دماهای بالا و پایین بصورت گسیختگی بین سطحی FRP است. نمودار مقاومت نهایی برحسب تغییر شکل نمونه های سری D در شکل (25 )نشان داده شده است. از این شکل پیداست که مقدار کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+50نسبت به دمای اتاق، حدود 7 درصد و کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+80 نسبت به دمای اتاق حدود 21 درصد است. در دمای C °-20 نسبت به دمای اتاق شاهد افزایش حدود 7 درصدی مقاومت نهایی هستیم.
نمودار مقاومت نهایی برحسب تغییر شکل نمونه های سری E در شکل(26 )نشان داده شده است. از این شکل پیداست که روند گسیختگی در این سری از نمونه ها همانند سری D است، با این تفاوت که اختلاف مقاومت نهایی در دماهای C °+50 نسبت به دمای اتاق بیشتر شده و مقدار کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+50 نسبت به دمای اتاق حدود 17 درصد و کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+80نسبت به دمای اتاق حدود 22 درصد است. همچنین مشاهده میشود که در دمای C °-20 نسبت به دمای اتاق شاهد کاهش حدود 6 درصدی مقاومت نهایی هستیم.
نمودار مقاومت نهایی برحسب تغییر شکل نمونه های سری F در شکل(27 )نشان داده شده است. براساس این شکل، روند گسیختگی در این سری از تیرها همانند سری های D و E است، با این تفاوت که اختلاف مقاومت نهایی در دمای C °+50 نسبت به دمای اتاق بیشتر و اختلاف مقاومت نهایی در دمای C °+80 نسبت به دمای اتاق کمتر شده است. میزان کاهش مقاوت نهایی در دمای C °+50نسبت به دمای اتاق حدود 10 درصد و کاهش مقاومت نهایی در دمای C°+80 نسبت به دمای اتاق حدود 15 درصد است. همچنین در دمای C °-20 نسبت به دمای اتاق شاهد کاهش حدود 5درصد مقاومت نهایی هستیم.
برای مقایسه نتایج آزمایشگاهی با نتایج متناظر آئین نامه های طراحی از آئین نامه 440ACI-R2-02 و همچنین نشریه 345 سازمان برنامه استفاده شده است. هر دو آئین نامه، به منظور اعمال شرایط محیطی، جدول مشابهی را مورد استفاده قرار می دهند که در جدول 4 نشان داده شده است. نتایج تحلیل بوسیله این آئین نامه ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی در جداول 4 تا 8 آورده شده است.
طبق آئین نامه 440ACI-R2 ، اگر سیستم FRP در یک محیط به نسبت ملایم مانند فضای داخلی قرار بگیرد، ضریب کاهشی نزدیک به 1 است و اگر سیستم FRP در یک محیط خورنده و در معرض طولانی مدت رطوبت بالا، چرخه های یخ و ذوب، آب شور و یا مواد قلیایی قرار بگیرد باید از ضریب کاهشی پایین تری استفاده شود.
از مطلاب آورده شده میتوان نتیجه گرفت که گرما هم بر روی مقاومت نهایی و هم بر روی نوع رفتار گسیختگی تیر های بتنی تقویت شده با CFRP تاثیر میگذارد. تصور اینست که تاثیر افزایش دما بر روی پخش تنش برشی در بتن، ناشی از سه عامل مهم: گسترش تنش های حرارتی در نتیجه اختلاف ضریب انبساط حرارتی، کاهش سختی چسب و کاهش مقاومت چسبندگی سطح تماس چسب-بتن، در دماهای بالا است.
همچنین می توان گفت که میزان کاهش مقاومت نهایی در دمای C °+80 نسبت به مقاومت نهایی در دمای اتاق، با بالا رفتن رده مقاومت بتن کاهش یافته و مقدار کاهش مقاومت نهایی در دمای اتاق تا رده مقاومتی MPa30.79 افزایش یافته و پس از آن کاهش می یابد. تیرهای تقویت شده با CFRP انعطاف پذیر، در هر سه رده مقاومتی بتن، نسبت به تیرهای تقویت شده با CFRP سخت، در دماهای C °+20 و C °+50 مقاومت نهایی بالاتری از خود بروز دادند.
تیرهای تقویت شده با CFRP قرار گرفته در دمای C °+50 و C °+80 در هر سه رده مقاومتی بتن و هر دو نوع CFRP ،مقاومت نهایی کمتری داشتند. نمونه های با CFRP انعطافپذیر با رده مقاومتی بتن MPa 19.68 که در دمای C°-20قرار گرفته اند، مقاومت نهایی بالاتری را نسبت به نمونه های دمای اتاق نشان دادند که میتواند ناشی از کنش تنش های حرارتی بر خلاف تنش های بارگذاری باشد. این مسئله در نمونه های با رده مقاومتی MPa 30.79 و MPa 39.55 دیده نمیشود که احتمالا ناشی از مشارکت کمتر تنش های حرارتی در مقاومت برشی کلی است، ولی نمونه های مقاوم شده با CFRP سخت که در دمای C°-20قرار گرفته اند، در هر سه رده مقاومتی بتن، مقاومت کمتری از خود نشان دادند.
روند شکست تیرهای بتنی مقاوم شده با CFRP انعطافپذیر بدین صورت است که در دماهای C °-+20 جداشدگی CFRP ،لایه نازکی از بتن چسبیده به لایه چسب باقی می ماند (گسیختگی در بتن) در حالیکه در دمای C°50 +و C°80 +پس از جداشدگی، بتن خیلی کمتری باقی می ماند (گسیختگی بین سطحی چسب-بتن)
روند شکست تیرهای بتنی مقاوم شده با CFRP سخت بدین صورت است که در دماهای C °20 -و C °20 +پس از جداشدگی CFRP ،لایه نازکی از بتن چسبیده به لایه چسب باقی می ماند (گسیختگی در بتن)، در حالیکه در دمای C °50 +پس از جداشدگی بتن خیلی کمتری متصل یه چسب روی CFRP باقی مانده (گسیختگی بین سطحی چسب- بتن) و در دمای C °80 +پس از جداشدگی هیچ بتن و چسبی روی CFRP باقی نمی ماند (سیختگی بین سطحی چسب-CFRP)
در دمای v 20 +در هر سه رده مقاومتی بتن، نتایج آزمایشگاهی تیر های مقاوم شده با CFRP انعطافپذیر تطابق بهتری با مقاومت بدست آمده از روابط آئین نامه های 02-ACI440 و نشریه 345 نشان دادند. در دماهای C °50 +و C °80 ،+در هر سه رده مقاومتی بتن، نتایج آزمایشگاهی تیر های بتنی مقاوم شده با CFRP سخت، تطابق بهتری با مقاومت بدست آمده از روابط آئین نامه های 440ACI-02 و نشریه 345 نشان دادند. در دمای C °20 -در هر سه رده مقاومتی بتن، نتایج آزمایشگاهی تیر های بتنی مقاوم شده با CFRP سخت، تطابق بهتری با مقاومت بدست آمده از روابط آئین نامه های 440ACI-02 نشان دادند.
اهمیت عایق‌کاری نما در حفظ ارزش ساختمان عایق‌کاری نما نه‌تنها از ساختمان در برابر آسیب‌های…
آشنایی با عایق رطوبتی کف و کاربردهای آن در ساختمان‌سازی عایق رطوبتی کف ساختمان، یکی…
عایق‌های نوین؛ جایگزین ایزوگام و قیرگونی با پیشرفت تکنولوژی، عایق‌هایی که برای جایگزینی با ایزوگام…
چرا عایق فونداسیون، پایه‌ای‌ترین نیاز هر ساختمان است؟ عایق‌کاری فونداسیون به دلایل متعددی ضروری است…
عایق رطوبتی حمام و سرویس بهداشتی؛ چرا اهمیت دارد؟ رطوبت مداوم و تماس مستقیم با…
عایق رطوبتی چیست؟ عایق رطوبتی، یک ماده یا سیستم طراحی شده برای جلوگیری از نفوذ…
