توضیح:
در ترجمه متن پیوست موارد ذیل قابل ذکر است:
1- در برخی موارد به منظور رساتر نمودن مفهوم جمله و ضمن رعایت امانتداری در اصل متن برخی توضیحات داخل پرانتز آورده شده و در پایان کلمه مترجم با حرف م گذاشته شده- این موارد جزء اصل متن نیست و می‌توانید در بازنویسی آنها از حذف یا از آنها استفاده کنید.
2- توضیحات و تصاویر و نمودارهای با مداد روی اصل متن انجام شده است.
3- در ابتدای متن(Steelwires ) میله‌های فولادی و از اواسط متن مفتولهای فولادی استفاده شده که به نظر صحیحتر می‌آید.
4- در سراسر متن اصطلاح Bone Shaped Short به صورت BSS و Conventional Straight Short به صورت CSS آمده که در ترجمه هم به همین صورت استفاده شده
استحکام و دوام بتون مسلح شده با میله‌های فولادی استخوانی شکل (Bone- Shopad)
خلاصه مطالب
در این تحقیق و مطالعه ما از طریق آزمایش تأثیر مسلح‌کردن با میله‌های فولادی کوتاه استخوانی شکل (BSS) را در بهبود ویژگی‌های مکانیکی بتون مورد ارزیابی قرار داده‌ایم.
نتایج تستهای خمشی چهار قطعه‌‌ای آشکار ساخت که کاربرد میله‌های فولادی BSS در مسلح نمودن بتون آنرا مستحکم‌تر، بادوام‌تر، و مقاومت‌تر در برابر ترک خوردن، نسبت به بتون‌های مسلح معمولی که در آنها از میله‌های فولادی کوتاه و صاف(CSS ) استفاده گردیده میباشد.
میله‌های فولادی (BSS) باعث تقویت بیشتر بتون در برابر ترک خوردن از طریق هدایت این لوله‌ها( در بتون) و قفل‌شدن مکانیکی آنها در ناحیه بین انتهای کروی شکل و پهن شده و بافت ترد و شکننده بتن میگردد.
در نمونه‌های بتن مسلح شده با (BSS) قبل از فورپاشی نهایی ترکهای طولی متعددی ایجاد گردید در حالیکه نمونه‌های بتون مسلح شده با (CSS ) و یا غیرمسلح، ترک خوردن در ناحیه مرکزی شروع و تا فروپاشی کامل نمونه گسترش یافت.
میله‌های فولادی (BSS) بصورت پلی در ناحیه ترک عمل نموده و در نهایت تغییر شکل( دفرمهشدن) و فروپاشی نهایی اتفاق می‌افتد.
همچنین ترکهای ثانویه ایجاد شده در بافت قالب بتونی به صورت خطوطی از ناحیه مرکزی انتشار می‌یابد که باعث استحکام و دوام این ساختار میگردد.
در حالیکه در مورد نمونه‌هایی که از (CSS) استفاده شده بود میله‌ها براحتی از بافت قالب( بتونی) بدون دفرمهشدن( تغییر شکل اساسی) خود میله‌ها و بتون اطراف میله‌ها، از بافت اصلی خارج گردیدند.
بنابراین عملکرد میله‌های (CSS) حتی نزدیک به عملکرد میله‌های (BSS) در ارتباط با تقویت و دوام نبودند.
1- مقدمه
بتون غیرمسلح دارای توان انبساطی( یا کششی) پایین و استحکام کم می‌باشند.
این ساختار متداول معمولاً در زیرساختارهای مهندسی سیویل( راه و ساختمان) از قبیل پیاده‌روها ، خیابانها، بزرگراهها، استادیوم‌ها وپلها و فونداسیون خانه‌ها بکار می‌رود.
تنش‌های حرارتی که توسط تغییرات دما و نیز تنش‌هایی که در اثر استفاده بوجود می‌آیند غالباً سالهای بعد از ساخت این ساختارها ایجاد ترک در آنها میگردد.
ویژگی‌های مکانیکی خاص که برعملکرد ساختار بتونی اثر می‌گذارد شامل مقاومت در برابر ایجاد اولین ترک حداکثر استحکام و دوام میگردد.
در کاربرد بتونی که ایمنی نقش اساسی و حیاتی ایفا می‌کند از قبیل پلها و ساختمانهای مسکونی از میله‌های فولادی دارای استحکام بالا بمنظور مسلح نمودن بتون برای ایجاد مقاومت در برابر ترک و تقویت استحکام و دوام کلی آن استفاده میگردد.
در هر حال در این روش میله‌ها بوسیله دست به یکدیگر متصل( وصل) می‌گردند تا قبل از ریختن بتن ساختار فولادی محکمی ساخته شود که در مجموع هزینه نیروی کار وزمان ساخت را افزایش می‌دهد.
استفاده از رشته‌های کوتاه و صاف فلزی شیشه‌ای یا پلیمر نیز در سالهای اخیر مورد بررسی قرار گرفته‌اند که با موفقیت کمی همراه بوده‌اند.
استفاده از میله‌های فولادی کوتاه (CSS) هزینه آرماتوربندی را کاهش داده و ویژگی‌های مکانیکی بتون را افزایش می‌دهد.
ویژگی بارز فیبرهای(CSS) این است که بطور مستقیم با مواد تشکیل دهنده بتون مخلوط شده و بنابراین هزینه نیروی کار و نیز زمان اجرا را کاهش می‌دهند.
موادی که با فیبرها( یا یسم‌های فولادی) مسلح می‌شوند در چند دهه گذشته مورد بررسی و مطالعه عمیق قرارگرفته‌اند.
مؤثر بودن کاربرد فیبرهای( یا رشته‌های ) کوتاه در سیستم‌های مختلف دارای بافتهای( فیبری) پلیمری، فلزی، و سرامیکی نشان داده شده‌اند.
در کلیه این سیستمها چالشی که فراروی محققین قرارداشته افزایش استحکام و دوام این سیستمها بوده است.
افزایش استحکام مواد ترکیب شده غالباً شامل دوام در برابر خورده‌شدن و نیز توانایی مقاومت دربرابر انتشار و گسترش ترکهای ایجاد شده به اطراف میباشد.
استحکام بالای ترکیب را می‌توان با انتخاب فیبرهای قوی و محکم و نیز حصول اطمینان از ایجاد بافت قوی بین مواد تشکیل دهنده افزایش داد.
اما در هر حال باید توجه داشت که پیوند قوی ایجاد شده داخلی به تنهایی ممکن است باعث کاهش دوام گردد چرا که از هم گسیختگی درونی در این سیستمها ممکن نیست و این ساختاری است که باعث ایجاد مقاومت در برابر گسترش ترک میگردد.
این از هم‌گسیختگی درونی باعث می‌شود که ترک تنها در اطراف فیبرها گسترش یابند و به فیبرهی درونی و بافت کلی آسیبی نرسد.
شکل 1- میله‌های فولادی استخوانی شکل – طول میله( یا رشته) فولادی mm 25 میباشد.
در بسیاری سیستم‌های مسلح تشکیل شده از بافت( یا رشته‌های) ترد هدایت شده به درون سیستم مانند ساختارهای دارای بافت سیمانی – فیبرهای کوتاه فولادی مورد مطالعه در اینجا پیوند داخلی( اجزای تشکیل دهنده) ضعیف میباشد این رشته‌های کوتاه در این ترکیب می‌توانند باعث پیشگیری از گسترش ترک گردند و در نتیجه استحکام در برابر خورد شدن( یا از هم پاشیدگی کلی) افزایش می‌یابد.
این رشته‌های کوچک به هنگام ایجاد ترک هر یک به تنهایی کشیده شده دچار شکستگی می‌شوند و یا تغییر شکل می‌دهند.
برای مثال اگر مقاومت اصطکاکی بین اجزاء تشکیل دهنده واز هم گسیخته بافت اصلی ضعیف باشد و فیبرهای داخلی براحتی آسیب ببیند یا برون کشیده شوند، مقدار نیروی لازم کم خواهد بود و بنابراین مقاومت کافی در برابر گسترش ترک را نخواهد داشت اگر چه در مقایسه با بتون معمولی استحکام و دوام این بافت‌ها بیشتر است اخیراً روش جدیدی برای استفاده از فیبرهای(BSS) فاقد انتهای پهن شده برای مسلح نمودن مواد استفاده گردیده که بهبود قابل توجهی در تقویت ودوام مواد نشان داده است.
در مطالعات و تحقیقات گذشته سیستم ترکیبی بصورت استفاده از فیبر پلیمری و بافت اصلی پلیمری بودند در حالیکه در مورد فیبرهای BSS پس از ترک برداشتن بافت اصلی فیبرهای بیرون کشیده شدند و از هم گسیختگی روی نداد.
در این موارد مکانیزم مقاوم‌سازی اولیه دفرمهشدن( یا تغییر شکل اساسی دادن) در سطحی وسیع در اطراف بافت اصلی در ناحیه‌ای که انتهای پهن شده فیبرها بیرون زدند بوده است.
در این تحقیق ما پتانسیل( نیروی بالقوه) رشته‌های فولادی را همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است.
وبصورت پلی در ناحیه ترک خورده عمل می‌کند و باعث بهبود مقاومت بتن بنحو مؤثری میگردد نشان خواهیم داد.
بتون معمولاً ترکیبی از سیمان و مواد متراکم درون آن میباشد اما در اینجا ما برای سادی بتون ساده و بدون مواد متراکم را مورد بررسی قرار خواهیم داد و اگر چه بتون ساده ( سیمانی ) مقاومت کمتری دربرابر ترک‌خوردگی از خود نشان می‌دهد اما نتایج حاصله در هر حال برای دیگر بتون‌ها نیز کاربرد خواهد داشت چرا که همه بتن‌ها در هر حال موادی ترد و شکننده می‌باشند.
برای این سیستم ما درخواهیم یافت که رشته‌های فولادی در (BSS) که در ناحیه ترک برداشته می‌بادید مانند پلی از بافت اصلی محافظت نمایند غالباً تغییر شکل از نوع پلاستیکی می‌دهند و در بسیاری از موارد تا از هم‌گسیختگی پیش می‌روند.
نتایجی که از این تحقیق بدست خواهد آمد و بتون مسلح با استفاده از (BSS) را شامل میگردد ممکن است در مورد طیف وسیعی از ترکیبات مسلح که در آنها از روش هدایت فیبرها استفاده گردیده، کاربرد داشته باشد.
روش استفاده از تغییر شکل پلاستیکی مواد مسلح کننده در صورت استفاده صحیح باعث تقویت و استحکام بتون خواهد شد.
مکانیزم دوم تقویت استفاده از روش بیرون زدن فیبرها است.
با تغییر رشته‌ای (CSS) به(BSS) ما در واقع از مکانیزم دوم به مکانیزم اولی ( تقویت) تغییر روش می‌دهیم.
انتهای پهن شده رشته‌های BSS باعث میگردد آنها از بیرون خارج شوند و با تغییر شکل پلاستیکی تا مرحله از هم‌گسیختگی کامل مقاومت کنند.
هدف از انجام این تحقیق: بررسی مزایای استفاده از رشته‌های (BSS) بعنوان یک روش مؤثر کارآمد و کم‌هزینه بمنظور تقویت استحکام سازه‌ها مطالعه مؤثربودن روش تغییر شکل پلاستیکی رشته‌های (BSS) نسبت به روش بیرون زدن رشته‌های (CSS) در بهبود مقاومت در برابر رسیدن به اولین ترک حداکثر مقاومت و استحکام و دوام میباشد.
2- مراحل روش‌های تجربی سه نوع مورد آزمایش برای انجام تست» چهارنقطه« خمشی در مورد بتن مسلح با (BSS) و (CSS) و غیر مسلح ساخته شدند.
این تستها ما را قادر ساخت نقش(CSS) و (BSS) در تقویت استحکام بتون را بررسی و مقایسه نمائیم.
ابعاد نمونه‌ها تقریباً 25×38×240 میلیمتر انتخاب گردید.
بعنوان (BSS) رشته‌های فولادی تجاری با نقطه از هم‌گسیختگی در فشار mpa 260 و عدم تاب کششی 6/12 درصد ساخته شدند.
شکل 2 سختی کشش و فشار این رشته‌ها را نشان می‌دهد.
رشته‌های CSS,BSS هر دو با قطر mm 86/0 و طولmm 25 انتخاب گردیدند.
رشته‌های BSS ابتدا به طولmm 28 بریده شدند.
و سپس با پهن نمودن دو سر به طول mm 25 درآمدند قطر انتهایی پهن شده mm 6/1 گردید.
بافت سیمانی( یا قالب سیمانی) با مخلوط کردن ml 210 آب و 600 گرم سیمان پرتلند( نسبت آب به سیمان ml/g ) تا بدست آمدن یک مخلوط کاملاً یکدست و یکنواخت تهیه گردید.
نسبت آب به سیمان با توجه به این مسئله در نظر گرفته شد که با این ترکیب چگالی( یا چگالی‌بودن) ترکیب به گونه‌ای است که تعداد حباب‌های هوا در آن به حداقل محدود میگردد و در عین حال از فرورفتن رشته‌های فولادی در مخلوط جلوگیری می‌شد.
در روش تهیه نمونه سیمان غیر مسلح مخلوط آب- سیمان مستقیماً به داخل قالب ریخته شد و با تکان‌دادن قالب از خروج حباب‌های هوا و یکنواخت بودن مخلوط اطمینان حاصل گردید.
شکل 2- منحنی‌های کشش – فشار رشته‌های فولادی برای ساخت قالبهای بتن مسلح؛ سیمهای فولادی BSS و CSS چهار لایه از سیمهای فولادی با دقت درملات سیمان قرارداده شد.
بطوریکه فاصله mm 25 ضخامت کاملاً مساوی تقسیم شده بود.
نحوه قرارگرفتن سیمهای فولادی در شکل 3 نشان داده شده است در ملات سیمان قرارگیرد قالب بر روی کناره‌های طولی قرارداده شده تا لایه بعدی جایگذاری شود چیدن( یا جایگذاری) رشته سیمهای فولادی، باعث میگردد انتهای سیم‌ها که در کنارهم قرارمی‌گیرند بصورت متقاطع یکدیگر را قطع نکنند در غیر اینصورت باعث ایجاد ترک خواهند گردید.
به این ترتیب نسبت کسری حج.م سیمهای فولادی برای CSS – 86/0 درصد و برای BSS – 1 درصد بود.
دلیل این افزایش نسبت پهن‌بودن انتهای سیمهای فولادی میباشد.
شکل 3- نمودار شماتیک قالبی که سیمهای فولادی با دست در آن قرار داده شده است.
قبل از اینکه تستهای خمشی چهار نقطه‌ای برروی نمونه‌ها انجام گیرد ابتدا آنها را با پوشاندن در پوششهای پلاستیکی وسپس در فضای باز قرارداده شدند تا مراحل خشک و سف‌شدن (curing) را طی کنند.
این پروسه باعث گردید از دست‌دادن آب طی مراحل خشک شدن فعل و انفعالات شیمیایی مورد انتظار را در نمونه‌های بتنی انجام دهند در غیر اینصورت خشک‌شدن سریع بتن باعث کاهش مقاومت واستحکام آن خواهد شد.
برای بررسی خواص شکست‌پذیری نمونه‌ها، تست خمشی چهارنقطه‌ای برروی آنها انجام گردید.
نحوه انجام تست در شکل(4) نشان داده شده است.
در طول آزمایش جابجایی نقاط فشار به میزان 5/0 میزان پیشرفتگی( یا حرارت) بار وارده بعنوان تابعی از جابجایی ثبت گردید.
شکل 4 – نحوه انجام تستهای نقطه‌ای) نتایج: 1-3 عکس‌العمل بار- جابجایی در شکل5 نمودارهای مربوط به انجام آزمون در مورد رشته‌های فولادی CSS و BSS نشان داده شده‌اند.
در این نمودارها اولین نقطه ترک بعنوان اولین محلی که نمودار از حالت خطی خارج میگردد درنظر گرفته شده است.
حداکثر بار Pm و استحکام ظاهری مواردی هستند که بررسی آنها مورد نظر میباشد.
استحکام ظاهری با محاسبه مساحت فضای زیر نمودار بدست می‌آید در نتیجه استحکام به صورت کل انرژی مصرف شده توسط نمونه تا رسیدن به فروپاشی در نظر گرفته می‌شود یا تعریف می‌شود.
از آنجا که کلید نمونه‌های مورد استفاده در این تست دارای ابعاد یکسان می‌باشند از این تعریف می‌توان برای مقایسه استحکام نمونه‌ها استفاده کرد.
منحنی رفتار نمونه ملات سیمانی غیر مسلح رفتاری مشابه از هم‌گسیختگی با بار حداکثری P (max-Load) معادل N 965 و جابجایی mm 19/0 را نشان می‌دهد.
این ماکزیمم بار به P1 محلی که اولین ترک شروع میگردد منطبق میباشد این محلی است که یک ترک انجام می‌شود و از آنجا به سرعت گسترش می‌یابد تا نمونه به از هم‌گسیختگی کامل برسد.
شکست کامل نمونه پس از وقوع اولین ترک باعث کاهش استحکام تنها به مقدار J 08/0 گردید.
منحنی نمونه مسلح شده با مفتولهای فولادی CSS نسبت به نمونه غیرمسلح بهبود نسبی درخواص مکانیکی را نشان می‌دهد.
بررسی دقیق منحنی نشاندهنده تغییر شیب منحنی در باری معادل N 1185 میباشد که بخاطر شروع اولین ترک میباشد.
بنابراین ملاحظه می‌شود که افزایش حجمی 86 درصدی مفتولها باعث گردید بار وارده برای شروع اولین ترک 8/23 درصد افزایش یابد.
پس از شروع اولین ترک بار با افزایش جابجایی افزایش یافت تابد ماکزیمم بار N(pm) 1280 برسد و این Pm را 3/23درصد افزایش داد.
گسترش سریع اولین ترک باعث کاهش بار پس از رسیدن به pm گردید.
ویژگی‌های کلی این منحنی مشابه بتون مسلح شده با مفتولهای فولادی CSS میباشد.
شکل 5- بار بعنوان تابعی از جابجایی برای نمونه‌های بتون غیر مسلح ومسلح شده با مفتولهای فولادی BSS و CSS توجه داشته باشید که منحنی نمونه مسلح‌شده بامفتول CSS تا حدی مشابه موردی است.
در منحنی یک مفتول CSS بیرون کشیده شده اتفاق می‌افتد.
این امر نشاندهنده آن است که گسترش ترک پس از شروع اولین ترک بخاطر تخریب بافت بتون و بیرون کشیده‌شدن مفتول فولادی اتفاق می‌افتد.
مفتولهای فولادی CSS نمونه را قادر می‌سازد تا اندازه‌ای بافت( یا ساختار کلی) خود را حفظ نموده و در مقایسه با نمونه غیرمسلح مقاومت پس از ترک برداشتن آن افزایش می‌یابد که باعث استحکام آن می گردد.
همچنین در شکل 5 منحنی نمونه بتون مسلح شده با مفتولهای فولادی(BSS) نشان داده شده است که بطور قابل ملاحظه‌ای با منحنی نمونه دارای مفتول CSS و بتون غیرمسلح کاملاً متفاوت میباشد.
اولین ترک به هنگام اعمال باری معادل N 1500 شروع شد که افزایش معادل 4/55 درصد نسبت به بتون غیرمسلح را نشان می‌دهد پس از این مرحله و با افزایش جابجایی بار به تدریج افزایش یافت و به N 1780 رسید.
این بار تا زمانی که جابجایی به mm ¾ رسید ادامه داشت و پس از آن به سرعت کاهش یافت.
این کاهش ناگهانی بار بخاطر شکستن( یا از هم گیسختن) مفتولهای BSS میباشد که در ناحیه ترک اصلی بعنوان پلی مقاومت می‌کنند و این امر مقاومت مفتولهای BSS در ناحیه ترک را مشخص می‌سازد.
استحکام نمونه‌برداری مفتول BSS J 26/7 میباشد که تقریباً 94 برابر نمونه غیرمسلح و 6/3 برابر نمونه مسلح شده با CSS میباشد توجه داشته باشید که این افزایش استحکام و دوام تنها بخاطر 1% افزایش حجمی مفتول BSS میباشد.
مقاومت خمشی یکی از خواص مهم در طراحی زیرساخت‌های بتونی میباشد در آزمایش خمشی 4 نقطه‌ای که در شکل 4 نشان داده شده.
مقاومت خمشی S را به صورت زیر می‌توان محاسبه کرد: (1) که در این رابطه p بار وارده، L طول نگدارنده (Suppprt ) h,w عرض و طول نمونه میباشد.
نسبت حجمی مفتولها 86% حجم و 1 درصد حجم برای CSS و BSS به ترتیب می‌باشند.
نقاطی که برخی از این کمیتهای مکانیکی اندازه‌گیری شده در جدول 5 نشان داده شده‌اند .
داده‌های جدول نشان می‌دهد که استفاده از متفتولهای BSS در بهبود جابجایی اولین ترک وقوع اولین ترک حداکثر مقاومت و استحکام نسبت به نمونه CSS نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند.
و مقاومت در برابر وقوع اولین ترک حداکثر مقاومت و استحکام نمونه دارای مفتول BSS به ترتیب 26% و 40% و260% بیشتر از نمونه دارای مفتول CSS میباشد.
2-3- مشاهدات پس از شکست( نمونه) مشاهدات و بررسیهای پس از شکست می‌تواند اطلاعات مفیدی را در مورد اینکه چگونه شکل مفتولها در مکانیزم ترک‌برداشتن و گسترش ترک مؤثر می‌باشند بدست می‌دهد.
شکل 6 نشان می‌دهد که چگونه نمونه غیرمسلح( یا ساده) در اثر یک ترک ساده براحتی شکسته و از هم جدا شده است.
در مورد نمونه‌های مسلح شده با BSS و CSS شکل V نشان می‌دهد که نمونه دارای مفتول CSS نیز با یک ترک ازهم گسیخته است در صورتی که در نمونه داراب BSS ( شکل 8) دیده می‌شود ک نمونه ترکهای متعددی را قبل از شکست تحمل نموده است که رفتاری مشابه بتون آرماتوربندی شده شکل 8 نشان می‌دهد که ترک‌ها در جهت طولی و با فاصله زمانی و به فاصله طولی mm 18 اتفاق افتاده‌اند.
نحوه وقوع این ترک‌ها بستگی به نحوه قراردادن مفتولها وارد و همانگونه که در شکل 3 نشان داده شده فاصله بین وسط پرمفتول و وسط فاصله خالی بین دو مفتول mm 18 است.
در شکل 3 بوضوح نشان داده شده –م) در نمونه دارای مفتول BSS ترکهای ثانویه متعددی با زاویه نسبت به ترک اولیه شروع گردید و گسترش یافت.
انشعاب و گسترش ترک اولیه احتمالاً بخاطر فشاز ایجاد شده توسط ترکهای مویی (ریز) که در انتهای پهن شده مفتول سعی در خارج شدن از بتون داشتند ایجاد گردیده‌اند.
وقوع اینگونه ترکهای ثانوی در نمونه غیرمسلح مشاهده نگردیدند و در نمونه‌های دارای CSS تنها در پایان آزمون مشاهده شدند.
در نمونه‌های غیرمسلح ترک مرکزی( یا اصلی) به سرعت در عرض نمونه گسترش یافته.
در نمونه دارای مفتول(CSS ) ترک در پایان آزمون جهت افقس منشعب گردید که احتمالاً بخاطر گسیختگی بافت داخلی قالب در مسیر ترک بوده است.
شکل 7 تصویر نمونه از هم‌گسیخته بتون دارای مفتول CSS پس از آزمون خمشی چهار نقطه‌ای شکل 8 – تصویر نمونه از هم‌گسیخته بتون دارای مفتول BSS پس از آزمون خمشی چهارنقطه‌ای ترکهای متعدد ترک اصلی گسترش یافته درهم فرورفتگی( با پیوند داخلی) بین سرهای پهن شده مفتولهای BSS و مواد داخل قالب باعث میگردد مفتولهای در نقطه ترک خورده از بتون بیرون کشیده نشوند و در عوض دفرمه( یا تغییر شکل داده) شده‌اند.
همانگونه که در شکل 8 نشان داده شده در نمونه‌های دارای BSS شکستگی ایجاد شده و در سایر نمونه‌ها مفتول از بتون خارج گردیدند بویژه در مواردی که یک انتهای مفتول در فزویکی ترک اصلی قرار داشت.
بنابراین مفتولهای BSS که کاملاً در بافت قالب قلاب شده‌بودند توانستند فشار بیشتری را تحمل کنند و در نهایت تغییر شکل پلاستیکی دادند این مسئله باعث افزایش مقاومت نمونه گردید.
در نمونه‌های دارای مفتول CSS تقریباً همه مفتولها درمحل از هم‌گسیختگی ترک اصلی از بتون بیرون زدند بدون اینکه تغییر شکل زیادی در آنها انجام گردد.
در واقع مفتولهای CSS بیشتر به نیروی اصطکاک بین مفتول و مواد درون قالب متکی بودند که به هیچوجه قابل مقایسه با نیرویی که باعث دفرمهشدن مفتولهای( BSS ) گردید نمی‌باشد.
همچنین همانگونه که در شکل 2 دیده شد مقاومت نمونه در مقابل دفرمهشدن مفتولهای فولادی باعث گردید این نمونه بار بیشتری را تحمل نماید.
کل نیروی لازم برای دفرمهشدن پلاستیکی (6/12 %) قبل از شکست، نیازمند انرژی بسیار زیادی است.
در محل‌هایی که مفتولهای BSS از بتون بیرون زدند تخریب قابل توجهی در نتیجه بیرون کشیده شدن مفتولها در بتون ایجاد گردید علاوه بر این ترک اصلی با سرعتی لاک‌پشتی( سرعت کم) شروع بع گسترش نموده که این خود نیازمند انرژی فراوان میباشد و طبعاً این نمونه دارای استحکام به مراتب بالاتری میباشد.
3-3 تحمل بار مؤثر توسط مفتول عمل‌نمودن مفتولها در محل ترک بصورات پلی که بار وارده را تحمل می‌کند توسط محققین بسیاری شبیه‌سازی شده است.
این نیروها معمولاً بصورت نیرویی که بطور یکنواخت در محل پل توزیع میگردد در نظر گرفته می‌شوند.( نیروی فشاری( که به شکستگی در سطح ترک وارد می‌گردند.
از نظر تئوری 2 مجموعه عوامل محدودکننده در مورد ترکهای تقویت شده( بوسیله مفتول) در بافت قالب وجود دارد.
عامل اول: عامل ( آوستون،کوپر وکلی) میباشد که مشخص‌کننده آن یک ترک طولانی است که بوسیله مفتولهای درونی تقویت شده است هنگامی که ترک طولانی است مفتولها بخاطر طولانی بودن ترک مقاومت نمی‌کنند و بدین ترتیب تغییر شکل الاستیک یا درجه مقاومت در مقیاس کم می‌رسد در این شرایط مقداری انرژی اضافی توسط نیروهای پل( یا نیرویی که مفتولها بصورت پل درزیر ترک –م) ایجاد میگردد.
این انرژی ناشی از وجود پل یا را می‌توان از طریق محاسبه مساحت قسمت مخروطی ناشی از وجود پل (bridging tow) بدست آورد: (2) که ناحیه مخروطی ناشی از وجود پل یا مفتولهایی که به صورت پل عمل می‌کنند-*م) یا فشار وارده بر شکاف ترک توسط مفتولها ر کل شکافتگی محل ترک میباشد.
در معادله (2 )، شکاف بحرانی در لبه رشته‌های مفتولی در ناحیه پل که باعث شکستن پیوند میگردد در ترکیب‌های دارای مفتولهای BSS و CSS ناحیه پل تقریباً دارای طول معادل ضخامت نمونه میباشد.
بنابراین در آزمون خمشی چهار نقطه نمونه برای اینکه ناحیه پل در آنها تشکیل شود کوچکتر از حد معمول هستند.
بنابراین مشخص نیست که کدامیک از این 2 عامل محدودیت به شکبب صحیحتر ایجاد شکستگی در این سیستم سیمانی مفتول فولادی را با تقریب بهتر نشان می‌دهد علیرغم این مسئله اختلاف در نمودارهای نیروی خمشی در برابر جابجایی در شکل 5 منعکس‌کننده تفاوت نواحی مخروطی تشکیل شده ناشی از کاربرد مفتولهای CSS,BSS میباشد، .
معهذا مطالعات و تحقیقات دقیقتر برروی مکانیزم ایجاد پل (bridging) در مورد مورفولوژی‌هایی ( تغییرشکل شناسی) متفاوت مفتولها، نیاز به نمونه‌هایی دارد که در آنها ناحیه پل بتواند سهولت تشکیل گردد.
در این ارتباط خوانندگان را به ] 28-29-31 [ ارجاع می‌دهیم تا جزئیات بیشتری در مورد الگوهای ایجاد پل توسط مفتولهای در ترکیب‌های بتنی را مورد مطالعه قرار دهند.
شکل 9 ترسیم شماتیک (a ) ناحیه ترک برروی پل و (b) منحنی فشار برشکاف ترک در ناحیه پل برای سه وضعیت پل مختلف مؤثر بودن مفتولهای فولادی در بهبود مقاومت بستگی به , St دارد.
( معادله 2 را ببینید) براساس عکس‌العملی که در نمونه بتنی دارای مفتول CSS پس از فشار ناشی از ترک اول مشاهده گردید ما معتقدیم که فشار ناشی از وجود پل که توسط مفتولهای CSS ایجاد گردید بصورت یکنواخت با بتدریج به نمودار منحتنی 1 در شکل b 9 مراجعه شود).
که مفتولهای CSS از بتون بیرون کشیده می‌شود مفتولهای CSS با توجه به شکل هندسی آنها و خواص مفتولها و قالب یا از هم‌گسیخته می‌شوند و یا با گسترش ترک در قالب از بتون بیرون کشیده می‌شوند.
فشار کلی ناشی از پل در هر دو مورد به احتمال قوی بیشتر از مفتولهای CSS خواهد بود( منحنی‌های 2و3 در شکل b 9 را ببینید.) ابتدا در نظر بگیرید که مفتولهای BSS از قالب بیرون کشیده شوند با توجه به انتهای پهن شده مفتولها BSS این مفتولها به نسبت به مفتولهای CSS به نیروی بیشتری دارند تا آنها را از قالب بیرون بکشد.
همانگونه که در تست شکست DCB در مورد سیستم دارای پلی‌اتیلن مشاهده گردید ترکیب‌های دارای مفتولهای BSS دارای مقاومت بیشتری نسبتبه ترکیب‌های دارای مفتولهای CSS بودند و این مسئله حتی قبل از اینکه مفتولها دفرمه شوند یا ازهم گسیخته شوند.
هر چه مقاومت در برابر بیرون زدن از قالب بتونی بیشتر باشد منجر به فشار بیشتری در ناحیه پل توسطم مفتولهای BSS در مقایسه با مفتولهای CSS خواهد شد.
اکنون مورد دوم را در نظر بگیرید که در آن مفتولهای BSS ازهم گسیخته شوند اگر مفتول ترد و شکننده باشد و بتواند تغییر شکل مناسبی را قبل از گسیختن تحمل کند ناحیه پل در محل ترک و St می‌توانند بسیار کم باشند که این خود باعث کوچک بودن آنگونه که در معادله(2 ) دیده شد میگردد.
از سوی دیگر اگر مفتول خیلس خشک باشد مانند مفتولهایی که در این تحقیق استفاده شده‌اند St می‌توانند نسبتاً بزرگ باشد و می‌تواند شکل منحنی (3 ) را داشته باشد.( شکل b 9) همانگونه که قبلاً ذکر گردید نمونه‌های دارای مفتول BSS تا مرحله شکست دفرمه شدند و در نتیجه می‌توانند منحنی (3) در شکل(b 9) را داشته باشد.
از آنجا که مفتولهای پل (CSS ) براحتی از بتون بیرون کشیده می‌شوند تغییر شکل پلاستیکی نخواهند داشت و را با تقریب می‌توان نصف طول مفتول یعنی mm 5/12 در نظر گرفت.
از آنجا که بیشتر مفتولهای BSS بطور یکنواخت تا مرحله از هم گسیختن پیش خواهند رفت ما را بصورت نیروی کششی زبان گسیختن ضربدر طول مفتول که mm 3/2 است محاسبه می‌کنیم اگر چه St در مورد CSS بیشتر است اما مفتولهای BSS بسیار مؤثرتر از مفتولهای CSS میباشد و این مسئه در استحکام بتون همانگونه که در شکل 5 نشان داده شد مؤثر میباشد زیرا مفتولهای BSS تاب تحمل نیروی ناحیه پل بیشتری( یعنی ) دارند.
تجزیه و تحلیل و توصیه‌ها در این تحقیق ما تأثیر مفتولهای فولادی BSS در تقویت و استحکام بتون نشان دادیم.
منحنی بار – جابجایی برای نمونه مسلح شده با BSS که در شکل 5 نشان داده شده است دارای ویژگی‌های بسیاری است ممکن است این نتایج در همه مفتولهای BSS یکسان نباشد.
بطور مشخص شکل انتهای پهن شده مفتول نسبت مواد بکاربرده شده در قالب نسبت حجمی و نحوه توزیع مواد در داخل قالب از مهمترین عوامل مؤثر در خواص مکانیکی نمونه بتون دارای مفتول BSS میباشد در هر حال تحقیق و آزمون‌های بیشتری لازم است تا این پارامترها در جهت بهبود مهمترین ویژگی‌های مکانیکی از قبیل مقاومت واستحکام بکارگرفته شوند.
البته فعل و انفعال‌های داخلی بسیاری در فازهای مختلف اتفاق می‌افتد که بر مکانیزم شکست در آزمون فشار اثر می‌گذارند.
برای مثال اگر تب بامقاومت قالب تا رسیدن به مرحله شکست خیلی کمتر از تاب مفتول باشد در این صورت قالب ابتدا به مرحله شکست می‌رسد و مفتولها یا از هم گسیخته می‌شوند یا بعنوان پل در زیر ناحیه ترک عمل می‌کنند.
از آنجا که پیوند بتون – فولاد پیوند نسبتاً ضعیفی بعنوان پلی در ناحیه ترک عمل می‌کنند و در نهایت آنقدر فشار به آنها وارد می‌شود تا از هم گسیخته شوند یا از بتون بیرون بریزند و تا در زمانی که ترک زیر فشار وارد گسترش می‌یابند دفرمه می‌شوند.
مفتولهای BSS قابلیت تغییر شکل پلاستیکی زیادی دارند و در نتیجه در صورت وجود ترکهای متعدد انرژی زیادی برای از هم‌گسیختن این مفتولها لازم است که در نتیجه مقاومت بتون به شدن افزایش خواهد یافت.
ما معتقدیم، بین انتهای پهن شده مفتول و قطرمفتول نسبتی وجود دارد که پایین‌تر از آن مفتول ازهم‌گسیخته نخواهد شد.
همچنین برای یک قطر مشخص و سایز معین انتهای پهن شده مفتول.
حداقل طولی برای مفتول لازم است تا توان تغییر شکل پلاستیکی را داشته باشد زیرا مفتولها باید در عمق مشخصی از بتون قرار گیرند تا پیوند داخلی بین آنها محکم باشد.
درنهایت برای یک طول مشخص نسبت حجمی ماکزیممی برای مفتول وجود دارد که بیش از آن توزیع یکنواخت مفتول در داخل قالب را مشکل می‌سازد.
همچنین یک حداقل طولی وجود دارد که کمتر از آن مقدار ترکهای متعدد تشکیل نخواهند شد.
در هر حال توزیع یکنواخت مفتولهای فولادی در قالب نیز مسئله بسیار مهمی است چرا که در نقاطی که انتهای مفتول در قالب قرارگیرد در واقع نقاط ضعیفی ایجاد میگردد که ترک‌ها از آن نقاط شروع میگردد.
نتیجه‌گیری و تحقیقات آینده مسطح‌کردن بتون با مفتولهای BSS مورد مطالعه قرار گرفته است و ثابت گردیده که در مقایسه با مفتولهای CSS بسیار مؤثر می‌باشند.
مقاومت در برابر ایجاد اولین ترک حداکثر مقاومت و استحکام بتون مسلح شده با BSS به ترتیب 26% و 40% و 260% بالاتر از بتون مسلح شده با CSS بوده است.
همچنین تغییر شکل پلاستیکی مفتولهای BSS باعث ایجاد استحکام زیاد در بتون میگردد.
بنابراین اگر توزیع مفتول بنحوی باشد که تغییر شکل پلاستیکی در نقاط متعدد انجام گیرد بتون مسلح شده با BSS قادر خواهد بود نیروی کششی زیادی را تحمل کند که مفهوم آن افزایش مقاومت و استحکام بتون میباشد درهر دو مورد یعنی استفاده از مفتولهای CSS,BSS ترکهای ایجاد شده در قالب به اطراف مفتولها منحرف گردیدند و باعث تخریب پیوند داخلی( منظور بین بتون و مفتولهای فولادی- مترجم) شوند که نشاندهنده مقاومت پیوندداخلی صنعت و نیز مقامت قالب در برابر شکست در مقایسه با مقاومت مفتولهای فولادی میباشد.
در آزمون – 4 نقطه خمشی ترکهای ایجاد شده در نمونه مسلح شده با BSS مشابه ترکهای ایجاد شده در نمونه مسلح شده با مفتول یکسره( یا سراسری) در حین انجام آزمون بودند.
ترکهای متعدد ایجاد شده درترکیب دارای BSS نسبت به 2 نمونه دیگر بسیار کوچک بودند که این امر نیز با سهیم کردن مفتولها در تحمل بار و دفرمهشدن آنها مقاومت بیشتری در ترکیب بتونی ایجاد می‌کند.
در این تحقیق مواد مورد استفاده در ملات سیمانی حاوی توده‌های متراکم نبود که در نتیجه باعث می‌گردید که ترکهای مسیر غیر خطی را لاک‌پشت‌وار( منظور با سرعت کم-م) طی کنند.
تأثیر مفتولهای فولادی BSS در تقویت بتون‌هایی که بطور معمول در زیرساخت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند در تحقیقات آینده مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
همچنین مطالعات بیشتری لازم است تا مواردی از قبیل نسبت‌های بیرون کشیدن مفتول از بتون نقش شکل هندسی مفتولها نسب حجمی و نحوه توزیع مفتولها در بتون و نقش آنها در بهبود خواص مکانیکی بتون مورد بررسی عمیق‌‌تر قرار گیرد تا با آگاهی و بصیرت بیشتر بتوان در مورد این مقوله‌ها اظهار نظر نمود.
در نهایت ما پیشنهاد می‌کنیم که استفاده ازقالب‌های بزرگتر یا با شکل هندسی متفاوت بگونه‌ای که پدیده ناحیه پل بطور کامل در آنها تشکیل گردد و بدینوسیله مکانیزم تشکیل پل با عمق بیشتری درک گردد و برای این سیستم BSS شبیه‌سازی گردد.
در انجام این مهم بخاطر داشتن این نکته حیاتی است که ترکیب‌های مفتولی و مواد ترد و شکننده ازقبیل بتون متراکم، در گذشته نشان داده‌اند که اندازه و ابعاد در مورد آنها بسیار مؤثر است، بدین معنا که، مقاومت با افزایش سایز و ابعاد کاهش می‌یابد.
جدول 1- بار(p1 ) مقاومت خمشی(S1) و جابجایی(D1) در هنگام شروع اولین ترک، بار ماکزیمم(Pm) و مقاومت خمشی (Sm) و استحکام (G) که از انجام تست خمشی 4 نقطه‌ای بدست آمده و مربوط به بتون مسلح با CSS و BSS میباشد.