رفتار ترد و شکننده بتن در سازه¬های تحت بار¬های ضربه¬ای و دینامیکی سبب استفاده از الیاف شده است. همچنین به خاطر توزیع تصادفی الیاف، بتن های الیافی از رشد ترک در ماتریس بتن تا حد زیاد جلوگیری می¬کنند. در این پایان¬نامه مقایسه¬ای بین تحلیل عددی و نتایج تجربی مربوط به آزمایش مقاومت ضربه¬ای نمونه¬های بتنی ساده (pc) و الیافی (frc) طبق دستور العمل کمیته aci544 صورت گرفته است. به منظور دست¬یابی به رده های مقاومتی متوسط و بالا، از دو نوع نسبت آب به سیمان 46/0و 36/0 استفاده گردیده است. همچنین به منظور بررسی تاثیر الیاف در بتن، الیاف فولادی با انتهای قلاب¬دار و با نسبت ظاهری 80 در درصد های حجمی 5/0 و 1 و الیاف پلی¬پروپیلن در درصد های حجمی 2/0، 3/0 و 5/0 به عنوان تقویت کننده بکار رفته است. در تحلیل عددی که با استفاده از کد صریح و غیر¬خطی ls-dyna انجام شده، برای اولین بار مقایسه¬ای بین میزان جذب انرژی بتن الیافی با 5/0 درصد حجمی الیاف فولادی و 5/0 درصد حجمی الیاف پلی¬پروپیلن در مقایسه با بتن شاهد و در دو رده مقاومتی متوسط و بالا تحت بار ضربه¬ای انجام شده است که تمایز ویژه این تحقیق محسوب می¬شود. همچنین تاثیر دستگاه تست ضربه بر روی مقاومت ضربه¬ای نمونه¬های بتنی مورد مطالعه قرار گرفته است.

تحقیق حاضر نتایج مطالعه آزمایشگاهی تاثیر نانو ذرات سیلیس به همراه پوزولان های میکرو سیلیس و خاکستر بادی بر جنبه های مقاومت، دوام و ریزساختار خمیر سیمان و بتن را نشان می دهد. در این تحقیق از دو نوع نانو سیلیس، شامل نانو سیلیس کلوئیدی و پودری به ترتیب با قطر متوسط ذرات بیشتر و کمتر از 50 نانو متر، با حضور میکرو سیلیس و خاکستر بادی با مقادیر مختلف جایگزینی بخشی از سیمان مصرفی در ساخت مخلوط های خمیر سیمان و بتن با نسبت آب به مواد سیمانی 45/0 استفاده شده است. در بررسی جنبه های مقاومت، خواص مقاومت فشاری و کششی؛ در مطالعه جنبه های دوام، خواص جذب آب حجمی و مویینه، مقاومت الکتریکی و دوام بتن در برابر سیکل های ذوب و انجماد؛ و در نهایت جنبه های ریز ساختاری شامل تحلیل پراش پرتو ایکس، تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی eds، مورد آزمایش و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که نانو سیلیس کلوئیدی به همراه میکرو سیلیس موجب افزایش آهنگ کسب مقاومت فشاری در سنین مختلف، کاهش جذب آب حجمی و آهنگ جذب آب مویینه و افزایش چشمگیر در مقاومت الکتریکی مخلوط های بتنی می گردد، به گونه ای که بهترین خواص، مربوط به مخلوط حاوی 5/1 درصد نانو سیلیس و 6 درصد میکرو سیلیس بوده است. نتایج مطالعات نانو سیلیس پودری نیز نشان می دهد که جایگزینی مقادیر مختلف نانو سیلیس به تنهایی و یا به همراه میکرو سیلیس (به استثنای مقادیر بیش از 5 درصد وزنی) موجب بهبود مقاومت فشاری و مقاومت کششی و آهنگ کسب مقاومت به ویژه در سنین کوتاه مدت، کاهش میزان جذب آب حجمی و آهنگ جذب آب مویینه و افزایش محسوس مقاومت ویژه الکتریکی در مخلوط های خمیر سیمان و بتن شده است. نانو سیلیس موجب فعال سازی پوزولان خاکستر بادی در آهنگ کسب مقاومت فشاری به ویژه در سنین کوتاه مدت شده است. در تمامی آزمایش ها مقادیر زیاد نانو سیلیس (بیش از 5 درصد وزنی)، با یا بدون میکرو سیلیس و خاکستر بادی، اثر نامطلوبی بر خواص مورد مطالعه مخلوط های خمیر سیمان و بتن داشته است. نتایج آزمایش دوام بتن در برابر سیکل های ذوب و انجماد نشان می دهد که نه تنها میکروسیلیس، بلکه هر دو نوع نانو سیلیس کلوئیدی و پودری نیز اثر مطلوبی در بهبود دوام بتن در برابر ذوب و انجماد نداشته اند. همچنین نتایج آزمایش های مقاومت فشاری، جذب آب حجمی، تحلیل پراش پرتو ایکس و تحلیل تصاویر میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی eds نشان می دهد که استفاده از نانو سیلیس (به ویژه به مقدار 3و 5 درصد وزنی) در مخلوط های با یا بدون میکرو سیلیس و خاکستر بادی، از طریق کاهش منافذ و بلور های هیدروکسید کلسیم، موجب بهبود کیفیت ناحیه سطح مشترک خمیر سیمان و سنگدانه ها (ناحیه انتقال) در بتن شده است.

پس از تهیه آزمونه ها، عمل آوری و انجام آزمایشها در زمانهای مشخص، مشاهده شد که در یک نسبت آب به سیمان ثابت، آهنگ صعود ) s افزایش درصد هوا موجب کاهش مقاومت فشاری، افزایش جزئی عمق صعود مویینگی، افزایش ضریب جذب آب مویینه مویینگی )، افزایش نفوذ آب تحت فشار و افزایش ضریب انتشار یون کلرید بتن میگردد که افت خصوصیات مقاومتی و تا حدودی دوامی مخلو طها را نشان میدهد. مقاومت ویژه الکتریکی نیز با افزایش درصد هوای عمدی، روند افزایشی را از خود نشان داد. تأثیر هوای عمدی در بتن در پتانسیل خوردگی میلگرد های مدفون نیز به علت وجود محدودیت زمانی در انجام آزمایشها به وضوح مشخص نشد ولی واضح است که افزایش نسبت آب به سیمان در مخلوط موجب افزایش احتمال خوردگی میلگر دهای مدفون میگردد.

لایه های سطحی در بتن های حجیم تحت شرایط نسبتاً پیچیده رژیم حرارتی - رطوبتی از یک سو و شوک حرارتی پس از قالب برداری از سوی دیگر قرار می گیرند. با افزایش رده مقاومتی بتن و یا افزایش میزان سیمان مصرفی این پدیده بحرانی تر می گردد. در تحقیق حاضر شرایط واقعی هیدراسیون سیمان در لایه های سطحی بتن حجیم مدل سازی آزمایشگاهی شده است. سه رژیم حرارتی با دمای حداکثر 49، 61 و 73 درجه سلسیوس در طول مدت 24 ساعت بر روی نمو نه های بتن با نسبت آب به سیمان 36/0و 46/0 اعمال گردیده است. نمو نه ها پس از تحمل رژیم حرارتی به محیط آزمایشگاه منتقل و تا سنین آزمایش نگهداری شده اند. برای مقایسه نمونه هائی نیز در شرایط استاندارد و خشک تهیه شده اند. در صد میکروسیلیس مصرفی 0% ، 5% و 8% می باشند. نتایج نشان می دهد که بتن های حاوی میکروسیلیس به شدت متأثر از شرایط نگهداری می باشند. مقاومت فشاری طولانی مدت نمونه های حاوی میکروسیلیس در شرایط خشک در مقایسه با نمونه های استاندارد کاهش قابل توجه یافته اند. اعمال رژیم حرارتی با پیک دمائی 73 و 61 در جه سلسیوس باعث کسب مقاومت 1 روزه قابل توجهی می شود از سوی دیگر روند کسب مقاومت ودوام را در طولانی مدت کاهش می دهد. با افزایش در صد میکروسیلیس مقاومت طولانی مدت نمونه های حرارتی نسبت به نمونه هایی که در شرایط استاندارد نگهداری شده اند کاهش بیشتری می یابد. دمای زیاد نمونه های فاقد میکروسیلیس سبب افزایش نفوذپذیری و کاهش دوام می گردد بنابر این بر اساس نتایج حاضر ارزیابی روند خواص مقاومتی و دوامی در لایه سطحی بتن حجیم به دلیل قرار گرفتن در دمای قابل توجه از طریق نگهداری نمونه در شرایط استاندارد قابل اعتماد نمی باشد و لحاظ نمودن اثر دما و رطوبت در نمونه های حاوی میکروسیلیس بر اساس نتایج حاصل از این پایان نامه توصیه می گردد.

استفاده از الیاف در بتن علاوه بر اینکه بروز ترک های ناشی از جمع شدگی را در سنین اولیه کنترل می نماید در بهبود رفتار سازه های بتنی در مواجه با بار های ضربه ای و انفجار نیز موثر است. در این راستا معمولا از یک نوع الیاف ( فولادی ، پروپیلن و .....) در سازه ها ی بتنی استفاده می گردد. ایده بکارگیری همزمان دو نوع الیاف در بتن از آنجا ناشی می شود که منشاء پیدایش ترک و شکل آن در بتن در طول زمان بهره برداری سازه ثابت نمی باشد. ترک های اولیه ناشی از جمع شدگی را معمولا با بکارگیری الیاف پلی پروپیلن و ترک های ناشی از بار های ضربه ای را با بکارگیری الیاف فولادی مهار می کنند. لذا در صورت استفاده همزمان از دو نوع الیاف می توان سطح کنترلی ترک ها را افزایش داد. از سوی دیگر یکی از مشکلات استفاده از انواع الیاف ها در بتن چگونگی توزیع آنها در بتن می باشد. در تحقیق حاضر به طور همزمان از دو نوع الیاف ( فولادی و پلی پروپیلن ) در مخلوط های بتنی استفاده گردیده است و سعی شده است تا با بکارگیری میکروسیلیس به عنوان بخشی از سیمان مصرفی به توزیع مناسب الیاف ها در حجم بتن نیز دست پیدا کرد. بدین منظور مخلوط های بتنی با دو نسبت آب به سیمان 46/0 و 36/0 تهیه شده است. الیاف فولادی و پلی پروپیلن با در صد های (7/. و 3/. ) و ( 85/. و 15/. ) به طور ترکیبی در مخلوط های بتنی استفاده شده است . همچنین علاوه بر مخلوط بتنی مرجع مخلوط های بتنی با الیاف به صورت منفرد ( 1% برای الیاف فولادی و 5/ . در صد برای الیاف پلی پروپیلن ) تهیه شده است. مقاومت نمو نه های بتنی در مقابل بارهای ضربه ای مطابق aci 544 ارزیابی گردیده است. ضمنا مقاومت فشاری ، خمشی و کششی به روش دو نیم کردن نیز در سنین 7 ، 28 و 91 روز اندازه گیری شده است. نتایج آزمایش ها نشان داده است که افزودن الیاف به طور کلی باعث بهبود خواص مکانیکی بتن می شود. همچنین با افزودن توأم دو نوع الیاف مختلف با توجه به بسیج مکانیزمهای متفاوت تسلیح، افزایش بیشتری را در مقاومت ضربه در مقایسه با استفاده مجزا از الیاف شاهد هستیم. در این راستا بکارگیری میکروسیلیس در بهبود پارامترهای مقاومتی نقش موثری ایفا نموده است.

بتن یکی از پر کاربرد ترین مصالح ساختمانی می باشد که سیمان جز اصلی تشکیل دهنده آن است. تولید سیمان نیازمند مصرف مقادیر زیاد انرژی بوده و نقش عمده ای در آلودگی محیط زیست و انتشار گازهای گلخانه ای دارد. کاهش مصرف سیمان یکی از راهکارهای حفظ محیط زیست می باشد. به عنوان مثال با بکارگیری سرباره آهنگدازی در بتن و جایگزین کردن آن با بخشی از سیمان نه تنها نیازی به انبار کردن یا مدفون کردن این ضایعات صنعتی نمی باشد بلکه به علت تولید کمتر سیمان، مقادیر کمتر گازهای آلاینده و گل خانه ای تولید خواهد شد. این امر مزایای دیگری نیز در بر خواهد داشت زیرا برای تولید بتن انرژی کمتری استفاده شده است و در نتیجه هزینه های ساخت بتن کاهش می یابد. هرچند استفاده از مقدار مناسبی از سرباره آهنگدازی در بتن اغلب خواص دوامی و مقاومت بلند مدت آن را بهبود می بخشد اما متاسفانه استفاده از سرباره باعث می شود که بتن مقاومت های اولیه کمی داشته باشد. برای رفع این نقیصه می توان از نانوسیلیس کمک گرفت. ذرات نانوسیلیس به خاطر اندازه کوچکشان می توانند وارد حفرات بسیار ریز ملات سیمان و بتن گردند و در آنجا واکنش پوزولانی خود را به سرعت آغاز نمایند و ساختاری ایجاد نمایند که خواص مکانیکی ملات سیمان و بتن را بهبود می بخشد. در این تحقیق 2 نسبت آب به سیمان 45/0 و 5/0 برای طرح های مخلوط بتن و ملات در نظر گرفته شد. نانوسیلیس کلوئیدی با نسبت مواد جامد 0، 5/0 و 5/1 درصد مواد سیمانی استفاده و سرباره آهنگدازی در پنج نسبت با مقادیر 0، 10، 25، 40 و 55 درصد با سیمان جایگزین گردید. بدین ترتیب 30 طرح مخلوط ملات و 30 طرح مخلوط بتن طراحی و ساخته شد. مقاومت فشاری آزمونه های ملات و بتن و مدول الاستیسیته و مقاومت کششی آزمونه های بتن به روش دو نیم شکستن در سنین عمل آوری 7، 28، 56 و 91 روز اندازه گیری شد. کارایی مخلوط های بتنی در زمانهای صفر، 15 و 30 دقیقه بعد از ساخت با انجام آزمایش اسلامپ و روانی مخلوط های ملات نیز توسط دستگاه میز روانی اندازه گیری گردید. نتایج حاصل، حاکی از آن است که استفاده از سرباره باعث کاهش مقاومت مخلوط ها به خصوص در سنین اولیه شده است اما نرخ کسب مقاومت فشاری در مخلوط های حاوی سرباره با گذر زمان بیشتر از طرح های فاقد سرباره می باشد. استفاده از نانوسیلیس افت مقاومت ناشی از سرباره را بهبود می بخشد. با افزایش میزان نانوسیلیس به مقاومت فشاری آزمونه های ملات و بتن و مقاومت کششی مخلوط های بتنی حاوی سرباره افزوده شده است اما مقاومت کششی مخلوط های بتنی فاقد سرباره کاهش یافته است. طرح های حاوی نسبت آب به سیمان 45/0 دارای مقاومت های فشاری ، کششی و مدول الاستیسیته بیشتری نسبت به طرح های با نسبت آب به سیمان 5/0 می باشند. طرح مخلوط های بتن حاوی 25% و 10 % سرباره به ترتیب برای نسبت های آب به سیمان 45/0 و 5/0 از افت اسلامپ کمتر و کارایی بهتری برخوردار می باشند. با توجه به نتایج حاصل از این پایان نامه و اثرات مثبت هم افزایی نانوسیلیس و سرباره توصیه می گردد هنگام استفاده از سرباره در بتن از نانوسیلیس نیز استفاده گردد.

رفتار بتن تحت بار های غیر متعارف از جمله ضربه به خوبی شناخته نشده است. با رشد چشم گیر استفاده از الیاف و مواد پوزولانی در بتن لزوم بررسی اثرات بارهای ضربه بر روی بتن های حاوی الیاف و مواد مکمل سیمانی بیش از بیش احساس گردیده است. الیاف در بتن همانند پلی عمل کرده و از گسترش ترک به عمق و سطح بتن جلوگیری می کند. همچنین پوزولان ها همانند دودهسیلیس، بر روی ناحیه انتقال بتن تأثیر گذاشته و عملکرد این ناحیه را بهبود می بخشد. الیاف ها بصورت تصادفی در بتن توزیع می شود که همین امر باعث جلوگیری از رشد ترک در بدنه بتن می شود. در پایان نامه حاضر تأثیر استفاده همزمان از الیاف و دوده سیلیسی در مقاومت ضربه، مقاومت فشاری و کششی نمونه های بتنی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ضربه که بر اساس دستورالعمل aci-544 صورت گرفت، در محیط نرم افزاری ls-dyna نیز مدلسازی گردید. در این تحقیق علاوه بر وزنه افتان 5/4 کیلوگرمی از وزنه 5/13 کیلوگرمی در آزمایش نیز استفاده گردید و نتایج حاصل با نتایج تحلیل عددی مورد مقایسه قرار گرفت. در بخش دیگر نتایج به دست آمده در آزمون ضربه در بتن های مسلح شده به الیاف فولادی و پلی پروپیلن مورد تحلیل قرار گرفت تا پوشش کامل تری در تحلیل عددی بتن های مسلح شده با الیاف ترکیبی صورت گیرد. نتایج تحقیق حاضر حاکی از آن است که مقاومت فشاری، کششی و ضربه بتن های حاوی دوده-سیلیسی و یا دوده سیلیسی و الیاف نسبت به نمونه شاهد بیشتر است. ضمناً با انتخاب معیار شکست مناسب می توان از نتایج تحلیل عددی جهت ارزیابی مقاومت ضربه ای بتن ها استفاده نمود. با 3 برابر کردن جرم وزنه افتان دست یابی به نتایج سهل تر و سریع تر خواهد گردید.

استفاده ی مجدد از قطعات بتن های تخریبی به عنوان سنگدانه در تولید بتن جدید سیمای محیط زیست را حفظ می-کند: دپو کردن بتن زباله یکی از راه حل هاست که سبب محافظت از منابع تهیه سنگدانه طبیعی می شود. در این پژوهش با انتخاب دو نوع مصالح بازیافتی تهیه شده از جداول بتنی قدیمی و تخریب شده شهر همدان با مقاومت و عمر نامشخص و مصالح تهیه شده از بتن های تولید شده در داخل آزمایشگاه با نسبت آب به سیمان 62/0 که تحت سیکل های ذوب و انجماد قرار داده شده به بررسی تأثیر کیفیت مصالح بر روی خصوصیات بتن پرداخته شده است. در این تحقیق شن بازیافتی در درصدهای جایگزینی 0، 33، 66 و 100 درصد(بصورت وزنی) مورد استفاده قرار گرفت و در برخی طرح ها علاوه بر شن بازیافتی از ماسه بازیافتی به میزان 50 درصد نیز استفاده گردیده است. مقاومت فشاری، مقاومت الکتریکی، جذب آب، مقاومت در برابر سیکل های ذوب و انجماد، (نسبت آب به سیمان 62/0) در این تحقیق اندازه گیری شده است. نتایج حاکی از این امر می باشد که بتن ساخته شده با 100 درصد سنگدانه بتن بازیافتی به عنوان درشت دانه سبب رسیدن به مقاومت فشاریی در حدود بتن شاهد شده است. از سوی دیگر وقتی مصالح بازیافتی جایگزین ماسه طبیعی می شود مقاومت فشاری در مقایسه با بتن شاهد کاهش می یابد. مقاومت الکتریکی طرح ها و جذب آب کاهش پیدا کرد. مقاومت در برابر یخبندان بتن ساخته شده از مصالح بازیافتی، مخصوصاً وقتی به عنوان ماسه جایگزین شد سبب افزایش دوام در برابر یخبندان گردید که نکته ای مهم در این تحقیق می باشد.

در این تحقیق از دو نوع پوشش پلیمر مسلح شده با الیاف شیشه، gfrp، در یک و سه لایه و پلیمر مسلح شده با الیاف کربن، cfrp، در یک لایه به منظور تقویت و تعمیر آزمونه های استوانه ای بتنی استفاده گردید.آزمونه ها در مواجهه با سه شرایط محیطی مختلف، 1) شرایط محیط آزمایشگاه (دمای 20 درجه سانتی گراد) 2) شرایط سیکل های آهسته یخ زدن و آب شدن (دمای بین 5- و 15 درجه سانتی گراد) و 3) شرایط سیکل های تری و خشکی در محلول 5/3 درصد آب و نمک (دمای 40 درجه سانتی گراد و رطوبت 90% در دوره خشکی) قرار گرفتند. آزمونه ها به سه گروه تقسیم شدند، گروه اول آزمونه ها بعد از دورپیچ شدن با پوشش های frp تا رسیدن به دو سن 28 و 91 روز در محیط آزمایشگاه قرار گرفتند. گروه دوم شامل آزمونه های تقویت و تعمیر شده در مواجهه با سیکل های یخ زدن و آب شدن می باشد. به این ترتیب که تعدادی از آزمونه ها از ابتدا دورپیچ شد، و تعدادی نیز بعد از تحمل بیست و یا سی سیکل یخ زدن و آب شدن و رخ دادن تخریب در آن ها، با استفاده از ورقه های frp تعمیر شدند. گروه سوم نیز شامل آزمونه های تقویت و تعمیر شده در مواجهه با سیکل های تری و خشکی می باشد. تعدادی از آزمونه های گروه سوم در سیکل صفر تعدادی در سیکل بیست و پنج و تعدادی نیز در سیکل پنجاه ام تری و خشکی به وسیله ورقه های frp مسلح شدند. تمامی آزمونه ها در سنین مقرر تحت آزمایش مقاومت فشاری تک محوره قرار گرفتند و منحنی تنش-کرنش آن ها رسم شد. نتایج حاصل، حاکی از آن است که پوشش های frp از تاثیر شرایط محیطی بر آزمونه ها و افت مقاومت در آن ها جلوگیری نموده و باعث افزایش قابل توجهی در مقاومت فشاری و شکل پذیری آزمونههای تقویت شده نیز گردیده است. همچنین در سیکل های یخ زدن و آب شدن که تاثیر مخربی بر آزمونه های بدون دورپیچ داشته است، استفاده از دورپیچ های frp در تعمیر آزمونه ها عملکرد بسیار مثبتی داشت.سیکل های تری و خشکی آثار منفی بر مقاومت فشاری آزمونه ها نداشت و لذا پوشش های frp نقش تقویت را ایفا نمود. آزمونه های با یک لایه الیاف کربن و یا یک لایه الیاف شیشه تقریبا? عملکرد مشابه یکدیگر داشتند، اما استفاده از سه لایه الیاف شیشه در تمامی آزمونه ها تاثیر بیشتری داشت.

ترک خوردگی های حرارتی سنین اولیه ناشی از گرادیان های دمایی ایجاد شده از جمله مخرب ترین مسائل سازه های بتنی حجیم همانند سدهای بتنی، پایه های پل ها، فونداسیون های عظیم وغیره می باشد. امروزه استفاده از مواد مکمل سیمانی به عنوان یک راه کار جهت کاهش مسائل حرارتی در این سازه ها بسیار متداول شده است. اخیرا نیز استفاده از طرح های حاوی 2 یا 3 نوع مختلف پوزولان می باشند مرسوم شده است. بنابراین جهت آنالیز دقیق حرارتی وریسک ترک خوردگی و تعیین عمر مفید سازه های بتنی حجیم ، تعیین مشخصات مقاومتی و حرارتی نمونه های تک پوزولانی و یا ترکیبی پوزولانی ضروری به نظر می رسد.در بخش اول این پایان نامه طرح اختلاط بهینه تهیه گردید.در بدست آوردن طرح بهینه علاوه بر مقاومت فشاری ، رژیم حرارتی بتن ها نیز ارزیابی گردید. بخش دوم جهت تعیین مشخصات حرارتی و مقاومتی طرح های تک پوزولانی حاوی 30 درصد سرباره ،20 درصد خاکستر بادی و 7 درصد میکروسیلیس و طرح های ترکیبی پوزولانی حاوی پوزولان های سرباره،خاکستر بادی و میکروسیلیس با نسبت آب به سیمان 0.44 دنبال شده است . در بخش سوم آنالیز ترک خوردگی یک ستون بتنی به کمک نرم افزار concreteworks صورت گرفته است تا ستون شبیه سازی شده از لحاظ پیک دمایی و تنش های کششی ایجاد شده مورد ارزیابی قرار گیرد .نتایج حاکی از آن است که مشخصات حرارتی هر طرح متاثر از منحنی های توسعه درجه هیدراسیون می باشد و با افزایش نسبت آب سیمان ، افزایش در درجه هیدراسیون نهایی دیده می شود .لذا در نمونه های بتنی جهت رسیدن به بالاترین درجه هیدراسیون و تولید بیشتر محصولات هیدراسیونی و متعاقبا میکروساختار متراکم تر ، پیدا کردن بهینه مقدار سیمان در یک نسبت آب به سیمان ثابت ضروری به نظر می رسد . نتایج مطالعات آزمایشگاهی نشان داد که در نسبت w/c=0.44 ، عیار سیمان 418 کیلو گرم برمتر مکعب می تواند مقدار بهینه ای در طرح مخلوط باشد .در بررسی مشخصات حرارتی و مقاومتی نمونه های حاوی تک پوزولانها همانند سرباره و خاکستر بادی کاهش چشمگیری در مقادیر درجه هیدراسیون و مقاومت های سنین اولیه این طرح ها دیده می شود اما با گذشت زمان مقاومت های سنین طولانی مدت افزایش می یابند به گونه ای که به مقاومت های نمونه ref نزدیک میگردد. در نمونه های حاوی ترکیب پوزولان خاکستر بادی + میکروسیلیس و سرباره + میکروسیلیس افزایش در درجه هیدراسیون نهایی و مقاومت های طولانی مدت نسبت به نمونه ref مشاهده گردید .بدین ترتیب نتیجه گردید که روش بکار رفته در این تز جهت تعیین توسعه درجه هیدراسیون به خوبی می تواند نشان دهنده روند کسب مقاومت طرح ها باشد . نتایج نشان داد که شرایط عمل آوری دمایی(مدل بتن حجیم) در سازه های بتنی ،تاثیر مثبتی بر روند کسب مقاومت های فشاری و کششی سنین اولیه نمونه های بتنی حاوی پوزولان نسبت به نمونه های عمل آوری شده در شرایط استاندارد خواهد گذاشت . همچنین مشاهده گردید استفاده از رابطه بلوغ بر مبنای سن معادل در سنین اولیه در اکثر نمونه ها در جهت اطمینان می باشد اما با گذشت زمان مقادیر پیش بینی شده توسط رابطه بلوغ بیشتر از مقادیر واقعی می گردند که در جهت کاهش اطمینان می باشد. نتایج آنالیز عددی concreteworks نشان داد که در نمونه های تک پوزولانی با استثنا میکروسیلیس ، با وجود کاهش دمای پیک ، به علت روند کند کسب مقاومت ها احتمال ترک خوردگی در گرادیان های کمتر اتفاق می افتد . در نمونه های ترکیبی پوزولانی خاکستر بادی + میکروسیلیس و سرباره + میکروسیلیس مطابق با نتایج آزمایشگاهی ،کمترین ریسک ترک خوردگی متعلق به نمونه های ترکیبی پوزولانی ، خاکستر بادی+میکروسیلیس و سرباره + میکروسیلیس می باشد . لذا نتایج این تز نشان داد که طرح اختلاط بهینه متشکل از ترکیب پوزولانها بر پایه میکروسیلیس قابل تهیه می باشد .

در این پژوهش تعداد 7 طرح مختلف بتن شامل بتن با سیمان ضد سولفات، بتن با پوزولان میکروسیلیس 8% در سه نسبت آب به سیمان 44/0، 52/0 و 6/0 و نیز بتن بدون پوزولان با این نسبت های آب به سیمان ساخته شد تا با مقایسه نتایج بدست آمده از آزمایش های اندازه گیری طول، اندازه گیری وزن، مقاومت الکتریکی، مقاومت فشاری و تغییرات ph محلول مناسب ترین طرح در برابر حمله سولفاتی مشخص شود. نتایج حاصل از آزمایش های مختلف نشان داد که کمترین تغییرات مخرب ایجاد شده در بتن در برابر حمله سولفاتی طرح حاوی سیمان ضد سولفات دارد. پس از آن، طرح های حاوی پوزولان میکروسیلیس نسبت به طرح مشابه بدون پوزولان تغییرات مخرب کمتری دارند. همچنین با مقایسه نسب های آب به سیمان در برابر حمله سولفاتی نیز مشخص شد بطورکلی طرح های دارای نسبت آب به سیمان بیشتر تغییرات مخرب کمتری در برابر حمله سولفاتی دارند.

از عمده عواملی که باعث بروز رفتارهای خاص و متفاوت از سایر اعضای بتنی در بتن حجیم می گردد، ایجاد تنش های حرارتی در اثر واکنش های مواد سیمانی در آن می باشد. در فرآیند هیدراسیون سیمان عوامل مختلفی نقش دارند، ازجمله ی آنها می توان به انرژی فعالسازی سیمان اشاره نمود. این پارامتر مهم در تحلیل عددی و نرم افزاری تنش های حرارتی، به عنوان یک پارامتر ورودی تعریف می گردد. دلیل اهمیت پارامتر مذکور این است که برای مدل سازی فرآیند هیدراسیون سیمان، یکی از مناسب ترین روش ها استفاده از معادله ی آرینیوس است که در این معادله نرخ پیشرفت واکنش شیمیایی سیمان متناظر با دما بیان گردیده و انرژی فعالسازی یکی از پارامترهای مهم در معادله ی مذکور می باشد. انرژی فعالسازی تابع عواملی از جمله نوع سیمان و مواد سیمانی، نسبت آب به سیمان و زمان می باشد. معذلک، در تحلیل تنش های حرارتی که توسط نرم افزارهایی همچون 4c-temp&stress، ansyse و concreteworks صورت می گیرد، پارامتر مذکود به صورت ثابت در نظر گرفته می شود.. در تحقیق حاضر در نظر است تأثیر نسبت آب به سیمان و میکروسیلیس بر مقدار انرژی فعالسازی مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور، 6 طرح مخلوط بتن و 4 طرح مخلوط ملات با نسبت های آب به سیمان متفاوت مورد استفاده قرار گرفت. انرژی فعالسازی ظاهری توسط روش استاندارد astm c 1074 و با استفاده از برازش دو تابع هذلولوی و نمایی تعیین گردیده است. در این راستا هر طرح مخلوط در دماهای 8، 23 و 40 درجه ی سلسیوس عمل آوری و مقاومت فشاری آنها در بلوغ های یکسان اندازه گیری گردیده است تا در برازش های مذکور استفاده گردند. بر اساس نتایج آزمایشگاهی و مشخصات حرارتی به دست آمده از گرماسنجی نیمه آدیاباتیک تمامی طرح مخلوط های بتن، تنش های حرارتی و ترک خوردگی مقاطع بتنی با ابعاد و انرژی های فعالسازی مختلف در نرم افزار 4c-temp&stress مورد تحلیل قرار گرفته است تا مقاطع شبیه سازی شده از لحاظ حداکثر دما و تنش کششی متناظر با آن، ارزیابی گردد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که انرژی فعالسازی بتن متأثر از نسبت آب به سیمان و مقدار جایگزینی میکروسیلیس می باشد. با افزایش نسبت آب به مواد سیمانی، انرژی فعالسازی افزایش یافته و مقادیر کمتر از 11 درصد میکروسلیس، باعث کاهش انرژی فعالسازی ظاهری بتن می گردد. کمترین انرژی فعالسازی نسبت به بتن شاهد با حضور 5 تا 7 درصد میکروسیلیس می باشد و با افزایش مقدار میکروسیلیس از مقدار فوق، مقدار انرژی فعالسازی ظاهری بتن افزایش می یابد. انرژی فعالسازی به دست آمده از تابع نمایی نسبت به انرژی فعالسازی به دست آمده از تابع هذلولوی در تخمین سن معادل، اثر دمای عمل آوری را بهتر اعمال می نماید. درصورت عدم استفاده از روش های تعیین انرژی فعالسازی، مقدار انرژی فعالسازی 5/33 کیلوژول بر مول برای به دست آوردن سن معادل مناسب می باشد. نتایج تحلیل عددی نشان داد که با جایگزینی میکروسیلیس به میزان 5 تا 7 درصد وزنی سیمان، ریسک ترک خوردگی در مقاطع کاهش می یابد. از سوی دیگر با افزایش ابعاد مقطع بتنی شبیه سازی شده، میزان ریسک افزایش یافته است.

امروزه نگاه زیست محیطی به بتن به دلیل حجم مصرف قابل توجه آن در دنیا رو به افزایش است. بازیافت بتن های تخریبی و کاربرد آن به عنوان مصالح سنگی در بتن های جدید، جایگزینی سیمان با پوزولان ها جهت کاهش مصرف سیمان در بتن و همچنین به کارگیری انواع الیاف ها جهت کنترل ترک در بتن از جمله روش هائی است که محققین جهت افزایش عمر بتن از یک سو و بهبود شرایط محیط زیست به کار می برند. در تحقیق حاضر سنگدانه درشت از بازیافت دو نوع بتن مادر: با مقاومت زیاد و مقاومت کم تهیه شده است. سنگدانه تولید شده با درصد های 0 ، 50 و 100 جایگزین درشت دانه در بتن با نسبت آب به سیمان 4/0 شده است. دوده سیلیسی به میزان 8% وزنی جایگزینی سیمان و الیاف فولادی به میزان 1% حجمی مورد استفاده قرار گرفته اند. آزمایش های انجام شده شامل اندازه گیری مقاومت فشاری، مقاومت کششی، چگالی، مقاومت ضربه ای آزمونه های بتنی بوده است. همچنین منحنی تنش-کرنش نمونه های بتنی رسم گردید و با استفاده از آن تنش ماکزیمم، کرنش ماکزیمم، مدول الاستیسیته و جذب انرژی آنها بدست آمد. نتایج نشان داد که سنگدانه درشت تولید شده از بتن مادر پرمقاومت تاثیری مثبتی بر مقاومت فشاری و کششی بتن های جدید دارد. از سوی دیگر با جایگزینی دوده سیلیسی به جای بخشی از سیمان و استفاده از الیاف فولادی در بتن می توان تاثیر منفی مصرف سنگدانه درشت بازیافتی از بتن مادر کم مقاومت را در مقاومت فشاری و کششی جبران نمود. چگالی بتن بازیافتی با افزایش جایگزینی سنگدانه های بازیافتی و استفاده از دوده سیلیسی کاهش می یابد. الیاف فولادی باعث افزایش چگالی می شود. الیاف فولادی به شدت باعث بالا رفتن مقاومت ضربه ای بتن معمولی و بتن بازیافتی شده است. اثر الیاف فولادی روی مقاومت ضربه ای بتن بازیافتی کمی بیشتر بوده است. جایگزینی 50% سنگدانه درشت بازیافتی بر روی مقاومت ضربه ای تاثیر مهمی نداشته است. مدول الاستیسیته بتن بازیافتی با یا بدون الیاف فولادی و دوده سیلیسی کمتر از بتن معمولی می باشد. الیاف فولادی باعث کاهش مدول الاستیسیته تمامی طرح ها شده است. کرنش ماکزیمم بتن بازیافتی بیشتر از بتن معمولی است. همچنین الیاف فولادی باعث افزایش شدید کرنش ماکزیمم و جذب انرژی شده است.

بتن همواره بعنوان ماده ای مقاوم و مناسب در طراحی و ساخت سازه های مقاوم در برابر نفوذ وانفجار مورد استفاده قرار گرفته است و کاربردهای اخیر آن در ساخت سازه های استراتژیک، باعث شده است که توجه به تحقیق در خصوص رفتار بتن در مقابل ضربه بیش از پیش تشدید گردد. در پژوهش حاضر اثر نسبت آب به سیمان، افزودن الیاف فولادی و دوده سیلیسی بر رفتار بتن در برابر ضربه شبه استاتیکی (سرعت برخورد 3متر بر ثانیه) و دینامیکی (1140-600 متر بر ثانیه) بررسی شده است. به منظور دستیابی به بتن های با رده مقاومت معمولی و زیاد، به ترتیب دو نسبت آب به سیمان 45/0 و 3/0 در نظر گرفته شده است و در هر یک از دو نسبت آب به سیمان چهار طرح که حاوی یک درصد الیاف فولادی، هشت درصد دوده سیلیسی و ترکیب این دو افزودنی بوده اند ساخته شده است. آزمایش های مقاومت فشاری، مقاومت کششی، تنش – کرنش و نیز ضربه های شبه استاتیکی(مطابق aci544) و دینامیکی(بروش پرتابه نفوذ کننده) بر روی آزمونه های مرتبط با هر طرح انجام گرفته است. نتایج آزمایش ضربه شبه استاتیکی حاکی از آن است که مقاومت فشاری آزمونه ها می تواند ملاک مطمئن تری برای ارزیابی مقاومت ضربه ای باشد. همچنین مشخص شده است که اثر عوامل مورد بررسی بر نتایج آزمایش تنش کرنش با آزمایش ضربه شبه استاتیکی مطابقت مناسبی دارد، به طوری که در هر دو آزمایش بیشترین اثر افزایشی در حالت استفاده ترکیبی از الیاف و دوده سیلیسی رخ داده است. در آزمایش ضربه دینامیکی شاخصی تحت عنوان شاخص مقاومت دینامیکی معرفی شده است و تاثیر عوامل بر این شاخص مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که افزایش نسبت آب به سیمان و افزودن الیاف منجر به افزایش، و افزودن دوده سیلیسی باعث کاهش شاخص مقاومت دینامیکی شده است. بررسی شمای گسیختگی در حالت دینامیکی نشان می دهد که در آزمونه های غیر الیافی شکست قطعه رخ داده و زاویه سطوح شکست در نسبت آب به سیمان 3/0 حدود 45 درجه (شکست برشی) و در نسبت 45/0 حدود90 درجه(شکست نرمال) می باشد. لیکن در آزمونه های الیافی نفوذ پرتابه صورت گرفته است و شکست وجود ندارد.

در این رساله با تکیه بر سه روش عددی، تحلیلی و تجربی شکل بهبود یافته ای از مدل والکر و اندرسونبه منظور تحلیل نفوذ فرسایشی یک پرتابه میله بلند در یک هدف بتنی نیمه بی نهایت ارائه شده است. بررسی های صورت گرفته نشان داد، تا کنون هیچ مدل تحلیلی که بر اساس پدیده شناسی نفوذ فرسایشی پرتابه ها در بتن باشد ارائه نشده است. از این رو بر اساس نیاز موجود، مدلی بر اساس پدیده شناسی نفوذهای سرعت بالا با تکیه بر خواص بتن در این سرعت ها ارائه گردید. در این رابطه ابتدا مطالعه کاملی بر پدیده نفوذ پرتابه ها در سرعت های بالا در اهداف، اعم از اهداف فلزی و بتنی صورت پذیرفت. سپس مهم ترین مدل های موجود در حوزه نفوذ فرسایشی در اهداف نیمه بی نهایت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بر اساس مطالعه رفتار بتن در نفوذهای سرعت بالا، مطالعات فورستال و دیگر محققان در خصوص رفتار بتن در نفوذ، مطالعه بنیان های مدل های مادی ارائه شده مربوط به رفتار بتن تحت فشار و نرخ کرنش، آزمایش های ضربه و انفجار بر روی بتن و نیز دیگر مطالعات صورت گرفته در خصوص رفتار بتن تحت بارهای دینامیکی، تشابهات کیفی رفتار بتن و فلز در نفوذ استخراج گردید. در ادامه با تکیه بر مدل نفوذ والکر و اندرسون مدلی جدید جهت تحلیل نفوذ فرسایشی یک پرتابه میله بلند در یک هدف بتنی ارائه گردید. شبیه سازی های عددی با دو هدف؛ الف) بررسی و تحلیل دقیق تر میدان جریان در اطراف نوک پرتابه در حال نفوذ در هدف بتنی و ب) مطالعه صحت مدل در محدوده ای از سرعت و جرم پرتابه که امکان آزمایش وجود نداشت، صورت پذیرفت. آزمایش های تجربی جهت ارزیابی مدل در کاربردهای واقعی، کار نهایی در این رساله بوده است. در این خصوص، جفت های پرتابه میله ای- سابوت به همراه اهداف بتنی طراحی و ساخته شد و 52 آزمایش نفوذ در بازه سرعتی 320 تا 1150 متر بر ثانیه و بازه جرمی 11 تا 17 گرم انجام شد. بررسی و مقایسه نتایج آزمایش های تجربی، شبیه سازی های عددی و روش تحلیلی نشان دهنده صحت کلیت مدل و فرض های مورد استفاده در مدل بود. علاوه بر این، مقایسه نتایج آزمایش های تجربی، مدل تحلیلی حاضر و مدل فورستال نشان داد زمانی که در پرتابه فرسایش رخ می دهد استفاده از مدل هایی مثل مدل فورستال که پرتابه را در حین نفوذ صلب فرض می نماید کاملاً اشتباه است. بررسی های پایانی نشان داد مدل حاضر امکان بسط یافتن جهت در نظر گرفتن هم زمان نفوذهای فرسایشی و صلب را نیز دارد. در نهایت و در جمع بندی می توان گفت مدل حاضر در پدیده شناسی و فرموله کردن پدیده های مهم در نفوذهای سرعت بالا در بتن موفق بوده است. البته در خصوص تعیین بازه دقیق دقت مدل و نیز وارد نمودن پارامترهای منعکس کننده ناهمگنی بتن نیاز به تحقیقات تکمیلی وجود دارد.

یکی از خواص بتن تازه زمان گیرش بتن است. معمول ترین روش برای تعیین زمان گیرش مخلوط های بتن از طریق مقاومت در برابر نفوذ (روشastm c403 ) است. با توجه به معایب روش استاندارد، روش های دیگری برای تحلیل زمان گیرش بتن مطرح شده است که از آن جمله می توان به روش مقاومت الکتریکی اشاره نمود. از آنجا که عمدتا ساخت بتن در تماس مستقیم با محیط انجام می گیرد، پیوسته تحت تاثیر شرایط اقلیمی خود واقع می گردد. دما مهمترین عامل اقلیمی است که بیش از هر عامل دیگری بتن را تحت تاثیر قرار می دهد. تحقیق حاضر امکان سنجی اندازه گیری زمان گیرش بتن با استفاده از روش مقاومت الکتریکی را در دماهای عمل آوری مختلف نشان می دهد، همچنین با توجه به اینکه خواص مختلف مهندسی بتن، متأثر از ریزساختار پیچیده خمیر سیمان و ناحیه انتقال آن می باشد و پر شدن فضاهای خالی بتن با محصولات ناشی از هیدراسیون، بر پدیده های گیرش و سخت شدن یک خمیر سیمانی در حال هیدراته شدن و بر مقاومت الکتریکی بتن تأثیر می گذارد، بررسی ریزساختار خمیر سیمان در دماهای مختلف مورد توجه این تحقیق می باشد. به این منظور زمان گیرش بتن به روش استاندارد و توسعه مقاومت ویژه الکتریکی به مدت 1540 دقیقه ارزیابی شد، همچنین فازهای تشکیل شده در خمیر سیمان در زمان های مختلف از هیدراسیون (با توجه به زمان های گیرش) به کمک تصاویر میکروسکوپی (sem) مطالعه و توسط نرم افزار 4.7 envi ، مورد آنالیز قرار گرفت. با توجه به اینکه زمان های گیرش اولیه و نهایی به دست آمده از منحنی مقاومت الکتریکی در دماهای عمل آوری مختلف نزدیک به همان زمان ها از روش استاندارد astm c403 می باشند، همچنین تأثیر عوامل مختلف (دمای عمل آوری، نسبت آب به سیمان و جایگزینی خاکستر بادی) بر زمان های گیرش در هر دو روش مشابه اند و نیز به کمک تصاویر ریزساختاری ثابت می گردد که اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن در دماهای عمل آوری مختلف که به سادگی و دقت صورت می گیرد، می تواند پایش مراحل هیدراسیونی و گیرشی را هم شامل شود. همچنین مراحل مختلف منحنی مقاومت الکتریکی از جنبه ریزساختاری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و ریزساختار خمیر سیمان و ناحیه انتقال در زمان های مختلف هیدراسیون و تأثیر عوامل مختلف (دمای عمل آوری، نسبت آب به سیمان، جایگزینی خاکستر بادی) بر ریزساختار خمیر سیمان بررسی شده است.

جداشدگی در بتن های خودتراکم به دو صورت استاتیکی و دینامیکی رخ می دهد که احتمال دارد به شدت خواص بتن سخت شده را تحت تاًثیر قرار دهند. محققین تلاش زیادی را جهت ارزیابی جداشدگی در بتن های خودتراکم ارائه داده اند؛ لیکن هنوز توافق عمومی بر روی یک روش ساده و دقیق صورت نپذیرفته است. در پژوهش حاضر سعی شده است تا با ارائه یک روش بر مبنای اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن تازه در طول زمان کوتاهی به ارزیابی جداشدگی استاتیکی و دینامیکی پرداخته شود. 10 طرح مخلوط تهیه شده است. طرح مخلوط حاوی خاکستربادی بیشترین میزان جداشدگی را از خود نشان داده است. با اصلاح طرح مخلوط از طریق استفاده از الیاف پلی پروپیلن یا دوده سیلیسی و یا اصلاح دانه بندی مصالح سنگی شاخص های جداشدگی تعیین گردیدند. نتایج با روش های مرسوم از جمله astm c1610، جعبه l، مشاهده چشمی و آزمایش جذیان مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان داد که افزودن الیاف به میزان 15/0 درصد حجمی و همچنین جایگزینی دوده سیلیسی به میزان 8 درصد وزنی سیمان باعث افزایش پایداری مخلوط ها گردیدند. اندیس های جداشدگی بدست آمده با نتایج مقاومت فشاری بتن های سخت شده نیز همگرایی مناسبی داشتند. بدین ترتیب نتایج این مطالعات حاکی از آن است که روش پیشنهادی قادر است شاخص جداشدگی را به راحتی و با سرعت و دقت زیاد تعیین نماید.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.