استفاده از الیاف Curaua بعنوان تقویت کننده در چند سازه های سیمانی

استفاده از الیاف Curaua بعنوان تقویت کننده در چند سازه های سیمانی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

استفاده از الیاف Curaua، به عنوان تقویت کننده در چند سازه‌های سیمانی

این روزها نگرانی در مورد محیط زیست بعنوان یک واقعیت تلقی شده و توسعه مواد دوستدار محیط زیست یک چالش پیش روی می‌باشد. از این لحاظ، بواسطه مسایلی چون بقای انرژی و محافظت از بهداشت انسانها، باید توجه روز افزونی به الیاف لیگنو سلولزی معطوف داشت. استفاده از الیاف لیگنوسلولزی در بتن، چالش قابل توجهی را در صنعت خانه سازی بویژه در کشورهای غیر صنعتی عرضه می‌دارد. الیاف لیگنو سلولزی ارزان بوده، به آسانی بعنوان مواد تقویتی آماده فراهم شده و برای فرآوری آنها درجه پایینی فرآیندهای صنعتی لازم می‌باشد. مانع اصلی استفاده از چند سازه‌ها یا کامپوزیتهای سیمانی تقویت شده با الیاف لیگنو سلولزی آن است که این الیاف می‌توانند در یک محیط قلیایی تبدیل به سنگ معدنی شوند. این امر به علت مهاجرت کلسیم هیدروکسید به لومن لیفی، لایه میانی و دیواره‌های سلولی، می‌باشد. برای به حداقل رساندن این مشکل، ۵۰% از سیمان پورتلند با متاکائولین جایگزین می‌شود که هدف ایجاد ماتریسی است که کاملا فاقد کلسیم هیدروکسید باشد. جایگزینی سیمان پورتلند با متاکائولین، انتشار ‍CO₂ را کاهش و دوام مواد را افزایش می‌دهد.

در این تحقیق، کامپوزیتها یا چند سازه‌های سیمانی تقویت شده با ۶% حجمی به حجمی (V/V) الیاف Curaua از پنج لایه بلند و ردیف شده این الیاف، تحت فشار و بدون فشار، ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفتند. این چند سازه‌ها در طی ۲۸ روز سخت شدند و برای تعیین خصوصیات رفتار مکانیکی آنها چهار آزمایش خمشی مهم بر روی آنها انجام گرفت. نتایج نشان دادند که فشار باعث اصلاح یا بهبود استحکام کامپوزیتها نخواهد شد.

استفاده از الیاف Curaua بعنوان تقویت کننده در چند سازه های سیمانی

۱-مقدمه

در مقوله مصرف و محافظت انرژی توجه فزاینده‌ای را باید به الیاف لیگنو سلولزی معطوف داشت. بر این مبنا، تلاشهایی جهت جایگزینی تقویت کننده‌های معدنی متداول انجام شده است مثل: الیاف پنبه کوهی یا پنبه نسوز (آزبست) با تقویت کننده‌های آلی نظیر سیسال (sisal)، تفاله نیشکر، نارگیل یا سایر الیاف سلولزی (تولدو و همکاران، ۲۰۰۰، تولدو و همکاران ۲۰۰۳، آگاروال، ۱۹۹۵، تولدو و همکاران، ۱۹۹۹، کوتس، ۲۰۰۵).

مزایای الیاف لیگنو سلولزی شامل چگالی پایین، استحکام کششی بالا‌، هزینه پایین و این واقعیت است که آنها از منابع تجدیدپذیر حاصل می‌شوند. عیب اصلی استفاده از این الیاف آن است که آنها می‌توانند در محیط قلیایی ماتریسهای سیمانی تبدیل به مواد معدنی شوند. این امر به علت مهاجرت کلسیم هیدروکسید به لومن لیفی، لایه میانی و دیواره‌های سلولی، روی می‌دهد (تولدو و همکاران، ۲۰۰۸). به منظور بحداقل رساندن این مشکل، ۵۰% وزنی / وزنی (W/W) از سیمان پورتلند با متاکائولین جایگزین می‌شود که هدف آن ایجاد ماتریس سیمانی است که کاملا فاقد کلسیم هیدروکسید باشد. علاوه بر این، جایگزینی سیمان پورتلند با متاکائولین، انتشار CO₂ را کاهش داده و دوام مواد را افزایش می‌دهد.

در این تحقیق، چند سازه‌های سیمانی با ۶% حجمی / حجمی (V/V) از الیاف Curaua و با استفاده از پنج لایه از الیاف Curaua بلند و ردیف شده یا همراستا تقویت شدند. این الیاف به عنوان تقویت کننده چند سازه‌ها یا کامپوزیتهای ماتریس پلیمری مورد استفاده قرار گرفته‌اند (د، آلمیدا و همکاران، ۲۰۰۷، لیو و همکاران ۱۹۹۸) و امروزه در صنعت خودرو بکار برده می‌شوند (لیو و همکاران ۱۹۹۸). اثر فشار یا پرس قالبگیری نیز ارزیابی شد و علاوه بر کامپوزیت تولید شده بدون فشار، چند سازه‌ها یا کامپوزیت‌های تحت فشار ۳MPa نیز تولید شدند.

استفاده از الیاف Curaua بعنوان تقویت کننده در چند سازه های سیمانی

۲- مواد و روشها

۱-۲٫ مواد  

در تحقیق حاضر، الیاف Curaua (Ananas erectfolius) مورد استفاده قرار گرفتند. این الیاف از برگهای درختانی به همین نام گرفته می‌شوند که بعنوان bromeliacea طبیعی در ناحیه آمازون برزیل می‌رویند و الیافی به بلندی ۵/۱ متر از آنها حاصل می‌شوند (شکل ۱).

شکل ۱٫ الیاف Curaua

سیمان پورتلند (PC) بکار رفته در این تحقیق، نوع ۲ تجاری باکد CPII F-32 می‌باشد که توسط استاندارد برزیلی (NBR 11578) تعیین شده است و پس از ۲۸ روز، استحکام تراکمی  ۳۲ MPa را بدست می‌آورد. متاکائولین تجاری (MK) بوسیله صنایع تجاری متاکاولیم برزیل تولید می‌شود. ترکیب سیمانی نیز شامل شن رودخانه‌ای با حداکثر قطر ۱/۱۸ mm و چگالی ۲/۶۷ g/cm³ و فوق شکل‌پذیر کننده نفتالین فوسروک ریکس کمپلاست (Fosroc Reax Complast)  با میزان ۴۴% جامد می‌باشد.

۲-۲٫ روشها

۱-۲-۲٫ چند سازه‌های (کامپوزیتهای) سیمانی

الیاف Curaua در آب داغ تمیز گردیده، برس زده شده و سپس به طولهای mm 39 بریده شدند (شکل ۲ الف) و سپس برای به دست آوردن بافتی شبیه مواد (شکل ۲ب) تحت فرآیند سوزن کاری قرار گرفتند.

شکل ۲٫ الف) الیاف Curaua پس از برس زنی و ب) بافت Curaua

ماتریس ملات، دارای نسبت اختلاط ۴/۰ : ۱ : ۱ بوده است (مواد سیمانی: شن: آب بصورت وزنی). ماتریس مورد استفاده با استفاده از مخلوط کن مکانیکی ثابت شده روی میزکار با ظرفیت ۲۰ لیتر ساخته شد. مواد سیمانی و شن در طی ۳۰ ثانیه بصورت خشک مخلوط شده و فوق شکل‌پذیر کننده که در آب رقیق شده بود به آهستگی داخل مخلوط کن در حال کار ریخته شد. مرحله اختلاط نهایی در طی ۳ دقیقه و برای یکنواخت سازی مخلوط انجام شد. برای تولید این چند سازه (کامپوزیت)، ترکیب ملات بصورت یک لایه در هر زمان در یک قالب فولادی قرار داده شد و به دنبال آن یک لایه از الیاف ردیف شده تک سویه روی آن قرار گرفت (شکل ۳).

شکل ۳٫ تولید کامپوزیت

سپس قالب بسته شد و به مدت ۲۴ ساعت بحال خود رها شد. پس از آن چند سازه از قالب خارج شده و به مدت ۲۸ روز در یک محفظه فرآوری یا پخت با RH 100 و ۲۳ درجه سانتیگراد قرار داده شد. جزئیات بیشتر در مورد روشهای قالبگیری (ریخته‌گری) را می‌توان در مقوله‌های دیگری یافت (ملوفیلهو، ۲۰۰۷). در طی این فرآیند تولیدی، چند سازه‌ها تحت قالبگیری با فشارهای از صفر تا ۳ MPa قرار گرفتند.

۲-۲-۲٫ آزمایشهای مکانیکی

خواص مکانیکی این چند سازه‌ها پس از ۲۸ روز باقی ماندن در یک دستگاه شیمادزو VH-F با ظرفیت ۱۰۰۰ kN تعیین شد. آزمایش خمشی چهار نقطه‌ای با سرعت mm/min 5/0 انجام شد. سه نمونه با طول mm 400، بزرگی mm 100 و ضخامت mm 12 با استفاده از یک فاصله یا پهنای خمشی mm 300 مورد آزمایش قرار گرفتند. انحناها در نقاط وسط دهانه با استفاده از یک مبدل الکتریکی (LVDT) اندازه‌گیری شدند و بارگذاریها و جابجایی‌های چهارگانه متناظر آن بطور مداوم با استفاده از سیستم تهیه اطلاعات ۳۲ بیتی ثبت ‌شده و چهار قرائت در هر ثانیه ارائه می‌شد (شکل ۴).

شکل ۴٫ پیکربندی تست خمشی

با استفاده از منحنی‌های انحنای بار، سه پارامتر برای ارزیابی اثر تقویت کنندگی الیاف محاسبه گردید:

• استحکام خمشی چند سازه که از حداکثر بار پس از نقطه اوج تعیین گردید.

• استحکام اولین شکستگی (کراکینگ)

• چقرمگی (تافنس) (T) که از مساحت زیر منحنی بار در برابر جابجایی محاسبه گردید.

استفاده از الیاف Curaua بعنوان تقویت کننده در چند سازه های سیمانی

 ۳- نتایج

۱-۳٫ آزمایشهای مکانیکی

اثر فشار قالبگیری بر روی نتایج خمشی چهار نقطه‌ای در جدول ۱ ارائه شده است. شکل ۵، مثالهای نوعی از منحنی‌های تنش خمشی ـ جابجایی حاصل از چند سازه‌های سیمانی با فشار ۰ MPa و ۳ MPa را نشان می‌دهد.

باید دید که استحکام اولین شکست چند سازه  در تطابق با آنچه بوسیله تولدو و همکارانش مشاهده شد، هست یا خیر (تولدو فیلهو و همکاران، ۲۰۰۸). علاوه بر این، استحکام خمشی   MPa 65/2 ± ۵۲/۲۷ از آنچه بوسیله تولدو فیلهو حاصل شد، بالاتر است. در واقع، تولدو فیلهو مقدار MPa 07/2 ± ۳/۱۹ =  را برای چند سازه تولید شده با سیمان پورتلند و تقویت شده با ۱۰% از الیاف سیسال بلند و ردیف شده و مقدار MPa 66/0 ± ۸۲/۱۷ را برای چند سازه تولید شده با زمینه عاری از کلسیم هیدروکسید، مشخص نمودند.

با توجه به پارامتر چقرمگی خمشی، مقدار به دست آمده در این تحقیق (kJ/m² 75/1 ± ۱۳/۲۹) از آنچه بوسیله تولدو فیلهو و همکارانش برای چند سازه با ماتریس پورتلند (kJ/m² 39/4 ± ۵۴/۲۲) و برای چند سازه تولید شده با ماتریس عاری از کلسیم هیدروکسید (kJ/m² 36/3 ± ۷۰/۲۱) مشاهده شد، بالاتر است.

فشار قالبگیری مقدار  و چقرمگی را بترتیب از MPa 65/2 ± ۵۲/۲۷ و kJ/m² 75/1 ± ۱۳/۲۹ تا MPa 73/3 ± ۷۰/۲۳ و kJ/m² 00/1 ± ۲۱/۲۶ کاهش داد. به هر حال، رفتار شکل‌پذیری (قابلیت مفتول شدن) در هر دو چند سازه مشاهده شد.   

جدول ۱٫ نتایج خمش چهار نقطه‌ای

شکل۵٫ تاثیر فشار بکار رفته تحت استحکام خمشی

استفاده از الیاف Curaua بعنوان تقویت کننده در چند سازه های سیمانی

۴- نتیجه گیری

بر اساس نتایج حاصل شده در تحقیق حاضر می‌توان اینگونه استنباط نمود که چند سازه تقویت شده با ۶% الیاف Curaua، همراه فشار ۳ MPa، باعث کاهش در استحکام خمشی شده‌اند. در واقع نتایج بدست آمده برای این چند سازه نشان می‌دهند که بکار بردن هیچ نوع فشاری ضروری نخواهد بود.

روال استفاده از ماتریسی که دارای مقدار اندکی از سیمان همراه با الیاف گیاهی curaua می‌باشد، بعنوان تکنیک امید بخشی برای توسعه مواد پایدار در صنعت ساختمان سازی بشمار می‌آید.