بهبود دوام بتن با استفاده از تسمه های فولادی

[rkiahoseyni]

مقدمه:
اهمیت استفاده از بتن تقویت شده با تسمه فولادی (SSTT) به عنوان روش جدید محصور سازی جانبی برای اعضای بتنی در صنعت تعمیر و بازسازی سازه با مزایای قابل توجه آن مانند هزینه کم مصالح، روش محصور سازی آسان و زمان عملیات کوتاه، توسط محققان به اثبات رسیده است. در این روش نیازی به تغییرات ساختاری در طول کاربرد بتن نیست و به تجربه بالای کارگر بستگی ندارد. قبل از اینکه به عنوان SSTT نامگذاری شود، پیش تنیدگی تسمه های فولادی در اطراف نمونه های بتنی با بریدگی روی اتصال گیره ها با استفاده کامل از تکنیک صنعت بسته بندی انجام می شد. بعداً با اصلاح روی گیره های اتصال، آوانگ و همکاران بدون اعمال بریدگی بر روی گیره ها، تنش پسماند را بهینه کردند. با تاکید بر اثر محدودکننده چند لایه، SSTT ثابت شده است که می تواند ظرفیت فشاری و شکل پذیری اعضای بتنی را بهبود بخشد، به ویژه برای فولاد HSC که به طور طبیعی شکننده و شکل پذیری پایینی دارد.

عملکرد تسمه فولادی اطراف بتن سیمانی:
اگرچه چندین مطالعه تجربی میزان اثربخشی SSTT را به عنوان عامل محصور کننده جانبی برای اعضای سازه بتنی نشان داده‌اند، سوالات مهم مربوط به رفتار دوام هنوز مورد توجه قرار نگرفته است. دستورالعمل‌های طراحی پیشنهادی برای چنین محصوری صرفاً بر اساس آزمایش‌های آزمایشگاهی فوری بوده است. خوردگی روی تسمه فولادی ممکن است کارایی محصور کردن SSTT را در طولانی مدت کاهش دهد، زیرا مواد محصور کننده از فولاد ساخته شده است. مواد محصور کننده ممکن است هنگام قرار گرفتن در معرض شرایط خصمانه مختلف، به عنوان مثال در معرض قرار گرفتن در فضای باز، قرار گرفتن در معرض فضای داخلی و قرار گرفتن در معرض آب دریا، شرایط خدمات و نرخ خوردگی متفاوتی داشته باشند. این مقاله نتیجه یک مطالعه تجربی را بر روی عملکرد دوام کوتاه‌مدت مجموعه‌ای از HSCهای محدود حجمی با استفاده از SSTT ارائه می‌کند. 

آزمایش رفتار تسمه فولادی در اطرف بتن:
نمونه های آزمایش از تسمه فولادی بدون پوشش و پوشش خارجی با رنگ مخصوص تشکیل شده است و تحت سه شرایط محیطی مهم مورد بررسی قرار گرفته است: 
-    قرار گرفتن در معرض محیط داخلی
-    قرار گرفتن در معرض فضای باز 
-    قرار گرفتن در معرض آب شور. 
سپس عملکرد این نمونه‌های محصور شده در معرض از طریق رابطه تنش-کرنش بر روی انحراف طولی، حالت شکست و سطح خوردگی مورد مطالعه قرار می گیرد. 

آماده سازی نمونه ها بتنی محصور شده با تسمه فولادی:
برای داشتن یک مقایسه عادلانه بر اساس تأثیر محیط‌های در معرض نمونه‌های محصور شده، نسبت و ابعاد مخلوط بتن، تنش پیش تنیدگی جانبی مواد محصورکننده و نسبت محصورکننده سازگاری تعیین می شود. بنابراین، مجموعه ای از بیست نمونه ستون استوانه HSC با ابعاد استاندارد 100 میلی متر و قطر و ارتفاع 200 میلی متر به ترتیب مطابق با نسبت مخلوط مناسب تهیه شده و به مدت 28 روز تحت عمل آوری مرطوب قرار می گیرند. برخی از نمونه ها با میله تقویت کننده تقویت نشدند.
میانگین مقاومت فشاری بتن، در 28 روز حدود 60 مگاپاسکال است. پس از 28 روز عمل آوری، نمونه ها با همان مقدار نسبت حجمی (یعنی یک لایه تسمه فولادی) به صورت جانبی با استفاده از کشش دهنده پیش تنیده هستند. کار پیش تنیدگی باید پس از سفت شدن تسمه های فولادی و خم شدن تسمه فولادی اضافی برای قفل شدن تنش پیش تنش متوقف شود. تسمه فولادی مورد استفاده در مطالعات مختلف به عنوان ماده محصور کننده، "تسمه فولادی با پوشش موم دار " با میانگین عرض و ضخامت به ترتیب 15.85 میلی متر و 0.55 میلی متر است.
میانگین تنش کششی نهایی تسمه فولادی مورد استفاده در این مطالعات بر اساس تست استاندارد BS EN 10002-1:1990 در حدود 828 نیوتن بر میلی‌متر مربع است. فاصله بین تسمه‌ها در امتداد بخش میانی 10 میلی‌متر و در دو ناحیه انتهایی حدود 7.5 میلی‌متر ثابت است تا باعث ایجاد محصور کافی و کاهش احتمال شکست زودرس شود.

نتایج بررسی:
در حالی که برای تسمه فولادی پوشش داده شده خارجی، قبل از اعمال پوشش بر روی نمونه های اختصاص داده شده، مهم است که مطمئن شوید سطح بتن و تسمه فولادی تمیز، خشک و عاری از آلودگی است. این برای اطمینان از پیوند خوب بین نمونه و پوشش است. همانطور که در دفترچه راهنمای محصول توصیه می شود، دو لایه پوشش کامل شامل سطح بتن در معرض و گیره های اتصال بدون کنترل ضخامت پوشش خاص رنگ آمیزی می شوند. نمونه های تازه پوشش داده شده به مدت دو روز در دمای اتاق خشک می شوند و سپس به محیط های در معرض منتقل می شوند. در بررسی های انجام شده موارد زیر مشاهده گردید:
1. مشاهده شد که محصور شدن SSTT (بدون پوشش) در معرض شرایط مختلف محیطی (مثلاً قرار گرفتن در معرض آب شور در داخل، خارج از منزل و آب شور) برای یک دوره 3 ماهه، کاهش مقاومت قابل توجهی را نشان نمی دهد. نمونه‌های محصور شده در معرض هنوز می‌توانند افت مقاومت را فراتر از حداکثر مقاومت فشاری کاهش دهند و شکست بتن کندتر و ایمن‌تری را فراهم کنند. افزایش حدود 40٪ در مقاومت فشاری برای محصور شدن تک لایه SSTT به دست آمده است.
2. برای محصور SSTT پوشش داده شده در معرض شرایط آب شور و فضای باز، عملکرد پس از قرار گرفتن در معرض نیز در مقایسه با نمونه های محصور نشده بدون پوشش، زوال قدرت نشان نمی دهد. خاطرنشان می شود که با مواد پوشش دهنده، می تواند اثر خوردگی روی تسمه فولادی را کاهش داده و کند کند. با مقایسه نتایج تجربی فعلی و مطالعات موجود، محصور SSTT دارای بالاترین عملکرد مقاومت مثبت در مقایسه با محصور کردن نوع FRP است. این نشان می دهد که محفظه SSTT برای استفاده در فضای باز و زیر آب شور برای مدت کوتاهی قرار گرفتن در معرض مناسب است.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی