ساخت سازه های سبک وزن با بتن فوق العاده

میزان تولید سیمان در سراسر جهان بین سال های 1995 تا 2014 سه برابر شد. و ساختن آن همچنان در حال زیاد شدن است.

بنابراین، استفاده از بتن به عنوان یک مصالح ساختمانی باید به طور قابل توجهی بهبود یابد. و سازه‌های بادوام‌تر از مواد کمتر ساخته شود.

هدف اصلی استفاده از حداقل مواد و انرژی در حین تولید اجزا و سازه های ساختمانی بادوام و ایمن است.

کاهش انتشار گازهای گلخانه ای

در سال های اخیر ایده های مختلفی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای تولید شده توسط صنعت بتن دنبال شده است. 

اعلامیه محصول زیست محیطی (EPD) بتن معمولی با مقاومت فشاری متوسط ​​33 مگاپاسکال بیان می کند. که تولید سیمان مسئول 90.9٪ از کل پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) مواد خام، حمل و نقل و تولید 1 متر مکعب بتن است.

در نتیجه، یک رویکرد ممکن کاهش مقدار کلینکر سیمان پرتلند در بتن بدون تأثیر منفی بر دوام و خواص مکانیکی آن است. 

این کاهش را می توان با بهینه سازی مخلوط بتن به دست آورد. 

ممکن است (الف) افزایش چگالی بسته بندی

(ب) استفاده از مواد خام ثانویه مانند خاکستر بادی یا سرباره کوره بلند دانه بندی شده

(ج) برای افزودن چسب های واکنش پذیر بیشتر.

رویکرد دیگر کاهش مقدار کلی بتن با بهینه سازی طراحی اجزای سازه است.

بخش قابل توجهی از بارهایی که توسط سازه های بتنی حمل می شود. خود وزنی اجزای آن است.

به عنوان مثال، اگر یک کف بتنی معمولی درجا (بدون هیچ گونه بدنه توخالی نصب شده) با دهانه 6 متر ضخامت تقریباً 0.28 متر داشته باشد. وزن خود آن 7 کیلونیوتن بر متر مربع است .

در مقابل، بارهای دائمی اضافی از ساخت و ساز کف تقریباً 2-3 kN/m2 است. و بارهای تحمیلی تقریباً 3-5 کیلونیوتن بر متر مربع است.

 بنابراین وزن خود برای این مثال بین 47 تا 58 درصد کل بار را تشکیل می دهد. 

علاوه بر این، تأثیر خود وزن با افزایش طول دهانه افزایش می‌یابد. زیرا حجم (خود وزن) تیر بتنی با قدرت سوم طول دهانه افزایش می‌یابد. در حالی که ظرفیت باربری تنها با افزایش طول دهانه افزایش می‌یابد.

راهبرد سوم برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای

راهبرد سوم برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از صنعت بتن، استفاده از مواد با مقاومت بالا مانند بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) و تقویت کننده های ساخته شده. از الیاف با عملکرد بالا مانند شیشه، بازالت یا الیاف کربن است که با ماتریس اگر به طور هدفمند مستقر شود. این امکان کاهش اساسی در ابعاد اجزای ساختمان و کل مقدار بتن مورد نیاز را فراهم می کند.

2 رویکرد تحقیق

هدف اصلی تحقیق ارائه شده. استفاده از تقویت‌کننده‌های پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP) (منسوجات و میله‌ها) و UHPC همراه با طرحی است که به طور بهینه از خواص مواد برای دستیابی به اعضای ساختاری با دیواره نازک بادوام استفاده کند.

استحکام کششی بالای آرماتور کربن (تا 3500 مگاپاسکال) و مقاومت فشاری بالای UHPC (بالاتر از 150 مگاپاسکال) باعث کاهش اساسی در وزن سازه به همراه کاهش قابل توجه مصالح ساختمانی مورد نیاز می شود.

علاوه بر این، تلاش حمل و نقل کاهش می یابد. و می توان فرآیند بلند کردن را در کارخانه های پیش ساخته و در محل ساده تر کرد.

استحکام بالای مصالح

استحکام بالای مصالح و رفتار شکست ناگهانی نشان‌داده‌ شده. در آزمایش‌های اولیه مواد (فشرده‌سازی بر روی نمونه بتن و آزمایش کشش روی نوارهای UHPC تقویت‌شده. با CFRP نشان‌دهنده شکست شکننده اجزای ساختمان است.

با این حال، انحرافات به وضوح قابل مشاهده ناشی از یک ترک شدید را می توان در اولین آزمایشات خمشی با یک عنصر دال در مقیاس کامل مشاهده کرد.

پلیمر تقویت شده با الیاف

پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) به عنوان تقویت کننده در حال حاضر از 25 سال پیش شناخته شده است. اما دوام بالا و استحکام بالا نمی تواند قیمت بالای مواد را جبران کند.

علاوه بر این، سختی کمتر در مقایسه با آرماتورهای فولادی، از استفاده گسترده‌ تر در عمل جلوگیری کرد.

افزایش شدید مصرف منابع طبیعی و کمبود روزافزون مصالح ساختمانی در دهه گذشته، پیش‌ شرط‌ هایی را برای تلاش دوم ایجاد کرده است.

نویسندگان در تلاشند تا از تقویت‌کننده CFRP به عنوان راه‌ حلی جایگزین برای تقویت‌کننده‌های شیشه‌ای نرم‌ تر با ویژگی‌های کافی در مورد قابلیت سرویس‌دهی استفاده کنند.

در رویکرد فعلی، نویسندگان تلاش می‌ کنند تا از تقویت‌ کننده میله‌ ای FRP برای بهبود ظرفیت تحمل بار برای حالت حد نهایی در صورت نیاز استفاده کنند. و از منسوجات CFRP مسطح و پیش ساخته به عنوان تقویت‌کننده برشی، خمشی و ساختاری استفاده کنند.

نویسندگان از تقاضای انرژی بالا برای تولید الیاف کربن و UHPC در مقایسه با همتایان معمولی خود آگاه هستند.

اولین محاسبات و انتشارات مربوطه در رابطه با عملکرد اکولوژیکی و اقتصادی نشان می‌دهد. که هر دو مزیت آشکاری دارند.

هدف مقاله حاضر خلاصه کردن اصول اولیه مصالح ساختمانی و ارائه تخمینی در مورد تولید پذیری و رفتار باربری عناصر سازه است.

3 مصالح ساختمانی-آخرین