نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

تقویت خمشی تیرهای بتن‌آرمه با ورقه‌های کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند حاوی ولاستونیت: مطالعه آزمایشگاهی و عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
گروه مهندسی عمران، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران
چکیده
در این پژوهش، یک کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند حاوی پودر ولاستونیت به‌منظور تقویت خمشی تیرهای بتن‌آرمه توسعه یافته است. با وجود پیشرفت‌های اخیر در به‌کارگیری مواد معدنی در کامپوزیت‌های پایه سیمانی، مکانیسم دقیق هم‌افزایی فیزیکی-شیمیایی ولاستونیت و نقش آن در بهبود ناحیه انتقالی فصل مشترک میان الیاف و ماتریس در ورقه‌های تقویت‌کننده، همچنان به‌عنوان یک خلأ پژوهشی مطرح است. بدین منظور، تأثیر جایگزینی صفر تا ۲۰ درصدی ولاستونیت بر رفتار مکانیکی کامپوزیت مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که نسبت جایگزینی بهینه ۲۰ درصد، به دلیل ساختار سوزنی‌شکل ولاستونیت و نقش آن در بهبود ریزساختار ماتریس، رفتار شبه‌کرنش‌سخت‌شوندگی مطلوبی را نشان می‌دهد. نوآوری اصلی این مطالعه، علاوه بر تبیین مکانیسم میکروساختاری ولاستونیت در بهبود یکپارچگی ماتریس سیمانی، ارائه یک مدل عددی معتبر جهت پیش‌بینی رفتار خمشی تیرهای تقویت‌شده با این ورقه‌ها و میلگردهای پلیمری مسلح به الیاف شیشه است. مطالعات پارامتریک انجام‌شده نشان داد که افزایش ضخامت ورقه تقویتی و نیز افزایش قطر و تعداد میلگردهای پلیمری، نقش تعیین‌کننده‌ای در بهبود عملکرد خمشی سیستم تقویت‌شده دارند. در نهایت، اعمال این سیستم تقویتی موجب ارتقای چشمگیر ظرفیت باربری تیرها از 05/120 به 41/267 کیلونیوتن و افزایش ظرفیت جذب انرژی از 35/1479 به 84/2921 ژول شد که گویای پتانسیل بالای این کامپوزیت به‌عنوان یک راهکار کارآمد، پایدار و نوین در بهسازی و مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Flexural Strengthening of RC Beams Using Wollastonite-Containing High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composite Sheets: Experimental and Numerical Investigation

نویسنده English

Reza Khaleghi
Department of Civil Engineering, Ker.C., Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده English

In this study, a high-performance fiber-reinforced cementitious composite containing wollastonite powder was developed for the flexural strengthening of reinforced concrete beams. Despite recent advances in incorporating mineral admixtures into cementitious industries, the exact physical-chemical synergistic mechanism of wollastonite and its role in improving the interfacial transition zone between fibers and the matrix in strengthening sheets remain a research gap. To this end, the effect of 0% to 20% wollastonite substitution on the mechanical behavior of the composite was evaluated. Experimental results indicated that the optimum substitution ratio of 20%, owing to the acicular structure of wollastonite and its microstructural role in enhancing the matrix, provides a desirable fiber-like performance and pseudo-strain-hardening behavior. The main innovation of this study lies in clarifying the microstructural mechanism of wollastonite on the integrity of the cementitious matrix, as well as developing a validated numerical model to predict the flexural behavior of beams strengthened with these sheets and glass fiber-reinforced polymer bars. Parametric studies demonstrated that increasing the thickness of the strengthening sheet, as well as the diameter and number of polymer bars, plays a decisive role in improving the flexural performance of the strengthened system. Ultimately, the application of this strengthening system led to a significant increase in the load-carrying capacity of the beams from 120.05 to 267.41 kN and the energy absorption capacity from 1479.35 to 2921.84 J, demonstrating the high potential of this composite as an efficient, sustainable, and innovative solution for the rehabilitation and strengthening of concrete structures.

کلیدواژه‌ها English

HPFRCC
Wollastonite powder
Reinforced concrete beam
Flexural strengthening
Numerical analysis