نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

اثر دما-هندسه نمونه بر مقاومت در برابر رشدترک برشی خالص مصالح شبه‌سنگی پایه سیمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
چکیده
چقرمگی شکست یکی از پارامترهای کلیدی در ارزیابی رفتار مکانیکی مصالح سیمانی، سنگی و شبه‌سنگی محسوب می‌شود، به‌ویژه در شرایطی که این مصالح در معرض تغییرات دمایی قرار دارند. از آنجا که بسیاری از سازه‌های مهندسی نظیر تونل‌ها و سازه‌های زیرزمینی در بازه‌های دمایی مختلف بهره‌برداری می‌شوند، بررسی هم‌زمان اثر دما و هندسه نمونه بر رفتار شکست این مصالح از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این پژوهش، تأثیر دما و هندسه نمونه بر چقرمگی شکست حالت برشی ملات سیمانی به‌صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، آزمایش‌ها بر روی سه هندسه مختلف نمونه شامل برزیلی ترک‌دار مرکزی، نمونه نیم‌برزیلی اصلاح‌ شده با شکاف اولیه، و نمونه برزیلی با ترک قطری دوگانه، در چهار سطح دمایی منفی 10، 25، 50 و 100 درجه سانتی‌گراد انجام شد. علاوه بر چقرمگی شکست، مقاومت فشاری تک‌محوره و سرعت موج‌های فشاری و برشی نیز اندازه‌گیری شد تا تغییرات کیفیت داخلی نمونه‌ها تحت اثر دما مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج نشان می‌دهد که کاهش دما نسبت به دمای مرجع موجب بهبود کیفیت داخلی نمونه‌ها و افزایش چقرمگی شکست می‌شود، در حالی که افزایش دما منجر به افت کیفیت، کاهش سرعت موج‌های اولتراسونیک و در نهایت کاهش ظرفیت مقاومت در برابر رشد ترک می‌گردد. همچنین، مقایسه هندسه‌های مختلف نشان داد که میزان حساسیت چقرمگی شکست به تغییرات دما تابعی از توزیع تنش و شرایط نوک ترک در هر هندسه است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Temperature-Specimen Geometry on Pure Shear Crack Resistance of Cemented Rock-Like Materials

نویسندگان English

Mohammad Mahdi Mashayekhi
Alireza Dolatshahi
Mehdi Arash
Hamed Molladavoodi
Dept. Mining Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

Fracture toughness is one of the key parameters in evaluating the mechanical behavior of cementitious, rock, and quasi‑rock materials, particularly when these materials are subjected to temperature variations. Given that many engineering structures, such as tunnels and underground facilities, operate across a wide range of temperatures, the simultaneous investigation of temperature effects and specimen geometry on fracture behavior is of particular importance. In this study, the effects of temperature and specimen geometry on the mode‑II fracture toughness of cement mortar were experimentally examined. To this end, tests were conducted on three different specimen geometries, including the centrally notched Brazilian disc, the modified semi‑Brazilian disc with an initial notch, and the Brazilian disc with double diagonal cracks, under four temperature levels of −10, 25, 50, and 100 °C. In addition to fracture toughness, uniaxial compressive strength and the velocities of compressional and shear waves were measured to evaluate changes in internal material quality under thermal effects. The results indicate that decreasing the temperature relative to the reference level improves the internal quality of the specimens and increases fracture toughness, whereas increasing the temperature leads to quality degradation, reduced ultrasonic wave velocities, and ultimately a lower resistance to crack propagation. Moreover, comparison of the geometries revealed that the sensitivity of fracture toughness to temperature variations is governed by the stress distribution and crack‑tip conditions specific to each geometry.

کلیدواژه‌ها English

Crack resistance
temperature effect
sample geometry effect
quality index
ultrasonic pulse velocity