دانلود مقاله طراحی و ارزیابی یک دهانه بازدید از جنس بتن پلیمری سبک
بتن پلیمری مخلوطی است که در آن به جای سیمان پرتلند (به عنوان چسباننده) از پلیمر استفاده می شود. این کار سبب بهبود مقاومت های کششی و ترک خوردگی، و مقاومت شیمیایی یک سازه بتنی می گردد. در این مقاله فرمولاسیون های مختلفی را ارزیابی کرده ایم تا یک دهانه بازدید زیرزمینی از جنس بتن پلیمری را با حداقل وزن ممکن بهینه سازیم. این فرمولاسیون ها بر مبنای یک سیستم اپوکسی-آمین مخلوط شده با مصالح دانه ای با وزن معمول، و مصالح دانه ای با وزن فوق العاده سبک است. هدف ما این است که یک سازه دهانه (دریچه) زیرزمینی را طراحی و ارزیابی کنیم که دارای مقاومت شیمیایی اپوکسی، استحکام، و وزن سبکی است؛ ما به این طریق بررسی می کنیم که آیا جایگزینی «مصالح دانه ای با وزن نرمال» با «مصالح دانه فوق العاده سبک» میتواند به بهبود استحکام و کاهش وزن سازه کمک کند. ما دو سیستم بتن پلیمری را از فرمولاسیون آن طراحی کردیم و عملکرد مکانیکی آنها را به صورت تجربی ارزیابی نمودیم. ما یک مدل عددی را برای یک دهانه بازدید زیرزمینی از جنس بتن پلیمری توسعه دادیم که از فرمولاسیون های مختلفی ساخته شده بود. ما آنرا به صورت جعبه ای که تحت بارهای معمول خاک قرار دارد، ساده کرده بودیم. این جعبه دارای یک اندازه استاندارد بود. حداقل ضخامت دیواره آن برای تحمل فشارهای حاصل از خدمات در حال استفاده، از شبیه سازی عددی تعیین شد. این مدل پیش بینی کرد که فرمولاسیون «اپوکسی/مصالحی با وزن نرمال» را با میتوان یک ضخامت دیواره نازک تر از فرمولاسیون با مصالح فوق العاده سبک، مورد استفاده قرار داد. همچنین وزن سازه دهانه بازدید زیرزمینی ساخته شده با این فرمولاسیون 6 برابر از وزن همان جعبه ساخته شده با یک بتن سنتی از سیمان پرتلند خواهد بود.
1. مقدمه
بتن پلیمری ماده مخلوطی است که ماده چسباننده آن یک پلیمر گرماسخت است که با مصالح دانه ای مسلح شده است. این بتن در سال 1970 و در پاسخ به «نیاز به یک ماده سبک با مقاومت فشاری بالا و مقاومت شیمیایی خوب» توسعه داده شد [1,2]. میرایی ارتعاش یک ویژگی مهم دیگر از بتن پلیمری است [3].
بتن پلیمری پیش ساخته برای زهکشی، مخازن، دهانه های بازدید [3]، مرمت [4,5]، روسازی ها [6]، سازه های دریچه های زیرزمینی [1]، و موارد دیگر قابل استفاده است. خواص نهایی بتن پلیمری به طراحی و شرایط تولید آن – همچون نوع چسباننده، روش اختلاط، و نوع و توزیع اندازه مصالح دانه ای – بستگی دارد. چسباننده بتن پلیمری معمولاً یک رزین گرماسخت است؛ لذا ويسکوزيته و زمان ژل شدن رزین نیز از عوامل مهمی برای آماده سازی آن هستند [7].
پلیمرهای گرماسخت که برای بتن پلیمری استفاده می شوند شامل پلی استر اشباع نشده (UP)، استر وینیل (VE)، متاکریلات متیل (MMA)، رزین فوران (FU)، و رزین اپوکسی هستند [3]. پلی استر اشباع نشده و استر وینیل رزین های ارزان قیمتی هستند؛ با این حال استفاده رایج از استایرن برای اتصال عرضی آنها بخاطر فراریت بالا، کار کردن با آنها را دشوار می سازد. به جای استایرن از عوامل دیگر اتصال عرضی میز استفاده می شود اما دمای تبدیل شیشه ای (Tg) کاهش یافت و مواد، خواص مکانیکی نامطلوب تری را نشان دادند. به عنوان مثال میرونی هارپاز و همکارانش [8] استفاده از پروکسید به عنوان یک عامل اتصال عرضی را تجزیه و تحلیل کرده اند. با این حال واکنش های اتصال عرضی همراه با رویدادهای برش رخ داد و پلیمر، کسرهایی از سل و ژل را نشان دادند. کسر سل مانند یک نرم کننده عمل میکرد و Tg سیستم و همچنین مدول و مقاومت آنرا کاهش میداد. ما از MMA نیز استفاده کردیم چون خمیرواری خوب و واکنش پذیری بالایی داشت اما در عین حال مانندUP و VE اشتعال پذیری بالا و بوی نامطبوعی داشت [9]. یک پلیمر گرماسخت دیگر که معمولاً برای بتن پلیمری استفاده می شود اپوکسی است [10-12]. اپوکسی هیچ فراریتی ندارد، بسته به عامل سخت کننده درجات مختلفی از واکنش پذیری دارد، و در مقایسه با رزین UP مقاومت شیمیایی بالاتری دارد [13].
Polymer concrete is a composite using polymer instead of portland cement as a binder. It allows optimizing the tensile and cracking strength and the chemical resistance of a concrete structure. In this study, different formulations were assessed in order to optimize a polymer concrete underground utility manhole with minimum weight. Formulations were based on an epoxy-amine system mixed with fine regular-weight aggregates and ultralightweight aggregates. -e objective was to design and assess an underground utility structure with the epoxy chemical resistance, strength, and lightweight and to study whether the replacement of regular-weight aggregates by ultralightweight aggregates would contribute to improve the strength and reduce the structure weight. Two polymer concrete systems were designed from its formulation, and their mechanical performance was evaluated experimentally. A numerical model was developed for a polymer concrete underground utility structure made from the different formulations. It was simplified as a box subjected to typical soil loads. -e size of the box is a standard one. Its minimum wall thickness is specified for sustaining the in-use service pressures obtained from numerical simulation. The model predicted that the epoxy/regular-weight aggregate formulation could be used with a wall thickness significantly smaller than the formulation with ultralightweight aggregates. In addition, the underground utility structure made with this formulation would weigh six times less than the same box made with a traditional portland cement concrete.
1. Introduction
Polymer concrete is a composite material where the binder is a thermosetting polymer reinforced with aggregates. It was developed in 1970 responding to the need of a lightweight material with high compressive strength and good chemical resistance [1, 2]. Vibration damping is also another polymer concrete relevant property [3].
There are several uses of precast polymer concrete such as drains, tanks, manholes [3], restoration building [4, 5], pavements [6], and underground utility structures [1], among others. -e final properties of polymer concrete depend on its design and production conditions such as the type of binder, the mixing method, and the type and size distribution of the aggregates. -e binder of polymer concrete is usually a thermosetting resin; hence, the viscosity and the gel time of the resin are also important preparation factors [7].
The thermosetting polymers used for polymer concrete are unsaturated polyester (UP), vinyl ester (VE), methyl methacrylate (MMA), furan resin (FU), and epoxy resins [3]. The unsaturated polyester and vinyl ester are low-cost resins; however, the common use of styrene for their cross-linking makes them difficult to work with because of its high volatility. Other cross-linking agents were also used instead of styrene, but the glass transition temperature (Tg) decreased and the material exhibited inferior mechanical properties. For example, Mironi-Harpaz et al. [8] analyzed the use of peroxide as a crosslinking agent. However, the cross-linking reactions occurred together with scission events, and the polymer presented gel and sol fractions. The sol fraction acted as a plasticizer, reducing the Tg of the system as well as its modulus and strength. MMA was also used because it has good workability and high reactivity, but it presents high flammability and unpleasant odor such as UP and VE [9]. Another thermosetting polymer commonly used for polymer concrete is epoxy [10–12]. It has no volatiles, presents different reactivity degrees depending on the curing agent, and higher chemical resistance compared to UP resin [13].
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
1. مقدمه
2. مواد و روشها
2.1 مواد
2.2 روشهای تجربی
2.2.1 خصوصیات سیستم رزین
2.2.2 تعیین مخلوط مصالح دانه ای بهینه
2.2.3 آماده سازی و خصوصیات مخلوط های بتن پلیمری
2.3 توصیف مدل المان محدود (FEM)
3. نتایج و بحث
3.1 روشهای تجربی
3.1.1 انتخاب سیستم استوکیومتری اپوکسی/سخت‌کننده و تعیین دمای تبدیل شیشه ای
3.1.2 تعیین زمان ژله شدن رزین (tgel)
3.1.3 تعیین اختلاط مصالح دانه ای بهینه
3.1.4 چگالی و خواص مکانیکی و حرارتی فرمولاسیون های طراحی شده
3.2 اعتبارسنجی مدل المان محدود
4. خلاصه و نتیجه گیری ها
منابع
1. Introduction
2. Materials and Methods
2.1. Materials
2.2. Experimental Methods
2.2.1. Resin System Characterization
2.2.2. Optimum Aggregate Mixture Determination
2.2.3. Polymer Concrete Composites Preparation and Characterization
2.3. Finite Element Model (FEM) Description
3. Results and Discussion
3.1. Experimental Methods
3.1.1. Epoxy/Hardener Stoichiometric System Selection and Glass Transition Temperature Determination.
3.1.2. Resin Gelation Time (tgel) Determination
3.1.3. Optimum Aggregates Mixture Determination
3.1.4. Density and Mechanical and 4ermal Properties of the Designed Formulations.
3.2. Finite Element Model Validation
4. Summary and Conclusions
References
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه