در پژوهش حاضر، طرح بهینه ی بتن سبکدانه ی سازه یی از نظر چگالی و مقاومت فشاری در دمای محیط به دست آمده و سپس با به کارگیری و تغییر میزان فزودنی هایی، نظیر دوده ی سیلیس و فوق روان کننده و همچنین با تغییر نسبت آب به سیمان، مقاومت طرح حاصل از مرحله ی قبل در برابر حرارت بهینه شده است. به این منظور، 9 طرح اختلاط متفاوت که از روش تاگوچی به دست آمده، اجرا شده و برای هر یک، 9 عدد آزمونه ی ساخته شده در هر یک از دماهای محیط، 400 و 800 درجه سانتی گراد، 3 نمونه از هر طرح برای حصول مشخصات طرح بهینه آزمایش شده اند. از مهم ترین نتایج پژوهش حاضر می توان به اثر مطلوب کاهش نسبت آب سیمان و افزودن فوق روان کننده در مشخصات فیزیکی و مکانیکی بتن سبکدانه در دماهای 400 و 800 درجه ی سانتی گراد اشاره کرد. همچنین طرح اختلاط بهینه ی بتن سبک مقاوم برای دمای بالا ارائه شده است.

در چند دهه اخیر سازه ها به لحاظ پدافندی در مواجهه با بلایای طبیعی و مصنوعی، از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده اند. لذا نیاز به ساخت سازه هایی با استحکام بالا از دغدغه های مهندسان در این حوزه بوده است. بتن به عنوان یکی از مصالح اصلی مصرفی در سازه های بتنی، دارای نقش موثری در بهبود و ارتقای استحکام سازه ها است. مقاومت بتن در برابر ضربات وزنه افتان به عنوان یکی از خواص مکانیکی بتن شناخته می شود. در این پژوهش آزمایشگاهی، یک طرح اختلاط از بتن معمولی با عیار سیمان 450 کیلوگرم بر متر مکعب ساخته شد، یک طرح اختلاط نیز از بتن قلیافعال بر پایه سرباره کوره آهن گدازی ساخته شد تا میزان مقاومت ضربه ای بتن از نوع وزنه افتان تحت دمای محیط و حرارت 500 درجه سلسیوس، در سن عمل آوری 90 روزه مورد مقایسه و ارزیابی قرار گیرد. در ادامه، آزمون های طیف سنجی پراش اشعه ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به منظور بررسی بیشتر و راستی آزمایی نتایج آزمون مقاومت ضربه ای، در سن عمل آوری 90 روزه در دمای محیط و تحت حرارت 500 درجه سلسیوس بر روی نمونه ها انجام گرفت. در بخش نتایج، میزان انرژی جذب شده در آزمون ضربه ای وزنه افتان در دمای محیط، برای بتن معمولی به مقدار 24/244 ژول و برای بتن قلیافعال به مقدار 89/223 ژول کسب گردید، که این مقادیر تحت اعمال حرارت بالا در بتن، به ترتیب به مقدار 9/90 و 72/72 درصد افت را از خود نشان داد. میزان شاخص انعطاف پذیری در این آزمون تحت دمای محیط، برای بتن معمولی به مقدار 33/2 ژول و برای بتن قلیافعال به مقدار 58/1 ژول کسب گردید، که تحت حرارت بالا در بتن، به ترتیب به مقدار 75/28 درصد بهبود و 49/9 درصد افت را نشان داد. نتایج حاصل از آزمون های XRD و SEM ضمن هماهنگی با یکدیگر، در همپوشانی با نتایج حاصل از آزمون مقاومت ضربه ای قرار داشت.

امروزه ساخت سازه­هایی با اهمیت خیلی زیاد (نظیر سازه­های نظامی، تاسیسات هسته­ای، بیمارستان­ها و تأسیسات زیربنایی)، با مقاومت بالا در برابر بارهای ضربه­ای و حرارت زیاد، در حوزه پدافند غیرعامل از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. در این راستا، تولید بتن پر مقاومت و دوستدار طبیعت به عنوان مصالح اصلی به کار رفته در این نوع از سازه­ها نقش مهمی را ایفاء می­کند. در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی خصوصیات بتن ژئوپلیمر سرباره­ای حاوی0 الی 8 درصد نانوسیلیس و 1 الی 2 درصد الیاف پلی­اولفین پرداخته شده است. نمونه­های بتنی ساخته شده در سن عمل­آوری 90 روزه و در دمای 25 و 500 درجه سلسیوس تحت آزمون ضربه وزنه­افتان، کاهش وزن، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف­سنجی پراش اشعه­ایکس (XRD) قرار گرفتند، آنالیز طیف­سنجی فلورسانس اشعه­ایکس (XRF) نیز در دمای 25 درجه سلسیوس و در سن 7 روز عمل­آوری بر روی نمونه­های بتنی انجام گرفت. نتایج حاصله حاکی از تضعیف ریزساختار بتن در معرض حرارت بالا است، بهبود نتایج حاصل از آزمون­ها در بتن ژئوپلیمری نسبت به بتن معمولی مشهود است. بهترین و ضعیف­ترین عملکرد در آزمون کاهش وزن نمونه­ها متعلق به بتن ژئوپلیمری حاوی 8 درصد نانوسیلیس و بتن ژئوپلیمری حاوی 8 درصد نانوسیلیس و 2 درصد الیاف، به ترتیب به میزان 061/0 و 12/0 درصد افت وزن نمونه می­باشد. بهترین عملکرد در میزان جذب انرژی ضربه وزنه­افتان در دمای 25 و 500 درجه سلسیوس متعلق به بتن ژئوپلیمری (حاوی 8 درصد نانوسیلیس و 2 درصد الیاف) به ترتیب به میزان 25/2928 و 44/773 ژول است. بیشترین و کمترین میزان افت در انرژی جذب­شده نمونه­های بتنی تحت دمای500 درجه سلسیوس نسبت به دمای 25 درجه سلسیوس، متعلق به بتن معمولی و بتن ژئوپلیمری (حاوی 8 درصد نانوسیلیس) به ترتیب به میزان 33/83 و 33/53 درصد است.

بروز آتش سوزی در سازه ها پدیده ای محتمل است که می تواند خصوصیات مکانیکی مصالح تشکیل دهنده اعضای سازه ای را به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار دهد. امروزه استفاده از مصالح و افزودنیهای نوین در ساخت بتن مورد توجه قرار گرفته است که لازم است مقاومت بتن ساخته شده با این مصالح در هنگام بروز آتش سوزی و بعد از آن مورد بررسی قرار گیرد و از رفتار مناسب آن اطمینان حاصل شود. در این تحقیق استفاده از میکروسیلیس به عنوان یک ماده پوزولانی بسیار موثر و الیاف پلی پروپیلن به عنوان ماده ای برای بهبود مقاومت در برابر ترک خوردگی برای ساخت بتن استفاده شد. رفتار نمونه های بتنی با مقادیر متفاوت این افزودنیها بعد از قرارگیری در معرض حرارت بالا در قالب آزمایشات مقاومت کششی و فشاری مورد بررسی قرار گرفت. نمونه بتن شاهد برای مقایسه با سایر نمونه ها در نظر گرفته شد که مقاومت فشاری این نمونه30 مگاپاسکال بوده است. علاوه بر طرح اختلاط نمونه شاهد، 11 طرح اختلاط دیگر با الیاف پروپلین به میزان 05/0و 075/0 و 1/0 درصد از وزن بتن و میکروسیلیس به میزان 5 ،10 و 15 درصد وزن سیمان ساخته شد. نمونه ها به مدت یک ساعت در کوره در دمای 600 درجه سانتی گراد قرار داده شد. پس از سرد شدن، آزمایشات مقاومت فشاری و کششی بر روی نمونه ها انجام شد. نتایج حاصل از تحقیق نشان داد که ترکیب الیاف پلی پروپیلن و میکروسیلیس باعث افزایش مقاومت کششی شده که حداکثر این افزایش در مقایسه با نمونه شاهد 82% بوده است.حداکثر افزایش مقاومت فشاری نسبت به نمونه شاهد 4/63 % بوده است. بعد از قرارگیری در معرض حرارت، مقاومت کششی نمونه پیشنهادی در مقایسه با نمونه شاهد، 44% افزایش نشان داد.

در سال های اخیر ژیوپلیمر به عنوان یک عامل سیمانی جدید و دوستدار محیط زیست، به عنوان جایگزینی برای سیمان پرتلند مطرح شده است که می تواند منجر به کاهش مشکلات زیست محیطی ناشی از تولید سیمان پرتلند شود. بتن ژیوپلیمری الیافی به عنوان یک نوع از بتن های جدید با شکل پذیری بیشتر نسبت به بتن معمولی، شناخته می شود. در این پژوهش آزمایشگاهی، از دو نوع الیاف پلیمری شامل: الیاف پلی پروپلین و الیاف هیبریدی چهارگانه پلی الفین، برای ساخت بتن ژیوپلیمری الیافی استفاده شد. پس از انجام آزمایش های اولیه و انتخاب طرح اختلاط بتن ژیوپلیمری، نمونه های بتن ژیوپلیمری الیافی و فاقد الیاف ساخته و عمل آوری شد. سپس آزمون های جذب آب، مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیر مستقیم (برزیلین) و مقاومت خمشی سه نقطه ای از نمونه های بتن ژیوپلیمری گرفته شد. به منظور بررسی تاثیر الیاف بر مقاومت در برابر حرارت های بالا (200-800 درجه سانتی گراد) بتن ژیوپلیمری نیز آزمون های کاهش وزن و مقاومت فشاری بعد از مواجهه با دماهای بالا، از نمونه ها گرفته شد. نتایج نشان داد که الیاف سبب افزایش مقاومت فشاری، کششی و خمشی و کاهش جذب آب و وزن مخصوص نمونه ها در مقایسه با نمونه فاقد الیاف شده است اما استفاده از الیاف هیبریدی سبب بهبود قابل ملاحظه مقاومت های مکانیکی در مقایسه با الیاف ساده شد. همچنین استفاده از الیاف پلیمری اگرچه خطر کنده شدن لایه ای بتن را کاهش داد اما در مجموع، این الیاف تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقاومت حرارتی بتن ژیوپلیمری ندارند.

در دهه های اخیر بکارگیری بتن قلیافعال در سازه های دریایی با توجه به دارا بودن ویژگی های برتر در خواص مکانیکی و مقاومت حرارتی نسبت به بتن معمولی، مورد توجه دانشمندان علم مهندسی عمران قرار گرفته است. در این پژوهش آزمایشگاهی، یک طرح اختلاط از بتن معمولی با عیار سیمان 450 کیلوگرم بر متر مکعب ساخته شد. یک طرح اختلاط نیز از بتن قلیافعال بر پایه سرباره-کوره آهنگدازی ساخته شد تا میزان مقاومت فشاری بتن تحت دمای محیط و پس از اعمال حرارت 500 درجه سلسیوس، در سن عمل آوری90 روزه مورد مقایسه و ارزیابی قرار گیرد. در ادامه آزمون های طیف سنجی پراش اشعه ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) در سن عمل آوری 90 روزه در دمای محیط و تحت حرارت 500 درجه سلسیوس به منظور بررسی ریزساختاری و راستی آزمایی نتایج آزمون مقاومت فشاری، بر روی نمونه های بتنی انجام گرفت. نتایج حاصله بیانگر این مطلب است که، میزان مقاومت فشاری بتن در دمای محیط، برای بتن معمولی به مقدار 43/62 مگاپاسکال و برای بتن قلیافعال به مقدار 03/68 مگاپاسکال می باشد که اختلاف حدود 9 درصدی را با هم دارا هستند. با اعمال حرارت بالا به نمونه های بتنی، میزان افت مقاومت فشاری در بتن معمولی به مقدار 7/37 درصد و در بتن قلیافعال به میزان 4/16 درصد، کسب گردید. نتایج حاصل از آزمون-های XRD و SEM ضمن هماهنگی با یکدیگر، در همپوشانی با نتایج حاصل از آزمون مقاومت فشاری در دمای محیط و تحت حرارت بالا قرار گرفتند.

در پژوهش حاضر، 10 طرح اختلاط با درصدهای مختلف الیاف ساخته شده است. بتن الیافی ساخته شده از: الیاف فولادی، بارچیپ و ماکروسنتتیک بوده و ترکیب هر یک از الیاف های مختلف تحت بار انفجاری قرار گرفته و مقاومت بتن ومیزان خرابی هر نمونه با هر کدام از الیاف مذکور و به صورت ترکیبی در برابر انفجار به صورت آزمایشگاهی و میدانی بررسی شده است. همچنین مقاومت ویژه ی الکتریکی بتن الیافی هیبریدی در مقابل جریان الکتریکی ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که میزان تخریب بتن با الیاف ماکروسنتتیک در حدود 39\٪ بوده است، که نسبت به سایر نمونه ها، مقاومت بیشتری در برابر انفجار نشان داده است. همچنین مقاومت الکتریکی بتن با الیاف ماکروسنتتیک در مقایسه با بتن پایه 7 برابر افزایش نشان داده است، که در مناطق خورنده با نفوذ بالای یون کلراید به دلیل مقاومت الکتریکی بیشتر و در نتیجه نفوذپذیری کمتر، کاربرد ویژه یی داشته است.

مصرف بتن معمولی به دلیل آلودگی های محیط زیستی و دوام پایین در برابر محیط های شیمیایی خورنده همواره با چالش هایی مواجه بوده است. در این راستا بتن قلیافعال با خواص بالا و حداقل مضرات محیط زیستی نظر محققان را به خود جلب نموده است. در تحقیق آزمایشگاهی پیش رو، یک طرح اختلاط از بتن کنترل و سه طرح اختلاط از بتن قلیافعال سرباره ای حاوی 0، 4 و 8 درصد نانوسیلیس ساخته شد، طرح بهینه پس از انجام آزمون های مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته، از بین سه طرح از بتن قلیافعال انتخاب و با افزودن 1 و 2 درصد الیاف پلی الفین به آن، دو طرح دیگر (طرح 5 و6) ساخته شد. نمونه های بتنی در سن عمل آوری90 روزه در دمای اتاق و تحت حرارت بالا، مورد آزمون قرار گرفتند. اعمال حرارت موجب افت نتایج گردید بطوریکه، در طرح های بتن قلیافعال، بیشترین افت تحت آزمون مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته به ترتیب به میزان 16، 21 و 42 درصد در طرح2 بدست آمد. تصاویر الکترونی روبشی (SEM) از ریزساختار بتن در تفسیر نتایج حاصله از تمام آزمون ها در همپوشانی و هماهنگی قرار گرفت.

در سال های اخیر، پیشرفت در زمینه تکنولوژی بتن به تولید بتن فوق توانمند الیافی و توانمند منتج شده است. دو خصوصیت اصلی بدنه سیمانی با مقاومت فشاری بیش از 150 مگاپاسکال و دارا بودن رفتار شکل پذیر به دلیل وجود الیاف، بتن فوق توانمند را از انواع دیگر بارز می کند. سازه های بتنی در طول عمر خود شرایط مختلف دمایی را تجربه می کنند و این موارد بر روی خصوصیات مکانیکی و دوام بتن اثر مستقیم دارد. این اثرات می تواند شامل تغییرات دمایی جوی طبیعی یا شرایط غیرطبیعی مانند آتش سوزی باشد. از این رو بررسی اثرات دما بر روی بتن بخصوص بتن فوق توانمند که انتظار مقاومت بالایی از آن می رود، بسیار مهم می باشد. در این تحقیق ویژگی های حرارتی یک نوع بتن فوق توانمند مسلح با الیاف فولادی با محاسبه ضریب انبساط حرارتی و مقاومت در برابر حرارت بالا بررسی شده است. ضریب انبساط حرارتی بتن فوق توانمند بیش از بتن توانمند و مقادیر گزارش شده برای بتن معمولی می باشد. در آزمایش حرارتی در نمونه های خشک نشده با افزایش دما به 400 درجه سانتی گراد از مقاومت نمونه ها کاسته شده است. در نمونه های خشک شده حساسیت بتن فوق توانمند نسبت به حرارت بیش از بتن توانمند می باشد.

بتن با مقاومت و کیفیت بالا به عنوان یک ماده اقتصادی و موثر در تکنولوژی بتن ، رشد قابل توجهی در صنعت ساختمان داشته است . اجزا سازنده بتن و اندرکنش بین آن ، نقش تعیین کننده ای در تبیین خواص مکانیکی بر عهده دارد؛ لذا با شناخت صحیح این ارتباط می توان به انتخاب مناسب نوع و مقدار مصالح ، جهت ساخت بتن با رفتاری مناسب در مقابل نیرو های وارده، دست یافت . یکی از روش های موثر در تعیین رفتار دقیق تیر های بتن آرمه از مرحله صفر بارگذاری تا مرحله انهدام و محاسبه بار های ترک خوردگی، تسلیم و مقاومت نهائی، استفاده از روش المان های محدود غیرخطی می باشد. مزیت این روش آن است که می توان رفتار تیر را در کلیه مراحل بارگذاری و نقاط تیر، مورد بررسی قرار داد. در این روش، هندسه تیر توسط یک سری المان چهار گرهی معرفی شده و به کمک آنالیز غیرخطی مقادیر کرنش، تنش و تغییر مکان ها در نقاط مختلف تیر تعیین می شود. در این مقاله سعی شده است به کمک روش المان های محدود، رفتار تیرهای بتن آرمه با بتن مقاومت بالا که قبلا در آزمایشگاه مورد آزمایش قرار گرفته است، بررسی شده و پارامترهای موثر بر رفتار این گونه تیرها تعیین شود. نتایج به دست آمده از مطالعات پارامتریک نشان می دهد که نتایج آنالیز غیرخطی انطباق خوبی با اطلاعات آزمایشگاهی موجود دارد.