تاثیر میدان مغناطیسی بر روی مقاومت فشاری بتن ریزدانه (مقاله ترجمه شده)

چکیده

بررسی به منظور کشف امکان استفاده از میدان مغناطیسی متناوب (AMF) به منظور افزایش مقاومت فشاری و ابداع یک سیستم محرک جدید در سازه های هوشمند انجام پذیرفت. از این رو، چندین آزمایش در مقایس کوچک بر روی نمونه های مکعبی ریزدانه انجام شد، که در آن ها از اثر AMF با چگالی 0.5 تسلا (T) و فرکانس 50 Hz به منظور آماده سازی مخلوط بتنی استفاده شد و مقاوممت فشاری بتن سخت شده اندازه گیری شد. علاوه بر این، نقش AMF اعمالی به مخلوط بتنی آماده شده در تغییر رفتار آن مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور قرار دادن نمونه ها در معرض AMF، یک مدار مغناطیسی ویژه طراحی گردید. اما، قرارگیری بتن در معرض آن سبب افزایش مقاومت آن به میزان 7.78 درصد شد. مزایای این اثر از نقطه نظرهای تئوری گوناگون مورد بحث قرار گرفت. این طور نتیجه گیری شد که این روش می تواند به عنوان پایه ای برای کنترل رفتار سازه های بتنی هوشمند در مقیاس بزرگ و در زمان حقیقی، از طریق تنظیم سختی اعضا توسط AMF مورد استفاده قرار گیرد. در نهایت، امکان استفاده از این روش برای سازه های RC در مقیاس بزرگ توضیح داده شده و یک مثال گرافیکی ارائه گردید.

مقدمه

افزایش استحکام سازه های بتنی در مهندسی سازه مسئله ای حیاتی است که منجر به بررسی روش های مختلفی مانند ساخت سازه های هوشمند در برابر نیروهای دینامیکی و بهبود خواص فیزیکی بتن شده است. برای دستیابی به این هدف روش های مختلفی مانند استفاده از افزودنی های شیمیایی و مواد ریزدانه به نام ریزذرات به صورت گسترده ای مورد  بررسی قرار گرفته است (به عنوان مثال [1](. اخیراً، به منظور بهبود مشخصات بتن استفاده از الکترومغناطیس ها به شکل گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.

در سازه های هوشمند الکترومغناطیس ها عمدتاً جهت نظارت بر عملکرد سازه [2و3] مورد استفاده قرار گرفته است. سازه های هوشمند عبارتند از برخی از سنسورها و سیستم های هوشمند متشکل از موادی مانند فیبرهای نوری (FOs) [4-6]، فیزوالکتریک ها [7-9]،  مواد مغناطیس رئولوژیکی (MR) [10-11]، مواد الکترو رئولوژیکی (ER) [12،13)، آلیاژهای حافظه شکل (حالت) (SMAs) [14و15]. عکلکرد چنین سازه های وابسته به خواص مواد هوشمند دارد. این فناوری ها برای کاربردهایی مانند تشخیص آسیب، کنترل حالت [16 و 17]، کنترل صدا و صوت [19و18]، نظارت بر سلامت [20و21]، کنترل ارتعاش [22و23] و جمع آوری انرژی [24و25] مورد استفاده قرار گرفته اند. با این حال، این روش ها، دارای کاستی های خود می باشند برای مثال موفقیت آمیز نبودن در مراحل اولیه آسیب ها، دشواری نصب سنسورها، کاهش ظرفیت باربری اعضا به دلیل جایگیر بودن، تمایز میان سیستم باربری و سنسور [26].

ضرورت تحقیق

روش های متفاومتی برای بهبود خواص فیزیکی بتن ارائه شده است. با این حال، نویسندگان معتقدند که اثر اعمال مستقیم میدان مغناطیسی به بتن بر روی مشخصات مکانیکی آن نظیر استفاده از میدان مغناطیسی در کنترل رفتار سازه ای بتن در زمان حقیقی مورد بررسی قرار نگرفته است. از این رو، تحقیق حاضر برای اولین بار مسائل فوق را مورد بررسی قرار می دهد. نتایج چنین بررسی هایی را می توان در کنترل رفتار حقیقی سازه های هوشمند مورد استفاده قرار داد، و دارای مزایای اقتصادی و عملی نسبت به برخی از روش های موجود مانند عدم نیاز به نصب سیستم های دیسکی در بتن خواهد بود.

بررسی تجربی

مواد

در طی تحقیقات AMF مورد استفاده دارای فرکانس 50 Hz با دامنه 0.5 T بود. سیمان مورد استفاده در تمامی تحقیقات سیمان پورتلند معمولی بوده که خواص فیزیکی و شیمیایی آن در جدول 1 ارائه شده است. دانه بندی مورد استفاده ماسه رودخانه ای با حداکثر اندازه ذرات 2.36 میلیمتر بود (0.093 اینچ). به منظور افزایش کارایی نمونه ها، تمامی نمونه ها با استفاده از مقدار برابری از فوق روان کننده ها تهیه شدند. آب مورد استفاده در مخلوط آب آشامیدنی بود. جهت اجتناب از میزان بالای نشت مغناطیسی به دلیل نفوذپذیری مغناطیسی بالای مواد فولادی، و تقریباً برای تمامی شار مغناطیسی عبوری از بتن تازه در قالب ها، ضخامت قالب های پلاستیکی تمامی نمونه ها برابر با 3 میلیمتر (0.12 اینچ) بود.

نتایج و بحث

نتایج تجربی و بحث

در زمانی که نمونه های PrM در معرض AMFقرار گرفته بودند، حرکت لرزشی اندکی در قالب های بتن ریز دانه تازه مشاهده گردید. این لرزش ها ممکن است ناشی از وجود ذرات باردار در سنگدانه ها و/ یا سیمان باشد.

نتایج مقایسه مقدار متوسط مقاومت فشاری نمونه ها در جدول 5 ارائه شده است. افزایش مقاومت فشاری تمامی نمونه ها در شکل 6 نمایش داده شده است. با در نظر گرفتن نتایج NMو PrM می توان مشاهده نمود که حداکثر تفاوت مقاومت میان آن ها حدود 1 درصد بوده است. بنابراین، به نظر می رسد که مغناطیسه کردن نمونه های بتنی آماده اثر اندکی بر روی رفتار بتن داشته است.

نتیجه گیری

بر اساس نتایج حاصله از این مطالعه اکتشافی تحت اثر AMF با فرکانس 50 Hz و نیروی 0.5 T بر روی مقاومت فشاری بتن، نتایج زیر به دست می آیند:

اعمال AMFبه مخلوط بتنی آماده دارای اثرات فرعی (جنبی) بر روی فشار می باشد.

قرار دادن بتن سخت شده در معرض AMF مقاومت فشاری آن را به میزان 7.77 درصد افزایش می دهد.

نتایج مربوط به اثر اعمال AMF به بتن سخت شده می تواند منجر به ایجاد روشی جدید برای کنترل رفتار سازه های بتنی در مقیاس بزرگ و در زمان حقیقی از طریق تنظیم سختی و دوام برخی از اعضای سازه ای ویژه، با استفاده از AMFدر زمانی گردد که نیروهای دینامیکی قدرتمندی اتفاق می افتند.

استفاده از این روش برای سازه های بتنی هوشمند در برابر روش های موجود دارای مزایایی می باشد که عبارتند از: ارزان بودن، عدم نیاز به قرار دادن محرک در بتن، و عدم کاهش میزان ظرفیت باربری اعضا به دلیل نصب محرک.

این مقاله ISI در سال 2017 در نشریه الزویر و در مجله ساخت و ساز و مصالح ساختمانی ،توسط گروه مهندسی عمران منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله تاثیر میدان مغناطیسی بر روی مقاومت فشاری بتن ریزدانه در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.