سیستم ICF, مقالات

مقاومت در برابر نفوذ بالستیک سازه های ICF

مقاله مقاومت در برابر نفوذ بالستیک در سازه های ICF

فهرست مطالب

بلوک‌های قالب بتنی عایق‌شده با پرکننده‌های مختلف در نوبت های مکرر در معرض گلوله‌های یک تفنگ تهاجمی AK47 قرار گرفتند. خرده شیشه و سنگدانه 20-5 میلی متری بدون سوراخ شدگی کامل پس از شلیک های مکرر عملکرد خوبی داشتند. مشاهده شد که فوم عایق در به حداقل رساندن خرد شدگی و ریزش بتن و بهبود مقاومت بالستیک آن بسیار موثر عمل می کند.

1) معرفی

 
قالب بتن عایق (ICF) یک سیستم ساختمانی است که برای سازه بتن درجا قالب بندی فراهم می کند. در این روش قالب به عنوان عایق حرارتی و به طور دائم در محل باقی می ماند. اساسا ICF از دو جداره نازک بلوک پلی استایرن منبسط شده (EPS) تشکیل شده است که روی هم چیده می شوند تا دیوار ساختمان را ایجاد کنند. سپس قالب ها با بتن پر می شود تا سازه ای آماده برای پذیرش بار کف یا سقف ایجاد شود. سپس قالب در جای خود باقی می ماند تا ضمن فراهم کردن سطحی یکنواخت برای استفاده مستقیم از انواع سیستم های پوشش و نما، عایق حرارتی برای دیوارهای ساختمان ایجاد کند. مانع اصلی برای استفاده گسترده‌تر از این سیستم در بریتانیا، عدم تمایل به دور شدن از روش‌های سنتی‌تر ساخت و ساز و باور مردم به هزینه بالاتر آن است (اگرچه در واقعیت هزینه کل از جمله نیروی کار مشابه دیوارهای بنایی و اسکلت چوبی است).
ICF در بریتانیا نسبتاً جدید است، اما از زمان معرفی آن در دهه 1960 به عنوان یک روش اصلی ساخت و ساز در آلمان، فرانسه، ایالات متحده آمریکا و کانادا تثبیت شده است. از این سیستم برای ساخت همه انواع ساختمان ها استفاده شده است، اما کاربرد اصلی آن در حوزه مسکونی بوده و نشان داده است که یک روش ساخت و ساز قوی و مقرون به صرفه است.
یکی از مزایای مهم ICF امنیت و یکپارچگی آن در شرایط بارهای طبیعی شدید مانند طوفان و گردباد است. این امر محققین را بر آن داشته تا عملکرد آن را در برابر موقعیت‌های بارگذاری شدید توسط انسان بررسی کنند. برخی تحقیقات محدود حول مقاومت ICF در برابر انفجار انجام شده است و استفاده محدودی نیز از آن در تاسیسات نظامی و ساختمان های آسیب پذیر در برابر حملات انفجاری تروریستی و سایر منابع وجود داشته است (برای مثال از این سازه برای ساخت مرکز فرماندهی متفقین در افغانستان استفاده شد).
در ایالات متحده، ICF در حال تبدیل شدن به سازه ای ویژه برای ساختمان های عمومی که در آن خطر حملات تروریستی انفجاری وجود دارد، می باشد. سنگر محبوب هسکو که به طور گسترده در افغانستان استفاده می شود از این مشکل که این سنگر ها به عنوان آهن قراضه دارای ارزش هستند، رنج می برد. بنابراین، سازه های حفاظتی ساخته شده توسط ارتش بریتانیا برای پلیس افغانستان در حال برچیده شدن و فروش به دلیل ارزش آهن آن است. ICF به عنوان یک ماده قراضه ارزشی ندارد و بنابراین سازه های ICF از این مشکل رنج نمی برند. این درحالیست که ICF به عنوان ماده خام ارزشی نداشته و از این نظر مسئله ای ندارد.
یکی از کاربردهای احتمالی ICF در آینده این است که با توجه به مکانیزم درهم تنیده سبک وزن و آسان آن، می توان از آن به عنوان سنگر های موقت یا سازه های محافظ که نه لزوماً با بتن، بلکه با سایر مواد مانند ماسه یا شن پر شده اند، استفاده کرد.
ضخامت ایمن متناسب با مواد پرکننده رایج جهت محافظت در برابر آتش سلاح های کوچک در جدول 1 آورده شده است.

2) برنامه آزمایشگاهی

نمونه های بلوک های ICF (مثالی رایج در شکل 1 نشان داده شده است)، به طول 493 میلی متر، عرض خارجی 298 میلی متر، عرض داخلی 159 میلی متر و ارتفاع 406 میلی متر ، با صفحات انتهایی نصب شده و با مواد ذکر شده در ذیل پر شده اند.

  • بتن با مقاومت متوسط 40 مگاپاسکال
  • بتن با مقاومت متوسط 30 مگاپاسکال
  • خاک سطحی
  • و ماسه ریز
  • شن درشت
  • سنگدانه با قطر 5-20 میلی متر
  • خرده شیشه
  • تراشه های لاستیکی

در این آزمایش بلوک های ICF به طور دستی و با استفاده از بیل پر شدند. به علاوه بتن نیز با یک پوکر ارتعاشی متراکم شد.

شکل 1: بلوک ICF رایج

بتن به مدت 28 روز عمل آوری شد و سپس نمونه ها روی پایه ای در برد آزمایشی سلاح کوچک قرار گرفتند. مهمات مورد استفاده گلوله 7/62 میلی متری AK 47  بود که فراوان ترین گلوله موجود در جهان امروز است. اسلحه که بر روی پایه ای در فاصله 10 متری هدف قرار داشت، شلیک شد. هر گلوله در مرکز هدف، مکرراً در همان نقطه هدف شلیک می‌شد (با اجتناب از جداکننده‌های پلاستیکی سیاه رنگ درون بلوک‌های ICF).

3) نتایج

نتایج آزمایشات اولیه با استفاده از گلوله استاندارد در جدول 2 نشان داده شده است.

سرعت ورود و خروج گلوله (در صورت وقوع)  از اهداف ثبت و در جدول 3 نشان داده شده است. پس از آزمایش اولیه، مهمات به گلوله های فولادی تغییر یافته است. برای ارزیابی اثر پلی استایرن، یک بلوک بتن ریخته شد و پلی استایرن پس از عمل آوری بتن برداشته شد. نتایج در جدول 4 نشان داده شده است.

به منظور بهبود مقاومت مواد با عملکرد ضعیف، یک صفحه فولادی با ضخامت 5 میلی متر در وجه جلوی بلوک ICF پر شده قرار داده شد. این امر علاوه بر کاهش سرعت گلوله، باعث افزایش “غلت زدن” گلوله هنگام عبور از مواد موجود در بلوک می شود. نتایج در جدول 5 نشان داده شده است.

4) بررسی نتایج

خاک سطحی، ماسه ریز، ماسه درشت و تراشه های لاستیکی مطابق انتظار عمل کردند، با ضخامت 159 میلی متر در مقایسه با ضخامت ایمن 750 میلی متر. سنگدانه درشت و خرده شیشه بدون هیچ نشانه ای از نفوذ کامل عملکرد خوبی داشتند. در مطالعات قبلی (Irenmonger، 1995) نشان داده شده است که سنگدانه ها پس از سوراخ شدن با گلوله، دچار خود فشردگی می شوند، که نشان دهنده عنصر خود ترمیمی است.
برخورد بالستیک روی بتن دو اثر ایجاد می کند. ضربه فشاری اولیه منجر به شکستگی شعاعی و گود شدگی دایره ای شکل قسمت جلویی می شود. موج فشاری نیز از قسمت پشتی منعکس می شود و باعث گسیختگی کششی و پوسته شدن سطح می شود. به نظر می رسد ICF از جدا شدن بتن پوسته شده جلوگیری می کند، بنابراین عملکرد بتن در برابر چند ضربه را در مقایسه با بتن ساده بهبود می بخشد. شکل 2 نمای جلوی نمونه بتن ساده را پس از سه دور شلیک و شکل 3 که نمای جلوی نمونه بتن ICF را پس از سه دور شلیک نشان می دهد.

شکل 2: عکس جلوی بتن 30 مگاپاسکال (ارتفاع 400 میلی متر) بدون ICF پس از سه دور شلیک که خرد شدگی بتن قابل توجهی را نشان می دهد.
شکل 3: عکس از جلوی بتن 30 مگاپاسکال با ICF (ارتفاع 400 میلی متر) پس از سه دور شلیک بدون خرد شدگی نمایان بتن

همانطور که در جدول 3 نشان داده شده است، به نظر می رسد که همه مواد ریز دانه، گلوله را به درجات مختلف کند می کنند. در این میان، ماسه ریز کمترین اثر را دارد. افزودن یک صفحه فولادی عملکرد را بهبود بخشید اما از نفوذ کامل به خاک سطحی و نمونه های تراشه لاستیکی جلوگیری نکرد.
5) جمع بندی
ICF پر شده با مواد دانه ای (سنگدانه 5 تا 20 میلی متر، خرده شیشه) پتانسیل ایجاد یک مانع بالستیکی مناسب با زمان ساخت بسیار کوتاه را دارد. در مقیاس دائمی تر، ساختمان های ساخته شده از ICF و بتن با جلوگیری از نفوذ گلوله و پوسته پوسته شدن بتن، حفاظت بالستیکی بسیار خوبی را از خود نشان می دهد.
حوزه های بررسی بیشتر عبارتند از: تجزیه و تحلیل اجزای محدود برای نشان دادن انتشار موج تنش و اثر ترکیبات مختلف مواد. اثر سلاح های مختلف؛ پیوند بین بتن و قالب ICF؛ و خواص جذب انرژی ICF.
گرد آورنده: مهندس  محمدرضا رمضانی 
ترجمه : خانم مهندس مهسا سادات طباطبایی
[std alias=”systemicf_10″]

Whatsapp


Aparat


Telegram


Instagram


Envelope

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.