مقاله در مورد بتن بازیافتی

بخشی از مقاله

بتن بازیافتی

مقدمه
امروزه استفاده از بتن هاي بازيافتي به يكي از مهم ترين مسائل تبديل شده است و اقتصاد توجه زيادي به استفاده از بتن با دانه بندي بازيافتي (RAC) دارد.
تخمين زده شده است كه نزديك به 150 ميليون تن قلوه سنگ براي شن و ماسه بتن ساليانه در ايالات متحده توليد مي شود و به مصرف مي رسد. حال اگر اين حجم بالاي مصالح سنگي مي توانست از مصالح گذشته بازيافت شود ديگر معادن شن و ماسه به سرعت رو به كاهش نمي

رفت. بنابراين استفاده از بتن سازه هاي فرسوده جهت ساختن بتن با دانه بندي بازيافتي شايد نتوان كه به طور كامل در نگه داشتن ذخاير و منابع طبيعي كمك كند ولي مي تواند از هدررفتن يك حجم بزرگي از اين منابع خدادادي كمك كند. همچنين استفاده از بتنهاي RAC به تخريب نشدن محيط زيست نيز كمك بزرگي خواهد كرد.

استفاده از بتن هاي بازيافتي از سازه هاي قديمي در دهه هاي گذشته منافعي را براي انسانها به دنبال داشته است. براي مثال در سال 1980بخش حمل و نقل مينسولتا (Minnesolta) 16 مايل از يك مسير مسطح را با بتن بازيافتي پوشاند و بعد از آن تخمين زده شد كه تقريباً در اين پروژه حدود 600 هزار دلار صرفه جويي شده است.

بسمه تعالي
بخش اول:
مقاومت بتن بازيافتي در برابر سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن
اين مقاله به بررسي مقاومت بتن با دانه هاي بازيافتي (Recycled Aggregate Concrete) در برابر سيكلهاي يخ زدن و ذوب شدن مي پردازد و آن را با بتنهاي طبيعي (معمولي) (Natural Aggregate Concrete) مقايسه مي‌كند. اين بررسي ها و نتايج حاصل يك سري آزمايشات علمي است كه در آزمايشگاه صورت گرفته است.

سه حالت مختلف براي مقايسه بتنهاي RAC و NAC درنظر گرفته مي شود:
حالت يكم (Case I): استفاده از يك نسبت آب به سيمان متوسط با مقدار 0.47 را مورد رسيدگي قرار مي دهد (base Mixture) كه براي RAC و NAC استفاده مي شود.
حالت دوم (Case II): در اين حالت با كم كردن نسبت آب به سيمان از 0.47 به 0.29 حالتي را پديد مي آورد كه متفاوت از حالت اول خواهد بود كه به آن بتن با عملكرد بالا گويند. (Concrete High-Performance)

حالت سوم (Case III): با اضافه كردن %5 مواد هوازا به بتن اصلي (base Mixture) اين حالت را پديد مي آوريم.
عملكرد بتن RAC (بتن بازيافتي) در حالتهاي I و II به دليل استفاده از دانه هاي بازيافتي خوب نخواهد بود. اين نتيجه با بتن NAC مقايسه مي شود كه به دوام كامل رسيده است و نهايتاً نتيجه گرفته مي شود كه اگر در بتن RAC از مواد هوازا استفاده شود دوام بتن RAC به اندازه بتن NAC خواهد شد.

مقدمه :
امروزه استفاده از بتن هاي بازيافتي به يكي از مهمترين مسائل تبديل شده است و اقتصاد توجه زيادي به استفاده از بتن بازيافتي (RAC) دارد.
تخمين زده شده است كه نزديك 150 ميليون تن قلوه سنگ براي تهيه سنگدانه هاي بتن ساليانه در ايالات متحده آمريكا توليد مي شود و به مصرف مي رسد. حال اگر اين حجم بالاي مصالح سنگي مي توانست از مصالح گذشته و قديمي بازيافت شود ديگر معادن شن و ماسه رو به كاهش و نابودي نمي رفت.

بنابراين استفاده از بتن سازه هاي فرسوده و راهها كه عمر مفيد خود را كرده اند جهت ساختن بتن با دانه هاي بازيافتي شايد نتواند كه به طور كامل در نگه داشتن ذخاير و منابع طبيعي كمك كند ولي مي تواند كه از هدر رفتن يك حجم بزرگي از اين منابع خدادادي كمك كند. همچنين استفاده از بتنهاي RAC به تخريب نشدن محيط زيست نيز كمك بزرگي خواهد كرد.

استفاده از بتن هاي بازيافتي با تخريب بتن هاي فرسوده در دهه هاي گذشته منافعي را براي انسانها به دنبال داشته است. به عنوان مثال در سال 1980 بخش حمل و نقل مينسوتا (Minnesota) توانست 19 مايل از يك مسير مسطح را با بتن بازيافتي بپوشاند و تقريباً 600 هزار دلار صرفه جويي اقتصادي داشته باشد.

اهميت تحقيق:
بازيافت بتن سيماني (Portland Cement Concrete) و تهيه يك بتن مناسب از مصالح بازيافتي به يك مطالعه كامل و جامع در رابطه با مشخصات فيزيكي مصالح و عملكرد دوام (durability concrete) نياز دارد.
هرچند اطلاعات زيادي در رابطه با عملكرد دوام بتن سيماني (PCC) در دست است اما با اين حال اين اطلاعات نمي تواند به خوبي عملكرد دوام بتن را براي ما آشكار كند، زيرا محدوديتها و تناقضات در نتايج آزمايشات انجام شده وجود دارد. بنابراين واضح است كه گستره استفاده از بتن با دانه هاي بازيافتي (RAC) نيازمند تحقيقات وسيع به منظور انتقال دادن شفاف

شرايط ساختاري موادي كه ممكن است بر دوام و مقاومت بتني در برابر يخبندان تأثير كند.

اهداف:
بر طبق كميته ACI شماره 201 (ACI Committee 201)، دوام بتن سيماني (PCC) اينگونه تعريف مي شود كه توانايي مقاومت كردن در برابر عوامل جوي (Weathering faction)، مواد شيميايي، ساييدگي يا ديگر مسايلي كه باعث تخريب مي شود. يك بتن بازيافتي (RAC) مقاوم مانند بتن طبيعي (NAC) بايد بتواند شكل خود را حفظ كند، كيفيت خودش را از دست ندهد و كارآيي خود را از لحاظ سرويس دهي در سرتاسر عمر طراحي سازه حفظ كند.

بيوك (BUCK) متوجه شد كه اختلاف بين مقاومت در برابر ذوب شدن و يخ زدن بتن اصلي (بتني كه بتن RAC از آن مشتق مي شود.) و بتن RAC كه از بتن خرد شده در آزمايشگاه تهيه شده است زياد نيست.
مالهرون و اُماهوني (Malheron and Omahony) گزارش كردند كه بتن ساخته شده از دانه هاي كه بتن ساخته شده از دانه هاي بازيافتي در آزمايشگاه از نظر مقاومت در برابر ذوب شدن و يخ زدن مشابه يا بهتر از بتن ساخته شده با دانه هاي معمولي (Conventional aggregates) با همان طرح اختلاط هستند.

برخلاف مالهرون و اُماهوني دو دانشمند ديگر به نامهاي نيشيباياشي و يامورا (Nishibayashi & Yamura) گزارش كردند كه مقاومت در برابر ذوب شدن و يخ زدن بتن RAC بطور قابل توجهي نسبت به بتن نرمال پايين است و حتي به وسيله استفاده از مواد هوازا در آن (Case III) نيز افزايش نمي يابد.
همانطور كه ملاحظه مي كنيم سه نظريه داده شده با هم اختلاف دارند. بنابراين نياز به تحقيق و مطالعه زياد در باره فاكتورهاي اوليه داريم با بتوانيم عملكرد بتن RAC را در مقابل ذوب شدن و يخ زدن و ديگر عوامل را بفهميم.

برنامه تجربي:
مصالح (Materials):
از سيمان پرتلند تيپ I برطبق ASTMC 150 براي طرح اختلاط بتنهاي RAC و NAC استفاده مي شود. در هر دو بتن از سنگدانه هاي خوب استفاده مي شود و سنگدانه هايي كه در بتن NAC مورد استفاده قرار مي گيرد بايد از نوع خشن و زبر باشد مطابق ASTMC33 (كميته C33 يكي از كميته هاي مؤسسه ASTM است كه روي خصوصيات مصالح شن و ماسه تحقيق مي كند. جداول 1 و 2 از استاندارد فوق الذكر اقتباس شده است و محدوده مجاز شن و ماسه مصرفي را مشخص مي كند.)

خاكستر بادي (Fly ash):
خاكستر بادي كه مورد استفاده قرار مي گيرد بر طبق ASTM 618 بايد از نوع F باشد.
خاكستر بادي در هر دو بتن RAC و NAC مورد استفاده قرار مي گيرد و در طرح اختلاف بايد مصرف گردد.

آب:
آب مورد نياز براي اختلاط بر طبق ASTMC494 مورد نياز است براي انواع A و F.


تركيبات شيميايي:
تركيبات شيميايي شامل سوفونات نفتالين فرمالدئين شده است. (Sulfonated naphthalene Formal) دانه هاي بازيافتي به وسيله خرد كردن نمونه هاي قديمي استوانه اي كه در آزمايشات قبلي در آزمايشگاه مورد استفا

ده قرار گرفته است تهيه شده است. ابعاد خرد شده (12in×6) 305mm×152 مي‌باشد.
روش خرد كردن به اين ترتيب است كه ابتدا هركدام از نمونه هاي بتني استوانه‌اي را به دو قسمت تبديل مي كنند سپس در داخل دستگاه خردكننده مي‌اندازند. دستگاه آرواره هايي كه اين آرواره ها به ميزان 1in باز و بسته مي‌شوند. با باز شدن و بسته شدن آرواره هاي دستگاه نمونه ها خرد مي‌شوند. سپس به وسيله يك سرند كه به صورت اتوماتيك حركت مي كند (Sieve Shaker) دانه هاي خرد شده به چهار اندازه مختلف تقسيم مي شوند و براي تهيه بتن RAC آماده مي شود بر طبق ASTMC33.

لازم به تذكر است كه دانه هاي بازيافتي و دانه هاي طبيعي در تهيه بتن RAC و NAC به صورت خشك مورد استفاده قرار مي گيرند.
اختلاط بتن:
همه طرحهاي اختلاطي كه در اين تحقيق مورد استفاده قرار مي گيرند قابل استفاده كردن در روش حجم مطلق است. جدول شمارة 1 سهم اختلاط هر يك از عناصر در طرح را براي هر دو بتن NAC و RAC مشخص كرده است. همانطور كه در جدول مشاهده مي شود نسبت آب به سيمان حالت II در مقايسه با حا

حالت III نيز با اضافه كردن %5 مواد هوازا به طرح اختلاط با حالتهاي I و II كاملاً متفاوت شده است.
توضيح در بارة طرح اختلاط بتن بر طبق ACI211:
طرح مخلوط بتني به اين مفهوم است كه به چه نسبتي اجزاء بتن (سيمان – آب – شن و ماسه) را مخلوط كنيم تا بتن ساخته شده به خواص مشخصي دست يابد. معمولاً در طرح مخلوط بتن سه مسئله مطرح است:
1- رسيدن به مقاومت مورد نظر.
2- تأمين دوام كافي.

3- رسيدن به اسلامپ مورد نظر.
موارد يكم و دوم به بتن سخت شده و مورد سوم به بتن تازه مربوط مي شود.
در مورد دوم بايد توجه كرد كه دوام كافي براي هر بتني به شرايط محيطي كه آن بتن در معرض آن قرار خواهد گرفت، بستگي دارد.
عامل مخرب براي بتني كه در محيط سولفاتي قرار گرفته با بتني كه در ساحل دريا و در تماس با آب دريا قرار گرفته، متفاوت خواهد بود و عامل مخرب براي بتني كه در معرض يخ زدن و آب (ذوب) شدن متوالي قرار گرفته، با دو مورد قبلي (كه مورد بحث ما نيز است) تفاوت خواهد داشت.
بنابراين در يك طرح مخلوط مناسب، تأثير هر يك از عوامل مخرب محيطي در

جاي مناسب درنظر گرفته شده و تدابير مناسب جهت تأمين دوام كافي، اتخاذ خواهد گرديد.
قابل ذكر است كه اكثر روشهاي طراحي مخلوط بتن بر اساس خواص مصالحي كه در هر منطقه يا هر كشور موجود بود تنظيم شده و طبعاً كاربرد آنها در يك منطقه ديگر چندان دقيق نخواهد بود.
آيين نامه آمريكا يا ACI از اين مزيت برخوردار است كه در مراحل پاياني طرح، با ساخت يك نمونه آزمايشگاهي و انجام چند آزمايش ساده روي اين نمونه، نتايج مراحل قبلي را اصلاح كرده و به اين ترتيب تأثير خواص ويژه مصالح هر منطقه را به نحو مناسب، در نتايج طراحي دخالت مي دهد.
آزمايش ذوب شدن و يخ زدن:

مقاومت بتن در برابر ذوب شدن و يخ زدن به وسيله نمونه منشوري مطابق ASTMC666، روش A، تعيين مي شود.
سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن به اين ترتيب است كه ابتدا درجه نمونه بتني منشوري از به كاهش و سپس از به ( به ) افزايش مي يابد.
بعد از 14 روز كه از عمل آوردن (Curing) نمونه ها در محيط مرطوب استاندارد گذشت (همانطور كه در روش آزمايش مشخص شده) سه نمونه از هر اختلاط وزن و براي فركانس عرضي اصلي (Frequency Fundamental Transvers) آزمايش مي شود برطبق ASTM215.

نمونه ها مورد آزمايش قرار مي گيرند براي فركانس هاي بسامد افزار (پرطنين) و هر 36 بار كه سيكل ذوب شدن و يخ زدن صورت گرفت وزن مي شوند اين كار ادامه دارد تا وقتي كه سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن به 300 مرتبه برسد يا مربع مقدار فركانس عرضي اصلي كمتر از %60 مقدار فركانس عرضي آغازين برسد.

مراقبت از بتن:
چون در بالا از نگهداري (Curing) 14 روزه بتن صحبت شد در اينجا چند سطري در بارة عمل آوردن بتن (نگهداري) توضيح مي دهيم.
به عمل آوردن بتن يا مراقبت از بتن مراقبتي است كه سازنده بتن بايد در طول 7 الي 10 روز اول از بتن به عمل آورد. (كه در اين آزمايش 14 روز مراقبت لازم است.)
در مراقبت از بتن بايد به دو مسئله مورد توجه باشد:
الف) رطوبت كافي و مناسب.
ب) دماي خوب و كافي.

كنترل دما در هواي معمولي چندان ضروري نيست، ولي در هواي بسيار گرم و يا در هواي سردتر از 4 درجه سانتي گراد بايد تدابير ويژه اي اتخاذ شود.
روشهاي مراقبت شامل موارد زير است:
الف) روشهايي كه حضور آب در كنار بتن تأمين مي شود كه به قرار زير است:
1- ايجاد بركه آب

2- ايجاد مه (آب پاشي)
3- استفاده از پوششهاي خيس نظير گوني
4- استفاده از كاغذهاي نفوذناپذير
5- استفاده از پوششهاي نايلوني
6- استفاده از مواد محافظ
7- قالبهاي در جا نگهداشته شده
ب) روشهايي كه با ايجاد حرارت زياد همراه با رطوبت كافي، گيرش بتن را تسريع مي كند:
1- استفاده از جريان بخار آب.
2- استفاده از بخار آب همراه با فشار.

نتايج:
مشخصات مصالح دانه اي بازيافتي:
دانه بندي دانه هاي بازيافتي:
دانه بندي دانه هاي بازيافتي كه در محدودة مجاز از لحاظ ابعاد قرار دارند براي دانه بندي خاصي كه توسط ASTMC33 مشخص مي شود در شكل زير نشان داده شده است.
شكل 1- نمودار محدودة مجاز دانه هاي درشت در بتن بازيافتي برطبق ASTM
براي مشخص كردن بهترين تركيب دانه بندي به اين ترتيب عمل مي كنيم كه از ميان نقاط موجود در شكل 1 يك نقطه را انتخاب كرده كه بهترين شرايط دانه بندي را داشته و با شرايط ASTM نيز مطابق باشد. اين كار چندان مشكلي نيست.

شكل و بافت:
دانه هاي بازيافتي داراي لبه هاي معين و زاويه دار در شكل هستند بطوري كه نتيجه اين مطلب يك نسبت سطح به حجم بالايي مي شود.
به دليل وجود چسب ملات قديمي در سطح دانه هاي بازيافتي بافت سطح اين دانه ها ناصاف و داراي خلل و فرج است. آزمايش فيزيكي براي سنجيدن زاويه داري دانه هاي بازيافتي صورت نگرفته است. ولي به صورت چشمي و ديداري رده بندي مي شود كه

دانه هاي بازيافتي در سطح داراي 100% شكستگي هستند.
جذب (Absorption):
جذب آب دانه هاي طبيعي و بازيافتي به وسيله ASTMC128 معين مي شود و در جدول 2 نيز نشان داده شده است.
جدول 2- مشخصات دانه هاي طبيعي و بازيافتي.
جدول 3- اسلامپ و مقدار مواد هوازي اضافه شده.
همانطور كه در جدول 2 مشاهده مي شود درصد آب جذبي توسط دانه هاي بازيافتي 4/70 درصد و توسط دانه هاي طبيعي 0.3% است يعني %4/4 بين آب جذبي دانه هاي بازيافتي و طبيعي اختلاف است.
دليل اين اختلاف زياد براي درصد جذب آب را مي توان به چسب ملات كهنه كه برروي دانه هاي بازيافتي قرار دارد نسبت داد. يعني وجود اين ملات كهنه برروي اين دانه ها باعث ايجاد جذب بالاي آب دانه هاي بازيافتي گرديده است.

وزن مخصوص:
همانطور كه مي دانيم وزن مخصوص مصالح دانه اي به صورت نسبت وزن به حجم و يا وزن واحد حجم تعريف مي شود. همچنين وزن شن و ماسه نيز بر اساس حالت اشباع با سطح خشك (SSD) تعيين مي شود. به عبارت ديگر فرض بر اين است كه دانه ها نه آبي از مخلوط جذب مي كنند و نه آبي به مخلوط اضافه نمايند. اگر رطوبت شن و ماسه در حالت SSD نباشد، بايد تصحيحات لازم براي وزن شن و ماسه و آب مصرفي صورت گيرد.

در اين آزمايش نيز مصالح در حالت اشباع با سطح خشك هستند. و تعيين وزن مخصوص با فرض SSD بودن مصالح صورت گرفته است (Saturated Surface dry). همانطور كه در جدول 2 مشاهده مي شود وزن مخصوص دانه هاي بازيافتي 2/4 و دانه هاي طبيعي 2/67 است. كمتر بودن وزن مخصوص دانه هاي بازيافتي را مي توان به نسبت كم چگالي ملات قديمي كه به دانه هاي بازيافتي چسبيده است نسبت داد.

مشخصات بتن RAC تازه:
بتن تازه بتني است كه تازه ساخته شده و داراي خاصيت رواني يا پلاستيسيته است.
كارآيي (Workability):
كارآيي عبارت است از درجه سهولت ريختن و كاركردن با بتن. هرچه ريختن بتن تازه سخت تر باشد كارآيي آن كمتر يا پايين تر است. آزمايش اسلامپ براي تعيين ميزان كارآيي بتن به كار مي رود. بديهي است كه هرچه اسلامپ كمتري انتخاب شود، خواص مطلوب بتن در بتن سخت شده بهتر خواهد شد.

همانطور كه در جدول شماره 3 مشاهده مي شود كارآيي تمام مخلوطها در جدول مشخص شده است. اين كارآيي توسط آزمايش اسلامپ مشخص شده است. مطابق با ASTMC143.
مخلوطي كه حاوي دانه هاي بازيافتي است در مقايسه با مخلوطي كه حاوي دانه هاي طبيعي است داراي زبري و سختي بيشتري است. براي رسيدن به يك مقدار مساوي اسلامپ در هر دو مخلوط مقدار آب بيشتري را جهت احتياط بايد به مخلوط بتن RAC اضافه كرد (اين آب بايد از نوع F برطبق ASTMC494 بايد باشد.) تا مخلوط بتن RAC كارايي بيشتري مشابه NAC پيدا كند.

به طور كلي كم بودن كارآيي بتن RAC نسبت به بتن NAC را مي توان به جذب بالاي آب توسط ملات قديمي كه به دانه هاي بازيافتي چسبيده است نسبت داد. به همين دليل در 5 تا 10 دقيقه اول كمبود كارايي، بيشتر به چشم مي خورد.
حجم هوا:
همانطور كه در جدول شماره 3 مشاهده مي كنيد حجم هواي محبوس شده بتن RAC مقداري بيشتر از بتن NAC است. اين هواي بيشتر را مي توان به دليل وجود فضاي خالي بيشتر در داخل دانه هاي بازيافتي نسبت داد. باز هم يادآوري مي شود كه مخلوطهاي نوع I و II فاقد مواد هوازا در طرح اختلاطشان هستند ولي در مخلوطهاي نوع III همانطور كه اشاره شد به ميزان %5 مواد هوازا به مخلوط به صورت عمدي اضافه شده است.
مشخصات مكانيكي:

شكل 2 مقاومت فشاري 28 روزه بتنهاي RAC و NAC را براي هر سه مخلوط مختلف نشان مي دهد. همانطور كه در شكل مشاهده مي شود كاهش نسبت آب به سيمان از 0.47 به 0.29 باعث افزايش مقاومت فشاري حالت II نسبت به حالت I گرديده است.

(شكل 2- مقاومت فشاري 28 روزه بتنهاي RAC و NAC براي سه حالت I، II و III)
همانطور كه در شكل 2- مشاهده مي شود نسبت افزايش مقاومت فشاري از حالت I به II براي بتنهاي RAC و NAC يكي نيست به طوري كه مقاومت فشاري بتن NAC به ميزان 34% افزايش پيدا مي كند، يعني از مقدار 38/1 به 51/2 مگاپاسكال (5523-7416Psi) افزايش پيدا مي كند ولي مقاومت فشاري بتن RAC به ميزان %14 افزايش دارد. يعني از مقدار 38/1 به 44/2 مگاپاسكال (5635-6575Psi) افزايش مي يابد.
دليل افزايش كمتر مقاومت فشاري از حالت I به II در بتن RAC را مي توان به مقاومت فشاري بتن اصلي (بتني كه دانه هاي بتن RAC از آن مشتق شده است.) نسبت داد.

به طوري كه مقاومت فشاري بتن اصلي 35 مگاپاسكال (5000Psi) است در صورتي كه مقاومت فشاري مورد نياز طراحي براي بتنهاي RAC و 48MpaNAC (7000Psi) است.

نتيجه اي كه وجود دارد اين است كه گسيختگي بتن RAC ممكن است به دليل استفاده از دانه هاي بازيافتي باشد يعني گسيختگي از دانه هاي بازيافتي آغاز مي گردد درحالي كه دليل اصلي گسيختگي بتن NAC ممكن است چسب سيمان بتن باشد يعني گسيختگي از چسب سيمان بتن آغاز مي گردد. دليل اصلي مطالب فوق بر پايه مشاهدات ديداري است.

بتن RAC گسيخته مي شود وقتي كه تركها عبور مي كنند از ميان دانه هاي بازيافتي و آنها را در طول با ملات شكاف مي دهند. از طرف ديگر بتن طبيعي (NAC) گسيخته مي شود وقتي كه

تركهاي ايجاد شده از ميان چسب ملاط عبور كنند و دانه هاي بتن (NAC) را در بر بگيرند كه اين امر سبب گسيخته شدن چسبندگي بين دانه ها گشته و نمونه گسيخته مي شود. بنابراين، دانه هاي بازيافتي كه از بتن اصلي (Original Concrete) مشتق مي شوند ممكن است كه از سنگ آهك

خرد شده ضعيف تر عمل كنند. نتيجه اينكه يك تأثير معكوس برروي عملكرد دوام بتن RAC در مقايسه با بتن NAC به وجود مي آيد. مشخصات ديگر مانند مدول الاستيسيته و مدول گسيختگي در شكلهاي 3 و 4 نمايش داده شده اند كه همان روال قبلي را طي كرده اند.

همانطور كه قبلاً ذكر شد تفاوت حالت I و حالت II در حدود %5 مواد هوازا در طرح اختلاط با حالت III است. همانطور كه در شكل 2 ملاحظه مي شود حالت III نسبت به حالت I بترتيب براي بتن هاي NAC ، RAC، 25 و 23 درصد كاهش مقاومت داريم يعني به ازاي هر يك درصد مواد هوازا در طرح اختلاط 4 تا %5 كاهش مقامت براي بتن ايجاد مي شود.
(شكل 3- مدول الاستيسيته 28 روزه بتن هاي RAC و NAC براي سه حالت.)
مقاومت در برابر ذوب شدن و يخ زدن (Resistance to freezing and thawing)
مدول ديناميكي نسبي:
مدول ديناميكي الاستيك براي تخمين زدن مقاومت بتن در مقابل يخبندان به كار مي رود. دليل استفاده از مدول ديناميكي الاستيك به خاطر تخريب نكردن نمونه هاي ماست. يعني بدون اينكه باعث تخريب نمونه هاي بتني شود مقاومت نمونه ها را براي ما تعيين مي كند.

گوناگوني در مقدار مدول ديناميكي در تمام مدتي كه سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن اعمال مي شود يك شرايط خوبي را از گوناگوني در مقاومت نمونه هاي بتني تهيه مي كند. گوناگوني مقاومت در هر تكرار سيكل درجه مقاومت بتن در برابر ذوب شدن و يخ زدن را منعكس مي كند.
(شكل 4- مدول گسيختگي 28 روزه بتنهاي RAC و NAC)
مدول ديناميكي نسبي الاستيكي (RDM) تعريف مي شود مطابق ASTMC215 و از روابط زير محاسبه مي شود:
(1)
را اين رابطه:

RDM= مدول ديناميكي نسبي الاستيكي بعد از گذشت C سيكل ذوب شدن و يخ زدن به درصد.
C= تعداد تكرارها در طول آزمايش.
= فركانس عرضي اصلي بعد از گذشت C سيكل ذوب شدن و يخ زدن.
= فركانس عرضي اصلي در زماني كه هيچ سيكل ذوب شدن و يخ زدن نداشته باشيم (Hertz)
در جدول 4 مقدار RDM براي سه حالت بيان شده وجود دارد. براي حالت 1 كه در شكلهاي 5 و 6 نشان داده شده است، همانطور كه مشاهده مي كنيم براي بتن طبيعي پس از گذشت 36 سيكل مقدار RDM به %33 مقدار اوليه خود مي رسد. درحالي كه براي بتن بازيافتي پس از 72 سيكل مقدار RDM به %45 مقدار اوليه خود مي رسد. (مقدار اوليه صفر است.)

وجود يك مقدار مهمي از آب منجمد در داخل لوله هاي موئين كه در چسب سيمان وجود دارد يك فشار داخلي را در بتن به وجود مي آورد. اين فشار به دليل منبسط شدن آب در اثر انجماد است. وجود اين فشار باعث ايجاد خسارت به نمونه بتني مي شود و مي تواند موجب كوتاهي زمان بقا و پايداري براي هر دو نوع بتن RAC و NAC گردد.

(جدول 4- مقدار RDM به درصد براي سه حالت بتنهاي RAC و NAC)
(شكل 5- نمودار RDM براي سه حالت متفاوت بين RAC)
(شكل 6- نمودار RDM براي سه حالت متفاوت بين NAC)
براي حالت II كه در شكلهاي 5 و 6 نشان داده شده اند بتن NAC حتي پس از گذشت 300 سيكل ذوب شدن و يخ زدن سالم است و هيچگونه افت در ميزان RDM ندارند. در حالي كه بتن RAC پس از گذشت 100 بار تكرار ذوب شدن و يخ زدن دچار كاهش در ميزان RDM مي شود. در حقيقت بتن RAC دچار گسيختگي مي شود وقتي 252 بار ذوب شدن و يخ زدن تكرار شود، زيرا RDM به ميزان 60% مقدار اوليه كاهش مي يابد.

دليل بهتر شدن مقاومت بتن در برابر ذوب شدن و يخ زدن در مورد II نسبت به مورد (حالت) I در اين است كه نسبت آب به سيمان در اين حالت (حالت II) كاهش يافته و همين امر باعث كاهش ميزان لوله هاي موئين و فضاهاي خالي در بتن NAC گرديده است. كاهش ميزان لوله هاي موئين در بتن NAC باعث كاهش ميزان آب منجمد در بتن مي گردد كه اين مسئله نيز باعث مي شود كه تنش هاي فشاري در بتن كه به دليل يخ زدن آب ايجاد مي شود كاهش يابد.
در بارة بتن RAC همانطور كه در شكل مشاهده مي شود كاهش نسبت آب به سيمان (Water Cement Ratio) از 0.47 به 0.29 ظاهراً يك مقاومت كامل در برابر يخ زدن عرضه نمي كند، هرچند كه عملكرد دوام بتن افزايش مي يابد.

دليل اينكه بتن با دانه هاي بازيافتي (RAC) در حالت II نمي تواند يك مقاومت كامل در برابر سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن داشته باشد (مانند بتن NAC)، مي توان به وجود مقادير قابل توجهي از آب منجمد كه در لوله هاي موئيني كه در چسب سيمان قرار دارد نسبت داد. اين لوله هاي موئين در بتن RAC حالت II كاملاً اصلاح نشده است يا به اندازه اي افزايش نيافته كه باعث بالا رفتن مقاومت بتن RAC در برابر ذوب شدن و يخ زدن بشود.

شد بتن RAC به دليل داشتن خلل و فرج در داخل دانه هاي بازيافتي آب بيشتري جذب مي كند بنابراين واضح است كه جذب آب بيشتر توسط اين بتن و يخ زدن آب مي تواند فشار داخلي بيشتري را در داخل بتن RAC ايجاد كند.

وجود فشار داخلي در داخل بتن بازيافتي (RAC) مي تواند موجب عوارضي براي بتن گردد، ازجمله اين عوارض اين است كه فشار داخلي باعث مي شود كه مقاومت كششي (Tensile Strength) دانه هاي بازيافتي به حد نهايي خود برسد و بتن گسيخته شود. ديگر عاملي كه ممكن است اتفاق بيفتد اين است كه فشار داخلي بتن باعث شود مقداري از آب بتن كه در تركيب شركت دارد و دور چسب سيمان را احاطه كرده است از بتن خارج گشته و باعث خسارت زدن به بتن مي شود و يا يك تركيبي از همه اينها (همه اين مكانيزمها) ممكن است ايجاد شود كه باعث زوال سريع بتن RAC گردد.

براي حالت III همانطور كه در شكلهاي 5 و 6 مشاهده مي شود هر دو نوع بتن مورد بررسي (بتن طبيعي و بتن بازيافتي)‌ در برابر بيش از 300 سيكل ذوب شدن و يخ زدن پايدار هستند و مقاومت مي كنند. اين افزايش مقاومت در برابر ذوب شدن يخ زدن را فقط مي توان به حبابهاي هواي درون بتن نسبت داد. در واقع حبابهاي هوا ضمن آنكه نفوذ آب در بتن را محدود مي كند، اگر چنانچه آب به مقدار كمي نفوذ كرد و يخ زد، اين حفره هاي كوچك هوا افزايش حجم ناشي از يخ زدن را جبران كرده و مانع خرابي بتن مي شوند.

تغييرات وزن:
تغييرات وزن نمونه بتني در تمام طول سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن يكي ديگر از حالتهايي است كه باعث فساد و زوال نمونه بتني مي گردد.
تغيير وزن باعث به وجود آمدن اين طرز تفكر مي شود كه يك مقداري از رطوبت جذب مي شود به دليل تركهايي كه در نمونه بتني در اثر انبساط چسب سيمان به وجود مي آيد.
تغيير وزن در اثر سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن از رابطه زير بدست مي آيد:

در اين رابطه:
= تغيير وزن نمونه پس از C بار تكرار عمليات ذوب شدن و يخ زدن.
= وزن نمونه در ابتداي آزمايش، g
= وزن نمونه پس از C بار تكرار عمليات ذوب شدن و يخ زدن، g.
به عنوان مثال اگر 10= و 1/10= كيلوگرم باشد تغيير وزن به صورت زير بدست مي آيد:

در واقع براي اين مثال %1 نمونه تغيير وزن داشته است.
جدول 5 تغييرات وزن نمونه هاي بتني را براي حالتهاي I، II و III نمايش مي دهد.
(جدول 5- درصد تغييرات وزن براي نمونه هاي بتني NAC و RAC)
(شكل 7- درصد تغييرات وزن بتن RAC)
(شكل 8- درصد تغييرات وزن بتن NAC)

همانطور كه در شكلهاي 7 و 8 ملاحظه مي شود براي حالت I (base mixture) هرچه كه تعداد سيكلهاي آزمايش ما بالا رود تغييرات وزن بتن NAC و RAC نيز افزايش مي يابد. اين افزايش براي بتن NAC (افزايش تغييرات وزن) با سرعت بيشتري نسبت به بتن RAC صورت مي گيرد (مطابق شكل)، اين مطلب دلالت بر اين نكته دارد كه بتن NAC آب بيشتري جذب مي كند. روند افزايش تغييرات وزن باعث فساد بتن RAC و يا NAC مي شود و همانطور كه ديديم روند كاهش RDM در

طول سيكلهاي اعمالي باعث فساد بتن مي شود، حال اگر به شكلهاي 5 و 6 نگاه كنيم مي‌بينيم كه روند فساد بتن با كاهش RDM در بتن NAC با سرعت بيشتري صورت مي‌گيرد همين مطلب براي تغييرات وزن نيز مشاهده شد يعني افزايش تغييرات وزن بتن NAC با سرعت بيشتري نسبت به بتن RAC صورت مي گرفت، و در نتيجه بتن NAC در حالت I زودتر از بتن RAC دچار فساد و زوال مي شود. براي حالت II كه در شكل 8 مشاهده مي شود بتن طبيعي (NAC) در سرتاسر دوره

آزمايشي در حدود 0.2% تغيير وزن دارد. همينطور سرعت افزايش نسبت وزن در اين حالت بسيار با كندي صورت مي‌پذيرد و اين نشان مي دهد كه قابليت نفوذپذيري و جذب آب توسط بتن كاهش پيدا كرده است، دليل اين كاهش يافتن اين است كه نسبت (آب به سيمان) كاهش پيدا كرده است و همين قابليت جذب آب توسط دنه‌هاي طبيعي نيز كاهش پيدا كرده است و همچنين قابليت جذب آب توسط دانه هاي طبيعي نيز كاهش پيدا كرده است.

جذب آب در حالت II (Case II) براي بتن طبيعي تأثير منفي بر مقاومت در برابر ذوب شدن و يخ زدن ندارد و شايد به فرايند هيدراسيون چسب سيمان نيز كمك كند. زيرا تغيير وزن تا حدود 100 سيكل ذوب شدن و يخ زدن پايدار باقي مي ماند.
از طرف ديگر براي بتن بازيافتي همانطور كه در شكل 7 نشان داده شده است افزايش وزن به صورت سريع در طول دوره آزمايش انجام مي گيرد، و اين مطلب از جذب بالاي آب توسط اجزاي بتن خبر مي دهد. افزايش وزن به طور متداوم براي بتن بازيافتي (RAC) كاهش ميزان RDM را به دنبال خواهد داشت. در حقيقت يك ارتباط معكوس بين تغييرات وزن با RDM وجود دارد يعني با افزايش وزن. RDM كاهش پيدا مي كند. براي حالت III (Case III)، همان طور كه مشاهده مي شود

(شكلهاي 7 و 8) افزايش وزن يك روند بسيار آرام را دارد و اين روند براي هر دو بتن (RAC وNAC) صادق و اين مقاومت بالاي اين بتنها را در برابر جذب رطوبت نشان مي دهد.
فاكتور دوام – (Durability Factor):
فاكتور دوام از رابطه زير بدست مي آيد:

در اين رابطه:
DF: فاكتور دوام نمونه هاي مورد آزمايش.
P: مدول ديناميكي نسبي الاستيسيتي پس از N سيكل به درصد.
N: تعداد سيكلهايي كه P به يك مقدار مينيمم مشخص براي متوقف كردن آزمايش برسد، يا تعداد سيكلهاي مشخصي كه در معرض خاتمه پيدا كردن است؛ هرچند اندك باشد.
M: تعداد سيكلهاي مشخصي كه در معرض خاتمه پيدا كردن است.

عملكرد دوام براي هر دو بتن (بازيافتي و طبيعي) در جدول 6 و تصوير 9 نشان داده شده است. براي حالت I (base mixture) واضح است كه عملكرد دوام براي هر دو نوع بتن بسيار پايين است. نتيجه اينكه دوام هر دو بتن براي حالت I ضعيف است. بالا بودن DF (فاكتور دوام) بتن بازيافتي ممكن است كه به كمتر بودن آب در لوله هاي موئين موجود در چسب سيمان نسبت داده شود. پس نتيجه گرفته مي شود كه به طور طبيعي دانه هاي بازيافتي قابليت جذب بالايي دارند، كه باعث فشار هيدروليكي كم در RAC مي شود. با اين همه مي توان نتيجه گرفت كه آزمايش نمونه تحت شرايط نسبت بالا و استفاده نكردن از مواد هوازا باعث مي شود كه بتن در برابر يخبندان دوان نداشته باشد و مقاومت نمي كند و بايد تدابير ديگري براي بالا بردن مقاومت انجام داد.

براي حالت II براي بتن NAC مقدار DF، %100 است، پس در برابر يخبندان كاملاً مقاوم است، درحالي كه مقدار عملكرد دوام بتن RAC در حدود %24 است و اين مقدار نشان دهنده دوام پايين بتن RAC براي حالت II است. مي توان نتيجه گرفت كه كم كردن نسبت آب به سيمان عامل مهمي است براي بالا بردن عملكرد دوام بتن NAC به طوري اين بتن مي تواند به طور كامل در برابر سيكلهاي ذوب شدن و يخ زدن مقاومت كند.

در حالي كه در بتن RAC كم كردن نسبت براي بالا بردن دوام بتن بصورت مطلوب كافي نيست، البته مقدار مقدار دوام را بالا مي برد ولي نه بطور كامل و مطلوب. دليل اين امر را مي توان اينگونه بيان كرد كه در بتن NAC و RAC تمام موارد در طرح اختلاط مشابه هستند به جز نوع دانه ها و و زبري آنها، دانه هاي بازيافتي باعث تأثير معكوس و منفي در روند بالا رفتن دوام بتن RAC مي گردد.