بخشی از مقاله
ارزيابي تغييرات مقاومت بتن خود تراکم حاوي زئوليت در ديوار تني
کد(c)
چکيده :
استفاده از بتن خود تراکم مي تواند دغدغه ي جايگيري بتن در مقاطع با آرماتورگذاري انبوه و يا مناطق غيرقابل دسترس براي عمل تراکم را بر طرف نمايد. اما به دليل ماهيت جريان پذيري آن، مي بايستي اطمينان از پايداري اين نوع بتن حاصل شود. اين موضوع در اعضاي سازه اي عميق که بتن پتانسيل جدا شدگي و آب انداختگي بيشتري از خود نشان مي دهد و مي تواند منجر به نقص هاي سازه اي شود، اهميت دوچندان مي يابد.
يکي از مهمترين خصوصيات مکانيکي بتن ، شاخصه ي مقاومت فشاري آن است . هدف ازاين تحقيق ارزيابي تغييرات مقاومت بتن خود تراکم حاوي زئوليت درديوار بتني با مقياس واقعي مي باشد. ديوار مورد مطالعه به ارتفاع و پهناي ٢ متر و به ضخامت ٢٠ سانتي مترساخته شد. نسبت آب به مواد سيماني ٠/٣٩ انتخاب شده است .
يکي از اجزاي تشکيل دهنده ي بتن خودتراکم مواد پرکننده مي باشد. در اين تحقيق از زئوليت که به عنوان يک پوزولان و ماده پرکننده جديد در تکنولوژي بتن مطرح ميباشد، به عنوان جايگزين بخشي از سيمان استفاده شده است . بدين منظور طرح اختلاط بهينه به دست آمده، و درساخت ديوار از آن استفاده شده است . براي ارزيابي تغييرات مقاومت درارتفاع ديوار، آزمايشهاي غيرمخرب فراصوتي و چکش اشميت و آزمايش نيمه مخرب مغزه گيري در سن ٤٢ روز بر روي ديوار انجام گرفت . نتايج حاکي از آن است که تغييرات مقاومت درارتفاع ديوار يکنواخت بوده و مي توان با اطمينان بالايي از اين نوع بتن دراعضاي سازه اي عميق با آرماتورگذاري انبوه استفاده نمود.
واژه هاي کليدي :
بتن خودتراکم . بتن درجا . مقاومت فشاري . زئوليت . فراصوتي . چکش اشميت . مغزه گيري
١- مقدمه
بي ترديد بتن خود تراکم يکي از بزرگترين پيشرفت هاي صورت گرفته در چند دهه ي اخير در تکنولوژي بتن مي باشد. مطالعات اوليه بر روي اين بتن توسط آقاي Okamura از دانشگاه کوجي ژاپن در سال ١٩٨٦ انجام گرفت و تا سال ١٩٨٨ اين مطالعات تکميل و اولين بتن خود تراکم ساخته شد[٢، ١] و در سال ١٩٨٩ اولين مقاله درباره ي بتن خود تراکم به چاپ رسيد[٣]. بتن خود تراکم با خصوصيات منحصر به فرد، جايگاه ويژه اي را براي خود در صنعت بتن سازي فراهم کرده است .
بتن خود تراکم قابليت آن را دارد که تحت اثر وزن خود جريان يافته و حتي با وجود آرماتورگذاري انبوه مي تواند از بين موانع حرکت کرده و تمام گوشه هاي قالب را پر و تراکم مناسبي را حاصل نمايد، که اين قابليت ها منجر به حذف عمليات لرزش و مشکلات ناشي از آن ، ازجمله جدا شدگي ، تراکم ناهمگن در نقاط مختلف سازه و در نتيجه مقاومت فشاري متفاوت در مقاطع مختلف ، کرمو شدن بعضي از مناطق به علت غير قابل دسترس بودن براي عمليات لرزش، مختل شدن حرکت شلنگ لرزاننده در مقاطع با آرماتور گذاري انبوه و...
مي شود. از ساير محاسن استفاده ازاين بتن مي توان به طول عمر بيشتر قالب ها، ساخت در زمان کوتاهتر، سطوح کارتمام شده بهتر،کاهش آلودگي صوتي ،کاهش نيروي انساني ، محيط کار ايمن و آزادي عمل بيشتر براي طراحي مقاطع [ ٥، ٤] اشاره کرد. اين بتن به تغييرات نسبت ها ي اختلاط، مخصوصاٌ آب اختلاط به شدت حساس است واين عامل در کنار کمبود نيروي کار ماهر در اين زمينه شايد تنها دلايل احتمالي براي عدم استقبال همگاني فعالان اين عرصه باشد.
با در نظر گرفتن طبيعت جريان پذير وخود ترازي بتن خود تراکم ، نگراني هايي از جمله جدا شدگي و نشست درهنگام حمل و نقل و زمان ريختن ايجاد مي شود[٦]. از سويي آزمونه هاي استانداردي که همراه سازه اصلي ريخته و به آساني متراکم مي شوند، نمي توانند به معناي واقعي بيانگر خصوصيات سازه اصلي باشند. از اين رو اطمينان ازاينکه بتن خود تراکم ريخته شده در محل بتواند به مانند بتني که بوسيله لرزاندن متراکم شده است ، همگني مناسبي در خصوصيات اساسي حاصل نمايد، ضروري به نظر مي رسد.
از سوي ديگر استفاده از مواد مضاف ، به عنوان پرکننده و يا جايگزين بخشي از سيمان براي تامين خصوصيات رئولوژيکي بتن خودتراکم و همچنين از لحاظ زيست محيطي به منظورکاهش آلودگي هاي ناشي از توليد سيمان درکارخانه ها و صرفه جويي در انرژي ، به شدت مورد توجه قرار گرفته است . از جمله مواد مضاف فعال، مواد پوزولاني مي باشند و از آنجايي که ذخاير زئوليت ٢ در کشور ما به وفور يافت مي شود و هزينه ي نهايي آن نسبت به ساير مواد پوزولاني مانند ميکرو سيليس و خاکستر بادي بسيار پايين تر مي باشد، بنابراين شايسته است توجه بيشتري به اين پوزولان صورت گيرد[٧].
در اين مطالعه به ارزيابي تغييرات مقامت بتن خود تراکم در يک عضو سازه اي نظيرديوار بتن مسلح با جايگزين بخشي از سيمان با ماده ي پوزولاني زئوليت و مقايسه ي آن با ديوارساخته شده با بتن معمولي پرداخته شده است .
٢- برنامه آزمايشگاهي
در اين آزمايش دو ديوار بتن مسلح به ابعاد جهت ارزيابي و مقايسه تغييرات مقاومت بتن خود تراکم و معمولي در يک عضو سازه اي ساخته شده است . براي بررسي توانايي هاي بتن خود تراکم تازه و توانايي عبورآن از منافذ به شرط عدم جداشدگي ، از دو شبکه ميله گرد نمره١٢که فاصله بين ميله گردها در هر شبکه ٢٥سانتي متر مي باشد، استفاده گرديده است . براي ايجاد فاصله مناسب بين دو شبکه و تامين پوشش روي ميله گرد از جداگر استفاده شده است . جزئيات و نحوه ي آرماتورگذاري درشکل (١) آورده شده است .
به منظور ارزيابي تغييرات مقاومت در ارتفاع ديوار، آزمايشهاي فراصوتي ، چکش اشميت و مغزه گيري انجام گرفت و نتايج آنها نيز با هم مقايسه شدند. به منظور مطالعه روند تغييرات سرعت امواج فراصوتي و عدد چکش اشميت در سنين مختلف وتهيه نمودارکاليبره ، آزمونه هاي استاندارد مکعبي به ابعاد ١٠٠ ميلي مترساخته شد. يکسري از آنها در کنار ديوار و شرايط عمل آوري مشابه با آن و سري ديگر در محيط آزمايشگاهي و در شرايط کاملاً اشباع تا سن آزمايش نگهداري شدند. آزمونه ها در سنين ٢٨،١٤،٧،٣و٤٢ روز ابتدا با استفاده از دستگاه pundit٣[٨]با فرکانس ٥٤ کيلوهرتز مورد آزمايش فراصوتي قرارگرفتند و سپس براي تعيين مقاومت فشاري توسط جک هيدروليکي شکسته شدند.
قبل از ريختن بتن درديوار، آزمايش هاي بتن تازه ، شامل آزمايش هاي Slump Flow،V-Funnel، L-box براي بتن خود تراکم وآزمايش Slump براي بتن معمولي انجام گرفت تا از حصول پارامتر هاي کارايي براي بتن هاي مربوطه اطمينان حاصل شود.
١.٢. مصالح
١.١.٢. مواد سيماني
در اين مطالعه از سيمان پرتلند نوع ٢ کارخانه سيمان هگمتان استفاده شد. در ساخت ديوارحاوي بتن خود تراکم از ماده پوزولاني زئوليت به عنوان جايگزين بخشي از سيمان استفاده شد. زئوليت مورد استفاده در اين مطالعه از معدن واقع درشمال استان سمنان استخراج شده است . اين به اثبات رسيده است که زئوليت يک ماده چسباننده و سخت کننده ي عالي مي باشد. مقادير زيادي از سيليس و آلومين فعال در زئوليت باکلسيم هيدروکسيد توليد شده ازهيدراته شدن سيمان ، ترکيب شده و مقاديراضافي از ژل C-S-Hرا توليد مي کنند که نهايتاً منجر به بهبود ريز ساختار بتن سخت شده مي شود[٩]. وزن مخصوص سيمان و زئوليت به ترتيب برابر
٣/١٥و ٢/٣٠ گرم بر سانتي متر مکعب و ريزي آنها برابر٢٩٠ و٣٢٠ متر مربع بر کيلوگرم مي باشد.
٢.١.٢. سنگدانه
سنگدانه مورد استفاده در اين پروژه از معادن شرق گيلان تهيه شده است . ماسه ي مورد استفاده، ماسه ي گرد گوشه و رودخانه اي مي باشد و براي شن از دو نوع شن شکسته وگرد گوشه با حداکثر قطر سنگدانه ي ١٩ ميلي متر به طور همزمان استفاده شده که مشخصات فيزيکي سنگدانه ي مصرفي در جدول (١) ارايه شده است
٣.١.٢. آب و مواد افزودني
در ساخت مخلوط هاي بتني از آب آشاميدني استفاده شده است . فوق روان کننده ي مصرفي در اين تحقيق بر پايه ي پلي کربو- کسيلات با نام تجاري ژلنيوم ٥١٤ با چگالي بين ١/٠٦- ١/٠٨ در دماي ٢٠ درجه سلسيوس مي باشد.
٢.٢. طرح اختلاط
نسبت هاي اختلاط براي بتن شاهد و بتن خود تراکم حاوي زئوليت به طور جداگانه بهينه شدند. ميزان مصالح مصرفي در يک متر مکعب بتن در جدول (٢) آورده شده است . ساخت بتن توسط ميکسر با ظرفيت ٠/١٥ متر مکعب و در٦ مرحله انجام شد. براي نزديک کردن شرايط آزمايش به شرايط واقعي اجرا، از عوامل اجرايي و فني کارگاهي استفاده شد. در بتن ريزي ديوار حاوي بتن خود تراکم ، بتن از گوشه سمت راست و از ارتفاع ٢ متر و بدون هيچ لرزاننده خارجي به درون قالب رها شد تا به طور آزادانه درون قالب حاوي آرماتورحرکت کند. پس از گذشت دو روز قالب ها باز شدند و سپس ديوارها به مدت ١ هفته با گوني مرطوب و به دنبال آن در هواي آزاد نگه داري شدند. براي بتن خود تراکم از هيچ لرزاننده خارجي استفاده نشد، ولي بتن شاهد بوسيله لرزاننده داخلي متراکم گرديد.
همانطور که انتظار مي رفت استفاده از زئوليت اسلامپ را کاهش و ميزان آب مورد نياز براي بتن تازه را افزايش داد[٩]که براي رفع اين مشکل از فوق روان کننده استفاده گرديد. خصوصيات بتن تازه ي خود تراکم درجدول(٣) آمده است .
٣.٢. نحوه انجام آزمايش
7
١.٣.٢. آزمايش فراصوتي
با توجه به توضيحات فوق به منظورعدم دريافت داده هاي خطا که به واسطه ي عبور امواج از ميله گردها رخ مي دهد، شبکه اي به طور منظم و با توجه به موقيت ميله گردها بر روي ديوار ترسيم گرديد تا آزمايش هاي فراصوتي و همچنين مغزه گيري بدون خطا
همراه باشد. در شکل زير موقيت و شماره گذاري نقاط انتخابي مورد آزمايش بر روي ديوار نشان داده شده است
٢.٣.٢. آزمايش چکش اشمت
براي ارزيابي يکنواختي مقاومت بتن در لايه هاي سطحي ، آزمايش چکش اشميت بر روي هر ٤٩ موقييت نشان داده شده در شکل (٢) انجام گرفت ، و در هرخانه ١٦و در مجموع براي هر ديوار ٧٨٤ قرائت صورت گرفت . در ضمن براي ترسيم نمودار کاليبره ، اين آزمايش در تمامي سنين مذکور بر روي ٣ آزمونه ي مکعبي به ابعاد ١٠سانتي متر انجام شد. بر روي هر آزمونه ١٢ قرائت انجام گرفت ( در مجموع ٣٦ قرائت ) و ميانگين آنها ثبت گرديد.
٣.٣.٢ . آزمايش مغزه گيري
اگرچنانچه مقاومت آزمونه هاي آزمايش فشاري کمتر از حداقل مقدار تعيين شده درمشخصات کار باشد، در اين صورت يا بتن واقع شده درسازه ضعيف است و يا آزمونه هاي آزمايشگاهي واقعاً معرف بتن درسازه نمي باشند. براي بررسي قسمت هاي مشکوک سازه مي توان اقدام به مغزه گيري نمود. معمولاً مقاومت مغزه هاي گرفته شده کمتر از مقاومت فشاري آزمونه هاي استاندارد آزمايش شده درآزمايشگاه مي باشد و اين مي تواند به دليل تفاوت در نحوه ي عمل آوري و تراکم آزمونه هاي مغزه گيري شده نسبت به آزمونه هاي آزمايشگاهي و نيز به دليل عمليات حفاري باشد. آزمايش مغزه گيري با استفاده از مته به قطر ٧٥ ميليمتر انجام گرفت و سپس آزمونه ها در آزمايشگاه به نسبت ، يک برش داده شدند و پس از عمليات کلاهک گذاري براي تعيين مقاومت فشاري زير جک هيدروليکي قرار گرفتند. درشکل (٢)موقعيت مغزه هاي گرفته شده درديوار بتن مسلح نمايش داده شده است .
٣- ارايه نتايج و تحليل
براي ارزيابي تغييرات مقاومت بتن در ارتفاع ديوارها آزمايش هاي فراصوتي ، مغزه گيري و چکش اشميت بر روي ديواره در سن ٤٢ روز انجام گرفت که نتايج حاصله به ترتيب در شکل هاي ٤، ٥ و٦ آمده است . (لازم به ذکر است که ضريب تصحيح مقاومت براي نتايج حاصل از مغزه گيري نشان داده شده در شکل ٥، لحاظ شده است ).
علت انتخاب سن ٤٢ روز براي آزمايش بر روي ديوار استفاده از ماده پوزولاني زئوليت بوده است . از ديگر سو آزمايش هاي فراصوتي و چکش اشميت بر روي آزمونه هاي مکعبي استاندارد در سنين ٢٨،١٤،٧،٣و٤٢روز براي مقايسه با نتايج حاصله از ديوار و هم براي ترسيم نمودارهاي کاليبره انجام گرفت . تغييرات نسبي مقاومت آزمونه ها و سرعت امواج در آن ها در شکل هاي٧و ٨ آورده شده است .
نتايج آزمايش هاي فراصوتي بر روي آزمونه هاي استاندارد مکعبي نشان مي دهد که آزمونه هاي استاندارد در شرايط نگه داري خشک در بتن هاي معمولي و خودتراکم تا قبل از سن ٧ روز به ترتيب به ٩٧%و ٨٧% مقدار نهايي خود مي رسند. روند مشابهي براي مقاومت فشاري آن ها حاکم است و تا قبل از سن ٧ روز به ترتيب به ٧٦% و ٥٩ % درصد مقاومت نهايي خود مي رسند که اين موضوع مي تواند تاکيدي بر محافظت بتن در روزهاي اوليه باشد، و همين طور مي تواند نشان دهنده ي حساسيت کمتر بتن خود تراکم در اين سنين
شکل ٧-تغييرات نسبي سرعت امواج فراصوتي بر مبناي سرعت ٤٢روزه شکل ٨-تغييرات نسبي مقاومت بتن بر حسب مقاومت ٤٢ روزه نسبت به بتن معمولي باشد. تغييرات سرعت امواج فراصوتي و عدد چکش اشميت در ارتفاع ديوارها براي همه ي آزمايش هاي صورت گرفته روند مشابهي را داشته است و به گونه اي است که مقادير نتايج حاصله در پاي آن بيشتر از ساير نواحي مي باشد(شکل ٩).
ميانگين سرعت امواج در بالا و پايين ديوار ساخته شده با بتن خود تراکم به ترتيب ٤/٢٢و٤/٤٩ بوده است . در حالي که اين مقادير براي ديوار ساخته شده با بتن معمولي به ترتيب برابر ٤/٥٥و٤/٧٨ بوده است . به بيان ديگر نسبت سرعت امواج در بالا به پايين ديوارهاي ساخته شده از بتن خود تراکم و معمولي به ترتيب برابر٩٤و ٩٥% مي باشد که کاملا منطبق با نتايج رنجبر[١٠] و مدندوست [١١]
