بخشی از مقاله
بررسي اثر سنگ دانه هاي سبک روي خصوصيات مکانيکي بتن سبک سازه اي تهيه شده با اسکوريا و پوميس
خلاصه
در اين تحقيق خصوصيات بتن سبک (LWAC) سازه اي ساخته شده با مصالح سبک اسکوريا و پوميس مورد مطالعه قرار گرفته است . خصوصيات مکانيکي LWAC نظير مقاومت فشاري، مقاومت کششي، مدول گسيختگي، مدول الاستيسيته به صورت تجربي و تحليل آماري مورد مطالعه قرار گرفت .مشخص شد که در شرايط يکسان ، مقاومت فشاري سنگدانه نقش بيشتري را درمقاومت فشاري LWAC ايفا مي کند.
مقاومت فشاري تک محوري ٢٨روزه نمونه هاي استوانه اي LWAC بين Mpa٥١- ٢٤بدست آمد. با افزايش مقاومت فشاري هر دو نسبت مقاومت کششي و مقاومت خمشي (مدول گسيختگي) به مقاومت فشاري کاهش مي يابد. مدول الاستيسيته LWAC در اين تحقيق براي مقاومت هاي فشاري بين Mpa ٥١- ٢٤که در محـدوده Gpa ١٨.٧٧- ١٠.٩٢متغير بوده کمتر ازمدول الاستيسيته با مقاومت يکسان بتن معمولي (NWC) که در حدود Gpa ٢٨.٣١-١٧.٥٣است مي باشد.
کلمات کليدي : اسکوريا ، بتن سبک ، پوميس ، خصوصيات مکانيکي ، سنگدانه سبک
١. مقدمه
در سال هاي اخير بتن با سنگدانه هاي سبک (LWAC)به صورت موفقيت آميز در اهداف سازه اي مورد استفاده قرار گرفته است [١]. وزن مخصوص کمتر و خاصيت عايق بندي در مقابل صوت و حرارت از ويژه گي هايي هستند که LWAC را به عنوان يک مصالح مهندسي در صنعت ساختمان سازي متمايز مي کند. اين خصويات کاهش وزن مرده ساختمان و در نتيجه کاهش هزينه ها را به دنبال دارد. دامنه وزن مخصوص LWAC سازه اي تقريباً بين kg.m٣ ٢٠٠٠-١٢٠٠متغير بوده در حالي که NWC بين kg.m٣ ٢٥٠٠-٢٣٠٠مي باشد. براساس آيين نامه ٢١٣-ACI[٢[ LWAC سازه اي بتني است که حداقل مقاومت فشاري ٢٨روزه نمونه استوانه اي Mpa ١٧و وزن مخصوص بين kg.m٣ ١٩٢٠-١١٢٠باشد و چگالي توده اي از kg.m٣ ١١٢٠براي ريزدانه سبک و kg.m٣ ٨٨٠براي درشت دانه سبک تجاوز نکند وبراي ساخت آن استفاده از LWA يا ترکيبي از LWA و NWA مجاز است .عموماً سنگدانه ها ٧٠تا ٨٠% حجم بتن را تشکيل مي دهند و به علت اينکه نسبت حجمي بيشتري را اشغال مي کنند، تاثير بيشتري روي خصوصيات مکانيکي بتن دارند[٣].بنابر اين اگر اندازه سنگدانه هاي سبک بزرگ انتخاب شود به دليل ضعف مقاومت فشاري سنگدانه ها، LWAC مقاومت فشاري کمتري خواهد داشت و در صورت استفاده از درشت دانه سبک با اندازه کوچکتر هر چند مقاومت فشاري LWAC افزايش مي يابد اما وزن مخصوص LWAC نيز به تبع آن افزايش مي يابد.
سنگدانه هاي سبک از لحاظ فرايند توليد به دوصورت طبيعي و مصنوعي تقسيم مي شوند که در مورد سنگدانه هاي طبيعي که منشاء آتشفشاني دارند مي توان به سنگدانه پوميس (PA) يا پوکه سنگ و سنگدانه اسکوريا (SA) يا سنگ پا اشاره کرد. اين نوع مصالح تنها بعد از عمليات مکانيکي نظير خُرد کردن و دانه بندي مورد استفاده قرار مي گيرند. عموماً SA از نظر شکل نامنظم بوده و سنگين تر، تيره تر و کريستالي تر نسبت به PA است و رنگ آن مايل به قرمز يا سياه مي باشد[٤].
خصوصيات سنگدانه ها با ويژگي هايي نظير بزرگترين اندازه ، شکل ،بافت سطحي دانه ، مقاومت ، چگالي، تخلخل ، سختي ومدول الاستيسيته تعريف مي شوند. شکل دانه و بافت سطحي دانه ها روي کارايي بتن تازه و مقاومت اثر مي گذارند. LWA که در خمير سيمان قرار مي گيرند به علت منفذهاي سطحي دانه ها قفل و بست را بهبود مي دهند، بعلاوه LWA بادانه هايي با شکل نامنظم شرايط بهتري را از لحاظ مقاومت چسبندگي نسبت به LWA با دانه هاي گرد که از لحاظ بافت سطحي شرايط يکساني را دارند ايجاد مي کند.آيين نامه ها و محققان معادلات متفاوتي را براي ارتباط مقاومت فشاري با مقاومت کششي شکاف خوردگي، مدول گسيختگي ومدول الاستيسيته بتن ارائه نموده اند که به صورت اختصار در جدول ١درج شده است .
براي کاربردهاي سازه اي LWAC، اطلاعات مربوط به خصوصيات مکانيکي بتن اهميت بسياري دارد. تحقيقات نشان مي دهد که خصوصيات مکانيکي LWAC در مقايسه با NWC با شرايط مقاومتي يکسان ،متفاوت است . در اين تحقيق اطلاعات و روابط جديد مقاومت فشاري، مقاومت کششي، مدول گسيختگي ومدول الاستيسيته ساخته شده با سنگدانه هاي سبک طبيعي موجود در منطقه آذربايجان ـ ايران مورد بررسي قرار مي گيرد.
٢. موادو روش ها
٢-١. مواد
در تهيه کليه نمونه هااز يـمان پرتلند نوع PC( II) کـارخانه سيمان صـوفيان استفاده شد. چگالي و نرمي سيـمان به ترتيب ٣.١٥و kg .m٢ ٢٩٣بود.
مقاومت ٢٨روزه ملات مکعبي ساخته شده با PC،Mpa ٣٩٣و زمان گيرش اوليه ٧٠دقيقه ونهايي ٤.٠٥ساعت تعيين شده اند.
در اين تحقيق ازميکروسيليس (SF) که با ASTM C١٢٤٠ مطابقت دارد ه عنوان ماده افزودي استفاده ش ه است . چگالي ويژه و وزن مخصوص توده اي SF به ترتيب ٢.٣٢و kg.m٣ ٢٤٥بودند. براي کاهش آب و حفظ کارايي به ميزان ١.٥-٠.٨درصد وزن سيمان از فوق روان کننده مطابق با آيين نامه ASTM C٤٩٤ استفاده شد. چگالي ويژه فوق روان کننده g.m١٢١٣اعلام شده است .
سنگدانه پوميس (شکل ١) از معدن طبيعي اسکندان در نزديکي تبريز ( آذربايجان شرقي ــ ايران ) و سنگدانه اسکوريا (شکل ٢) از معدن طبيعي آجواج در نزديکي سلماس (آذربايجان غربي ــ ايران ) تهيه شدند. در تهيه کليه نمونه هاي بتن اندازه بزرگترين سنگدانه سبک mm١٢٥انتخاب شد.
٢-٢. برنامه هاي آزمايشگاهي
در اين تحقيق براي نمونه برداري، دانه بندي وتعيين وزن مخصوص سنگدانه ها به ترتيب طبق ASTM D٧٥ ،CASTM ١٣٦ و ASTM C٢٩عمل شد. براي تعيين جذب آب سنگدانه هاي سبک و معمولي از آيين نامه ASTM C١٢٧ استفاده شد. مشخصات سنگدانه ها در جدول ٢ارائه شده است .
در تعيين مقاومت فشاري دانه اي سنگدانه هاي اسکوريا و پوميس طبق روش پيشنهادي Chang و Su[٤] عمل شد. براي تعيين مقاومت فشاري دانه سبک از هر نوع سنگدانه ٥٠دانه بصورت تصادفي انتخاب شد.
در اين تحقيق ٣٣مخلوط LWAC براي تعيين مقاومت فشاري، کششي شکاف خوردگي، مدول گسيختگي ومدول الاستيسيته مورد آزمايش قرار گرفت (جدول ٣). ميزان سيمان بتن از ٤٣٢تا ٥٠٣کيلوگرم در مترمکعب متغير بوده وميکروسيليس حداکثر به ميزان ١٠% وزن سيمان به صورت جايگزين سيمان استفاده شد. نسبت w.c بين ٠.٢٧تا ٠.٣٧متغير بود که در آن w مقدارآب (آب آزادو فوق روان کننده )و cميزان مواد سيماني ( سيمان و ميکروسيليس ) مي باشند.درکليه مخلوط ها سنگدانه هاي درشت از نوع سبک بودند. در طرح اختلاط LWAC از توصيه هاي مندرج در آيين نامه ٢١١ ACI [١٠]استفاده شد. براي تمامي مخلوط ها بزرگترين اندازه سنگدانه ١٢.٥ميليمتر در نظر گرفته شده است . جهت جلوگيري از افت سريع اسلامپ ، سنگدانه هاي سبک از قبل به مدت ٣٠دقيقه در آب اشباع شدند و بعد از بيرون آوردن ازآب در يک ظرف مشبک نظير سرند ريخته شدند تا آب اضافي از سطح سنگدانه ها جدا شود. سپس سنگدانه هاي ريز به مصالح سبک اضافه شده و به مدت ٥دقيقه کاملاً مخلوط شدند. آنگاه ماسه ، سيمان و ميکروسليس به آنها اضافه گرديد و مجددًا تمام اجزاي تشکيل دهنده بتن با هم مخلوط شدند.در انتها آب لازم و فوق روان کننده به مصالح اضافه گرديده و به مدت ٥دقيقه کل مصالح را به هم زده شدند تا بتن به صورت همگن ايجاد شود. اسلامپ نمونه ها در محدوده ٣٣تا ٨٥ميلي متر بودند.
