بخشی از مقاله
بررسي تاثيرات ميکروسيليس بر خصوصيات مقاومتي و دوام بتن سبک سازهاي
و بحث در مورد توجيه پذيري اقتصادي آن
چکيده
کاهش وزن مصالح سازه اي سازه هاي بتني و در نتيجه کاهش هزينه آن هميشه مورد توجه بوده است . بتن نيمه سبک ساخته شده با ليکاي صنعتي به علت وزن مخصوص پايين و خصوصيات مقاومتي قابل قبول، به عنوان گزينه هاي برتر و مفيد جهت کاهش وزن مخصوص بتن مطرح ميشود. از طرفي ، تخلخل زياد بتن ساخته شده با ليکا، عاملي تهديد کننده براي بتن در برابر خوردگي و هوازدگي و ديگر عوامل است . افزودن مواد پوزولاني به بتن خصوصيات مقاومتي و دوامي آن را بهبود ميبخشد.
در اين مطالعه با افزودن ميکروسيليس به بتن سبک سازه اي، نتايج حاصل شده در زمينه هاي مختلف شامل مقاومت فشاري و دوام در برابر عواملي چون نفوذ آب و حمله اسيدها بررسي شده است . مقاومت فشاري مطلوب، شرط لازم براي جايگزين کردن بتن سبک ساخته شده به جاي بتن معمولي است و همچنين محيط مقاوم در برابر نفوذ اسيد و آب، بتن را در برابر بارانهاي اسيدي و سيکلهاي يخبندان و آرماتورها در برابر خوردگي محافظت مي کند.
ميکروسيليس با درصدهاي ٥، ١٠، ١٥ و ٢٠ جايگزين سيمان شد وطرح اختلاط بر حسب اين جايگزيني تنظيم شد. سپس مقاومت فشاري نمونه ها در سن ٧ و ٢٨ روز اندازه گيري شد و آزمايشهاي مربوط به دوام در برابر محيط هاي اسيدي و جذب آب نمونه ها انجام شد. در پايان با استفاده از داده هاي به دست آمده از آزمايشات قبلي و براورد هزينه هاي هر طرح و روش امتياز دهي به خصوصيات طرحها، در مورد توجيه پذيري اقتصادي استفاده از اين پوزولان در بتن سبک بحث شده است .
واژه هاي کليدي: بتن سبک سازه اي، پوزولان، ليکا، ميکروسيليس ،
١- مقدمه
سبک سازي از مسائل مهم و کليدي در سازه هاي بتن آرمه مي باشد که اخيرا در کشور ما توجه ويژه ايي به آن شده اسـت .سـبک سازي سازه ها نه تنها باعث کاهش نيروهاي زلزله وارد بر ساختمان و افزايش سطح ايمني لرزه اي آن مي شود،بلکه عاملي جهـت
مجموعه مقالات اولين کنفرانس ملي بتن سبک، پرديس دانشکدههاي فني دانشگاه تهران، بهمن ماه ١٣٩٠ ......................... ٦٨٠ حفظ محيط زيست و مبدل ساختن صنعت ساختمان به صنعتي پايدار به دليل کاهش مصرف مصالح سـازه اي همچـون ميلگـرد و سيمان مي گردد[١].
اگرچه بتن سبک باعث کاهش وزن سازه ها مي شود ولي هزينه بالا،مقاومت فشاري کم و تخلخل زياد از جمله معايب آن است .به نظر مي رسد پوزولانها با توجه به خواص مفيدي که در بتن ايجاد مي کنند بتوانند معايب فوق را تا حدودي بر طرف نمايند[٢].
در اين مقاله سعي شده است اين موضوع بررسي شود که ميکروسيليس به عنوان يک پوزولان تا چه اندازه مي توانـد معايـب سـه گانه ذکر شده فوق را در بتن سبک بهبود بخشد. ميکروسيليس به دليل فعاليت بسيار بالاي پوزولاني و همچنين بهبود ريز سـاختار ناحيه انتقال ميتواند گزينه مناسبي باشد.
در اين تحقيق ميکروسيليس به مقدارهاي ٥%،١٠%،١٥%،٢٠%به صورت جايگزين وزني سيمان در بتن سبک استفاده شد. مقاومـت فشاري به عنوان بيانگر خصوصيات مقاومتي بتن و ميزان جذب آب به عنوان نماينده اي از خصوصـيات دوامـي بـتن و دوام خميـر سيماني در برابر محيط اسيدي به عنوان بيانگر توانايي بتن در حفاظت از آرماتورهـا در برابـر عوامـل اسـيدي و دوام بـتن در برابـر محيطهاي اسيدي بررسي شد. در پايان صرفه اقتصادي استفاده از ميکروسيليس در بتن سبک بررسي شد.
٢- برنامه آزمايش ها
در اين آزمايش از هر طرح اختلاط چهار نمونه بتن ١٥ × ١٥ × ١٥ و دو نمونـه ١٠ × ١٠ × ١٠ و پـنج نمونـه ٥ × ٥ × ٥ از خميـر سيماني استفاده شده در بتن ، ساخته شد. که دو نمونه ١٥ × ١٥ × ١٥ در سن ٧ روز و دونمونه ي ديگر در سن ٢٨ روز مورد آزمون مقاومت فشاري قرار گرفته شد و دو نمونه ١٠ × ١٠ × ١٠ در سن ٢٨ روز براي آزمون جـذب آب و دو نمونـه سـيماني ٥ × ٥ × ٥ براي تست دوام در برابر اسيد کلردريک مورد استفاده قرار گرفته شد.
٢-١ مصالح خام
٢-١-١ سيمان
سيمان مورد استفاده در اين پژوهش سيمان پرتلند معمولي تيپ ١ اصفهان (گريد٤٢.٥، سطح مخصوص بلـين ٣٤٢ kg.m2) همـراه با استاندارد ايران (ISIRI) مي باشد. ويژگيهاي فيزيکي و ترکيب شيميايي سيمان در جدول ١ و ٢ به ترتيب داده شده است .
جدول ١: ويژگيهاي فيزيکي سيمان استفاده شده در اين پژوهش
-١-٢ دوده سيليسي (ميکرو سيليس )
ميکرو سيليس پودري بسيار نرم سفيد رنگ وتشکيل شده از بلورهايي با قطر هاي بين ٠.١ و ٠.٢ ميکرون مي باشد. به دنبال عمل هيدراتاسيون سيمان، هيدروکسيد کلسيم آزاد شده حدودا ٢٠ درصد حجم ملات را به خود اختصاص مي دهد و اين جزء مـي توانـد به سادگي در آب حل شود و به خارج از بتن انتقال يابد. خواص مکانيکي و دوام آنرا تضعيف کند. واکنش هاي قليايي سنگدانه هـا نيز با وجود هيدروکسيد کلسيم در خمير سيمان تشديد مي گردد. بدين ترتيب هيدروکسيد کلسيم جزء تضعيف کننده مخلـوط بـتن بوده وبه علت ناپايداري ، منشاء ضعف بتن است [٣]. استفاده از ميکرو سيليس ، موجب مي شود که پيوستگي بين خميـر سـيمان – مصالح سنگي بهبود يابد. ترکيب شيميايي ميکروسيليس نيز در جدول ٢ قابل ملاحظه مي باشد.
جدول ٢: آناليز شيميايي سيمان و ميکروسيليس
2-١-٣ سنگدانه سبک (ليکا)
واژه ليکا از عبارت Light Expanded Clay Aggregate ) دانه رس منبسط شده ) گرفته شده است .
در کشور ما تنها، شرکت ليکاي ايران به توليد اين سبکدانه هاي رس منبسط شده مي پردازد. محصولات اين کارخانه از نوع خاصي از رسها که قابليت تورم دارند، درست مي شود. به اين ترتيب که اين رسها را با يک سري مواد که موجب تسريع تورم مـي شـوند، مخلوط مي کنند. سپس از داخل يک کوره گردان عبور داده مي شوند. کوره به وسيله ترکيبي از زغال سنگ ونفت مشتعل مي شود و دما را تا حدود ١٢٠٠ درجه سانتي گراد مي رساند تا در نهايت مصالح سبکي با ساختار داخلي متخلخل تشکيل مي گردد.[٤] در اين کار پژوهشي ليکاي مورد استفاده بطور مستقيم از شرکت ليکاي ايران واقع در ساوه تهيه شد.
٢-١-٤ ماسه
در اين پژوهش ماسه ي مورد استفاده از نوع ماسه ي شسته رودخانه اي ٥-٠ مي باشد که از معدن صفه ي اصفهان تهيـه گرديـد.
وزن مخصوص اين ماسه در حالت کاملا خشک برابر ٢٧٠٠ Kg.m3 مي باشد.
٢-١-٥ ابر روان کننده
ابر روان کننده مورد استفاده پلي کربوکسيلات با درصدمواد جامد ٤٠% ساخت شرکت آبادگران مي باشد. درصد ابـر روان کننـده بـا توجه به مقادير گوناگون ذرات ميکرو سيليس در طرح هاي اختلاط مختلف تنظيم شد.قيمت هر کيلو گرم از اين روان کننـده برابـر
٥٧٠٠٠ ريال مي باشد.
٢-٢ روش اختلاط
ميکسر مورد استفاده در اين پژوهش از نوع چرخان با حداکثر حجم ٥٠ ليتر است و روش اختلاط مصالح به صورت زير مي باشد : ابتدا مصالح خشک در ميکسر به مدت ٢ دقيقه کاملا با هم مخلوط شدند. سپس ٥٠ درصد آب وکل مواد سيماني نيز وارد ميکسر و به مدت ٣ دقيقه مخلوط شدند و در نهايت از بقيه ي آب و فوق روان کننده محلولي ساخته شد و به بتن اضافه شـد و بـه مـدت ٥ دقيقه کاملا با هم مخلوط شدند. سپس بتن را در قالبهاي مورد نظر ريخته و پس از ٢٤ ساعت نمونه ها را از قالب خارج کرده و در حوضچه آب ٢٣ درجه قرار گرفت .
همچنين براي ساخت نمونه هاي خمير سيماني ، ابتدا سيمان و ميکروسيليس با همان درصد استفاده شده در بتن ، با دست مخلـوط شدند و سپس آب به ميزان ٢٧% کل مواد سيماني اضافه شد و پس از مخلوط کردن بادست ، قالب گيري شدند.
٢-٣ طرح اختلاط :
جزئيات طرح اختلاط در جدول ١ نمايش داده شده است .نسبت آب به مواد سيماني بـراي همـه ترکيبهـا ٠.٤در نظـر گرفتـه شـده.
اسلامپ همه بتنها به وسيله روان کننده ثابت نگه داشته شده است .
جدول ٣: طرح اختلاط ها
2-٤ آزمون مقاومت فشاري:
براي هر طرح اختلاط نمونه هاي مکعبي ١٥سانتي متري با سن ٢٨,٧ روز آزمايش شدند و ميانگين دو نمونـه بـه عنـوان مقاومـت فشاري ثبت گرديد آزمايش مقاومت فشاري روي نمونه ها با دستگاه پرس استاندارد با کنترل بارگذاري ٠.٦٨ Mpa.s انجام شد.
٢-٥ تست جذب آب کوتاه مدت:
ضريب جذب آب به عنوان يکي از روشها و پارامترهاي اندازه گيري نفوذ پذيري بتن مطـرح مـي باشـد. بنـابر اسـتاندارد ASTM
C1585،اين ضريب با اندازه گيري ميزان آب جذب شده توسط نمونه هاي بتن خشک در مدت زمـان يـک روز بدسـت مـي آيـد.
نمونه هاي بتني به اين صورت مورد آزمايش قرار گرفتند: ابتدا در آون ١٠٥ درجه به مدت ٧ روز قرار داده شدند تا خشـک شـوند و وزن آنها ثابت شود. سپس در يک محيط خشک به مدت ٣ روز خنک شدند، در مرحله بعد ٤وجه کناري نمونه ها با چسب اپوکسي شفاف پوشانده شد و انتهاي نمونه به ضخامت mm3 در آب فرو برده شد و انتهاي ديگـر نمونـه توسـط يـک پلاسـتيک و کـش پلاستيکي پوشانده شد. مقدار آب جذب شده در زمان هاي ١٥، ٣٠، ٦٠، ٩٠، ١٢٠، ١٥٠، ١٨٠ و ٣٠٠ دقيقه براي همـه نمونـه هـا ثبت شد.
٢-٦ تست دوام در برابر اسيد:
براي هر طرح اختلاط پنج نمونه مکعبي ٥سانتي متري با سن ٢٨ روز آزمايش شدند و ميانگين نمونـه هـاي صـحيح بـه عنـوان نمايانگر دوام در برابر محيط اسيدي ثبت گرديد. آزمايش دوام در برابر اسيد روي نمونه ها با استفاده از اسيد هيـدروکليک ٣ درصـد جرمي انجام شد. نمونه ها پس از خشک شدن به مدت ١٥ دقيقه در محيط اسيدي قرار گرفتند. پـس از آن نمونـه هـا شستشـو و اسيد زدايي شدند و دوباره خشک گرديدند. اختلاف جرم ايجاد شده در نمونه ها نمايانگر ميزان خوردگي در برابـر يـون +H (اسـي ) است . درصد اختلاف جرم براي هر نمونه محاسبه شد و ميانگين نتايج به دست آمده از نمونه هـاي هـر طـرح محاسـبه و بـا هـم مقايسه شدند.
٣-نتايج آزمايشگاهي و بحث در مورد آنها
٣-١ مقاومت فشاري
جدول ٤: نتايج تست مقاومت فشاري
با مطالعه و داده هاي فوق، به اين نتيجه مي رسيم که با جايگزيني ٥تا٢٠ درصد ميکروسيليس با مواد سيماني در همـه درصـد هـا رشد مقاومت داشته ايم . با توجه به نمودار هاي ١ و ٢ که مقاومت هاي فشاري به ترتيب در سنين ٧ و ٢٨ روز مي باشد، "بيشترين رشد مقاومت " مربوط به مقدار جايگزيني ١٥درصد ميباشد که نسبت به بتن شاهد حدود ٣٨ درصـد افـزايش داشـته اسـت و رشـد مقاومت در مقادير بيش از ١٥ درصد ميکروسيليس کندتر مي باشد. شايد مقدار ١٥ درصد ميکرو سيليس به عنـوان مقـدار اوپتـيمم اين پوزولان در بتن سبک معرفي شود.
