بخشی از مقاله
بررسی اثرافزایش دما در بتن حجیم
خلاصه
در تحقیق حاضر شرایط واقعی هیدراسیون سیمان در لایه هاي سطحی بتن حجیم مدل سازي آزمایشگاهی شده است. سه رژیم حرارتی با دماي پیک 49، 61 و 73 درجه سلسیوس در طول مدت 24 ساعت بر روي نمو نه هاي بتن با نسبت آب به سیمان 0/36اعمال گردیده است. نمونه ها پس از تحمل رژیم حرارتی به محیط آزمایشگاه منتقل و تا سنین آزمایش نگهداري شده اند. براي مقایسه نمونه هائی نیز در شرایط استاندارد تهیه شده اند. در صد میکروسیلیس مصرفی %0، %5 و %8 می باشند.نتایج نشان می دهد، اعمال رژیم حرارتی با پیک دمائی 73 و 61 درجه سلسیوس باعث کسب مقاومت 1 روزه قابل توجهی می شود از سوي دیگر روند کسب مقاومت را در طولانی مدت کاهش می دهد. با افزایش در صد میکروسیلیس مقاومت طولانی مدت نسبت به نمونه هائی که در شرایط استاندارد نگهداري شده اندکاهش بیشتري می یابد.
کلمات کلیدي: لایه سطحی ، رژیم حرارتی، بتن حجیم ، میکروسیلیس
.1 مقدمه
دماي بالا در بتن سبب افزایش سرعت هیدراتاسیون و توزیع غیر یکنواخت محصولات هیدراتاسیون می شود . [1,2] هیدراتاسیون سیمان پرتلند منجر به تولید حرارت می شود، بالا رفتن دما در زمان بتن ریزي طبیعی است. زمانی که بتن حجیم ریخته می شود، دماهاي بالاتري در عضو بوجود می آید. مهندسین در اجرا دماهاي بالا تا حدود 93 درجه سانتی گراد را در پروژه هاي مختلف مشاهده نمودند.[3]
نسبت آب، سیمان، نرمی سیمان، دماي بتن ریزي و دماي عمل آوري در گسترش حرارت شرکت دارند.[4] بالا رفتن دماي بتن حجیم به دماي اولیه بتن و نسبت حجم به سطح پوسته بستگی داردعلاوه. بر این افزایش دما بطور چشم گیري تحت تأثیر ترکیبات شیمیایی سیمان خصوصاً C3A و C3S می باشد.[5] بررسی و مرور مقالات، گزارش ها نشان می دهند که افزایش دما مقاومت اولیه را افزایش، اما مقاومت بلندمدت را کاهش می دهد.[6] به علاوه، سرعت انتشار محصولات هیدراتاسیون در دماي بالا، اجازهي توزیع یکنواخت خمیر در برگیرندهي ملات سیمان در این اعضاء را نمی دهد. در نتیجه محصولات تراکم هیدراتاسیون اطراف دانه هاي سیمان را می گیرد و یک حفرهي باز بین دانه ها شکل می گیرد. این توزیع، تخلخل کلی و حجم حفرات را افزایش داده و منجر به بیشتر شدن نفوذ یون کلر می شود. یون هاي کلر سبب خوردگی میلگردهاي فولادي و تخریب زود هنگام سازه هاي بتنی می شود. مشکل دیگر مربوط به دماي عمل آوري بالا، تأخیر در تشکیل اترینگایت است .[7](DEF)
هنگامی که سیمان هیدراته می شود اترینگایت بصورت بلند تشکیل می شود به محض از دست دادن آب، اترینگایت به شکل کوتاه درمی آید. در عمل آوري با دماي بالا شکل کوتاه اترینگایت به شکل بلند برمی گردد و موجب ترکهاي ریز می گردد. دفترچه مشخصات استاندارد اداره راه فلوریدا، بیشترین دماي عمل آوري را براي بتن پیش تنیده 70 تا 80 درجه سانتی گراد تعیین کرده است.[8]
.2 هدف
در این پژوهش پوسته بتن حجیم مدل سازي و تأثیر افزایش دما در پوسته بر مقاومت فشاري نمونه هاي بتنی بررسی گردید. میکرو سیلیس در سه رده%0، %5 و %8 وزنی سیمان مورد استفاده قرار گرفت. سه رژیم حرارتی با حداکثر دماي 49 و 61 و 73 درجه سانتی گرادکه حتی المقدور مطابق با واقعیات سازه هاي حجیم می باشد به نمونه هاي بتنی اعمال گردید.
.3 طراحی آزمایش و مصالح مصرفی
.1.3 طرح اختلاط
در تحقیق حاضر نسبت آب به سیمان 0/36در نظر گرفته شده است. مصالح سنگی شامل شن شکسته با حداکثر بعد 19mm از شرکت متوساك و ماسه رودخانه اي می باشد. جهت حصول کارایی مطلوب و همگنی مخلوط، از فوق روان کنندهي GLENIUM (11.m) از نوع نسل سوم از شرکت BASF استفاده شده است. سیمان تیپ 2 هگمتان همدان و میکروسیلیس (دودهي سیلیس) ازنا تهیه و مورد استفاده قرار گرفت. نسبت هاي اختلاط و اسلامپ در جدول شمارهي 1 نشان داده شده است.
توضیح نماد:--:C – S—T عدد مقابل Cنشان دهنده نسبت آب به سیمان، عدد مقابل Sنشان دهنده درصد میکرو سیلیس و عدد مقابل T نشان دهنده دماي بالاي رژیم حرارتی و st حالت استاندارد می باشد.
.2.3 نحوهي اختلاطو قالب گیري
ابتدا مصالح سیمانی و ماسه را در مخلوط کن ریخته و کمی آنها را مخلوط می کنیم. در مرحله ي بعد آب و فوق روان کننده را اضافه می کنیم و بخشی از آب را با میکروسیلیس کاملاً هم زده و اضافه می کنیم و سپس از اطمینان از یکپارچه شدن ملات، سنگدانه هاي درشت را به مخلوط اضافه می کنیم. پس از 3 تا 4 دقیقه آزمایش اسلامپ صورت گرفته و بتن را در قالبهاي مکعبی 10CM که از قبل روغن زده شده است در سه مرحله ریخته و عملیات تراکم و ویبره انجام شد.
.3.3دستگاه TMCC
جهت شبیه سازي سطوح بتن هاي حجیم، از یک محفظه با کنترل اتوماتیک استفاده گردید. این محفظه جهت جا دادن نمونه هاي بتنی طراحی گردیده و با نصب دو هیتر که متصل به دستگاه کنترل کننده قادر است دمایی را که مدنظر است به بتن اعمال گردد. مجموعهي این سیستم ( شکل شماره (1 تحت عنوان (TMCC) Temperature Matched Curing Cabinet در آزمایشگاه تحقیقاتی بتن و مواد سازه اي دانشگاه بوعلی سینا طراحی شده است. رژیم هاي حرارتی مورد نظر را با نرم افزار Jumo Dicon در بخش Program برنامه نویسی کرده و به دیتالوگر تابلو برق ارسال می شود. و سپس اجراي برنامه با دیتالوگر و فرمان روشن شدن هیترها رژیم مدنظر به بتن هایی که داخل TMCC گذاشته شده اند اعمال می شود.
رژیم حرارتی انتخابی به صورت نمودار شکل2 نشان داده است. همانگونه که مشاهده می گردد 2 ساعت پس از شروع هیدراتاسیون و ریختن بتن در قالب هاي 10cm، نمونه ها را با پلاستیک آب بند نموده و در داخل دستگاه گذاشته و رژیم حرارتی را به بتن اعمال میکنیم. دما پس از 16 ساعت به بیشترین دما رسید ه و 6 ساعت در بالاترین دما باقی می ماند و سپس نمونه ها خارج شده و قالبها باز می شود سپس نمونه ها در محیط آزمایشگاه نگهداري و در سنین مقرر مورد آزمایش قرار گرفتند.
.4.3 آزمایش ها
آزمایش هاي انجام شده در این مطالعه عبارتند از:
الف: آزمایش مقاومت فشاري در سنین 1، 2، 3، 7، 28، 56 و 91 روزه توسط جک ADR 2000 KN با سرعت 3KN/S انجام شد.
.4 نتایج
هیدراتاسیون سریع سیمان در حالت عمل آوري بالا، باعث تشکیل بیشتر محصولات هدراتاسی ون و در نتیجه سبب افزایش مقاومت اولیه خواهد شد. در تنایج بدست آمده دیده می شود که مقاومت روز اول بتن عمل آوري شده در دماي 73 درجه سانتی گراد در حدود چهار برابر نمونه عمل آوري شده در حالت استاندارد می باشد اما از سن 28 روز به بعد مقاومت نمونه استاندارد از نمونه ها ي عمل آوري شده در دماهاي 49 ،61و 73 درجه سانتی گراد بیشتر می شود(شکل .(3 بتن عمل آوري شده در دماي 73 درجه سانتی گراد که افزایش مقاومت قابل توجه اي در سنین اولیه داشت ، از سن 28 روز به بعد کمترین مقاومت فشاري را نسبت به نمونه استاندارد و نمونه عمل آوري شده دارد.
نتایج مطالعات گرمایی بر روي هیدراتاسیون اولیه سیمان که توسط Neville(1997) گزارش شده ، نشان داد که در سیر تکاملی حرارتی، بیشترین دما در حدود 8-6 ساعت پس از آغاز پروسه هیدراتاسیون در دماي معمولی رخ می دهد. در طی این دوره با هیدراته شدن %20 سیمان در عرض 2 تا 3 ساعت سیمان عکس العمل سریعی را تحمل می کند.در دماهاي بالا تر از 40درجه سانتی گراد این عکس العمل ها تسریع شده بطوري که % 30 تا %40 سیمان در یک دوره 2 ساعته هیدراته می شود. در عمل آوري با بخار %50 یا بیشتر از سیمان در یک ساعت یا کمتر هیدراته می شود.
هیدراتاسیون سریع فرصت زیادي براي پخش محصولات هیدراتاسیون در حفرات را نمی ده د و منجربه تمرکز بالاي محصولات هیدراتاسیون در یک ناحیه شده واطراف دانه هاي سیمان را می گیرد که هیدراتاسیون هاي بعدي را به تاخیر می اندازد و سبب کاهش مقاومت هاي بلند مدت می شود.
