بخشی از مقاله
بررسی استفاده از پلیمر سوپر جاذب در ساخت بتن سبک سازهای
چکیده
کاهش هزینهها در امر ساخت و ساز موضوعی است که از دیرباز مورد توجه دستاندرکاران صنعت ساخت و ساز قرار گرفته است. یکی از راه-های کاهش هزینهها در ساخت سازههای بتنی، کاهش ابعاد سازه است که این امر از طریق استفاده از بتنهای سبک سازهای امکان پذیر است. علاوه بر این استفاده از بتنهای سبک در ساخت قطعات پیش ساخته سبب سهولت در حمل و نصب آنها شده و به طور غیر مستقیم در طراحی آنها تاثیر میگذارد. در این مقاله سعی شده است تا با استفاده از پلیمرهای سوپر جاذب بتن سبکی دست پیدا کرد که علاوه بر دارا بودن مقاومت سازهای، خود عملآور((self-cure نیز باشد. به منظور دستیابی به این هدف ماده خشک پلیمر سوپر جاذب به صورت جایگزین حجمی ماسه و براساس درصد وزنی سیمان به مخلوط بتن اضافه شد و مقاومت فشاری 7 و 14و 28 روزه نمونههای بتنی تعیین شد. نتایج نشان میدهد که دستیابی به بتن سبک سازهای ساخته شده با پلیمرهای سوپر جاذب و بدون استفاده از سبکدانه امکان پذیر است .
واژههای کلیدی: بتن سبک سازهای، پلیمر سوپر جاذب، خود عملآوری
مقدمه
پس از جنگ جهانی اول و به ویژه بعد از تولید اولین سبکدانههای سازهای در اوایل قرن بیستم در آمریکای شمالی در مقیاس صنعتی تا به امروز تحقیقات گستردهای روی این نوع بتن انجام شده وتحولات زیادی در ساخت و کاربرد آن به وجود آمده است1]و.[2 استفاده از بتنهای سبک مزایای بسیاری دارد که میتوان از آنها به کاهش بار مرده سازه، کاهش ابعاد المانهای سازه، کاهش بار وارده ناشی از زلزله، کاهش اتلاف انرژی با توجه به عایق حرارتی بودن آن اشاره کرد. طبق تعریف ارائه شده در استاندارد ACI C330 -82a بتن سبک به بتنی اطلاق میشود که وزن مخصوص آن از 1840 کیلوگرم بر متر مکعب تجاوز نکند(مقررات ملی ساختمان ایران نیز حداکثر چگالی مجاز بتن سبک را مشابه ACI C330 -82a در نظر گرفته است). این در حالی است که استاندارد اروپایی EN 206-1 حداکثر چگالی بتن سبک خشک شده را برابر 2000 کیلوگرم بر متر مکعب در نظر گرفته است. بتن سبک از نظر مقاومتی در سه رده :بتن سبک غیر سازه ای ، بتن سبک نیمه سازه ای (با مقاومت متوسط) و بتن سبک سازه ای تقسیم می شود . در جدول 1 برخی از ویژگی های این سه رده بتن سبک شامل وزن مخصوص ، حداکثر مقاومت فشاری و موارد مصرف هر رده به صورت جدا از هم آمده است [1].
از طرف دیگر می توان بر اساس روش ساخت، بتن های سبک را به سه دسته اصلی تقسیم کرد که در جدول 2 آورده شده است[1]
همان طور که در جدول بالا نشان داده شده است یکی از راه های سبک سازی ایجاد تخلخل در توده بتن است و یکی از راههای ایجاد تخلخل، استفاده از پلیمرهای سوپر جاذب2 میباشد. این پلیمرها انواع مختلفی دارد ولی به دلیل آبدوست بودن پلی اکرلیک اسیدها3 اغلب از این مواد ساخته می شوند.[3] این پلیمرها توانایی جذب آب بالایی دارند (نسبت مقدار آب جذب شده به وزن ماده خشک سوپر جاذب) و بر حسب فرمول ساخت می توانند تا 5000 برابر وزن خود آب خالص جذب کنند .[4]این پلیمرها که معمولا از آنها با نام SAP یاد میشود پس از جذب آب افزایش حجم می دهند و دوباره پس از خشک شدن حجم آنها کاهش یافته و سبب ایجاد حفرات در ماتریس سیمان می شود . مکانیزم عمل این پلیمر ها در شکل 1 نشان داده شده است. به دلیل توانایی جذب و حفظ آب توسط این پلیمرها و همچنین دفع آب جذب شده به هنگام خشک شدن محیط بتن، تا به امروز از این پلیمرها جهت عمل آوری داخلی4 بتن های توانمند و فوق توانمند استفاده شده است5]و.[6 در این تحقیق سعی شده تا با استفاده از خاصیت افزایش حجم به هنگام جذب آب و کاهش حجم این پلیمرها به هنگام خشک شدن تخلخلی درون ماتریس بتن ایجاد کرد تا بدین وسیله با کاهش وزن مخصوص بتن و بدون استفاده از سبکدانه به بتن سبک سازه ای دست یافت. ویژگی اصلی تخلخل ایجاد شده توسط پلیمرهای سوپر جاذب نسبت به حباب سازها، پایداری حفرهها درون ماتریس بتن است.
مصالح
در این تحقیق از پلیمرهای سوپر جاذب ساخته شده توسط شرکت SNF فرانسه استفاده شده است . مشخصات این پلیمرها با توجه به اطلاعات شرکت سازنده در جدول 3 آورده شده است. همچنین از سنگدانه طبیعی بابل با سایز 8-0 و با وزن مخصوص 2/65 گرم بر سانتیمتر مکعب و میزان جذب آب 2/8 درصد استفاده شد که نمودار دانه بندی آن در شکل 2 آورده شده است . همچنین از سیمان تیپ II نکا و پودر میکروسیلیس محصول شرکت فرو آلیاژ ازنا با وزن مخصوص 2/21 گرم بر سانتیمتر مکعب وآب آشامیدنی شهرستان بابل به عنوان آب مورد نیاز طرح اختلاط استفاده شد. مشخصات پلیمرهای سوپر جاذب مورد استفاده در جدول 3 و آنالیز شیمیایی سیمان و میکروسیلیس در جدول 4 آورده شده است.
روش اختلاط
پیش از شروع اختلاط مصالح، ابتدا با استفاده از آزمایش کیسه چای5 میزان جذب آب توسط پلیمرهای سوپرجاذب اندازه گیری شد. روش انجام این آزمایش بدین صورت است که ابتدا 0/2 گرم از ماده خشک پلیمر را درون کاغذ صافی ریخته و کاغذ را به مدت 15 دقیقه درون آب قرار میدهیم. پس از گذشت این مدت مجددا آن را وزن میکنیم. دلیل انجام این آزمایش آن است که میزان جذب آب اعلام شده توسط شرکت تولید کننده، در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی و در آب خالص بوده است . با توجه به آزمایش، میزان جذب آب پلیمرها برابر 150 gr/gr بدست آمد. پس از تعیین میزان جذب آب ، برای ساخت مخلوط بتن ، ابتدا ماسه و سیمان درون میکسر ریخته شد و با هم مخلوط شدند . برخلاف تحقیقات گذشته که از این پلیمرها به صورت خشک در مخلوط بتن استفاده شده است [9-4]، در این تحقیق ابتدا پلیمرهای سوپر جاذب با استفاده از آب اختلاط تعیین شده به صورت پیش خیس شده در آورده شدند و سپس به مخلوط بتن اضافه شدند. پس از اضافه کردن پلیمرهای پیش خیس شده، حداقل 5 دقیقه زمان لازم بود تا پلیمرهای در حال میکس شدن شروع به دفع آب جذب شده بکنند و رطوبت مخلوط را به حد دلخواه برسانند این دفع آب تقریبا تا 10 دقیقه پس از شروع مخلوط شدن ادامه داشت. البته در مواردی که بعد از 5 دقیقه بتن به روانی مناسب نمیرسید مقدار مشخصی آب به مخلوط اضافه میشد. در نمونه های ساخته شده با میکروسیلیس ابتدا مقداری از آب اختلاط را به پودر میکرو سیلیس اضافه کرده و پس از گذشت 5 دقیقه از اضافه کردن پلیمرهای پیش خیس شده، به مخلوط اضافه شد. در پایان از هر یک از مخلوط های ساخته شده تعداد سه نمونه مکعبی 15×15 تهیه و آزمایش مقاومت فشاری روی نمونه ها انجام شد. نسبت های اختلاط برای هر یک از طرح های ساخته شده در جدول 5 آورده شده است. البته شایان ذکر است که عمل آوری نمونه ها به منظور تعیین اثر عملآوری داخلی بر روند کسب مقاومت، در هوای آزاد با دمای 25±2 و رطوبت 50 درصد انجام شد. محل انجام این آزمایشها در آزمایشگاه تکنولوژی بتن موسسه آموزش عالی طبری بابل بود.
