بخشی از مقاله
بررسی تاثیر الیاف فوﻻدی بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی سنگدانه های بازیافتی
خﻻصه
ر وجود ضایعات بتنی مشکﻻت زیادی را برای محیط زیست به وجود آورده است .مواد معدنی مورد استفاده در بتن محدود است و لذا استفاده مجدد از ضایعات بتن باعث کاهش استفاده از مواد معدنی میشود. تحقیقات صورت گرفته نشان می دهد که امکان بکار گیری بتن تخریبی به عنوان قسمتی از مصالح سنگدانه وجود دارد. استفاده مجدد از بتن بازیافتی در بعضی از کشورها به صورت قانونمند در آمده است. تحقیقات بسیار کمی در این مورد در کشور ما انجام گرفته است. هدف از انجام این تحقیق تولید بتن از سنگدانه های بتن ضایعاتی ، بررسی خواص فیزیکی-مکانیکی این نوع بتن و بررسی امکان استفاده از آن است.در این پژوهش ریزدانه و درشت دانه بازیافتی بتن را با درصد های مختلف حجمی 0،25،50،75،100درصد جایگزین شن و ماسه طبیعی نموده ایم که در مجموع 21 طرح اختﻻط را تشکیل داده است. همچنین به منظور مطالعه تاثیر الیاف فوﻻدی بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی سنگدانه های بتن بازیافتی،از الیاف فوﻻدی با درصد های حجمی مختلف 0,5،1،1,5،2درصد در طرح های حاوی نسبت های جایگزینی مشابه ریزدانه و درشت دانه بازیافتی با شن و ماسه طبیعی استفاده نموده و آزمایش های مختلف را بر روی طرح های مذکور مورد بررسی قرار دادیم و با تحقیق در نتایج سایر پژوهشگران مورد مقایسه قرار دادیم . آزمایش های انجام داده شده در حالت بتن سخت شده است که با افزایش جایگزینی سنگدانه های بتن بازیافتی بدون الیاف سبب کاهش مقاومت بتن میشود اما تمامی نمونه ها دارای مقاومت قبول میباشند و در رده بتن سازه ای قرار گرفتند. در نمونه های حاوی الیاف فوﻻدی با اضافه کردن 1,5 درصد حجمی الیاف فوﻻدی به مقدار بهینه مقاومت رسیدیم.
.
کلمات کلیدی: بتن بازیافتی ، جذب آب ، الیاف فوﻻدی ، مقاومت فشاری ، مقاومت کششی
1. مقدمه
مقدار ضایعات بتنی با توجه به ساخت و ساز روز افزون در حال افزایش است ،همچنین محدود بودن منابع و حفظ کیفیت محیط زیست لزوم بازیافت مواد
و مصالح را اجتناب ناپذیر ساخته است.یکی از مصالح ساختمانی که پتانسیل خوبی برای بازیافت دارد بتن می باشد .بتن ضایعاتی را می توان دوباره خرد نموده ،به عنوان سنگدانه در ساخت بتن استفاده کرد.ضایعات بتنی معموﻻ در زمین دفن می شوند لذا بازیافت انها ضمن حل مشکﻻت زیست محیطی باعث حفظ منابع طبیعی محدود می شود.مطالعات بر روی استفاده از سنگدانه های بازیافتی به مدت 50 سال در حال انجام می باشد.در حقیقت هیچگونه نتیجه ای مبنی بر اینکه سنگدانه های بازیافتی برای استفاده در سازه ها نامناسب است موجود نمیباشد. استفاده از این سنگدانه ها راهکار مفید اقتصادی و سازگار با محیط زیست می باشد که مستلزم دانش مدیریت بتن بازیافتی میباشد.[1]
ساخت و ساز و تخریب ضایعات ساختمانی تخریب بتن شامل( فنداسیون،تیر،ستون،کف ها و غیره...)آجر و سنگ نما ، چوب و سایر مواد مانند دیوار خشک،شیشه ، عایق کاری ، سقف ، سیم ، لوله ، سنگ و خاک را تشکیل می دهند. که بخش قابل توجهی از ضایعات ساختمانی میباشد. بنابراین از اهمیت زیادی به عنوان یکی از موثرترین استراتژی در به حداقل رساندن ضایعات بازیافت ارائه میدهد .
سه مزایای اصلی عبارت انداز:
1. کاهش در تقاضای منابع جدید
2. کاهش در هزینه های حمل و نقل و تولید انرژی
3. استفاده از ضایعات بجای دفن و آلودگی محیط زیست [2]
در حال حاضر به طور گسترده ای پذیرفته شده است که وجود بالقوه برای بازیابی و بازیافت بتن تخریب شده باقیمانده برای استفاده در برنامه های کاربردی وجود دارد بعﻻوه از حداکثر مزایای اقتصادی و زیست محیطی استفاده می شود.به عنوان یک نتیجه مستقیم از این منابع بازیافت در بسیاری از بخش های جهان، در حال حاضر مواد بی ارزش زباله ی ساختمانی را به محصوﻻت ساختمانی ثانویه مثل تنوع در درجه بندی سنگدانه ها، مصالح جاده و ریزدانه هاتبدیل میکنند. در برخی از کشور های در حال توسعه بتن تخریب شده بازیافت و مورد استفاده قرار میگیرد. به طور کلی برای افزایش استفاده از بتن بازیافتی نیاز به یک قانونمندی و نظارت دقیق دارد.[3] اسیف حسین و همکارانش در تحقیق خود ذکر کرده که با افزایش مقدار سنگدانه بازیافتی درصد جذب آب مصالح از 1,5 درصد به 4,5 درصد میرسند که نیاز به افزایش نسبت آب به سیمان میباشد.[4]
مدن ماهون ردی و همکارانش به این نتیجه رسیدند بتن ساخته شده با سنگدانه بازیافتی از بتن طبیعی اندکی ضعیفتر است اما قابلیت سازه ای خود را داشته و قابل استفاده است.[5] صدر ممتازی و همکارانش به این نتیجه رسیدند که با جایگزینی صد درصد سنگدانه های بازیافتی بتن بازیافتی حاصل جز بتن سازه ای محسوب میشود.[6]
سیلوا و همکارانش (R V Silva) [7] در مورد خواص سنگدانه های بازیافتی بعد از بررسی خصوصیات اصلی فیزیکی و ترکیب دانه های بازیافتی به این نتیجه رسیده اند وقتی دانه بندی به درستی پردازش و طبقه بندی شود سنگدانه های بازیافتی همسان سنگدانه های طبیعی در نظر گرفته شوند و برای استفاده در هر سازه با مشخصات ملی و بین المللی استفاده شود
بیشترین افزایش مقاومت فشاری با حضور الیاف فوﻻدی توسط لیبر [8] و همکاران گزارش شده است. الیاف فوﻻدی مورد استفاده آنها به طول 35 میلیمتر و قطر 0,55 میلیمتر بوده که میزان مصرف آن نیز %0,5 حجمی بوده است. آنها گزارش کردهاند که حضور الیاف فوﻻدی سبب کاهش کارایی بتن سبک حاوی سبکدانه پومیس شده است اما مقاومت فشاری را حداکثر تا %60 افزایش داده است. در حالی که با میزان مصرف %1 حجمی، افزایش مقاومت فشاری کاهش یافته و به %50 رسیده است. این میزان کاهش در افزایش مقاومت فشاری میتواند به دلیل آن باشد که در میزان باﻻی مصرف الیاف فوﻻدی پدیده پخششدگی الیاف به خوبی صورت نمیگیرد.[9]
کامپیونه1 و همکاران[10] بر تأثیر الیاف فوﻻدی (با طول 30 mm و نسبت ظاهری((60 ( بر بتن سبک حاوی سبکدانه لیکا با حداکثر اندازه سنگدانه 12mm تحقیق کرده و گزارش کرده است که با حضور %0,5 ، %1 و %2 الیاف فوﻻدی به ترتیب مقاومت فشاری %22 ، %29 و %38 افزایش یافته است.
.2 روش تحقیق
پس از ساخت بتن معمولی به گونهای که پاسخگوی آزمایشات ﻻزم جهت بررسی خواص آن در حالت تازه بوده، بتن را داخل قالبهای از پیش تعبیه شده ریخته و به مدت 24 ساعت جهت سخت شدن در درجه حرارت و رطوبت ثابت نگهداری شد. نمونهها پس از گذشت 24 ساعت از قالبها خارج شده و جهت انجام عمل گیرش و عملآوری در حوضچه آب با دمای 20 20 درجه سانتیگراد قرار داده شدند.جهت بررسی بتن تهیه شده از خرده بتن ، مخلوطهای بتنی مختلف طراحی و ساخته شد . هر مخلوط شامل نمونه های مکعبی به ابعاد 100 میلیمتر برای مقاومت فشاری در سنین 7،28،60،90 روزه و جذب آب و نمونه های استوانه ای 150*300 میلیمتر برای آزمایش مقاومت کششی در سن 28 روز مورد استفاده قرار گرفت.
.3مصالح مصرفی
1-3شن
در این تحقیق از دو نوع شن طبیعی استفاده شد و به منظور ساخت مخلوط های بتنی این دو نوع شن طبیعی به میزان برابر با هم ترکیب شدند . کیفیت آنها از لحاظ وجود دانه های پولکی همچنین درصد خاک موجود در آن مورد تایید قرار گرفت. آزمایش دانهبندی جهت تعیین نحوه توزیع اندازه دانههای سنگی بکار گرفته میشود که از طریق جدایش به کمک الک براساس 2ACI 211 استاندارد ASTM C33 صورت میگیرد. شن نوع اول از کارخانه لوله سازی شمال تهیه شده و از نوع مصالح شکسته می باشد . این شن طبیعی شکسته دارای دانه بندی یکنواخت و ماکزیمم اندازه دانه های 16 میلی متر
می باشد . شن نوع دوم از کوچصفهان تهیه شده و از نوع مصالح رودخانه ای است . این شن طبیعی گرد گوشه دارای دانه بندی یکنواخت و ماکزیمم اندازه دانه ها ی آن 19 میلی متر می باشد . مصالح درشت دانه ای که از ترکیب این دو نوع شن حاصل شد ، دارای وزن مخصوص اشباع با سطح خشک ( SSD) 1 برابر با 2720 kg/m³ و جذب آب 1/5 درصد می باشد . در این تحقیق از سنگدانههای بتن بازیافتی استفاده گردید. به نحوی که قبﻻً توسط محقق دیگری در دانشگاه گیﻻن به ساخت بتنهای معمولی((Conventional Concrete با مقاومت 40 مگا پاسگال ساخته شد سپس توسط سنگ-شکن معدن گنجه رودبار آنها را خرد و در اندازههای مختلف تهیه شده بود. شن بازیافتی مورد استفاده در این تحقیق دارای دانه بندی یکنواخت و ماکزیمم اندازه دانه های 19 میلیمتر می باشد . وزن مخصوص این شن بازیافتی برابر 2620 kg/m3 و جذب آب آن برابر 5/5 درصد می باشد.
2-3 ماسه
ماسه مصرفی در این تحقیق از نوع شکسته بوده و با دو اندازه 0-3 میلی متر و 3-6 میلی متر و با رعایت دانه بندی مناسب و بر حسب طرح اختﻻط بهینه ، می باشد . به دلیل این که هیچکدام از این دو نوع ماسه از دانه بندی ایده آل و مناسب برخوردار نبودند ، لذا با انجام سعی و خطا درصد بهینه این دو نوع ماسه برای بدست آوردن دانه بندی دلخواه محاسبه گردید . درصد اختﻻط بهینه برای ماسه 3-6 میلی متر ، 20 درصد و برای ماسه 0-3 میلی متر ، برابر 80 درصد تعیین گردید . وزن مخصوص ماسه مخلوط 2651 kg/m3 ، جذب آب 2/5 درصد و مدول نرمی آن 2/57 می باشد . ماسه بازیافتی مورد استفاده در این مطالعه در اندازه 0-6 میلیمتر می باشد . دارای وزن مخصوص 2330 kg/m3 ، جذب آب 7/5 درصد ، مدول نرمی 3/01 و دانه بندی یکنواخت است .
3-3سیمان
در این تحقیق از سیمان پرتلند تیپ 1-425 کارخانه سیمان خزر استفاده شد که دارای وزن مخصوص 3150 kg/m³ و سطح مخصوص 3060 cm²/gr بوده است .همچنین خواص فیزیکی و شیمیایی این سیمان به ترتیب در جدول((1 آورده شده است.
جدول (1) خواص فیزیکی و شیمیایی سیمان
4-3 فوق روان کننده
فوق روان کننده2 مورد استفاده در این تحقیق ، فرکو پﻻست P10-3R محصول شیمی ساختمان است . این فوق روان کننده نسل سوم بر پایه پلی کربوکسیﻻت های اصﻻح شده می باشد و منجر به حفظ اسﻻمپ بتن می شود . این ماده ، کدر و ابری رنگ بوده و در دمای 20 درجه سانتی گراد ، وزن مخصوص آن 1/1 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد.
5-3 الیاف فوﻻدی
در این تحقیق از الیاف فوﻻدی به قطر 0/8 میلیمتر و طول 36 میلیمتر ، به صورت دو انتها قﻻب دار و با وزن مخصوص 7/8 گرم بر سانتی متر مکعب استفاده شده است . جزئیات بیشتر در مورد مشخصات مکانیکی و فیزیکی این الیاف در جدول (2) ارائه شده است .
.4 طرح اختﻻط
هدف از انجام این تحقیق تولید بتن از بتن های ضایعاتی ،بررسی خواص فیزیکی-مکانیکی این نوع بتن و بررسی امکان استفاده از آن است. به همین منظور در این پژوهش مصالح شن و ماسه بازیافتی بتنی را با درصد های مشابه حجمی 0،25،50،75،100 درصد جایگزین شن و ماسه طبیعی بوده ایم که در مجموع 5 طرح را تشکیل داده است و نتایج آزمایشات مختلف را با بتن کنترل که از شن و ماسه طبیعی ساخته شده است همچنین در این تحقیق اثر الیاف فوﻻدی با درصد های مختلف 0/5 درصد ،1 درصد ،1/5 درصد و 2 درصد حجمی بتن بر روی طرح های حاوی نسبت های جایگزینی مشابه 0،25،50،75،100 درصد درشت دانه و ریزدانه بازیافتی با شن و ماسه طبیعی مورد بررسی قرار گرفته که 20 طرح را به خود اختصاص داده است.
طرح اختﻻط بتن شاهد که تمامی طرح ها بر اساس آن ساخته شده است.
.5 مقاومت فشاری
از آنجائیکه مقاومت فشاری به عنوان یکی از مهمترین ویژگیهای بتن سخت شده برای طبقهبندی در آییننامههای بین المللی میباشد بررسی آن مورد توجه است.
همانطور که اشاره شد از 3 نمونه مکعبی استاندارد با ابعاد 10 10 10 سانتیمتر جهت ارزیابی مقاومت فشاری طرح اختﻻطهای مختلف استفاده شد. دوماگاﻻ[11] 1 گزارش کرده است که ابعاد نمونه مورد آزمایش بر مقاومت فشاری در حضور الیاف فوﻻدی موثر است به نحوی که افزایش مقاومت فشاری به دلیل حضور الیاف فوﻻدی L=50mm) و (D=0,75mm در نمونه مکعبی 15 سانتیمتری، مکعبی 10 سانتیمتری و استوانهای 30 15 سانتی-متری به ترتیب %3,6 ، %4,7 و %7 بوده است.
از طرفی دوزگان2 و همکارانش[12] گزارش کردهاند که ضریب اثرگذاری الیاف فوﻻدی با افزایش میزان استفاده از سبکدانه، افزایش مییابد. بنابراین در مورد تأثیر حضور الیاف فوﻻدی بر بتن خود تراکم حاوی سبکدانه اسکوریا، انتظار بیشترین تأثیر در تحقیق حاضر میرود چراکه %100 درشتدانه یا این سبکدانه (اسکوریا) جایگزین شده است.
شفیق و همکارانش [13] تأثیر الیاف فوﻻدی با حجم کم (کمتر از %1حجمی) را در بتن سبک در شرایط عملآوری مختلف مورد بررسی قرار داده است و این نتیجه حاصل شده است که در شرایط قرارگیری نمونهها در رطوبت دائم ( در آب )، با افزایش سن بتن، افزایش مقاومت فشاری افزایش بیشتری مییابد و دلیل ان نیز برقراری پیوند بهتر بین الیاف و ماتریس سیمان در سنین باﻻتر عنوان شده است.
