مقاله بررسی تاثیر دانهبندیهای مختلف بر مقاومت فشاری بتن پودری واکنشپذیر

بخشی از مقاله

بررسی تاثیر دانهبنديهاي مختلف بر مقاومت فشاري بتن پودري واکنشپذیر

خلاصه

بتن پودري واکنشپذیر داراي مقاومت فشاري بالایی بوده که در سالهاي اخیر توجه زیادي را به خود جلب کرده است. این بتن، داراي مقاومت فشاري زیاد، تراکم بالا، نفوذپذیري کم، دوام زیاد و مقاومت سایشی بالایی است که با استفاده از سیمان و مصالح پودري بسیار ریزدانه شامل ماسه کوارتزي، میکروسیلیس، مقادیر کم نسبت آب به سیمان و فوق روانکننده تولید میگردد. از آنجا که تهیه ماسه کوارتزي در کشور دشوار و هزینهبر است در این مقاله براي اولین بار از ماسه آهکی (کربنات کلسیم) بهجاي ماسه کوارتزي استفاده شده است. براي این منظور از دو بازه دانهبندي مختلف که شامل ماسه موجود و همچنین ماسهاي که عبوري از الک 50 مش آن حذف شده، استفاده میگردد. همچنین از مقادیر مختلف ماسه به سیمان در طرحهاي مختلف استفاده شده است. آزمایش انجام شده روي این نمونهها شامل آزمایش مقاومت فشاري در سنین 1، 7، 28، 56 و 90 روزه است. نتایج آزمایشها نشان میدهد که دانهبندي اصلاح شده مقاومت فشاري مناسبی دارد.

کلمات کلیدي: بتن پودري، مصالح آهکی، پودر سنگ، مقاومت فشاري، نسبت آب به سیمان.

.1 مقدمه

بتن در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته میشود. این ماده چسبنده عموماً حاصل فعل و انفعال سیمانهاي هیدرولیکی و آب است. طی نتایج بررسیهایی که در زمینه میزان مصرف بتن در سال 2001 میلادي انجام گرفت این نتیجه حاصل شد که بعد از آب، بتن پرمصرفترین ماده در دنیاست. با تفکر در این آمار و نگاه کلی به صنعت ساختوساز، میتوان به نیاز روز افزون سازههایی با کارایی بیشتر، مقاومتر و سبکتر پی برد. مصرف زیاد این ماده بهدلیل خواص منحصر به فرد آن و بهخصوص قیمت تمام شده، استحکام و سهولت تولید و اجراي آن است. از اینرو همواره دانشمندان تحقیقات زیادي در مورد خواص آن و همچنین ابداع انواع بهینهتر و مقاومتر آن انجام دادهاند. در ضمن با توجه به کاربرد روز افزون بتن و نقش مهم آن در توسعه زیر ساختها و همچنین نوآوري در صنعت ساختمان، با توجه به لرزهخیزي کشور و اهمیت کاهش هزینهها مطالعه بر روي انواع بتن و عملکرد آنها ضروري است .[1-2]

در اوایل دههي 80 میلادي ایده استفاده از یک دانهبندي بسیار ریز به همراه یک ماتریس همگن و توپر از مواد سیمانی ظهور کرد. این ایده از آنجا پیدا شد که تحقیقات نشان داد ضعیفترین ناحیه بتن محل اتصال خمیر سیمان و سنگدانه یا همان ناحیه انتقال میباشد .[3]

تحقیقات دانشمندان طی دو دههي اخیر منجر به پیدایش نوع جدیدي بتن با خواص فوقالعاده گردیده که محدودیتهاي بتن معمولی را پشت سرگذاشته است. این بتن ابتدا تحت عنوان»بتن فوق توانمند« معرفی شد و بعدها با تلاش دست اندرکارن دانش بتن منجر به ساخت بتنهاي پودري واکنشی گردید. بتن پودري نوعی بتن با مقاومت بالا، تخلخل پایین و شکل پذیري زیاد می باشد. مواد تشکیلدهنده بتن پودري عبارتند از: سیمان، ماسه کوارتزي ریز، کوارتز شکسته، میکروسیلیس و فوق روان کننده. این بتن تقریباً غیرقابل نفوذ میباشد و همین مسئله باعث شده است خیلی از ضعفهاي بتن معمولی مثل ضعف در برابر سیکلهاي یخبندان، خوردگی، آرماتور و حمله یونهاي مضر را نداشته باشد. همچنین ضعف عمده بتن یعنی مقاومت کششی را تا حد زیادي مرتفع نموده به گونهاي که در یک نوع از بتن پودري با استفاده از الیاف فولادي، دیگر نیازي به استفاده از آرماتور در بتن نمیباشد. بتن پودري متشکل از ذراتی با مدول الاستیسیته مشابه بتن معمولی است که به منظور تراکم بیشتر دانهبندي شده است بنابراین بهطور قابل توجهی ظرفیت نهایی ماده افزایش مییابد. در شکل 1 مقایسهاي از رفتار مکانیکی بتن پودري با سایر بتنها نشان داده شده است.

شکل -1 مقایسهي نمودار تنش کرنش انواع بتنهاي پودري با بتنهاي موجود [4]

این نوع بتن فاقد سنگدانههاي درشت بوده و داراي پودرهاي بسیار ریز ماسه (حداکثر درشت دانه 600 میکرومتر) است که

در آن از نسبت آب به سیمان کم (کمتر از (0.2 به همراه فوقروانکننده (حدود 2 درصد) استفاده میشود. مقدار سیمان مصرفی در بتن پودري معمولاً بین 700 تا 1000 کیلوگرم در متر مکعب است .[5]
بتن پودري بهخودي خود به واسطه طرح اختلاط خاص، که شامل دانهبندي بسیار ریز است داراي تخلخل قابل قبول و همگنی میباشد. این مهم در بتنهاي معمولی با استفاده از اصلاح دانهبندي مصالح و یا افزودن پوزولانها به بتن حاصل میشود. اما بررسیهاي چندانی در زمینه تاثیر این عوامل بر بتن پودري در دسترس نیست. در این مقاله بتنپودري در طرح اختلاطهایی با نسبت ماسه به سیمان گوناگون و همچنین دانهبندي آن با مصالح آهکی اصلاح شده با ابعادي خارج از محدودهي بتن پودري مورد بررسی قرار میگیرد. همچنین بتنهاي پودري که پیشتر مورد بررسی قرار گرفتهاند تولید شده از ماسه کوارتزي بودهاند که در این تحقیق بررسی میشود که ساخت بتن با مصالح پودرسنگ کربنات کلسیم چه مقاومت و خواصی خواهد داشت.

.2 مصالح مصرفی

در این تحقیق از آب، سیمان، فوق روان کننده و ماسه آهکی استفاده شده است. آب مصرفی در این آزمایش آب شرب شهرکرد است و سیمان مصرفی در این آزمایش سیمان پرتلند تیپ 425-1 کارخانه سیمان شهرکرد است. همچنین فوق روانکننده مصرفی در این آزمایش بر پایهي پلیکربکسیلات اتر بوده که داراي استانداردهاي ASTMC-494 و ISIRI-2930 است .[6] ماسه مصرفی در این آزمایش ماسه آهکی موجود در بازار است که در حالت دوم اصلاحاتی روي آن انجام شده است. با اصلاح مصالح موجود، مصالح جدید در محدوده مصالح استاندارد ماسه مورد نیاز در بتن پودري قرار میگیرند.

.3 نحوهي انجام کار

براي اجراي هر طرح اختلاط ابتدا همه مصالح با ترازوي دیجیتال با دقت 0.1 گرم اندازهگیري شده سپس مصالح خشک هر طرح درون میکسري که خاص این آزمایش تهیه شده، ریخته و ترکیب میشوند. بعد از ترکیب مصالح خشک، آب که با فوقروان کننده مخلوط شده به آرامی به ترکیب اضافه میشود. در شکل 2 نحوه اختلاط بتن نشان داده شده است.عموما تمایل به این است که بتن در اسرع وقت ساخته شود، لذا حداقل زمان لازم براي ساخت بتن همگن و یکنواخت با مقاومت قابل قبول، اهمیت زیادي دارد. زمان بهینه براي مخلوط کردن مصالح در میکسر به نوع ظرفیت میکسر و سرعت دوران آن بستگی دارد. بهطور کلی زمان اختلاط کمتر از 1 تا 1.25 دقیقه سبب تولید مخلوطی غیریکنواخت با مقاومت نسبتاً کم میشود در حالی که زمان بیش از دو دقیقه تأثیر قابل ملاحظهاي در خواص فوق ندارد. زمان اختلاط از موقعی که مواد جامد داخل مخلوطکن ریخته میشوند بهحساب میآید. آب و فوق روان کننده نیز نباید دیرتر از 0.25 دقیقه زمان اختلاط به آن اضافه شود. با توجه به حجم مخلوط کن مورد استفاده در این پروژه حداقل زمان اختلاط 1.5دقیقه میباشد. عمل ریختن و تراکم بتن اغلب همزمان انجام میشود. این عمل جهت رسیدن به مقاومت لازم، کاهش نفوذپذیري

و پایایی بتن سخت شده مهم است. در بتنریزي و تراکم آن رعایت ضخامت مناسب لایهي بتن ریخته شده، سرعت ریختن
و همچنین تراکم لایه، قبل از ریختن لایه بعدي، باید بهخوبی انجام شوند
و .[7]
.4 فرآیند ساخت

کلیه فرایند اختلاط توسط میکسر انجام میگیرد. طرح اختلاط مصالح بدین صورت بوده که ابتدا پودر سنگ و سیمان در میکسر ریخته شده و پس از مخلوط شدن در حالت خشک مقداري آب با فوق روان کننده کاملاً مخلوط گردیده و به مواد داخل میکسر اضافه میشود. سپس کلیه مصالح به مدت 1.5 تا 2 دقیقه با یکدیگر مخلوط شده تا یکنواختی کامل حاصل گردد. سپس نمونه ها آزمایش شده و جهت قالبگیري آماده میشوند. قالبهارا با روغن چرب کرده تا هنگام باز کردن مشکلی پیش نیاید. سپس بتن در 3 لایه در قالب ریخته میشود که هر لایه توسط میز ویبره به مدت 30 ثانیه ویبره میشود و بعد از ارتعاش به مدت 24 ساعت در قالب نگهداري میشود تا اینکه گیرش بتن رخ دهد. نوع عملآوري در این پروژه عملآوري معمولی بوده و بعد از گیرش بتن قالبها باز شده و نمونههاي بتنی درون وانهاي آب قرار داده -

میشوند و بعداز آن آزمایش مقاومت فشاري روي نمونهها انجام میگیرد.

.5 انجام آزمایش

آزمایش مقاومت فشاري بر روي نمونهها براساس استاندارد BS 1881 P 116 با استفاده از جک استاندارد 2000

کیلونیوتن( شکل (3 انجام گرفت. براي این منظور از نمونههاي 100×100×100 میلیمتر استفاده شده که در سنین 1، 7، 28، 56 و 90 روزه، آزمایش مقاومت فشاري روي آنها انجام شده است.

.6 بررسی نتایج آزمایش

.1.6 نتایج نمونههاي طرح A

در نمونههاي طرح A از ماسه موجود که شامل دانهبندي از بزرگترین دانه 2.36mm تا کوچکترین دانه با اندازه

200 مش است، استفاده شده است. نتایج حاصل از تعیین مقاومت فشاري در سنین مختلف در جدول 1 آورده شده است.

در شکل 4 نتایج مقاومت فشاري نمونههاي طرح A در سنین مختلف نشان داده شده است. در سن 1 تا 28 روزه، مقاومت فشاري نمونه A1 بیشتر از بقیه نمونهها است. اگرچه در سنین 7 و 28 روزه مقاومت نمونه A2 نزدیک به نمونه A1
است، ولی در سنین بالاتر نمونه با نسبت ماسه به سیمان 1 داراي رشد قابل مشاهدهاي میباشد. همانطور که از نتایج پیداست در سنین 56 و 90 روز در A1، مقاومت فشاري رشد چشمگیري را نشان داده که در سن 90 روز داراي بالاترین مقاومت فشاري میباشد. سایر نسبتها نیز این رشد صعودي را با شیب کمتري دارا میباشند. با توجه به نمودار این مصالح میتوان نتیجه گرفت که با کمتر شدن مقدار سیمان، مقاومت فشاري نیز کاهش پیدا کرده است. در سنین 56 و 90 روزه، کمترین مقاومت فشاري مربوط به دو نمونه A5 و A4 است.

شکل -4 نمودار مقاومت فشاري طرح A

.2 .6 نتایج نمونههاي طرح B
در طرح B از ترکیب ماسه موجود بههمراه ماسهي موجود که عبوري از الک شماره 50 آن حذف شده، استفاده شده است. دانهبندي طرح B شامل بزرگترین دانه 2.36mm تا کوچکترین دانه با اندازه الک 50 میباشد. نتایج حاصل از

تعیین مقاومت فشاري در سنین مختلف این طرح در جدول 2 آورده شده است.

در شکل 5 نیز نمودار مقاومت فشاري نمونه ها آورده شده است.