بخشی از مقاله
بررسی تغییرات دماهای متفاوت بر خواص فیزیکی و مگانیگی بتن های سنگین
چکیده : دما نقش مهمی را در استفاده از بتن برای بکار گرفتن در ساختمانها استفاده میکند. در این مقاله ی به بررسی اثر دمای زیاد بتن سنگین و تغییر خواص مکانیکی و فیزیکی آن پرداخته شده است. برای آزمایش بر روی بتن های سنگین سه نمونه بتنی شامل سنگدانه های باریت، ایلمیت و سنگدانه های معمولی مورد استفاده قرار گرفته است و آزمایشات کششی و فشاری پس از قرار گرفتن در مجاورت آتش بر روی آنها انجام شد. نتایج نشان می دهند که بتت سنگین بیشترین مقاومت را در مقابل افزایش دما داشته و زمان مواجه با این دما با خواص مکانیکی بتن نسبت دارد و برای خنک کردن آن استفاده از هوا یا کف بسیار مناسبتر از آب است، زیرا در اثر تغییرات ساختاری بتن آب باعث صدمه به خواص بتن خواهد شد.
کلمات کلیدی: بتن سنگین، دما، خواص مکانیکی و فیزیکی، سنگدانه، آزمایشات کششی و فشاری
مقدمه
در سال های اخیر روش های تحلیلی و محاسباتی فراوانی در ارتباط تغییر ساختار بتنی در مواجه با حرارت ارائه شده است . این تحقیقات را ابتدا دانشمندی به نام (کواست) آغاز نمود و با بدست اوردن معادله توازنی گرما [1] توانست اثبات کند که جریان گرمایی توسط جابجایی و تشعشع در سطوح آزاد بتن بوجود می آید . در دمای زیاد یا قرار گرفتن در معرض آتش سوزی تصادفی، سطوحی از بتن که با آتش مواجه است به طور چشمگیری تحت تأثیر قرار می گیرد و کشش نهایی، کشش حرارتی، کشش الاستیک لحظه ای و کشش پلاستیکی بتن وابسته به زمان و دمای آتش تغییر کرده و بر آن تقسیم می گردد. [4] این از جمله نتایجی بود که آقای کواست در آزمایش های خود توانست آنها را اثبات کند. عکس العمل و ظرفیت تحمل بار بتنی که با آتش مواجه است در طراحی این گونه بتن ها و طرح اختلاط آنها مهمترین قسمت از طراحی ساختمان هایی است که درون آنها از اینگونه بتن ها استفاده می شود. استفاده از منحنی های کششی - فشاری نسبت به دمابرای مهندس محاسبب می تواند کمک شایانی را در پیشبرد طراحی داشته باشد زیرا روش طراحی برای پایه های تحمل بار بر اساس سیستم کلاسیک قدیمی که با استانداردهای مواجه با آتش سازگار است شکل می گیرد و در برخی موارد مثل تونل های ترافیکی بزرگ مراکز مهم هسته ای نقش مهمی را ایفا می کند. به طور مثال بتنی که در راکتورهای هسته ای قرار می گیرد با منبع گرمادهنده مواجه است.[9] l گرمایی که از هسته های داغ سیستمهای راکتور منتقل می شود.. گرمایی که به طور درونی توسط کاهش نوترونها و اشعه های گاما تولید می شوند. همانطور که می دانیم تشعشعات کاهش یافته فعالیت های هسته ای نباید اثرات منفی بر روی بتن محافظ بگذارد. آزمایشات مقاومت حرارتی استاندارد در کوره های متفاوت یا یکسان ممکن است با شرایط آزمایش مخصوصی که در کورهای ویژه انجام می پزیرد، باعث نتایج متفاوتی شوند. هدف از این تحقیق، مطالعه تأثیر حریق ناگهانی یا حرارت زیاد(250 الی 950 درجه) بر روی انواع مختلف بتن (معمولی و بتن های سنگین با سنگدانه های ایلمیت و باریت ) است که اغلب در تاسیسات مهم بعنوان محافظ استفاده می شوند. در ادامه بررسی اثر حفاظت از آتش توسط رنگ کردن و یا استفاده از کف مورد مطالعه قرار گرفته و روش های متفاوت خنک کنندگی حریق در خواص بتن بررسی می شود. روش آزمایش سیمان در درجه حرارت محیط و با چگالی om/gr 4 281 که مقاومت فشاری آن پمبر از 6 روز به 2100MEa و پس از 28 روزMPa 3300 رسید .
خواص فیزیکی و مکانیکی مواد مصرفی بر اساس استانداردهای امریکا مورد بررسی قرار گرفته است که در جدول شماره 1 آورده شده است.
شکل (1)نمونه ای از باریت های معادن دلیجان
جدول شماره 1 خواص فیزیکی و مکانیکی مواد مصرفی
( ضمناً مواد مصرفی ساخت داخل بوده و هیچ گونه مواد اولیه خارجی مورد استفاده قرار نگرفته است . ) اجزای شیمیایی و مواد افزودنی به بتن نیز در جدول شماره 2 آورده شده است.
جدول شماره 2 اجزای شیمیایی و مواد افزودنی به بتن
آب استفاده شده نیز برای طرح اختلاط، آب آشامیدنی بوده و هیچ گونه املاح یا مواد افزودنی به آن اضافه نگردیده است.
آماده کردن نمونه:
در این روش برای بدست آوردن ترکیب نهایی مدنظر آزمایش، وزن مواد اضافه شده برای ساخت بتن در جدول شماره 3 آورده شده است.
پس از ترکیب مواد بر طبق ATS39 برای جلوگیری از تفکیک رسوبات سنگین مقدار کمی از اینگونه ماد استفاده شد و برای تعیین غلظت بتن آزمایش شده از گونه های مکعبی 100 *100 *100 mm استفاده گردید. از گونه های مکعبی 150 *150 *mm150 برای بررسی درصد جذب انواع بتن آزمایش شده ، استفاده گردید و برای مطالعه مقاومت فشاری بتن در دماهای مختلف این آزمایش ها تکرار گردید. نمونه هایی که در این آزمایش مورد نظر قرار گرفتند مشتمل بر سه نوع بود که به تفکیک در ذیل به معرفی آنها میپردازیم: قه نمونه هایی که جهت مواجه شدن با حرارت زیاد مورد استفاده قرار گرفتند توسط مواد محافظ دربرابر آتش (FR2) رنگ شده و مقاومت فشاری آنها مورد مطالعه قرار گرفت. قه نمونه های نوع دوم ، نمونه هایی مشتمل بر باریت و ایلمینیست بوده که برای بررسی اثر مقاومت فشاری آنها در مقایسه با بتن های حاوی لیکا و بتن های معمولی مورد استفاده قرار گرفت. نمونه های نوع سوم، نمونه هایی از بتن های ماسه ای بودنند که برای مطالعه اثر انواع مختلف مواد خنک کننده (هوا، آب، کف ) بر روی آنها ساخته شده بودنند. هدف از تهیه این نمونه ها بررسی خواص مکانیکی آنها در دماهای بالا و زمان های متفاوت بود .
شکل (2)تمونه هایی از لیکای مصرفی
شکل (3)نمونه ها پس از ازمایش مقاومت فشاری
روش آزمایش : نمونه های ساخته شده برای مواجه با حرارت ناگهانی تا 1500 درجه سانتی گراد مورد مطالعه قرار گرفتند. نمونه های به صورت بدون بار در معرض این حرارت قرار گرفته و تا رسیدن به دمای مشخصی که حدود 10C/min(درجه سانتی گراد بر دقیقه) است افزایش حرارت می یابند. بعد از یک دوره مشخص (1و2و3 ساعته) نمونه ها رها شده تا خنک شوند. سپس نمونه ها مورد آزمایش قرار گرفته و گونه هایی که برای آزمایش استفاده از کف مورد مطالعه قرار گرفتند تا آن موقع از کف یا آب برای خنک کردن آنها استفاده گردید.
نتیجه آزمایش : ( نتایج آزمایش ) همانطور که در جدول شماره 4 مشاهده می شود، خواص فیزیکی انواع بتن های مورد مطالعه آورده شده است.می توان مشاهده نمود که بتن ایلمیانیت وقتی با دیگر بتن ها مقایسه می شود بیشترین مقاومت فشاری را
