بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی تکرارپذیري آزمایشهاي کارپذیري ملات تازه خودتراکم
چکیده:
بررسی و شناخت ویژگیهاي رفتارشناسی بتن تازه و انجام آزمایشهاي مناسب روي آن، به منظور مدلسازي شرایط سخت اجرا، میتوانند در بهبود خصوصیات بتن اجرا شده موثر باشند. با این وجود روشهاي آزمایش استاندارد شده کمی براي دستیابی به خواص رفتاري بتن خود تراکم وجود دارد. یکی از روشهاي سنجش مناسب بودن دستگاهها، بررسی تکرارپذیري نتایج بدست آمده از هر یک از آنها میباشد.
تکرارپذیر بودن دستگاهها به معناي بدست آمدن نتایج یکسان براي طرح اختلاطی ثابت میباشد. با توجه به شباهت بسیار زیاد خواص رفتاري بتن خودتراکم با ملات خودتراکم آزمایشها در فاز ملات انجام شده است. به منظور بررسی خواص ملات تازه خودتراکم از آزمایشهاي جریان اسلامپ کوچک، قیف Vشکل کوچک، ناودان جریان کوچک، ستون جداشدگی کوچک و آزمایش شناساگر جداشدگی استفاده شده است.
هدف دیگر این تحقیق مقایسه تکرارپذیري دستگاهها در سطوح روانی متفاوت میباشد. به این منظور دو طرح اختلاط در دو سطح روانی مختلف ساخته شده است و آزمایشهاي بالا شش بار با هر دستگاه انجام گرفته شده است. به منظور مقایسه تکرارپذیري نتایج بدست آمده از آزمایشهاي انجام شده با هر دستگاه، ضریب تغییرات و انحراف از معیار نتایج بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان میدهند که آزمایش- هاي جریان اسلامپ کوچک و قیف V شکل کوچک تکرارپذیري بسیار زیادي دارند. از طرف دیگر، نتایج آزمایش ناودان جریان کوچک بیشترین پراکندگی را داشته است که نشان دهنده تکرارپذیري کم نتایج حاصل از این دستگاه است. در حالی که آزمایش ستون جداشدگی کوچک و شناساگر جداشدگی تکرارپذیري مناسبتري نسبت به آزمایش ناودان جریان کوچک دارند. همچنین نتایج آماري نشان میدهند که به طور کلی انحراف معیار نتایج آزمایشهاي پایداري از انحراف معیار نتایج آزمایشهاي جریان اسلامپ کوچک و قیف V شکل کوچک بیشتر است. علاوه بر این، آزمایش ناودان جریان کوچک قابلیت تفکیک مخلوطهاي پایدار و ناپایدار را ندارد.
کلمات کلیدي: ملات خود تراکم، تکرارپذیري، پایداري، روانی
-1مقدمه
بتن خودتراکم بتنی با قابلیت روانی زیاد و مقاومت مناسب در برابر جداشدگی استاتیکی و دینامیکی است .[1] با اینکه آزمایشهاي جریان اسلامپ و قیف V شکل براي ارزیابی خواص رفتاري بتن تازه خودتراکم وجود دارند [2]، ولی تعداد کمی از آزمایشهاي بررسی خواص رفتاري بتن تازه خودتراکم استاندارد شده هستند. عدم وجود استاندارد آزمایشهاي فوق سبب شده است تا نتایج حاصل از طرحهاي یکسان متفاوت باشند.
هنگامی که دستگاهی جدید توسط محققین پیشنهاد میشود، بایستی قابلیت اطمینان نتایج آن نیز مشخص شود .[4] به منظور دستیابی به نتایج صحیح، آگاهی از خطاهاي احتمالی که در یک آزمایش میتوانند رخ دهند و خطاي احتمالی هر دستگاه، ضروري به نظر میرسد. یکی از روشهاي سنجش مناسب بودن آزمایشها، بررسی تکرارپذیري هر یک از آنها میباشد، که به معناي مطالعه آماري خطاهاي ذاتی یک دستگاه میباشد. تکرارپذیر بودن دستگاهها به معناي بدست آوردن نتایج یکسان براي طرح اختلاطی ثابت است. تکرارپذیري1 مطابق معیار BS ISO 5725-6 برابر است با اختلاف نتیجه بین دو آزمایش است که با یک تکنسین، یک روش، یک دستگاه، در یک آزمایشگاه و در فاصله زمانی کم انجام شده باشد. قابلیت ساخت مجدد2 مطابق تعریف معیار BS ISO 6725-6 مشابه تکرارپذیري است، با این تفاوت که دستگاهها و تکنسینها یکی نباشد. لیو[5] 3 در تحقیقات خود به این نتیجه رسید که آزمایش جریان اسلامپ دقیقتر و تکرارپذیرتر از آزمایش قیف V شکل است. بر مبناي اطلاعات موجود مطالعات کمی بر روي تکرارپذیري دستگاههاي مشخص کننده خواص رفتاري بتن تازه خودتراکم انجام شده است.
با توجه به شباهت بسیار زیاد خواص رفتاري بتن خودتراکم به ملات خودتراکم [6] و به دلیل سادهتر بودن و کم هزینه بودن، در این تحقیق آزمایشها در فاز ملات انجام شده است. هدف اصلی این تحقیق، بررسی تکرارپذیري آزمایشهاي کارپذیري ملات تازه خودتراکم میباشد. به این منظور چندین ملات خودتراکم ساخته شده و تکرارپذیري آنها بررسی شده است. به منظور بررسی خواص ملات تازه خودتراکم از آزمایشهاي جریان اسلامپ کوچک، قیف V شکل کوچک، ناودان جریان کوچک، ستون جداشدگی کوچک و شناساگر جداشدگی استفاده شده است. هدف دیگري که در این تحقیق دنبال شده است، مقایسه تکرار- پذیري دستگاهها در سطوح روانی مختلف میباشد. به این منظور دو طرح اختلاط در دو سطح روانی مختلف ساخته شده است و آزمایشهاي فوق شش بار با هر دستگاه انجام گرفته است. به منظور مقایسه تکرارپذیري نتایج بدست آمده از هر دستگاه، ضریب تغییرات و انحراف معیار نتایج بررسی شده است که در ادامه مورد بررسی قرارگرفته است. در انتها نیز برآوردي از قابلیت اندازه-
گیري و هزینه آزمایشها ارائه شده است.
-2 برنامه آزمایشگاهی
-1-2 مشخصات مصالح
سیمان مصرفی از نوع پرتلند تیپ 2 تهران میباشد. سنگدانه مورد استفاده از نوع ماسه گرد گوشه آهکی با مدول نرمی 2/67، وزن مخصوص 2/7، جذب آب 2/8 درصد میباشد. حداکثر اندازه سنگدانه 6/35 میلیمتر است و دانهبندي آن در محدودهي ASTM C33 قرار دارد. فوق روانکننده مورد استفاده بر پایه پلیکربکسیلات با وزن مخصوص 1/07 و مقدار ذرات جامد 36 درصد میباشد.
-2-2 نسبت اختلاط
دو طرح اختلاط به منظور بررسی تکرارپذیري آزمایشهاي کارپذیري ملات خودتراکم ساخته شده است. در تمامی مخلوطها مقدار عیار سیمان برابر 700 کیلوگرم بر متر مکعب و نسبت آب به سیمان 0/45 بوده است. نسبتهاي اختلاط به طور خلاصه در جدول 1 آورده شده است.
-3 -2 روش آزمایش
دستگاههایی که تکرارپذیري و قابلیت اطمینان آنها بررسی شده است عبارتند از آزمایش جریان اسلامپ کوچک، قیف V شکل کوچک، ستون جداشدگی کوچک، ناودان جریان کوچک و شناساگر جداشدگی. روانی و لزجت ملات تازه خودتراکم به ترتیب توسط آزمایشهاي جریان اسلامپ کوچک و قیف V شکل کوچک اندازهگیري شدند .[7] علاوه بر این از آزمایشهاي جریان اسلامپ کوچک و قیف V شکل کوچک، به منظور بررسی چشمی آبانداختگی و انسداد استفاده شده است. جداشدگی استاتیکی نیز توسط دستگاه ستون جداشدگی کوچک بررسی شده است. این دستگاه مشابه دستگاه توصیف شده در ASTM [8] C1610، میباشد، با این تفاوت که در ابعاد کوچکتر ساخته شده است. دستگاه ستون جداشدگی کوچک از یک لوله که از جنس عایق PVC است به طول 210 میلیمتر و قطر 75 میلیمتر ساخته شده است و در طول آن دو برش به فواصل 70 میلی-
متري زده شده است. ملات تازه در داخل ستون جداشدگی ریخته میشود و بعد از گذشت 15 دقیقه سه بخش دستگاه از هم جدا میشود. ملات موجود در قسمتهاي بالایی و پایینی به طور مجزا روي الک نمرهي 50 شسته میشوند. با خشک کردن و وزن کردن سنگدانههاي باقی مانده روي الک، شاخص جداشدگی استاتیکی مطابق رابطه 1 محاسبه میشود]٨:[
SSI، شاخص جداشدگی استاتیکی4 میباشد و CAT و CAB، به ترتیب جرم سنگدانههاي شسته شده روي الک نمره 50 در بخشهاي بالایی و پایینی ستون جداشدگی کوچک میباشند. نتایج تحقیقات قبلی نشان میدهند که حداکثر مقدار شاخص جداشدگی استاتیکی قابل قبول 30 درصد میباشد .[9]
دستگاه ناودان جریان کوچک به منظور بررسی جداشدگی دینامیکی ملات تازه استفاده شده است. این دستگاه مشابه آنچه توسط شن5 و همکاران [10] بیان شده است میباشد، با این تفاوت که در ابعاد کوچکتري ساخته شده است. این دستگاه از لولهاي به جنس عایق PVC به طول 500 میلیمتر و قطر 75 میلیمتر تشکیل شده است و با زاویهي 7 درجه نسبت به افق بر روي دو پایه قرار دارد. روش انجام آزمایش بدین صورت است که ابتدا ملات تازه در یک استوانه به حجم 250 سانتیمتر مکعب
(به عنوان نمونهي کنترل) و دو استوانه به حجم 600 سانتیمتر مکعب ریخته میشود. سپس ملات موجود در یکی از استوانههاي 600 سانتیمتر مکعبی در انتهاي بالاتر ناودان تخلیه شده و از سمت دیگر دستگاه، ملات جمع میشود، تا لایهاي از ملات بر روي ناودان باقی بماند. در مرحلهي بعد، ملات موجود در استوانهي 600 سانتیمتر مکعبی دیگر در انتهاي بلندتر ناودان ریخته میشود تا بر روي ناودان جریان یابد و 250 سانتیمتر مکعب ملات خارج شده از انتهاي دیگر در ظرفی بهطور جداگانه جمع میشود. در انتها با شستن نمونههاي 250 سانتیمتر مکعبی کنترل و عبوري از ناودان کوچک بر روي الک نمرهي 50 و خشک کردن و توزین آنها، شاخص جداشدگی دینامیکی6 از رابطه 2 بدست میآید:[10]
DSI، شاخص جداشدگی دینامیکی نام دارد. CA1 و CA2 به ترتیب جرم سنگدانههاي شسته شده روي الک نمره 50 در نمونههاي کنترل و عبوري از ناودان جریان کوچک میباشد. تاکنون حد مناسبی براي شاخص جداشدگی دینامیکی توصیه نشده است. بر مبناي نتایج آزمایشها، نمونههایی که DSI کوچکتر از 15 درصد دارند، مقاومت مناسبی در مقابل جداشدگی دینامیکی از خود نشان میدهند.
شناساگر جداشدگی به منظور بررسی جداشدگی استاتیکی به کار میرود. شناساگر جداشدگی مشابه دستگاهی است که توسط شن و همکاران [10] بیان شده است، با این تفاوت که در ابعاد کوچکتري ساخته شده است. این دستگاه که در شکل 1 نشان داده شده است از یک حلقه فلزي به قطر 50 میلیمتر ساخته شده و به یک میله فلزي به طول 100 میلیمتر متصل است.
وزن شناساگر جداشدگی 18 گرم میباشد. روش انجام آزمایش به این صورت است که بعد از قرار گرفتن شناساگر جداشدگی بر روي ملاتی که 15 دقیقه به حالت سکون، عمق نفوذ آن اندازه گرفته میشود. در صورتی که بتن پایدار باشد، مقدار عمق نفوذ شناساگر جداشدگی کمتر از 7 میلیمتر است .[5]
-3 تفسیر نتایج
نتایج مربوط به تکرارپذیري آزمایشهاي روانی و لزجت در ادامه مورد بررسی قرار گرفته است. پس از بررسی تکرارپذیري آزمایشهاي پایداري، قابلیت اندازهگیري آزمایشها نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت برآورد اقتصادي آزمایشها صورت گرفته است.
-1-3 تکرارپذیري آزمایشهاي روانی و لزجت ملات
نتایج مربوط به تکرارپذیري آزمایشهاي جریان اسلامپ کوچک در شکل 2 رسم شده است. انحراف معیار نتایج آزمایش جریان اسلامپ کوچک در دو حالت پایدار و ناپایدار به ترتیب 2/5 و 6/7 میلیمتر میباشد. کمتر بودن انحراف معیار نتایج آزمایش جریان اسلامپ در دو حالت پایدار و ناپایدار از 10 میلیمتر که مقدار پیشنهادي انجمن مهندسان عمران ژاپن7 است [5]،
نشاندهنده دقت مناسب این آزمایش است. نتایج بدست آمده نشان میدهند که افزایش احتمال ناپایداري باعث افزایش خطاي آزمایش جریان اسلامپ کوچک میشود.
انحراف معیار نتایج آزمایش قیف V شکل کوچک که در شکل 3 نشان داده شده است در هر دو حالت پایدار و ناپایدار برابر 0/15 ثانیه میباشد که نشاندهنده دقت ثابت این آزمایش میباشد. برخلاف آزمایش جریان اسلامپ، حد مناسبی براي آزمایش قیف V شکل وجود ندارد. بر مبناي نتایج بدست آمده، افزایش احتمال ناپایداري ملات باعث کاهش زمان خروج ملات از قیف V شکل در اکثر مخلوطها میشود. همانطور که در شکل 3 مشاهده میشود، زمان خروج دو مخلوط با افزایش فوق روان- کننده به مقدار بسیار کمی افزایش پیدا کرده است. این امر امکان دارد به خاطر انسداد سنگدانهها در محل خروج از قیف باشد که به علت ناپایداري ملات ایجاد میشود.
-2-3 تکرارپذیري آزمایشهاي پایداري
