بخشی از مقاله
بررسی دوام بتن در مقابل چرخه های ذوب و انجماد
چکیده
امروزه سازه های بتنی نقش بسیار مهمی در زیر ساخت های هر جامعه ای دارند . در این مطالعه دوام بتن در مقابـل چرخـه هـای ذوب و انجماد مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد .در کنار مقاومت فشاری بتن ، دوام بتن در برابـر شـرایط محیطـی مخـرب ، از جمله عوامل مهم در طراحی سازه ها به شمار می آید . که یکی از شاخصه های دوام در سـازه هـای بتنـی ، مقاومـت آن در برابـر چرخه های ذوب و انجماد می باشد . بر اساس آئین نامه ASTM c 666 با روش یخ زدن در هـوا و ذوب شـدن در آب آزمایشـات صورت گرفته است . در آزمایشگاه شرکت زرین بتن اکباتان کاهش مقاومت فشاری ، کاهش وزن ، تغییر در طول نمونه هـا بعـد از تعداد مشخص شده چرخه های ذوب و انجماد اندازه گیری شده است . در این مطالعه سه نوع بتن شامل : بتن معمـولی ، بـتن بـه همراه افزودنی ژل میکروسیلیس و بتن با الیاف فلزی مورد بررسی قرار گرفته است . که نتایج نشان داده است که استفاده از الیـاف فلزی می تواند از گسترش ترکهای داخلی در بتن جلوگیری می کند .
واژههای کلیدی: چرخه ، ذوب و انجماد ،دوام ، مقاومت فشاری
1
-1 مقدمه :
یکی از دلایل اصلی تخریب بتن در نواحی سردسیر ناشی از سیکل های یخ زدن و آب شدن می باشد . مقاومت بتن در برابر سیکل های ذوب و انجماد به تنش های بالای درون بتن وابسته است بویژه در زمانی که آب داخل سنگ دانه ها منجمد گشته و باعث تغییر حجم بتن در آب و هوای سرد می شود . این تغییر حجم سبب ایجاد ترک خوردگی های ریز در بتن می شود که نهایتاٌ منجر به کاهش مقاومت و تضعیف ساختار بتن می شود .
اگر چنانچه یخ زدن پس از گیرش بتن و قبل از اینکه مقاومت آن بمیزان قابل ملاحظه ای توسعه یابد رخ دهد . انبساط همراه با تشکیل یخ ، سبب از هم پاشیدن و افت غیر قابل جبرانی در مقاومت خواهد شد . ولی اگر بتن بحد کافی مقاومت کسب نموده باشد می تواند درجه حرارت یخ زدن را بدون اینکه خسارتی به آن وارد آید تحمل نماید . این امر نه تنها از این حقیقت ناشی می شود که بتن خواهد توانست در مقابل فشار بیشتری از یخ مقاومت کند بلکه همچنین بدلیل آن است که تا آن زمان قسمت اعظم آب مخلوط با سیمان ترکیب می شود و یا در منافذ ژل قرار می گیرد و لذا قادر به تبدیل شدن به یخ نخواهد بود ولیکن تعیین زمان رسیدن به این وضعیت مشکل است زیرا گیرش و سخت شدن سیمان ، به درجه حرارت ، در فاصله زمانی قبل از یخ زدن ، بستگی دارد ، بطور کلی هر چه هیدراسیون بتن پیشرفته تر باشد و مقاومت آن بیشتر باشد کمتر در برابر یخ زدگی آسیب پذیر خواهد بود . مقاومت بتن در برابر سیکلهای متناوب یخ زدن و آب شدن همچنین بستگی به عمر آن در هنگامیکه اولین سیکل رخ می دهد دارد ولی این نوع شرایط محیطی شدیدتر از نوع مدت طولانی یخ زدن ، بدون فاصله های زمانی آب شدن ، می باشد . چندین سیکل متناوب می توانند سبب ایجاد خسارت ، حتی به بتنی که برای مدت 24 ساعت در حرارت 20 درجه سانتی گراد عمل آمده ، گردد . می توان یاد آور شد که هیچ رابطه مستقیمی بین مقاومت در برابر یخ زدگی بتن تازه و دوام بتن کهنه دیگر در معرض سیکلهای متعدد یخ زدن و آب شدن واقع شده است وجود ندارد .
مواد و روشها:
آزمایشهای مقاومت بتن در برابر یخ زدگی :
از چهار آزمایش ASTMکه قبلاً وجود داشتند دو آزمایش مورد قبول واقع شده اند . در هر دوی این روشها یخ زدن سریع اعمال می شود اما در یک روش یخ زدن و آب شدن در آب صورت می گیرد و در روش دیگر یخ زدن در هوا و آب شدن در آب انجام می شود . هر دو روش در آئین نامه ASTM C666-77 توصیف شده اند . حساسیت یخ زدن نمونه ها ی اشباع شده در آب چندین برابر شدیدتر از حالت یخ زدن آنها در هوا می باشد . و درجه اشباع نمونه در آغاز آزمایش نیز بر میزان صدمه ای که به آن وارد می آید اثر خواهد گذاشت .
خسارت ناشی از یخ زدگی بر بتن را می توان از چند طریق بررسی نمود و متداول ترین روش اندازه گیری تغییرات مدول الاسیسیته دینامیکی نمونه می باشد ؛ کاهش در این مدول پس از تعداد سیکلهای یخ زدن و آب شدن نمایانگر صدمه دیدن بتن می باشد .
اثرات یخ زدگی را همچنین می توان از سنجش افت در مقاومت فشاری و یا خمشی و یا از مشاهدات بر روی تغییرات طول یا وزن نمونه نیز بررسی نمود . روش اخیر در مواردی که خسارات ناشی از یخ زدگی عمدتاً بر روی سطح نمونه بتنی وارد می آید ، بکار برده می شود ، ولی برای مواردی که قسمت داخلی بتن صدمه می بیند قابل اطمینان نخواهد بود .
2
همچنین نتایج این آزمایش بستگی به اندازه نمونه نیز دارد . می توان یاد آور شد که اگر چنانچه اساساً گسیختگی بعلت سنگدانه ناسالم در بتن باشد خیلی سریعتر و شدیدتر از حالتی که خمیر سیمان اول گسیخته می شود ، رخ خواهد داد
.همچنین در آزمایشهای ASTM سرد شدن نمونه با روند تا 14 درجه سانتی گراد بر ساعت صورت می گیرد ، در حالیکه در عمل این روند بندرت از 3 درجه سانتی گراد بر ساعت تجاوز می نماید . البته گرچه تشدید شرایط از واقعیت بدور است اما بتنی که بتواند تعداد قابل ملاحظه ای از سیکل های یخ زدن و آب شدن ( بفرض 150 سیکل ) آزمایشگاهی را تحمل نماید
احتمالاً در شرایط واقعی نیز دوام زیادی خواهد داشت .
در تحقیق صورت گرفته در سال 1389 نیز به این نتیجه رسیده اند که با افزودن سرباره به بتن خصوصیات دوام بتن در شرایط یخ زدگی - گرم شدگی نسبت به بتن نگهداری شده در شرایط محیطی عادی بهبود می یابد که وجود سرباره در بتن باعث کاهش ترک خوردگی می شود . (قاسم زاده موسوی نژاد) و کلیه بتن های بدون سرباره مورد مطالعه در این طرح در شرایط محیطی عادی مستعد خوردگی حتمی هستند و مقاومت
بتن در برابر خوردگی در بتن های حاوی سرباره و نگهداری شده در شرایط محیطی ذوب - انجماد افزایش می یابد . بنابراین وجود سرباره در شرایط ذوب و انجماد مقاومت بتن را در برابر خوردگی افزایش می دهد .
که سه نوع بتن مورد بررسی قرار گرفته است :
1. بتن معمولی
2. بتن الیافی
3. بتن با ژل میکروسلیس
که خرابی با پوسته شدن سطح مشخص می گردد . مواد افزودنی معدنی به عنوان جایگزین قسمتی از سیمان پرتلند در بتن می تواند استفاده شود . که مواد افزودنی معدنی می تواند از %20 تا %70 از جرم کل مواد سیمانی استفاده گردد . که به بتنی که بیش از %50 مواد افزودنی معدنی استفاده شده باشد معمولاً به عنوان بتن با مواد افزودنی معدنی حجم بالا (HVMAC) نامیده می شود .همچنین وجود حباب هوا در این نوع بتن ها بسیار مهم می باشد .
و از طرف دیگر مقاومت فشاری بتن را می توان با اضافه نمودن نانو AL2O3 و نانو Sio2 نیز افزایش داد . بطوری که مقاومت در برابر سرمای بتن شامل نانو AL2O3 بهتر است از نانو Sio2 می باشد . بطوری که مواد نانو بعنوان جایگزین بخشی از سیمان مورد استفاده در بتن می باشد . (1) ذوب و انجماد یکی از مسائل مهم در زوال بتن در آب و هوای سرد می باشد .
به تازگی نانو تکنولوژی امکانات را برای بهبود عملکرد یک سازه با استفاده از مواد نانو را در دهه های اخیر فراهم آورده است . استفاده از نانو AL2O3 در بتن بعنوان جایگزین قسمتی از سیمان منجر به تشکیل ژل ) C-A-S سیلیکات - آلومنیوم - کلسیم ) می شود که به طور قابل توجهی مقاومت فشاری را بالاتر می برد . و همچنین درصد جذب آب در بتن شامل مواد نانو بطور قابل ملاحظه ای پائین تر از بتن معمولی است . که با افزایش مواد نانو جذب آب کاهش یافته است در چرخه های ذوب و انجماد کاهش مقاومت بتن شامل مواد نانو کمتر از بتن معمولی است .
تهیه و عمل آوری نمونه ها : (ASTM C 666 )
3
طرح اختلاط با هدف تاثیر و بررسی مقاومت فشاری و بررسی ذوب و انجماد است . در طرح اختلاط از مقادیر شن ، سیمان ، ماسه و نسبت آب به سیمان و روان کننده والیاف استفاده شده است . نمونه ها مکعبی بوده و متوسط اسلامپ نمونه تقریبا 8 سانتی متر اندازه گیری گردید .نمونه های سری 1 قبل از انجام آزمایش ذوب - انجماد بمدت 14 روز در حوضچه آب معمولی مطابق با ASTM C192 و نمونه های سری (F-T) 2 تا قبل از 28 روز در حوضچه آب نگهداری شدند .
آزمــایش ذوب و انجمــاد بــر اســاس دو روش بــرای تعیــین مقاومــت نمونــه هــای بتنــی در برابــر ســیکل هــای ذوب و انجمــاد صورت می پذیرد .
روش :A ذوب و انجماد سریع در آب
روش :B ذوب شدن در آب و یخ زدن در هوا
هر دو روش برای بررسی خواص بتن در سیکل ذوب و انجماد کاربرد دارد .
روش :A در زمانی که نمونه در معرض سیکل های ذوب و انجماد قرار دارد باید حداقل 1 و حداکثر 3 میلیمتر پوشش آب داشته باشد .
روش :B یخ زدن نمونه ها توسط هوا و ذوب شدن نمونه ها توسط آب احاطه شوند .
دوره های ذوب و انجماد(: (ASTM C 666
دوره های ذوب و انجماد برای هر دو روش شامل پائین آوردن دمای نمونه ها از 4 درجه سانتی گراد به -18 درجه سانتی گراد و بالا بردن آن از -18 درجه سانتی گراد به 4 درجه سانتی گراد می باشد که این امر بطور متناوب و در مدت زمانی که کمتر از 2 ساعت و بیشتر از 5 ساعت نباشد انجام می پذیرد .
در روش A زمان لازم برای افزایش دمای نمونه از % 25 زمان لازم برای گرم شدن نمونه و در روش B از %20 نباید کمتر باشد .
هیچگاه دمای نمونه ها نباید از -19 درجه سانتی گراد و بیشتر از 6 درجه سانتی گراد شود .
شروع آزمایش یخ و انجماد با قرار دادن نمونه ها در آب گرم در ابتدای سیکل ذوب می باشد . آزمایش روی نمونه ها تا آنجا ادامه دارد که نمونه ها در معرض حداقل 300 سیکل ذوب و انجماد قرار گیرند .
در این تحقیق ، هر سیکل ذوب - انجماد به مدت 5 ساعت در نظر گرفته شد که نمونه ها به مدت 3 ساعت به حالت انجماد و 2 ساعت در داخل آب با دمای 20 درجه سانتی گراد طی ذوب قرار داده شدند .
چگالی
چگالی بتن سخت شده براساس SSD تعیین شده است .
مقاومت فشاری
4
طــرح اختلاطهــای و و انجــام شــده کــه نســبتهای بــه کارگرفتــه شــده در جــداول شــماره هــای 2و4و6 ارائــه شــده اســت . و آزمــایش مقاومــت فشــاری بــر روی نمونــه هــای مکعبــی بــه ابعــاد 15*15*15 ســانتی متــر در ســن 28 روز بــرای نمونــه هــای ســری و و انجام شده است ؛ که در جداول شماره های 1و3و5 ارائه شده است .
