بخشی از مقاله
بررسی مقاومت بتن پرمقاومت تحت مواد افزودنی فوق روان کننده
چکیده:
امروزه پیشرفت شتابان و فزآیند تکنولوژی و دستیابی به نوآوری های روز افزون در زمینه مصالح ساختمانی، تولید بتن با مقاومت بالا را فراهم ساخته است و استفاده از این ماده بدلایل اقتصادی و فنی در ساخت مقاطع بتنی در حال افزایش است. هرچند در استفاده از مواد افزودنی اجباری نیست ولی استفاده از آن در صرفه جویی زمان و بهبود ویژگی های بتن تازه و سخت شده اجتناب ناپذیر است. با توجه به استفاده گسترده از مواد افزودنی در بتن، دانستن اثر این موارد بر روی خواص مختلف بتن بسیار حائز اهمیت میباشد. در این پژوهش اثر مواد افزودنی فوق روان کننده بر روی خواص مکانیکی کوتاه مدت بتن های با مقاومت مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. در کارههای آزمایشگاهی انجام شده در این پژوهش نسبت های مختلف فوق روان کننده به مصالح سیمانی از 0 تا 3/5 درصد آزمایش شد. نتایج نشان دادند که با افزایش نسبت فوقروانکننده مقاومت بتن کاهش خواهد یافت. همچنین بهترین نسبت برای فوق روانکنندهها از 1,5 تا 2,5 درصد وزن سیمان میباشد.
کلمات کلیدی : مصالح ساختمانی، مواد فوق روان کننده، مقاومت بتن، خواص مکانیکی بتن.
.1 مقدمه
امروزه پیشرفت شتابان و فزآیند تکنولوژی و دستیابی به نوآوری های روز افزون در زمینه مصالح ساختمانی، تولید بتن با مقاومت بالا را میسر ساخته است و استفاده از این ماده بدلایل اقتصادی و فنی در ساخت مقاطع بتنی در حال افزایش است. در اکثر موارد به بتن بعنوان ماده ای مقاوم در برابر نیروهای فشاری نگریسته می شود. مقاومت فشاری به هیچ وجه تنها مشخصه اصلی بتن سخت شده نمی باشد، ولی عموماً مقاومت مهمترین عامل نشان دهنده کیفیت آن است این موضوع بدان علت است که میزان مقاومت مستقیماً به کیفیت خمیر سیمان سخت شده مربوط می شود،عنوانب مثال اگر چه مقاومت مستقیماً نشان دهنده میزان دوام بتن و یا ایستادگی آن در برابر تغییر شکل نیست، اما شدیداً به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، این نسبت نیز با کنترل میزان تخلخل بتن بر روی دوام و مقاومت در برابر تغییر شکل نیست، اما شدیداً به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، این نسبت نیز با کنترل میزان تخلخل بتن بر روی داوم ومقاومت
در برابر تغییر شکل آن تاثیر می گذارد .[1] انجام پروژه های وسیع تحقیقاتی بر روی مواد مختلف تشکیل دهنده بتن و آزمایش بتن های مختلف با مواد جدید در سال های آخر قرن اخیر منجر به پیدایش بتن هایی شده است که علاوه برتامین مقاومت خواص دیگری از این ماده نظیر کارایی و مقاومت را در برابر عواملی چون آتش و محیط و هوازدگی را دستخوش تغییر اساسی نموده است. استفاده از مواد افزودنی در تولید بتن با توجه به مطالعات اخیر که اثرات مطلوب آن بر ویژگی های بتن ثابت شده غیر قابل انکار میباشد. اگرچه استفاده از مواد افزودنی اجباری نیست ولی استفاده از این مواد در صرفه حویی زمان و بهبود ویژگی های بتن تازه و سفت شده اجتناب ناپذیر است. هدف از این تحقیق، بررسی و مقایسه مقاومت فشاری نمونه های بتنی با مقاومت بالا، در صورت تغییر پارامترهای، درصد استفاده از افزودنی های فرق روان کننده و نسبت آب به موارد سیمانی می باشد.
.2 تاریخچه بتن با مقاومت بالا
از چند دهه گذشته استفاده از بتن با مقاومت بالا در حال گسترش میباشد و امروزه براساس تکنولوژی رایج بتن، ساخت بتنهای با مقاومت و دور از انتظار که می تواند برای طراحی سازه های اجرایی رایج مورد استفاده قرار گیرند، امکان پذیر میباشد. اگرچه اغلب آیین نامه های بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه ها را به 60مگاپاسگال محدود می کنند، اما آیین نامه های جدید اخیراً حدی بالاتر از 105 مگاپاسگال را نیز در نظر گرفته اند. ساخت بتن های با مقاومت زیاد و در حد 120 مگاپاسگال و کاربرد آن در ساختمان بلند در کشورهای پیشرفته دنیا رواج یافته است. این مقاومت با اضافه نمودن مواد ریز و فعال به سیمان تا حدی افزایش یافته. در سال 1995 Ahmed و Shah توانستند مقاومت فشاری بتن نرمال را به 200 مگاپاسگال برسانند. مقاومتی در این حد تنها در شرایط آزمایشگاهی قابل به حصول است. بعلت شرایط خاص و ملزومات ضروری برای تولید بتن با مقاومت بالا، مقاومت فشاری بین 60 تا 110 مگاپاسگال را به عنوان تعریف بتن با مقاومت بالا می پذیرد Felicetti .[2] و دیگران در سال 1996 با آزمایش بر روی بتن با مقاومت بالا خواص بتن با مقاومت بالا بعد از قرار گیری در مقابل آتش را بررسی کردند .[3] نکته اصلی در تهیه بتن با مقاومت بالا استفاده از نسبت آب به سیمان پایین است. در بتن نرمال این نسبت بین 0/40 تا 0/7 تغییر می کند اما در بتن با مقاومت بالا این مقدار به 0/2 تا 0/35 کاهش می یابد. چنین نسبت پایین، مخلوط را خشک، سخت و در عمل غیر قابل اختلاط می کند. برای افزایش کارایی این مخلوط به آن روان کننده قوی افزوده می شود. روان کننده قوی، اختلاط اجزا را ممکن ساخته و فشردن و ریختن بتن را ساده تر می کند [4] دوده سیلیس نیز در نسبتهای مختلفی بین 1 تا %20 وزن سیمان قابل استفاده است .[4] تحقیقات نشان می دهد که مقدار استفاده از میکروسیلیس، در حدود %10 وزن سیمان بیشترین بازدهی را ایجاد می کند .[5]
-1-2 معایب و مزیت های استفاده از بتن با مقاومت بالا :
اگرچه در ساخت قسمت های مختلف ساختمان های بلند ممکن است از بتن با مقاومت بالا استفاده شود، ولی کاربرد اصلی بتن سازه های خاص می باشد. برای بررسی بتن از جنبه اقتصادی باید اشاره شود که استفاده از مواد افزودنی فوق روان کننده و ترکیبات تکمیلی سیمان نظیر خاکستر بادی، میکروسیلیس و سرباره کوره آهنگدازی در مخلوط بتن با مقاومت بالا و همچنین افزایش کیفیت مصالح سنگی و اعمال کننرل کیفیت شدید در هنگام ساخت، حمل و نقل و جابجایی بتن و نظارت دقیق در مرحله بتن ریزی و عمل آوری آن، همگی عواملی هستند که قیمت تمام شده بتن با مقاومت بالا را افزایش می دهند، علاوه بر این به نظر می رسد دلیل استفاده محتاطانه از بتن با مقاومت بالا، علیرغم مزیت دستیابی به مقاومت های بالا علاوه بر مسایل اجرایی، مکانیزم شکست این نوع بتن ها می باشد. افزایش تردی باعث شکست های ناگهانی و فاجعه باری در سازه های در معرض زلزله، انفجار یا بارهای ناگهانی می شود. به همین علت و در بسیاری از موارد، طراحان مایلند این رفتار به صورت شکست نرمتر اصلاح شود با این حال در بیشتر کاربردهای بتن با مقاومت بالا، فواید و محاسن استفاده ازآن به قدری زیاد است که عمولاً معایب آن جبران می شود، مهمترین این مزیت ها را می توان به شرح زیر بر شمرد
:
1. افزایش مقاومت و سختی که می تواند باعث کاهش تغییر مکانهای افقی ناخواسته شود.
2. بهینه سازی فضای مفید از طریق کاهش ابعاد هندسی اعضای سازه ای
3. کاهش طول مهاری و وصله میلگردها
4. کاهش وزن مرده ساختمان
5. بهبود خواص مکانیکی، پایایی، آب بندی و کاهش نفوذ پذیری بتن در برابر سرایت عوامل شیمیایی یا جوی مضر
6. امکان پذیر نمودن استفاده از رده های گوناگون بتن مناسب با مقاومت مورد نیاز در ستون های طبقات مختلف ساختمان های بلند مرتبه که این موضوع ثابت ماندن مقطع ستون و ابعاد قالب را به همراه دارد.
-2-2 نقش مواد افزودنی :
امروزه استفاده از افزودنی ها جهت تامین بهتر مشخصات مورد نظر بتن بسیار فراگیر شده است. از این مواد افزودنی، مواد کاهش دهنده آب، روان کننده و به ویژه فوق روان کننده ها بیش از دیگران در بتن با مقاومت بالا کاربرد دارند. نخستین رده افزودنی ها کاهش دهنده آب که در ضمن خاصیت دیرگیر کنندگی نیز دارند لیگنو سولفات ها می باشند. استفاده از آنها حجم هوای داخل بتن را به میزان تقریبی 2 تا 6 درصد افزایش و میزان آب مورد نیاز را بین 5 تا 10 درصد کاهش می دهد. مقاومت نهایی بتن هایی که با این افزودنی ساخته می شوند بین دو تا بیست درصد بالاتر از بتن مشابه بدون افزودنی می باشد. بیشتر فوق روان کننده هایی که فعلاً در بازر موجود می باشند و در بتن سازی مورد استفاده قرار می گیرد ترکیبات نفتالین و ملامین سولفوته شده می باشند. تولید کنندگان این محصولات معتقدند که با استفاده صحیح از آنها می توان میزان آب بتن بتن را تا حدود بیست درصد کاهش داد. نسل سوم فوق روان کننده ها که بویژه برای بتن ها خودترا کم کاربرد وسیعی دارد بیشتر بر پایه پلی کربوسیلیکات اصلاح شده قرار دارند. تولید کنندگان این مواد اظهار می نمایند که با مصرف آنها میزان آب بتن را حتی می توان تا حدود سی درصد کاهش داد. واقعیت آن است که استفاده از فوق روان کننده ها به عنوان یکی از مواد ضروری برای تولید بتن با مقاومت بالا روز به روز گسترده تر می شود. البته استفاده از این مواد باید با شناخت کامل کلیه تاثیرات آنها همراه باشد. سازگاری عملکردی فوق روان کننده با نوع سیمان مصرف شده یکی از این ملاحظات است. موضوع دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد آن است که هر چند فوق روان کننده می تواند اسلامپ بتن را برای 5 تا 10 دقیقه پس از افزایش به میزان قابل توجهی بالا برد، ولی پس از این زمان با سرعت بسیاری اسلامپ را کاهش می دهد. معمولاً سرعت کاهش اسلامپ بتن در مورد ترکیبات ملامین بیشتراست.
-3 تشریح موضوع
در این پژوهش 8 طرح اختلاط ساخته شده که در این طرح ها مقدار مصالح سنگی، سیمان، میکروسیلیس ثابت بوده و با تغییر درصد فوق روان کننده و نسبت آب به سیمان شاهد تغییراتی در مقاومت فشاری بتن هستیم. در اولین نمونه از فوق روان کننده استفاده نشده و در نمونه های بعدی درصد استفاده از این مواد برای هرکدام از نمونه ها 0,5 درصد افزایش می یابد و نسبت آب به سیمان مقداری کاهش می یابد. به طور کل سعی شده در تمامی نمونه ها کارایی ثابت باشد.
-4 پارامترهای پروژه
-1-4 مقدار مشابه سیمان
-2-4 کارایی مشابه
-3-4 توزیع مشابه اندازه ی دانه ها برای مخلوط ها
-4-4 حداکثر اندازه سنگدانه 32) میلی متر)
-5-4 نوع و مقدار مشابه سنگدانه
-6-4 مقدار فوق روان کننده به صورت 0,05 وزن سیمان در هر مخلوط تعییر می کند.
همان طور که همه متغیرهای دیگر ثابت نگه داشته شده است این تحقیق ما را قادر به تعیین تاثیر میزان فوق روان کننده بر روی خواص بتن مورد آزمایش می سازد.
-5 مصالح مصرفی
-1-5 سیمان پرتلند (تیپ (1
-2-5 سنگندانه ریزی رودخانه ای (اندازه دانه 0/5 میلیمتر)
-3-5 سنگدانه درشت : سنگدانه رودخانه ای
-4-5 آب
-5-5 فوق روان کننده
-6-5 میکروسیلیس 15 درصد وزن سیمان
-6 منحنی دانه بندی و نسبت طرح اختلاط
از منحنی دانه بندی شن در شکل 1 و همچنین منحنی دانه بندی ماسه در شکل 2 نشان داده شده است. نسبت مخلوط بتن نیز براساس شرایط ذکر شده در بالا، محاسبه و در جدول 1 نشان داده شده است.
