بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده از سازههای بتنی در پروژههای عمرانی توسعه بسیاری یافته است. وزن بتن، قسمت عمدهای از بار مرده سازه را تشکیل میدهد. با توجه به اهمیت مقوله سبکسازی و تأثیر آن در کاستن اثرات مخرب زلزله، سبکسازی میتواند یک روش مهم جهت پایین آوردن وزن سازه و کاهش صدمات مالی و جانی ناشی از زمینلرزه باشد. در این تحقیق تأثیر الیاف پلیپروپیلن بر مقاومت فشاری بتن سبک متشکل از پرلیت و لیکا بررسی شده است. 324 نمونه بتن مکعبی شکل به ابعاد 15×15×15 سانتیمتر از چهار نوع طرح اختلاط با نسبتها و ترکیبات متفاوت از شن و ماسه، آب، سیمان، پرلیت و لیکا به همراه سنگ تراورتن - آنتیک - درست شده است. پس از انجام آزمایش مقاومت فشاری تک محوره بر روی نمونهها، نتایج حاصل از چهار نوع طرح اختلاط نشان میدهد که مقاومت فشاری با حضور الیاف پلیپروپیلن و سنگ تراورتن در نمونهها افزایش محسوسی مییابد.
.1 مقدمه
در دنیای پیشرفته امروزی با توجه به پیشرفتهای صورت گرفته در زمینههای مختلف علمی و همچنین پیشرفتهای تکنولوژی سازهای، صنعت بتن نیز دچار تحول گردیده و تولید بتن سبک و کاربرد آن در سازهها نمونهای از همین پیشرفتها میباشد. بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان و به حداقل رساندن وزن آن، از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله میکاهد. همچنین در صورت تخریب، وزن آوار حاصل نیز کاهش مییابد. بتن سبک با توجه به ویژگیهای خاص، کاربردهای مختلفی دارد. بتن با سنگدانه سبک را در اصطلاح بتن سبکدانه مینامند.[1] در این نوع بتن، سبک کردن از طریق استفاده از سنگدانههای سبک صورت میگیرد. لازمه ساخت این نوع بتن استفاده از سبکدانه مناسب با ویژگیهای مورد نیاز است. سبکدانهها مصالح طبیعی یا فراوری شده میباشندکه به دلیل تخلخل ایجاد شده در ساختار آنها از وزن مخصوص کمتری نسبت به سنگدانههای معمولی برخوردار هستند. سبکدانهها را میتوان به سبکدانه سازهای و طبیعی و مصنوعی تقسیمبندی نمود. عمده بتنهای سبکی که دارای کاربرد سازهای هستند در طبقهبندی بتن سبکدانه قرار میگیرد. حداکثر وزن مخصوص بتن سبک سازهای به 2000kg/m3 محدود میشود. ساخت بتن سبکدانه سازهای با وزن مخصوص کمتر از 1300kg/m3 نیزمعمولاً عملی نمیباشد.[2] از سوی دیگر با توجه به زلزلهخیز بودن کشور ما و نیز وجود منابع طبیعی سبکدانه مناسب، سبکسازی از اهمیت روزافزونی برخوردار هست. به همین دلیل برای کاستن از تلفات کلی ناشی از زمینلرزهها باید به پژوهش درباره بتنهای سبک اهتمام ورزیده شود. از اینرو در این تحقیق انواع بتنهای سبک متشکل از پرلیت و لیکا به همراه سنگ تراورتن - آنتیک - ، بتن سبک متشکل از سبکدانههای مصنوعی پرلیت و لیکا به همراه سنگ تراورتن - آنتیک - و الیاف پلیپروپیلن بررسی شده است تا گامی موثر در زمینه سبکسازی و کاهش خسارات جانی و مالی زلزلههای احتمالی برداشته شود.
.2 تحقیقات انجام گرفته
پرویز سروشیان و همکاران [3] ترک خوردن بتن معمولی و بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن را مورد مطاله و بررسی قرار دادن و نتیجه گرفتند که الیاف در بتن باعث کنترل ترکها و در کاهش مقدار ترک مؤثر است. همچنین زندی و همکاران [4] تأثیر مواد الیافی بر روی ساختار بتنهای سبک به ویژه بتنهای سبک پرلیتی را مورد بررسی و تحقیق قرار دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که افزایش الیاف مصنوعی مانند پروپیلن و انواع فیبرهای مصنوعی مقاومت کششی بتن سبک را تا چیزی حدود 30 و حتی 50 درصد افزایش میدهد و نیز افزایش درصد میکروسیلیس در کنار مواد الیافی تا حد بسیار زیادی مقاومت کششی و فشاری بتن سبک را افزایش میدهد. تاتانجی و همکاران [5] نفوذپذیری بتن حاوی الیاف الیاف پلیپروپیلن و دوده سلیس را مورد مطالعه قرار دادند. آنها بیان کردند که اضافه کردن الیاف پلیپروپیلن به بتن حاوی دوده سلیس نفوذپذیری بتن را افزایش میدهد و الیاف کوتاهتر در صورت ثابت ماندن درصد حجمی الیاف نفوذپذیری بتن را کاهش میدهد. در تحقیقات دیگر از تاتانجی بر روی خواص مکانیکی بتن حاوی الیاف پلیپروپیلن به این نتیجه رسیدند که مقاومت خمشی بتن با افزایش کسر حجمی الیاف بهبود مییابد.
.3 بتن سبک لیکا به همراه سنگ تراورتن - آنتیک -
بتن سبک لیکا از انواع بتن سبکی است که بعلت وجود کارخانه تولید سبکدانه لیکا در کشورمان، مطالعه خاص این نوع بتن سبک اهمیت ویژهای دارد. لیکا با توجه به سبک وزن بودنش میتواند در پایین آوردن وزن ساختمان مؤثر باشد. از لیکا و سنگ تراورتن - آنتیک - در تولید بتن سبک بعنوان درشتدانه به جای شن و یا همراه با شن در درصدهای مختلف میتوان استفاده شود[7] که در کشور ما هم تولید میشود. سابقه استفاده از بتن سبک در اروپا به حدود 50 سال پیش بر میگردد. امروزه در دنیا استفاده از مصالح جدید و کارا به همراه تکنیکهای نوین در ساخت و ساز امری اجتنابناپذیر محسوب میشود. تحقیقات متعددی روی این نوع بتن سبک انجام گرفته است از آن جمله تحقیقات انستیتوی مصالح ساختمان دانشگاه تهران [8] بر روی دو نوع تولید سبکدانه سازهای با عناوین لیکای 500 و 700 میباشد که طی این پژوهش ظرفیت مقاومتی سبکدانههای لیکای سازهای تعیین و مشخصات عمومی بتنهای سبک ساخته شده با آنها تحقیق شده ولی بهینهسازی طرح اختلاط بر مبنای مقاومت و کارآیی مورد نیاز بحث نشده است.
.4 طرح اختلاط و انجام آزمایش
سیمان مصرفی برای انجام آزمایش در این تحقیق، سیمان پرتلند پوزولانی کارخانه سیمان اردبیل بوده که وزن مخصوص 3130kg/m3 دارد. ماسه هم از کارخانه ماسهشویی گوهردانه مغان تهیه شده است. برای اطمینان از تمیز بودن ماسه عمل الک کردن بر روی آنها انجام شده است. همچنین از شن با مصالح شکسته به قطر حداکثر 25 میلیمتر استفاده شده است. در ساخت نمونهها از پرلیت کارخانه گسترش پرلیت آذربایجان واقع در شهرستان تبریز، لیکای کارخانه لیکای ایران با وزن مخصوص 550 کیلوگرم در مترمکعب، سنگ تراورتن کارخانه سنگ تراورتن اصفهان و الیاف پلیپروپیلن شرکت الیاف بنیاد در طرح اختلاط بهره گرفته شده است. نمونه های مورد استفاده در این آزمایشات در قالبهای مکعبی فلزی به ابعاد 15×15×15 سانتیمتر تهیه شده است که جهت جلوگیری از چسبیدن بتن به قالب از روغن مخصوص قالب استفاده میشود. قالبها بعد از روغنکاری در یک محل ثابت و تراز در داخل کارگاه قرار گرفته است و سپس بتن آماده شده را در سه مرحله به میزان مساوی در قالب ریخته شدهتا قالب کاملاً پر شود و در هر مرحله به تعداد 30 ضربه با یک میله منشوری تقرباًی به ورن 1800 گرم برای هر لایه عمل تراکم جداگانه انجام شده است. بعد از پر کردن قالبها با بتن ساخته شده قالبها به مدت 24 ساعت در کارگاه نگهداری شده است. سپس قالبها باز شده و به حوضچه آب منتقل شدهاند - شکل - - 1 - و تا سن 28 روزگی در دمای 22 درجه سانتیگراد داخل حوضچه آب نگهداری شدهاند. سپس حداکثر با هشت ساعت خطا به آزمایشگاه جهت انجام مقاومت فشاری انتقال یافته است. آزمایش مقاومت فشاری نمونهها مطابق استاندارد ASTMC39 صورت گرفته است. ابتدا ابعاد نمونههای مکعبی با کولیس کنترل و سپس نمونهها با استفاده از ترازوی آزمایشگاهی وزن شده و تست مقاومت فشاری با استفاده دستگاه آزمایش تعیین مقاومت فشاری با ظرفیت 200 تن انجام گرفته است
شکل - - 1 - حوضچه نگهداری نمونهها شکل - - 2 - انجام آزمایش مقاومت فشاری بر روی نمونهها
برنامه آزمایشگاهی شامل 36 طرح اختلاط - در 4 نوع - میباشد که از هر اختلاط 9 نمونه مکعبی جهت آزمایش مقاومت عملآوری شده است. از هر اختلاط 9 نمونه مکعبی تهیه و تعداد کل نمونهها 324 عدد میباشد و عملآوری آنها را در کارگاه شخصی انجام داده و سپس نمونهها با حداکثر 8 ساعت رواداری به آزمایشگاه مکانیک خاک واحد پارسآباد انتقال یافته و نمونهها مورد آزمایش مقاومت فشاری قرار گرفتهاند.
.1 .4 طرح اختلاط نوع یک
طرح اختلاط نوع یک، حالتی است که مقدار شن ثابت میباشد و پرلیت مرحله به مرحله جایگزین ماسه میگردد. نسبتهای حجمی این طرح اختلاط در جدول - 1 - بیان شده است. برای هر کدام از نه طرح اختلاط ارائه شده در جدول - 1 - ، نه عدد نمونه مکعبی ساخته شده و نمونهها تحت آزمایش مقاومت فشاری قرار گرفته و میانگین نتایج بدست آمده در جدول - 2 - آورده شده است مقدار شن و سیمان ثابت و در هر اختلاط، پرلیت مرحله به مرحله به حجم بتن اضافه و جایگزین ماسه میگردد. تغییرات مربوط به پارامترهای مقاومت، وزن مخصوص، w/c، آب مصرفی و درصد پرلیت برای هر رده در جدول - 2 - ارایه و مورد بررسی قرار میگیرد.
جدول - - 1 - درصد نسبتهای حجمی طرح اختلاط نوع یک
