بخشی از مقاله
خلاصه
سالهاست در دنیا بتن سبکدانه سازه ای و غیر سازه ای در مقیاس وسیعی به کار گرفته می شود. نزدیک به 20 سال از پژوهش های جدی و علاقه دست اندرکاران به استفاده از بتن سبکدانه سازه ای و غیر سازه ای و غیر سازه ای در ایران می گذرد اما در کنار موفقیت هایی در امر پژوهش، در استفاده از این بتن ها به ویژه در کاربرد های سازه ای موفقیت های چشمگیری حاصل نشده است.آسیب شناسی این امر باید مورد توجه قرار گیرد تابتوان از این بن بست به در آمد و در سطح وسیعی ساخت و کاربرد بتن های سبکدانه به ویژه بازه ای را رواج داد. اولین مشکل موجود نداشتن آئین نامه های طراحی و اجرای سازه های ساخته شده با بتن سبکدانه است. یکی از موانع موجود بر سر راه کاربرد این نوع بتنها، تامین سبکدانه مناسب و مرغوب و دانه بندی شده با قیمت منطقی به صورت طبیعی یا مصنوعی و محدویت تولید آنها در کشور است.[1] در چند سال گذشته از میکروسیلیس و نانو سیلیس به صورت انفرادی بر روی مقاومت فشاری بتن و بتن سبک به عنوان مواد پرکاربرد در صنعت ساختمان استفاده شده و مورد بررسی پژوهش گران به صورت آزمایشگاهی قرار گرفته است. در این تحقیق، می خواهیم اثر این دو ماده را به صورت همزمان و با مقدار متفاوت بر روی نمونه های مکعبی بتن سبک با استفاده ازسبک دانه های پومیس به کار رفته در بتن و با نسبت آب به سیمان 0/45 و عیار سیمان یکسان 400 کیلوگرم بر متر مکعب بررسی کرد. نمونه های استفاده شده دراین تحقیق از نوع قالب مکعبی 15 *15*15 سانتی متر بوده و در سن 28 روز، تحت آزمایش مقاومت فشاری قرار گرفتند. طرح اختلاط های که در ساخت نمونه هابه کار گرفته شده است ترکیب نانوسیلس و میکروسیلس به میزان 0 درصد و 16درصد جایگزینی وزنی سیمان استفاده گردید.بر اساس نتایج این تحقیقلزوماً استفاده از نانو سیلیس منجر به افزایش مقاومت فشاری بتن سبک ساخته شده با آن نگردیده و در نسبت بالا موجب کاهش مقاومت فشاری به اندازه چشمگیری شده است. [2 ]
.1 مقدمه
سبک سازی ازمسائل مهم وکلیدی در سازه های بتن آرمه می باشدکه اخیراً در کشور ما توجه ویژه ای به آن شده است. سبک سازی سازه ها نه تنها باعث کاهش نیروهای زلزله وارد برساختمان و افزایش سطح ایمنی لرزه ای آن می شود، بلکه عاملی جهت حفظ محیط زیست و مبدل ساختن صنعت ساختمان به صنعتی پایدار به دلیل کاهش مصرف مصالح سازه ای همچون سیمان می گردد.دوعامل زلزله خیز بودن کشورمان و مصرف بیش از حد انرژی باعثشده است تا بسیاری از محققین و مهندسان روی موضوع سبک سازی و به ویژه بتن سبک متمرکز شوند.[9]
در ده سال گذشته و استفاده روزافزون از سازه های بتن آرمه با سنگدانه های سبک، پژوهشگران را به یافتن روشهایی برای افزایش هر چه بیشتر مقاومت بتن با این سنگدانه ها واداشته، به این ترتیب پژوهشهای مختلفی در زمینه راهکارهای افزایش مقاومت بتن سبک به انجام رسیده است. [4]در این رابطه استفاده از مواد پوزولانی مانند میکرو سیلیس و نانوسیلیس و مواد افزودنی فوق روان کننده جهت تولید بتن با مقاومت زیاد کاربرد پیدا نموده و نتایج قابل توجهی نیز حاصل شده است . عمل دوگانه پرکنندگی خلل و فرج های بتن و فعالیت پوزولانی قوی میکروسیلس آمورف موجب افزایش مقاومت بتن می گردد. یکی از محدودیتهای عمده کاربرد بتن معمولی وزن زیاد آن است. در این میان استفاده از بتن سبک به عنوان یکی از راههای کاهش بار مطرح می باشد.[2 ]در این مقاله هدف این است که محدوده ظرفیت مقاومتی بتن ساخته شده با سبکدانه موجود در کشور - پومیس - به همراه ترکیب بهینه نانوسیلیس و میکروسیلیس بر روی مقاومت فشاری این نوع بتن سبک مورد بررسی قرار گیرد.[3]
.2 برنامه آزمایش ها
هدف برنامه مطالعاتی،بررسی تاثیرات ترکیب توام نانو سیلیس و میکرو سیلیس در بتن سبک که با طرح اختلاط های متفاوت به میزان 0 درصد تا 16 درصد جایگزینی وزنی سیمان بروی خواص مقاومت فشاری میباشد که لزوماً بررسی این تاثیرات با نسبت آب به سیمان 0/45 مد نظر میباشد. دراین آزمایش از هر طرح اختلاط 3 نمونه مکعبی 15*15*15 ساخته شد که آزمایش مقاومت فشاریدر هر 3 نمونه در سن 28 روز مورد آزمون قرار داده شد و میانگین 3 نمونه گرفته شده به عنوان مقاومت فشاری هر طرح اختلاط تعیین گردیده است. در این بخش به توضیحات در ارتباط با مصالح مورد استفاه در فرآیند آزمایش میپردازیم.
.2.1 سیمان
سیمان مورد استفاده جهت ساخت نمونه های بتنی در این پژوهش از نوع سیمان پرتلند نوعII استاندارد ASTM میباشد. سیمان مصرفی دارای وزن مخصوص حقیقی 3/144گرم بر سانتی مترمکعب و سطح مخصوص اندازه گیری شده با روش بلین3452 سانتی متر مربع بر گرم و گیرش اولیه 146 دقیقه و گیرش نهایی 205 دقیقه میباشد.
.2.2 میکروسیلیس
سیلیسیم دی اکسید یا سیلیکا فراوانترین ماده سازنده پوسته زمین میباشد.این ترکیب با فرمول شیمیایی sio2 ساختاری شبیه الماس دارد. میکروسیلیس، پودری بسیار نرم و به رنگ خاکستری روشن و تشکیل شده از بلورهایی با قطرهای بین 0/1تا 0/2 میکرون میباشد. وزن مخصوص در حدود 300-700 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. نانوسیلیس ماده ای بلوری و سفید رنگ است. نانو سیلیس در بتن باعث افزایش خصوصیات مقاومتی و دوام بتن میشود.[2] چنانچه دیده می شود، یکی از ترکیبات موجود در بتن سیلیکاتهای مختلفی است که در ضمن واکنش تولید می شود به همین دلیل می توان گفت سیلیس یکی از مهمترین بخش بتن است و اهمیت زیادی در چسبندگی، مقاومت و کارایی بتن دارد. اکسید سیلیس با انجام واکنش های شیمیایی با هیدروکسید کلسیم آزاد شده موجود در بتن را مصرف می کنندو از خاصیت قلیایی آن می کاهند و در کنار آب بصورت شوره از بتن خارج می شوند. و از خوردگی آرماتور های فولادی قرار گرفته در بتن جلوگیری می کند. محلول نانو سیلیس - Nanosilica - دی اکسید سیلیس - Sio2 - است که اندازه ذرات آن در ابعاد نانومتر می باشد.محلول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند گلوله شکل با قطر کمتر از nm 100 یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند، که مایع آن معمول ترین نوع محلول نانوسیلیس معلقکاربرد های چند منظوره مانند خاصیت ضد سایش، ضد حریق، ضد انعکاس سطوح از خود نشان می دهد.[8]دمای ذوب و جوش آن نسبتا زیاد است که در طبیعت به دو شکل بلوری و آمورف میباشد، که دراین پژوهش به صورت آمورف-ژله ای 15 درصد مورد استفاده قرار گرفت. مشخصات نانو سیلیس مورد استفاده در جدول 1 داده شده است.
جدول -1 مشخصات نانو سیلیس مورد استفاده
.2.4 سنگدانه سبک - پومیس -
برخی از دانه های سبک طبیعی مانند پومیس یا اسکوریا محصول انفجارات آتشفشانی هستند. پومیس اغلب حاصل انفجار اسیدی است که به رنگ روشن و با بافت سلولی، شیشه ای و حاوی حباب های فراوان دیده می شود. پومیس به عنوان یک ماده معدنی آتشفشانی شامل سیلیس است که بعد از فعالیت آتشفشانی و در اثر سرد شدن ناگهانی با محبوس شدن ذرات ریز حباب های هوا در داخل آن ایجاد می شود. از جمله منابع سبکدانه موجود در کشور پوکه معدنی کوه تفتان در سیستان و پومیس اسکندان در حومه تبریز و معدن پومیس قروه سنندج می باشد. در این آزمایشات از دو سایز ریزدانه و درشت دانه مطابق جدول شماره 2 در ساخت نمونه ها استفاده گردید و مقدار جذب آب سنگدانه های پومیس مطابق جدول شماره 2 در طرح اختلاط مورد محاسبه قرار گرفت.
جدول -2 قطر ذرات و درصد جذب آب سنگدانه لیکا
