بخشی از مقاله
چکیده
جهت دستیابی به یک توسعه پایدار و کاهش صدمات جبران ناپذیر حاصل از ورود مواد تجزیه ناپذیر مانند لاستیک به محیط زیست، استفاده از آن به عنوان جایگزین مصالح رایج در بتن می باشد که اخیرا تحقیقات گسترده ای روی آن صورت گرفته است.
استفاده از لاستیک بازیافتی در طرح اختلاط سازه های بتنی موجب افزایش شکل پذیری و جذب انرژی بتن به ویژه در مناطق لرزه خیز می گردد. تحقیقات متعددی در رابطه با جایگزینی خرده های لاستیک در بتن صورت گرفته اما کمتر اطلاعات معتبر و موثقی در رابطه با تاثیر آتش بر روی رفتار این گونه بتن ها در دست می باشد. در این تحقیق به بررسی عملکرد و تغییرات خواص مکانیکی بتن های حاوی خرده لاستیک با نرخ جایگزینی0، 5، 10، 15و 20 درصد با ریز دانه طبیعی تحت تاثیر درجه حرارت های 27، 200، 400، 600 و 800 سانتی گراد پرداخته شده است.
نمونه ها طبق برنامه زمانی ارائه شده در این مقاله و همچنین استاندارد ISO 834 تحت تاثیر حرارت در کوره قرار گرفته و سپس آزمایش فشاری بر روی آن ها انجام شده است. با توجه به نتایج حاصل مشاهده می شود که مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، تحت تاثیر افزایش حرارت و همچنین افزایش درصد استفاده از خرده لاستیک در بتن آن، به میزان زیادی کاهش می یابند.
مقدمه
حفظ محیط زیست و جلوگیری از به خطر انداختن سلامت آن همواره یکی از دغدغه ها و چالش های پیش روی بشر در دهه های اخیر بوده است. لذا به سبب دستیابی به یک توسعه پایدار و کاهش صدمات جبران ناپذیر حاصل از ورود مواد تجزیه ناپذیر به محیط زیست، استفاده از این گونه مواد از قبیل لاستیک فرسوده خودروها در اموری همچون فعالیت های ساختمانی و نیل به نگرش جایگزینی این مواد با مصالح طبیعی، امری بدیع و اجتناب ناپذیر است .
بی شک بررسی تاثیر آتش بر رفتار این گونه بتن ها بیش از پیش حائز اهمیت می باشد. در اثر آتش سوزی مقاومت و سختی بتن به شدت کاهش می یابد و موجب ترک و یا پوکیدن شدید و ورقه ورقه شدن بتن می شود که به نوع دانه بندی و جنس مصالح وتخلخل و رطوبت و عوامل دیگر بستگی دارد . وقتی فشار درون منافذ زیاد می شود تنش کششی در بتن تولید می شود و زمانی که این تنش از حد مجاز تجاوز می کند ترکیدن و ورقه ورقه شدن بتن شروع می شود.
قسمتی از سطح داغ بتن که شدیدا به بیرون رانده می شود، باعث می گردد سطح بیشتری از بتن در معرض آتش قرار گیرد. این روند ادامه دارد تا نهایتا باعث آشکار شدن سیستم آرماتورها و تاثیر مستقیم آتش روی آنها می شود. انبساط سریع بعضی از سنگدانه ها با وزن متوسط و با کمتر شدن فضا باعث تشدید این پدیده می شود و موجب کمک به از هم پاشیدن و ترکیدن لایه ای بتن می گردد. همچنین در حرارت حدود 400 درجه سانتی گراد ملات سیمانی بتن به اهک زنده یا اکسید کلسیم تبدیل شده که نتیجه آن تجزیه جسم بتن است.
مطالعات آزمایشگاهی ملهوترا [1] در سال 1982 انجام شد نیز به این نتیجه رسید که در بتن در حرارت 200 تا 250 درجه سانتیگراد مقداری از مقاومت فشاری ان کاسته می شود . با افزایش دما تا 300 درجه سانتی گراد ترک هایی در بتن ایجاد می شود .در این بتن تقریبا 30 درصد از مقاومت فشاری خود از دست داده و نیز با افزایش دما کاهش مقاومت ان ادامه پیدا خواهد کرد .
الدین و سنوچی [2] در آزمایشات خود نشان دادند که با افزودن لاستیک همواره کاهشی در مقاومت فشاری وجود خواهد داشت.
خطیب و بیومی [3] در طی بررسی های خود مشاهده کردند که افزودن پودر و قطعات لاستیک موجب کاهش مقاومت فشاری شده اما باعث بهبود جذب انرژی آن خواهد شد. همچنین آن ها رابطه ای برای تخمین مقاومت فشاری بتن های حاوی لاستیک ارائه دادند.
هرناندز و همکاران [4] گزارش داده اند که افزودن لاستیک تا 5 %حجم بتن، تاثیر قابل توجهی در مقاومت فشاری بتن نخواهد داشت.
کی سانگ سون و همکاران [5] نشان دادند که افزودن %0/5 تا %1 درصد ضایعات لاستیک به بتن تغییر شکل ستون های بتنی در معرض نیروهای جانبی را %45 تا %90 بهبود خواهد بخشید.
ژیابین ژو و همکاران[6] با بررسی بتن حاوی لاستیک در برابر یخ زدگی به این نتیجه رسیدند که مقاومت در برابر یخ زدگی به پارامترهای مختلفی از جمله اندازه ذرات لاستیک و مقدار آن دارد.
هرناندز و همکاران[7] در بررسی دیگر خود به این نتیجه رسیدند که اضافه کردن مقدار کمی الیاف لاستیک در بتن های با مقاومت بالا مانع از تخریب انفجاری ستون های بتنی در حرارت های بالای 500 درجه خواهد شد.
تحقیقات چندرا و همکارانش[8] در سال 2002 در مورد تاثیر آتش بر بتن با مصالح سنگ دانه ای سبک نشان داد که در سازه های بتن آرمه با احتمال وقوع اتش سوزی استفاده نمودن از بتن سبک در پوشش اعضا می تواند از پدیده ترکیدگی حرارتی جلوگیری نموده و در نهایت سبب حفظ مقاومت بتن شود.
گنجیان [9] در سال - 2008 - در تحقیقات خود به بررسی خواص مکانیکی از جمله مقاومت فشاری ، مقاومت کششی و مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته مخلوط های بتنی شامل 5 ، 7/5 و 10 درصد لاستیک تایر دور انداخته به عنوان جایگزین سنگدانه ها و سیمان شدند . همچنین به بررسی آزمون های دوام از جمله تست نفوذ پذیری و جذب آب پرداخته اند. بنابه نتایج حاصله مقاومت فشاری نمونه های حاوی نرخ جایگزینی 5 درصد در حدود کمتر از 5 درصد و برای 7/5 و 10 درصد با سنگدانه طبیعی در حدود 10 – 20 درصد کاهش داشته و حدود 20 - 40 درصد کاهش برای جایگزینی با سیمان می باشد .
مرقوص و همکاران [10] در تحقیق خود به بررسی اثرات دمای بالا بر روی عملکرد مکانیکی بتن تولید شده با سنگدانه های بازیافتی لاستیک با چهار ترکیب مختلف بتن پرداختند. ترکیب اول با نام بتن مرجع، فاقد لاستیک بوده و سه ترکیب دیگر با نرخ جایگزینی 5 ، 10 و 15 درصد با ریزدانه و درشت دانه های طبیعی ساخته شده و به مدت یک ساعت تحت رژیم های حرارتی 400 ، 600 و 800 درجه سانتی گراد با توجه به استاندارد ISO 834 قرار گرقتند.
میگوال بریو [11] در تحقیقات خود به بررسی دوام بتن از قبیل جمع شدگی و جذب آب توسط عمل غوطه وری و آزمایش کربنات و مقاومت در برابر نفوذ کلرید ها صورت داد .مخلوط های بتنی تولید شده که در آن ها 5 ، 10 و 15 درصد از حجم کل سنگدانه های طبیعی با لاستیک جایگزین شده اند در انجام آزمایش استفاده گردید .
ارهان گونییسی [12] در تحقیقات خود به خواص بتن لاستیکی با و بدون میکرو سیلیسی پرداخته است که این کار را توسط شش طرح اختلاط مجزا که در آن ها از 2/5 درصد تا 50 درصد حجم کل سنگدانه ها را با لاستیک جایگزین نموده است .همچنین در این تحقیقات درصد آب به سیمان در محدوده 0/4 - 0/6 انتخاب شده که منجربه مقاومت فشاری در محدوده 54 تا 86 مگاپاسکال می شود. همچنین بین 5 تا20 درصد سیمان با میکرو سیلیس جایگیزین شده که در نتیجه 15 درصد مدول الاستیسیته بتن های حاوی میکروسیلیس افزایش داشته اند.
آزودو و همکاران [13] در مقاله خود به بررسی خواص و دوام بتن HPC ساخته شده با خرده لاستیک جایگزین شده با ماسه پرداخته است .همچنین در ترکیبات خود از خاکستر بادی و متاکائولن به عنوان جایگزین بخشی از سیمان استفاده کرده است. عملکرد دوام بتن با استفاده از جذب آب مویینگی و مقاومت در برابر حمله اسید سولفوریک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که استفاده از خاکستر بادی و متاکائولین با هم در ترکیب بتن، موجب کاهش تاثیر لاستیک در کم کردن مقاومت می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که با امکان استفاده تا 15٪ از لاستیک ضایعات می توان از مقاومت بالایی در برابر حمله اسید برخوردار بود. مخلوط 45٪ خاکستر بادی و 15٪ متاکائولن یک مقاومت بسیار بالاتر به حمله اسید سولفوریک از مخلوط بتن مرجع فاقد لاستیک را نشان می دهد.
خالو و همکاران [14] در تحقیق خود به بررسی خواص مکانیکی بتن حاوی لاستیک با نرخ جایگزینی12/5، 25، 37/5و50 درصد با حجم کل سنگدانه پرداختند . نتایج آزمایشات حاکی از کاهش زیاد در مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته در نمونه های بتنی بوده است. همچنین کاهش قابل ملاحضه ای در رفتار ترد و شکننده بتن با افزایش مقدار لاستیک رخ داده است . آن ها همچنین مشاهده نمودند که مد شکست بتن لاستیکی بر خلاف بتن ساده به آرامی و نرمی صورت می پذیرد و عرض ترک و سرعت انتشار آن در این گونه بتن ها بسیار کمتر از بتن های ساده می باشد.
علاوه بر آنچه در قسمت های قبل در رابطه با تحقیقات انجام شده بر موضوعات مرتبط با عنوان تحقیق ذکر شد محققین دیگری هم در سال های اخیر بر روی موضوعاتی از جمله تاثیر لاستیک بر خصوصیات مکانیکی و دوام بتن های ساخته شده با این مواد تحقیق و پژوهش کردند .[15-18] این محققین به این نتیجه رسیدند که افزودن لاستیک موجب کاهش مقاومت و سختی شده و در عین حال شکل پذیری و جذب انرژی بتن زیاد می شود. علی رغم بررسی های گسترده در زمینه بتن های حاوی لاستیک، خلاء وجود بررسی مستقیم روی تاثیر حرارت بر خواص مکانیکی بتن حاوی لاستیک با درصد های مختلف احساس می شد که در این مقاله به این موضوع پرداخته شده است.
مصالح مورد استفاده
شن و ماسه مورد استفاده شده جهت ساخت نمونه های آزمایشی، از رودخانه ی هراز بوده و مطابق با استاندارد های موجود، کیفیت آن ها ارزیابی شده است.[19] نمودارهای دانه بندی برای سنگدانه ها و خرده استیک بازیافتی در شکل 1 بر اساس ASTM C136 [20] نشان داده شده است.
چگالی نسبی ماسه مورد استفاده 2/65 و مدول نرمی آن3/7 و همچنین چگالی شن مورد استفاده 2/64 بوده که قبل از تولید نمونه ها در گارگاه مورد شست و شو قرار گرفته است. سیمان محصول کارخانه نکا و تیپ 2 می باشد. لاستیک مورد استفاده در سه اندازه ی گرانول 1-2 میلیمتر، 3-5 میلیمتر و پودر با مش 60 تهیه شدند که به مقدار مساوی وزنی با یکدیگر مخلوط گردیدند و با درصد های وزنی 5، 10، 15 و 20 جایگزین ماسه ی مورد استفاده، قرار گرفتند. شکل 2 تصویر اندازه های مختلف خرده لاستیک استفاده شده، در مخلوط بتن را نشان می دهد.
