بخشی از مقاله
چکیده
سالهاست که لاستیک فرسوده خودروها و نبودن راهی مناسب برای بازیافت یا استفاده دوباره آنها، باعث مشکلات زیستمحیطی شده است. به علت زیاد بودن چقرمگی لاستیک، میتوان از این خصوصیت برای افزایش چقرمگی بتن استفاده نمود که در صورت خرد کردن لاستیک، میتوان خرده لاستیک را جایگزین بخشی از سنگدانه بتن کرد و مقادیر بسیار زیادی از لاستیک فرسوده را در بتنریزیهای حجیم مصرف نمود؛ اما همین جایگزینی باعث کاهش معیارهای مقاومتی بتن میگردد.
هنگامی میتوان از خرده لاستیک بازیافتی در بتن استفاده کرد که بتوان ضعف مقاومتی بتن را جبران کرد. در این پژوهش 13 طرح اختلاط موردبررسی قرار گرفت. لاستیک ضایعاتی با اندازه 1 تا 3 میلیمتر جایگزین 5،10 و %15 از ماسه شده و به جهت جبران کاهش معیارهای مقاومتی و همچنین افزایش مقاومت از ترکیب دو افزودنی نانو سیلیس و متاکائولن با مقادیر بهینه استفادهشده و مقاومت فشاری و کششی - برزیلین - اندازهگیری شده است. نتایج حاکی از تأثیرات مثبت استفاده از دو افزودنی نانو سیلیس و متاکائوبن بر مقاومت فشاری و کششی بتن حاوی خرده لاستیک میباشد. مشاهده میگردد با اضافه شدن نانو سیلیس و متاکائولن به طرح مخلوط، مقاومت فشاری و کششی 5 الی 10 درصد افزایش مییابد.
.1 مقدمه
سالانه بیش از 242 میلیون تایر فرسوده فقط در امریکا دور انداخته می شود، این مقدار فقط متعلق به کشور آمریکا بوده و %1,2 از وزن کل ضایعات شهری را به خود اختصاص داده است .[1] جدا از لاستیک ضایعات شهری، سالانه چند بیلیون لاستیک در درهها دفن میگردد یا به آتش کشیده میشود که بهغیراز آلودگیهای محیط زیستی، بروی سلامتی انسان نیز تأثیرات مخرب دارد .
اضافه کردن خرده لاستیک به آسفالت، باعث افزایش پلاستیسیته آسفالت شده و در انقباض و انبساط دمایی، از ترک خوردن و جمع شدگی آسفالت جلوگیری میکند .[3] در سالهای اخیر تحقیقات گستردهای پیرامون استفاده و کاربرد خرده لاستیک در بتن شده است. بررسی تأثیر اندازه لاستیک بر خواص مقاومتی بتن نشان داده که اگرچه مقاومت بتن حاوی لاستیک کاهش مییابد ولی ظرفیت پلاستیک بتن به طور قابلتوجهی افزایش مییابد .
جایگزینی خاکستر لاستیک تایر بهعنوان بخشی از ماسه، باعث کاهش هوای موجود در بتن، افزایش زمانگیرش، افزایش مقاومت فشاری و خمشی میگردد، همچنین تأثیرات مثبت مقاومتی در برابر آسیبهای ذوب و یخبندان دارد .[5] استفاده از حجم کم لاستیک در بتن، خطر پوستهشدن ناگهانی بتن در دماهای زیاد را کاهش میدهد .[6] با جایگزینی لاستیک بهجای ماسه باعث به تعویق افتادن پیدایش اولین ترک در بتن، کاهش درصد ناحیه ترک و افزایش انعطافپذیری بتن میگردد .[7] اگر دانههای لاستیکی دارای سطح خشن باشند و یا با آب یا اسید، پیش عملآوری شده باشند، چسبندگی بهتری با مخلوط بتن خواهند داشت و ممکن است منجر به کسب مقاومت فشاری بهتری شود .
با جایگزینی خرده لاستیک بهجای ریزدانه مقاومت فشاریحدوداً %65 کاهش مییابد و با جایگزینی خرده لاستیک بهجای درشتدانه، مقاومت فشاریحدوداً %85 کاهش خواهد یافت .[9] با اضافه کردن خرده لاستیک با اندازه 4,75 میلیمتر به مقدار 1 تا %10 وزنی سیمان به بتن، تغییر چندانی در مقاومت فشاری بتن مشاهده نشده است .[10] یکی از عواملی که باعث کاهش مقاومت بتن در طرحهای حاوی خرده لاستیک میگردد این است که سوراخهای ریز موجود دردانههای لاستیکی از آب پر میشود و موجب ایجاد حفرات میگردد .[11] بتن حاوی درشتدانه لاستیکی بار فشاری زیادی را پس از گسیختگی تحمل میکند و تغییر مکانهای زیادی را بدون متلاشی شدن به نمایش میگذارد. این جابجاییها و تغییر شکلها، پس از باربرداری قابل بازگشت هستند. این رفتار نشاندهنده جذب انرژی زیاد بتن حاوی لاستیک میباشد .
.2 برنامه آزمایشگاهی
در این پژوهش، در ابتدا طرح مخلوط بر اساس ACI بهگونهای طراحی گردید که اسلامپ بین 50 الی 70 میلیمتر باشد. مقاومت فشاری برای نمونهها با ابعاد 15*15 سانتیمتر در سنین 7،14 و 28 روز اندازهگیری شده و مقاومت کششی و مدول الاستیسیته با ابعاد استوانه 15*30 سانتیمتر ساخته و برای سن 28 روزه اندازهگیری شده است. هر افزودنی بهصورت جداگانه، برای سه درصد متفاوت جایگزینی معیارهای مقاومتی بررسی گردید. در آخر مقاومت فشاری بهینه نانو سیلیس، متاکائولن اندازهگیری و با بیشترین مقدار وزنی خرده لاستیک ترکیب گردید.
.1-2 مصالح
سیمان مورداستفاده در این پژوهش تیپ 2 فارس نو میباشد، این سیمان مقاومت در برابر حمله سولفات و کلرایدها بوده و دارای گرمای هیدراسیون کمتری میباشد. آنالیز شیمیایی این سیمان در جدول شماره 1 آمده است.
متاکائولن مورداستفاده در این پژوهش ساختهشده توسط شرکت 20micron میباشد که آنالیز شیمیایی آن در جدول شماره 1 موجود میباشد.
پودر نانو سیلیس مصرفشده، از شرکت نانو ساو خریداریشده، این نوع نانو سیلیس دارای ابعاد 20 نانومتر میباشد و آنالیز شیمیایی این پودر در جدول شماره 1 توضیح دادهشده است.
جدول -1 ساختار شیمیایی مواد سیمانی مورداستفاده
لاستیک استفادهشده از نوع تایر ضایعاتی خودرو بوده که در دو اندازه متفاوت خردشده است. لاستیک های خردشده با ابعاد 1 الی 3 میلیمتر بانام Pr نامگذاری شده است. لاستیک ضایعاتی حاوی سیم و پود میباشد که جهت حصول بهترین نتیجه، پود و سیم اضافی با تکان دادن و چرخاندن خرده لاستیکها در سطل، از لاستیک جداسازی شده است.
ماسه مصرفی از نوع معدنی بوده و با وزن مخصوص خشک 2590 و حداکثر بعد 4,75 میلیمتر میباشد که نمودار دانهبندی آن در تصویر 1 آمده است. در طرح اختلاط از شن نخودی با وزن مخصوص خشک 2620 و حداکثر بعد 12,5 میلیمتر و شن بادامی با وزن مخصوص خشک 2600 و حداکثر بعد 19 میلیمتر استفادهشده است.
شکل -1 منحنی دانهبندی سنگدانه
فوق روان کننده مصرفی بانام تجاری super plast P.C 5000N بر پایه کربوکسیلات اتر بوده که با ایجاد ممانعت فضایی بین ذرات، باعث پخش و یکنواخت شدن بتن و مانع از به هم چسبیدن دوباره ذرات میگردد همچنین کاهش %30 آب اختلاط را در پی دارد.
.2-2 طرح مخلوط
طرح اختلاط با توجه به دستورالعمل استاندارد aci 211 طراحی گردید .[12] طرح بر اساس اشباع با سطح خشک محاسبهشده و رطوبت سنگدانه از آب اختلاط کسر شده است. بدین منظور 4 طرح اختلاط بتن با مقاومت هدف 40 مگاپاسکال طراحی گردید که هرکدام از طرح های اختلاط شامل 3 دسته هستند. نسبت آب به سیمان 0,29 لحاظ گردیده است و بهواسطه کاهش و افزایش فوق روان کننده، مقدار اسلامپ اندازهگیری شده در تمامی طرحها 50 20 میلیمتر بوده است.
در هنگام ساخت بتن، ابتدا فوق روان کننده با آب ترکیب کرده و درون میکسر ریخته شدهاند، سپس افزودنی - نانو سیلیس و یا متاکائولن - را در آب ریخته، پسازآن سنگدانه و سیمان، از درشتدانه تا ریزدانه وارد میکسر کرده و به مدت 2 دقیقه، اختلاط توسط میکسر صورت پذیرفته است. در طرحهای حاوی خرده لاستیک، جهت اختلاط بهتر، ابتدا خرده لاستیک را با ماسه ترکیب کرده سپس مانند طرح های قبل وارد میکسر کرده. پس از میکس کامل بتن، ابتدا اسلامپ بتن مشخص گردیده و سپس اقدام به نمونهبرداری شده است، لازم به ذکر است که در تمامی نمونهبرداریها، قالبها در سه لایه پرشده، هر لایه 25 ضربه کوبیده شده و درنهایت صاف گردیده و در حوضچه نگهداری قرار دادهشدهاند. در جدول 2، جزئیات طرح اختلاط بتن آمده است.
