بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه دستیابی به ترکیبات جدیدی از مصالح ساختمانی به منظور افزایش ضریب اطمینان و ایمنی ساخت آنها در بالا بردن مقاومت قابل قبول و همچنین کاهش هزینههای ساخت و ساز راهکاری مناسب میباشد. بتن سبک از جمله این ترکیبات جدید میباشد که ماده اصلی مورد استفاده در این پژوهش نیز میباشد. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر انواع سیمانهای مختلف بر خواص مکانیکی بتنهای سبک ساخته شده با سنگدانه لیکا و حاوی پوزولانهای متاکائولین و میکروسیلیس حاوی الیاف پلیپروپیلن میباشد. نتایج حاصل از این پژوهش به صورت مقایسه تاثیرات انواع سیمان بر بتن سبک با سنگدانه لیکا و درصدهای مختلف الیاف پلیپروپیلن با انجام آزمایشات مقاومت فشاری و کششی برزیلی و خمشی نشان داده خواهد شد.
1. مقدمه
سبک سازی یکی از مباحث نوین در علم ساختمان است که روز به روز در حال گسترش و پیشرفت میباشد. این فن آوری عبارت است از کاهش وزن تمام شده ساختمان، با استفاده از تکنیکهای نوین ساخت مصالح جدید و بهینه سازی روش های اجرا، کاهش وزن ساختمان علاوه بر صرفه جویی در هزینه، زمان و انرژی، زیانهای ناشی از حوادث طبیعی مانند زلزله را کاهش داده و صدمات ناشی از وزن زیاد ساختمان را به حداقل میرساند.
بتنهای سبک طرح اختلاط و نحوه ساخت خاص خود را دارند که کاملا متفاوت از بتن های معمولی است .از جمله روشهای ساخت آن میتوان به افزودن مواد هوازا مثل پودر آلومینیوم، استفاده از سنگدانه های معدنی سبک مثل پرلیت، ورمیکولیت، اسکوریا و لیکا و همین طور افزودن دانه های منبسط شده پلی استر و یا سایر مواد پلیمری سبک به بتن اشاره کرد . سبکدانهها به دو دسته کلی طبیعی و مصنوعی تقسیم میشوند .
از طرفی یکی از عمدهترین ضعفهای بتن معمولی، مقاومت کششی آن است. یکی از راهکارهای بهبود مقاومت کششی بتن افزودن الیاف به آن میباشد. الیاف برای کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انقباض و انبساط و تنشهای حرارتی و نیز جهت افزایش مقاومت کششی، نرمی و قابلیت جذب انرژی و فراهم آوری یک سیستم یکپارچه استفاده میشود. در حال حاضر صدها نوع الیاف تولید میشوند که فقط تعدادی از آنها برای استفاده در بتن مناسب میباشند .
یکی از پرکاربردترین الیاف در بتن که در این پژوهش نیز از آن استفاده شده است، الیاف پلیپروپیلن است. اگرچه الیاف پلیپروپیلن در مقایسه با الیاف فولادی و کربنی، خصوصیات مکانیکی ضعیفتری دارند، اما از قیمت مناسبی برخوردار هستند از دیگر راهکارهای بهبود خواص مکانیکی بتن افزودن مواد جایگزین سیمان یا پوزولانها به بتن میباشد. از جمله این مواد میتوان به میکروسیلیس، متاکائولین، زئولیت، خاکستر شلتوک برنج و خاکستر بادی اشاره کرد.
تحقیقات و بررسیهای انجام شده نشان میدهد که در میان مواد افزودنی پوزولانی،میکروسیلیس به دلیل داشتن ذرات بسیار ریز و جدا از هم و همچنین درصد زیاد - حدود 90 درصد - سیلیس غیر بلوری برای تهیه بتن با مقاومت بالا بسیار مناسب است در سال های اخیر علاقه روز افزونی در استفاده از متاکائولین به عنوان ماده معدنی برای بهبود خواص مکانیکی بتن به وجود آمده است
بر خلاف سایر مواد پوزولانی، متاکائولین یک محصول اولیه میباشد که میتواند برای رسیدن به خصوصیات مطلوب در یک روند کنترل شده تولید گردد . در این تحقیق از میکروسیلیس و متاکائولین به عنوان پوزولان استفاده شده است. هدف از این تحقیق مقایسهی تاثیرات انواع سیمان بر بتن سبک با سنگدانه لیکا و درصدهای مختلف الیاف پلیپروپیلن با انجام آزمایشات مقاومت فشاری و کششی برزیلی و خمشی میباشد.
2. مواد و مصالح مصرفی
2.1 ماسه
ماسه مورد استفاده رودخانه ای و گرد گوشه بوده و از کارخانه ماسه بازقلعه شهر سنگر تهیه شده است. وزن مخصوص ظاهری ماسه 2/7 gr/cm3 و جذب آب آن % 2/5 میباشد. ماسه مورد استفاده عبوری از الک 4 است که شامل %80، 0- 3 میلیمتر و 20 %، 3 - 6 میلیمتر میباشد.
2.2 رس منبسط شده - لیکا -
در این تحقیق از لیکا به عنوان سبکدانه استفاده شد. لیکای مورد استفاده از کارخانه لیکای ساوه و از نوع سازه ای میباشد. چگالی لیکا با اندازه دانه های 4/75 - 9/5 میلیمتر، 1/01 gr/cm3 و چگالی لیکا با اندازه دانه های 3 - 6 میلیمتر، 1/26 gr/cm3 میباشد.
2.3 سیمان
سیمان مصرفی در این پژوهش، سیمان تیپ 2 هگمتان و سیمان تیپ 1 خزر میباشد. ترکیبات شیمیایی سیمان در جدول - 1 - نشان داده شده است.
2.4 میکروسیلیس
میکروسیلیس مصرفی محصول کارخانه فرو آلیاژ ایران است و چگالی آن 2/22 gr/cm3 میباشد. مطابق استاندارد ACI 234R-06 درصد SiO2 موجود در میکروسیلیس بالاتر از % 90 گزارش شده است .[45] این مقدار در استاندارد ASTM C1240 باید بالاتر از % 85 باشد .[46] در این پایان نامه میکروسیلیس به میزان % 10 جایگزین وزنی سیمان شده است. ترکیبات شیمیایی میکروسیلیس در جدول - 1 - نشان داده شده است.
2.5 متاکائولن
متاکائولن مصرفی تولید کارخانه کاویان صنعت ایران است که دارای وزن مخصوص 2550kg/m3 میباشد. این افزودنی بدون حل کردن در آب به حالت خشک و به صورت درصدی از وزن سیمان به مخلوط بتن اضافه میشود. متاکائولن یک پوزولان بسیار فعال است و موجب ارتقای خواص مکانیکی بتن در کوتاه مدت و دراز مدت میشود. استفاده از متاکائولن ریز ساختار بتن را بهبود میبخشد و مقاومت بتن را در برابر نفوذ سیالات مهاجم - یون کلر و یون های سولفات و .... - افزایش میدهد. همچنین استفاده از متاکائولن واکنش های قلیایی سنگدانهها را کنترل میکند. در این تحقیق متاکائولن به میزان %10 جایگزین وزنی سیمان شده است. ترکیبات شیمیایی متاکائولن در جداول - 1 - و - 2 - آورده شده است.
جدول -1 خصوصیات فیزیکی مصالح مصرفی
جدول -2 خصوصیات شیمیایی مواد سیمانی
2.6 الیاف
الیاف پلیپروپیلن به طول 6 میلیمتر به عنوان الیاف استفاده شد. برای امکان سنجی کاربرد الیاف پلیپروپیلن، این الیاف در درصدهای 0، 0/1، 0/2، 0/3، 0/4و 0/5 درصد حجم مخلوط بتن به آن اضافه گردیدند. مشخصات این الیاف نیز در جدول - 3 - آورده شده است.
جدول -3 مشخصات الیاف پلی پروپیلن
3. مطالعات آزمایشگاهی
3.1 طرح اختلاط
در طرح های حاوی متاکائولین و میکروسیلیس میزان سیمان مصرفی معادل %90 وزنی سیمان طرح شاهد و میزان متاکائولین و میکروسیلیس معادل %10 وزنی سیمان طرح شاهد میباشد. حرف C نشان از طرح حاوی سیمان، حرف S طرح حاوی میکروسیلیس و حرف M طرح حاوی متاکائولین میباشد. عددی که در اسم هر طرح وجود دارد با ضرب در 0.1 معادل درصد مصرفی الیاف پلیپروپیلن میباشد که در جدول شماره - 4 - آورده شده است.
3.2
مراحل ساخت و آزمایشات
در ابتدا مصالح مورد نیاز توزین گردیده و سپس وارد مرحله ساخت شدهاند. برای ساخت همانطور که در بالا اشاره شد ابتدا لیکا با آب جذب آبش وارد میکسر شد و پس از یک ربع مخلوط شدن ماسه و نصف آب اختلاط به مخلوط اضافه گردید و بعد از چند دقیقه مصالح سیمانی - اعم از سیمان به تنهایی یا همراه با میکروسیلیس یا متاکائولین بسته به طرح مورد نظر - به مخلوط اضافه شده و سپس فوق روان کننده که با مابقی آب اختلاط مخلوط شده وارد مخلوط بتن گردید.
پس از رسیدن بتن به حالت تازه مناسب - با انجام تست اسلامپ و در صورت نیاز افزودن مقدار فوق روان کننده - ، مخلوط در 3 مرحله در قالب ها ریخته شد و در هر مرحله چند ثانیه ویبره گردید و بعد از 24 ساعت نمونه ها از قالب بیرون آورده شده و در دمای اتاق به مدت مورد نظر در حوضچه های آب نگهداری شده تا در روز مورد نظر آزمایش از حوضچهها خارج شوند. برای هر طرح 9 نمونه مکعبی 10×10×10 سانتی-متری برای آزمایش فشار در 7 و 28 و 91 روزه و 3 نمونه منشوری 28×7×7 سانتیمتری برای آزمایش خمشی 28 روزه و 3 نمونه استوانه ای 30×15 سانتیمتر برای آزمایش کششی برزیلی در 28 روزه ساخته شد.
