بخشی از مقاله
چکیده
یکی از موادی که میتواند به عنوان جایگزین مناسب برای سیمان در بتن مورد استفاده قرار گیرد مادهی معدنی ولاستونیت است که با کاهش مصرف سیمان در بتن موجب کاهش دی اکسید کربن ناشی از روند تولید سیمان میشود. ولاستونیت دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مطلوب بوده و اثرات مطلوبی نیز بر خواص بتن دارد. در این تحقیق آزمایشگاهی تاثیر ولاستونیت و براده آهن بر مقاومت فشاری و کششی بتن بررسی شده است. به این صورت که از 12 طرح با 3 نسبت آب به سیمان 0/35 ، 0/40 و 0/45 استفاده شده و ابعاد نمونههای فشاری قالب مکعبی 10 سانتیمتری و نمونههای کششی از قالب مستطیلی16x4x4سانتیمتر انتخاب شده است.
ولاستونیت و براده آهن جایگزین درصدی از سیمان شده و مقاومت فشاری نمونهها در سنین 7، 28 و 90 روزه و مقاومت کششی در سنین 7 و 28 روزه اندازه گیری شده است. نتایج حاصل نشان دهنده مشارکت بیشتر ولاستونیت نسبت به براده آهن در مقاومت فشاری و کششی بتن بوده است.
-1 مقدمه
بتن ازجمله مصالحی است که در صنعت ساختمان و بخصوص در سازههای بتنی با توجه به اهمیتی که دارد مهمترین نقش را ایفا میکند.
خواص بتن میتواند با افزودن مواد افزودنی به مخلوطهای بتنی اصلاح شده و باعث رشد صنعت مواد جایگزین در بتن شود. همچنین میتوان با کاهش مقدار مصرف سیمان در بتن و استفاده از مواد جایگزین، آلودگیهای زیست محیطی توسط کارخانههای تولید سیمان را کاهش داد .[1] با بکارگیری افزودنیها در بتن بعلت ساختار بسیار ریز و تاثیر فیزیکی- شیمیایی این مواد خواص بتن تا حدودی اصلاح شده و در نتیجه وضعیت سازههای بتنی بهبود پیدا میکند.
ولاستونیت یک ماده معدنی برپایه کلسیم ایزو سیلیکات است که ممکن است شامل مقادیری آهن ومنیزیم نیز باشد. Cao,Sio2 اجزای اصلی تشکیل دهنده ولاستونیت هستند. در ولاستونیت خالص هر مولفه تقریبا %50 وزنی این ماده را شامل میشود. Cao حدود 48/3 درصد وزنی و Sio2 حدود 51/7 وزنی ولاستونیت را تشکیل میدهند .[2] علاوه بر این دو ماده آلومینیوم، آهن، منیزیم، منگنز، پتاسیم و سدیم نیز در ساختار ولاستونیت موجود است.
همچنین اندازهی دانههای ولاستونیت همانند ذرات سیمان میباشد. این ماده عموما سفید رنگ بوده و زمانی که سنگ آهک ناخالص در معرض دما و فشار زیاد قرار میگیرد بوجود میآید. از این ماده معمولا در کارخانه کاشی و سرامیک به علت سفیدی و اجزای سوزنی شکل مورد استفاده قرار میگیرد ولاستونیت ممکن است جهت بهبود وضعیت سطحی جایگزین سنگ آهک و ماسه در الیاف شیشهای شود
Colin et al. نشان دادند که مقاومت خمشی بتن با استفاده از ولاستونیت همراه با خاکستری بادی و یا دوده سیلیس افزایش مییابد.
Yog [6] به این نتیجه دست یافت که مقاومت فشاری و خمشی بتن با جایگزینی %15 سیمان بوسیله ولاستونیت افزایش مییابد.
Soliman & Nehdi [7] مشاهده کردند که استفاده از ولاستونیت در بتن موجب افزایش مقاومت فشاری بتن در سنین اولیه شده و همچنین تخلخل بتن را کاهش داده و موجب کاهش انقباض در بتن میشود.
آهن به صورت سنگ آهن به وفور در طبیعت و معادن یافت میشود. برای تولید فولاد ازسنگ آهن، آهن خام را تولید کرده و توسط عمل احیا در کورههای بلند کارخانجات ذوب آهن پس از دفع مواد زاید و افزودن عناصری مانند کربن- نیکل- منگنز- مولیبدن- سیلیسیم و... که هریک میتواند باعث تغییراتی برروی ویژگی آهن شود. گفتنی است که استفاده از این آلیاژها میتواند %3 وزن کل آهن را تشکیل بدهد.
هدف از این مطالعه آزمایشگاهی بررسی تاثیر ولاستونیت و براده آهن بر مقاومت فشاری و کششی بتن است. به این صورت که ولاستونیت وبراده آهن جایگزین درصدی از سیمان شده و مقاومت فشاری نمونهها در سنین 7، 28 و 90 روزه و مقاومت کششی - به صورت مدول گسیختگی - در سنین 7 و 28 روزه اندازه گیری شده است.
-2 مصالح مصرفی
مصالح مصرفی در این تحقیق عبارتند از:
- شن مصرفی از نوع شن شسته و با حداکثر اندازه اسمی12,5میلی متر و وزن مخصوص 2520 کیلوگرم بر متر مکعب بوده است.
- ماسه مصرفی از نوع ماسه رودخانه شسته شده با وزن مخصوص 2500 کیلوگرم بر متر مکعب بوده است.
- سیمان مصرفی سیمان تیپ 2 خمسه میباشد.
- براده آهن از نوع براده فولاد با کربن ملایم است.
- مشخصات ولاستونیت مصرفی مطابق با جدول 1 است.
- فوق روان کننده مصرف شده در این تحقیق بر پایه پلیمرهای پلی کربکسیلیک اتر - Polycarboxylic ether - میباشد.
-3 طرح اختلاط
در این تحقیق از 12 طرح اختلاط استفاده شده است. عیار مواد سیمانی بکار گرفته شده در تمام طرحها 400 kg/m3 است. سه نسبت آب به سیمان 0,35، 0,4 و 0,45 و دو مقدار ولاستونیت %10 و %15 وزن سیمان و همچنین براده آهن به مقدار %5 وزن سیمان در نظر گرفته شده است. جدول 2 جزئیات کامل طرح اختلاطهای مورد استفاده در ساخت نمونهها را به تفکیک مصالح نشان میدهد.
-4 روش انجام آزمایش
مقاومت فشاری بتن با اعمال بار فشاری با نرخ ثابت بر نمونهها مکعبی 100 میلیمتری در سنین 7، 28 و 90 روزه و مقاومت کششی به روش خمشی تک نقطهای برای نمونهها به ابعاد 16x4x4 - سانتیمتر - در سنین 7، 28 روزه ارزیابی شده است. در نمونههایی که ولاستونیت موجود است، این ماده ابتدا با آب به صورت دوغاب درآمده و سپس به مخلوط اضافه میشود. در صورت مناسب بودن اسلامپ در محدوده 80 تا 100 میلیمتر بتن درون قالب ریخته میشود. پس از طی 24 ساعت قالبها باز شده و نمونهها درون حوضچه آب به منظور عمل آوری قرار داده میشوند. در خصوص نمونههای 90 روزه، این نمونهها بعد از 28 روز از آب خارج شده و تا رسیدن به سن 90 روز در دمای محیط نگه داری شدهاند.
جدول: 1 مشخصات فیزیکی و شیمیایی ولاستونیت مورد استفاده با نام تجاری K-60
جدول: 2 جزئیات کامل نمونهها با طرحهای اختلاط بکار رفته
