بخشی از مقاله
چکیده
بتن پرمصرف ترین ماده در سازه های عمرانی است. همین مصرف گسترده باعث شده است که تحقیقات بسیاری برای بهینه کردن ویژگی های آن صورت پذیرد. یکی از خصوصیات بتن که بهینه کردن آن تاثیر بسزایی در رفتار آن دارد، وزن آن است.
امروزه حاصل تحقیقات مهندسین در این زمینه، باعث بوجود آمدن نوع خاصی از بتن به نام بتن سبک شده است. بتن های سبک خود در چند دسته، تقسیم بندی شده اند. بتن های سبک سازه ای علاوه بر داشتن وزن مخصوص های تعیین شده توسط آیین نامه ها، می بایست مقاومت فشاری لازم را نیز داشته باشند. در راستای کاهش وزن مخصوص و کسب مقاومت فشاری، پوزولان ها یکی از پرکاردترین مواد در ساخت این نوع بتن ها هستند.
دیاتومیت نوعی پوزولان است که به دلیل برخورداری از ساختار آمورفی و وزن مخصوص پایین به خوبی نیازهای بتن سبک را برطرف می کند. در این تحقیق دیاتومیت در چهار حالت 0، 10، 12/5 و 15 درصد، در چهار طرح اختلاط متفاوت مورد استفاده قرار گرفت. پس از تهیه و عمل آوری، نمونه ها در سن هفت روزگی شکسته می شوند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش درصد دیاتومیت جایگزین سیمان، مقاومت فشاری کاهش می یابد، که البته نرخ کاهش مقاومت فشاری تقریبا مقدار ثابتی است. این مقدار کاهش مقاومت منتجه، می تواند در برابر صرفه جویی اقتصادی بدست آمده حاصل از جایگزینی دیاتومیت قابل چشم پوشی باشد.
.1 مقدمه
بتن سبک وزن مخصوصی کمتر از بتن معمولی دارد، همچنین وزن مخصوص آن از عدد 1840 کیلوگرم بر متر مکعب تجاوز نمی کند .[1] هدف از تولید بتن سبک، کاهش بارهای مرده است که این خود باعث ایجاد المان های ظریف تر می شود و در نتیجه در مصرف سیمان که گرانترین جزء بتن نیز می باشد صرفه جویی می شود. تولید بتن های سبک کماکان در حال توسعه می باشند به طوری که بتن های بدون ریز دانه برای تولید بلوک هایی با وزن مخصوص 300 -1200 کیلوگرم بر متر مکعب مورد استفاده قرار می گیرند .
برای تولید این نوع بتن ها در سراسر جهان تکنیک ها و مصالح متنوعی به کار گرفته می شوند که با توجه به منابع و معادن کشور ها متفاوت می باشند، اما همه ی این مصالح در یک خصیصه مشترک هستند و آن وزن مخصوص پایین آنها می باشد. یکی از مصالحی که برای تولید این نوع بتن ها به وفور مورد استفاده قرار می گیرد و کشور عزیزمان ایران نیز منابع غنی از آن را دراختیار دارد پوزولان های طبیعی است. این مواد به دلیل برخورداری از ساختار آمورفی و همچنین دارا بودن مقادیر زیادی از سیلیس، جایگزین بسیار مناسبی برای - درصدی از وزن - سیمان هستند. دیاتومیت نیز نوعی پوزولان است که مقادیر بسیاری از آن در استان آذربایجان شرقی یافت می شود. معمولا در بتن دیاتومیت 10 الی 20 درصد وزنی سیمان جایگزین آن می شود.
طی تحقیق ییلماز 1 و همکاران [3] نمونه های بتنی که مقادیر دیاتومیت را با 0-15 درصد جایگزین سیمان، شامل می شدند، با افزایش مقدار دیاتومیت کاهش مقاومت خمشی و فشاری را تجربه کرده اند. هر چند که این نمونه ها در برابر حملات سولفاتی، واکنش قلیایی سنگدانه ها و همچنین مقاومت در برابر سیکل های ذوب و یخبندان عملکرد بسیار بهتری داشته اند.
تاپکو2 و همکاران [4] تاثیر جایگزینی دیاتومیت را در بتن خودتراکم بررسی کردند. آنها متوجه شدند که با افزایش درصد جایگزینی دیاتومیت به جای سیمان، مقاومت کاهش یافته اما انرژی کرنشی نهایی متناظر با بیشترین تنش و همچنین ضریب هدایت حرارتی افزایش پیدا کرده اند. ادیز3 و همکاران [5] نتیجه گرفتند که افزودن دیاتومیت چه در حالت خام و چه در حالت تکلیس شده باعث پایداری حجمی بتن شامل آنها خواهد شد. حسین، انور حسین، حسین و لاچمی[6-9] جایگزینی دیاتومیت را در بتن بر حسب درصد وزنی سیمان بررسی کردند، به طوری که با جایگزینی %20 وزنی سیمان، حداقل مقاومت فشاری 28 روزه 65 مگاپاسکال، بدست آمده است.
.2 بتن سبک
بتن پرکاربردترین محصول ساخته ی دست بشر است که در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد. این کاربرد به دلیل ویژگی هایی مانند تطبیق پذیری، دوام، در دسترس بودن و صرفه ی اقتصادی می باشد. با این همه هنوز موانعی وجود دارد که باعث می شود تا کاربرد بتن محدود شود. از جمله ی این موانع می توان به چگالی و هدایت حرارتی بالای آن اشاره کرد . همین عوامل محققان را برمی انگیزد تا در مورد بتن های سبک تر که میان هدایت حرارتی و ویژگی های مکانیکی آنها تعادل وجود دارد، تحقیق کنند .
به سنگدانه هایی که چگالی نسبی کمتری از سنگدانه های معمولی دارند سنگدانه های سبک گفته می شود. همچنین بتن هایی که همین ویژگی را نسبت به بتن های معمولی دارا هستند بتن های سبک نامیده می شوند. بتن هایی که با استفاده از سنگدانه های سبک ساخته می شوند بر اساس ASTM بر اساس ویژگی های فیزیکی، سازه ای، سازه ای/غیر سازه ای - عایق بندی، جداکننده - ، چگالی بتن، انتقال حرارت و مقاومت فشاری به سه گروه اصلی تقسیم می شوند. این تقسیم بندی در جدول 1 ارائه شده است.
جدول : 1 دسته بندی بتن های سبک بر اساس مشخصات فیزیکی آنها
.3 پوزولان ها
تعریف پوزولان در ACI 116R-00 در قسمت اصطلاحات بتن و سیمان بیان شده است که طبق آن پوزولان یک ماده سیلیسی یا سیلیسیمی و آلومینیمی، که در خود دارای مقدار کمی چسبندگی یا بدون ارزش سیمانی است، اما در شکل ریز تقسیم شده و در حضور رطوبت و دمای معمولی واکنش شیمیایی با هیدروکسید کلسیم نشان می دهد که نتیجه ی آن تشکیل ترکیبات دارای خواص سیمانی می باشد .
پوزولان ها به صورت طبیعی و مصنوعی هستند. سه ویژگی پوزولان ها آنها را واکنش زا و در نتیجه کارا می کند. اولین و البته مهمترین ویژگی، دارا بودن محتوای سیلیس بالا است، زیرا سیلیکا در واکنش با هیدروکسید کلسیم آزاد شده در فرآیند هیدراتاسیون سیمان، ماده ی چسباننده ی مضاعف تولید می کند. ویژگی دوم در اختیار داشتن درجه بالایی از ساختار بی شکل - آمورف - است. وقتی پوزولان ها به آرامی سرد می شوند سیلیس موجود در آنها تمایل به تشکیل یک حالت بلوری دارد، اما زمانی که سرد شدن به سرعت اتفاق می افتد آنها زمانی برای ایجاد حالت کریستالی شکل در ساختار خود ندارند و در نتیجه به حالت آمورف در می آیند. البته می توانند حالت فی ما بین را نیز داشته باشند. ویژگی سوم سطح مخصوص بسیار بالای آنها می باشد که این سطح مخصوص به آنها اجازه ی واکنش زایی بیشتر را می دهد .
.1-3 دیاتومیت
خاک های دیاتومیت، که به عنوان پودر فسیلی یا دیاتومیتی شناخته می شوند، عمدتا از مواد رسوبی پوسته ی بیرونی دیاتوم ها تشکیل شده اند. این پودرهای بسیار ریز از اسکلت تک سلولی ها که مقادیر بسیار زیادی سیلیس، سطح مخصوص بسیار بالا و تخلخل فوق العاده را دارا هستند، تشکیل شده اند. دیاتومیت ها سفید، زرد، خاکستری، خاکستری ملایم، گاهی اوقات خاکستری تیره و خاکستری قهوه ای هستند. رنگ تیره و قهوه ای دیاتومیت ها به دلیل حضور ناخالصی های آلی در آنها، از جمله بقایای گیاهی است. در میکروگرافی ها - شکل - 1 مشخص است که هر اسکلت دیاتومه در دیاتومیت یک ساختار میکرو و نانوذره به وضوح مشخص، دارد .
