بخشی از مقاله
چکیده
دمای بالا یکی از مهمترین فرآیندهای زوال فیزیکی است که دوام سازه بتنی را تحت تاثیر قرار میدهد. در نتیجه بررسی رفتار کامپوزیت های سیمانی در برابر دمای بالا مهم میباشد. بر این اساس در پژوهش حاضر، به بررسی تاثیر درجه حرارت های بالا بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی ملات های سیمانی حاوی درصدهای مختلف خاکستر برگ بامبو می-پردازیم. خصوصیات مورد بررسی شامل مقاومت فشاری باقیمانده، افت وزن ناشی از درجه حرارت های مختلف میباشد.
جهت بررسی اثر درجه حرارت های بالا بر خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های سیمانی، ابتدا 10،5، 15و 20 درصد وزن سیمان مصرفی با خاکستر برگ بامبو جایگزین شد. سپس نمونه های ملات تحت تاثیر درجه حرارت های 100، 200، 400، 600 و800 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. نتایج آزمایشات نشان میدهد که اعمال درجه حرارت های بالا باعث کاهش مقاومت فشاری و افزایش درصد افت وزن میشود.
-1 مقدمه
بتن به مقاومت در برابر آتش و تحمل دماهای بالا به علت ضریب هدایت حرارتی4 کم و گرمای ویژه5 بالا مشهور است. اما این بدان معنی نیست که حرارت و دماهای بالا هیچ تاثیری بر بتن نمیگذارند. دمای بالا باعث تغییر رنگ همراه با اثرات محسوس بر مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، چگالی و شکل ظاهری بتن میشود.
دمای بالا یکی از مهمترین فرآیندهای زوال فیزیکی است که دوام سازه بتنی را تحت تاثیر قرار میدهد، با این وجود میتوان اثرات مضر دمای بالا بر بتن را بوسیله اقدامات پیش گیرانه نظیر انتخاب مصالح مناسب کاهش داد. خصوصیات مصالح نظیر خصوصیات سنگدانه، خمیر سیمان، پیوستگی خمیر سیمان- سنگدانه و سازگاری حرارتی بین سنگدانه و خمیر سیمان به شدت بر رفتار بتن در دمای بالا اثر میگذارند. بنابراین محققین زیادی علاقه مند به بررسی و بهبود مقاومت بتن در برابر آتش به شیوه های مختلف شدند. جانشینی سیمان با مواد پوزولانی نظیر سرباره، دوده سیلیس و خاکستر بادی به عنوان یک روش موثر جهت افزایش مقاومت در برابر آتش توسط محققین مختلف بیان شده است.
پوزولان ماده سیلیسی یا سیلیسی آلومین داری است که به خودی خود خاصیت چسبانندگی کمی داشته و یا ندارد. ولی بصورت گرد نرم در مجاورت رطوبت و در دمای معمولی با هیدروکسید کلسیم واکنش شیمیایی نشان داده و ترکیباتی با خواص سیمانی بوجود می آورد.[2] استفاده از مواد پوزولانی می تواند با بهبود ریزساختار خمیر سیمان از طریق پر کردن حفرات ریز موجود در آن باعث بهبود خصوصیات مقاومتی و افزایش پایایی محصولات سیمانی شود.
مورسی و همکاران - .[1] - Morsy et al به بررسی رفتار ملات های سیمانی آمیخته حاوی نانو متاکائولن در دماهای بالا پرداختند. ملات ها با جانشینی وزنی 0 ، 5 ، 10 و 15 درصد سیمان با نانو متاکائولن ساخته شد. سپس ملات ها به مدت 28 روز در آب نگه داری شدند. نمونه های دمای محیط - 25 C - در حالت مرطوب تحت آزمایش مقاومت فشاری و خمشی قرار گرفتند.
سایر نمونه ها در اوون به مدت 24 ساعت در دمای 105 5 C برای حذف آب آزاد و جلوگیری از پدیده ورقه شدن انفجاری6 قرار داده شده، سپس در معرض دماهای 250، 450، 600 و 800 درجه سانتیگراد به مدت دو ساعت قرار گرفتند. نتایج مقاومت فشاری و خمشی در دماهای بالا نشان داد که با افزایش دما تا 250 C مقاومت افزایش و پس از آن با افزایش دما تا 800 C مقاومت کاهش مییابد.
ملات های حاوی 10 و 15 درصد نانو متاکائولن کاهش مقاومت آرامتری را تحت دماهای بالا از خود نشان دادند. آن ها بیان کردند که دلیل افزایش مقاومت فشاری تا دمای 250 C، هیدراتاسیون اضافی دانه های سیمان هیدراته نشده در نتیجه تاثیر بخار آب میباشد که این شرایط اثر اتوکلاو داخلی نامیده میشود. ییگانگ و همکاران - .[4] - Yigang et al به بررسی تاثیر به کارگیری خاکستر بادی، نسبت آب به سیمان و نحوه عملآوری بر خصوصیات بتن تحت دماهای بالا پرداختند. تمامی نمونههای بتنی حاوی خاکستر بادی بهترین عملکرد را تا دمای 650 C نسبت به بتن حاوی سیمان خالص از خود نشان دادند.
رهسی و گارگ - [5] - Rehsi and Garg بیان کردند که سیمان حاوی 20 الی 30 درصد وزنی خاکستر بادی دارای مقاومت مناسب در برابر آتش و ثبات فرم پس از قرارگیری در معرض دمای بالا میباشد. ساد و همکاران - .[6] - Saad et al گزارش کردند که جایگزینی10درصد وزن سیمان پرتلند با دوده سیلیس سبب بهبود خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و ریزساختار بتن پس از قرارگیری در معرض دمای بالا میشود.
قندهاری و همکاران - .[7 ] - Ghandehari et al به بررسی تاثیر دماهای100، 200، 300 و 600 درجه سانتیگراد بر خصوصیات مکانیکی بتنهای با مقاومت بالا پرداختند. نسبت آب به سیمان 0/3، 0/35و 0/4 و همچنین دوده سیلیس با جانشینی 0، 6 و 10درصد وزن سیمان به کار برده شد.
نتایج نشان دهنده بالاترین مقاومت فشاری و کششی باقیمانده توسط سیمان حاوی 10درصد دوده سیلیس بود. مورسی و همکاران - .[8] - Morsy et al به بررسی عملکرد ملات حاوی متاکائولن در معرض دماهای 200، 400، 600 و 800 درجه سانتیگراد پرداختند.
متاکائولن با درصدهای وزنی0، 5، 10، 20و30درصد، جانشین سیمان پرتلند شد. نتایج نشان دهنده عملکرد بهتر ملات حاوی20درصد متاکائولن پس از قرارگیری در معرض دماهای بالا بود. ملاتهای حاوی 10 و 5درصد متاکائولن در ردههای بعدی قرارگرفتند. شایان ذکر است که ملات حاوی30درصد متاکائولن دارای مقاومت فشاری باقیمانده پایینتری نسبت به ملات حاوی سیمان خالص بود.
هدف از این پژوهش بررسی رفتار ملاتهای سیمانی حاوی درصدهای مختلف خاکستر برگ بامبو پس از قرارگیری در معرض دماهای بالا میباشد. نتایج بدست آمده از اینگونه پژوهشها در طراحی ایمن و تعمیر سازههای بتنی قرار گرفته در معرض دماهای بالا مفید میباشد.
-2 مصالح مصرفی و نسبت های اختلاط
در تحقیق حاضر از سیمان پرتلند تیپ 1-425 استفاده شده است. برگ بامبو به کار رفته در این تحقیق از مزارع بامبو روستای لیالستان شهرستان لاهیجان برداشت شده، سپس این برگها در فضای باز در زیر نورآفتاب خشک شدند. برگ خشک بامبو سوزانده شده و برای استفاده از خاکستر برگ بامبو به عنوان یک پوزولان در مخلوط ملات سیمانی، آن را در کوره الکتریکی پارک علم و فناوری گیلان به مدت120 دقیقه در دمای600 درجه سانتیگراد قرار داده تا این خاکستر فعال شده و خاصیت آمورفی پیدا کند و کربن موجود در آن از بین برود - به اصطلاح عمل کربن گیری - .
در پایان جهت کاهش قطر ذرات و افزایش سطح مخصوص، خاکستر توسط آسیاب سرامیکی - - Ball mill به مدت120 دقیقه آسیاب شد. مشخصات فیزیکی سیمان در جدول 1 و مشخصات شیمیایی سیمان و خاکستر برگ بامبو در جدول 2 نشان داده شده است. همچنین از فوق روان کننده بر پایه پلی کربوکسیلات اتر با نام تجاری FARCO PLAST P10N جهت دستیابی به روانی مطلوب وکمک به توزیع بهتر ذرات در ملات استفاده شد.
دانه بندی ماسه مورد استفاده در ساخت ملات مطابق با استاندارد ASTM C778 انجام شد.[9] نسبت آب به مواد چسباننده برای تمام اختلاطها 0/5 و نسبت ماسه به مواد چسباننده 2/75 در نظر گرفته شد. خاکستر برگ بامبو به عنوان جایگزین وزنی سیمان با سه مقدار 5،10، 15و 20 درصد در ساخت ملات مورد استفاده قرار گرفت.
جدول -1 خصوصیات فیزیکی سیمان مصرفی
جدول -2 آنالیز شیمیایی سیمان و خاکستر برگ بامبو
-3 ساخت نمونه ها
بدیهی است که توزیع یکنواخت مواد تشکیل دهنده ملات به ویژه مواد سیمانی از جمله پارامترهای مهم در جهت دستیابی به خصوصیات مقاومتی مطلوب میباشد. برای نیل به این هدف در این پژوهش از مواد فوق روان کننده و روش اختلاط مناسب استفاده شده است. مواد فوق روان کننده از طریق چسبیدن به سطح ذرات مواد سیمانی و ایجاد بار الکتریکی مشابه در سطح تماس ذرات و در نتیجه ایجاد نیروی دافعه بین ذرات باعث پراکندگی آنها میشوند. با کنترل روانی توسط میز جریان، مواد فوق روان کننده به اندازهای به مخلوطها اضافه شدند که روانی در حد مجاز باشد - روانی مجاز در محدوده - 110 5 و جهت اختلاط مناسب، ساخت ملاتها مطابق دستورالعمل زیر انجام شد
