بخشی از مقاله
خلاصه
کاهش وزن مصالح باعث کاهش سربار وارد بر المان های سازه ای می شود و در نتیجه سطح مقطع المان ها و هزینه اجرایی کاهش می یابد. لذا می توان از بتن نیمه سبک که ترکیبی از سنگدانه های معمولی سبکدانه است،در این زمینه استفاده کرد. در این تحقیق کاربرد دانه های رس منبسط شده - لیکا - تولید ایران بعنوان سبکدانه و مصالح مکمل مورد بررسی قرار میگیرد.
این مقاله به بررسی تاثیر سبکدانه لیکا برمقاومت فشاری بتن سبک سازه ای می پردازد..نتایج این تحقیق نشان می دهد که می توان با استفاده از دانه های سبک لیکا، بتن سبک سازه ای در محدوده وزن مخصوص 1650 - 2126 کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت فشاری 28 روزه مکعبی 15 تا 30 مگا پاسگال دست یافت. با جایگزینی 75 درصد مصالح سنگی معمولی با سبکدانه لیکا در طرح اختلاط بتن، 45/4 درصد از مقاومت فشاری و36 درصد از وزن مخصوص بتن کاسته می شود.
1. مقدمه
نوآوری همواره یکی از محورهای موردتوجه در گزینش و کاربرد مصالح است. با توجه به تغییر الگوهای ساخت و ساز و فن آوری ،بسیاری از مشکلات ساخت و ساز نظیر وزن زیاد، دوام و عمر کم ساختمانها، هزینه های بالای تولید مسکن برخاسته از فرهنگ ساختمان سازی سنتی است
یکی از مشکلات مهم در طراحی و اجرای ساختمان های بزرگ و مرتفع و بخصوص ساختمان بتنی، وزن مرده قابل توجه بکار رفته در آن است از این رو درصورت استفاده از بتن سبکی که دارای خواص مکانیکی مطلوب باشد، امتیازات قابل توجهی را می توان به دست آورد که از جمله آن کاهش مقاطع در تیر ، ستون، دال و پی می باشد که در نهایت به اقتصادی شدن طرح منجر خواهد شد . تاکنون تلاش های زیادی برای ساختن بتن سبک سازه ای صورت گرفته است. بررسی نوشچنو ویتکومب نشان داد که با استفاده از سبکدانه های سیلیسی منبسط شده با مصرف سیمان تا بتن های سبکدانه با وجود مقاومت کم سنگدانه ها، میتوانند مقاومتی در محدوده بتن های معمولی داشته باشند.این موضوع بستگی به ماتریس ملات سیمان دارد. بتن های سبکدانه ی پرمقاومت سازه ای، با استفاده از یک ماتریس سیمان پرمقاومت تولید میشوند. البته سبکدانه های لیکای سازه ای هم که امروزه موجودند، مقاومت بیشتری نسبت به سنگدانه های رس منبسط لیکای غیر سازه ای دارند. این سبکدانه های سازه ای میتوانند برای تولید بتن پرمقاومت به کار روند .
2.بتن سبکدانه
در حدود سال 1917، هایدی در کانزاس ایاالت متحده، روش تولید صنعتی رس منبسط شده را با استفاده از کوره استوانه ای چرخان ابداع نمود. این فرآورده هایدیت نام گرفت. در دهه های 50 و 60 بیش از 150 پل و ساختمان در ایاالت متحده و کانادا با بتن ساخته شده از این نوع سبکدانه، مورد بهره برداری قرار گرفت. امروزه سبکدانه های مصنوعی به ویژه لیکا در کشورهای مختلف با نامهای تجاری گوناگون و در انواع سبکدانه غیر سازه ای و سازه ای تولید می گردد.در آئین نامه ACI 318 در تعریف بتن سبک ذکر شده است بتن سبک بتنی است که وزن مخصوص آن که مطابق با استاندارد ASTM C576 تعیین شده است کمتر از 2140 کیلوگرم بر متر مکعب باشد.بخش عمده بتن های سبکی که امکان به کارگیری به عنوان مصالح باربر سازه ای را دارند از نوع بتن سبکدانه است.
در این تحقیق صرفا به بیان تاثیر بتن سبکدانه سازه ای بر مقاومت فشاری بتن پرداخته می شود . برخلاف بتن های با وزن معمولی که عمدتا بر مبنای مقاومت فشاری طبقه بندی می شوند، طبقه بندی بتن های سبک را میتوان بر مبنای چگالی آنها انجام داد. در حقیقت میتوان رابطه ای تقریبی میان چگالی و مقاومت بتن سبک ساخته شده با نوع خاصی سبکدانه پیدا کرد. در حالت کلی بتن با چگالی کم، مقاومت کمتری دارد و بتن با چگالی زیاد، اغلب مقاومت بیشتری خواهد داشت. بتن های سبکدانه ی سازه ای مقاومت فشاری در محدوده ی حداقل 15 تا حداکثر 70 مگاپاسکال دارند.
رده بندی مقاومت فشاری بر مبنای هر دو آزمونه مکعبی و استوانه ای امکان پذیر است. نکته ای که باید به آن توجه نمود این است که رابطه میان مقاومت فشاری آزمونه های مکعبی و آزمونه های استوانه ای در بتن سبک متفاوت از رابطه میان مقاومت فشاری آزمونه های مکعبی و آزمونه های استوانه ای در بتن با وزن معمولی است.علاوه بر آن، در بتن معمولی با افزایش مقاومت مشخصه اختلاف بین مقاومت آزمونه های استوانه ای و مکعبی کمتر میشود، حال آنکه برای بتن سبکدانه این موضوع برعکس است.
3. تجربیات
سنگدانه و سبکدانه لیکا
ماده اولیه لیکا نوعی رس صنعتی می باشد که ایلیت یا مونت موریونیت نام دارد. بافت متخلخل ناشی از انبساط خاک رس که در نتیجه ایجاد و محبوس شدن گازها در جرم به حالت خمیری روان درآمده در دمای 1000 تا 1200 درجه سانتیگراد به وجود میآید. داخل دانه ها دارای بافت اسفنجی و سیاه رنگ است رنگ پوشش خارجی بستگی زیادی به ماده معدنی، روش و کیفیت فرآوری دارد و اغلب نزدیک به رنگهای اخرایی و قهوه ای است. دانه بندی سنگ دانه ها بر اساس حداکثر و حداقل درصد دانه های گذشته از الک های استاندارد مطابق باASTM A 23.2.2 و ASTM C136 انجام می گیرد.
دانه بندی به وسیله الک کردن دانه های خشک و بر اساس محدوده های مشخص شده برای درصد سنگدانه های شکسته تعیین میشود. محدودیت خاصی برای حدود مجاز دانه بندی مد نظر قرار نگرفته است؛ اما حداکثر مقدار سنگدانه های بزرگتر از اندازه اسمی 15 درصد کل اندازه سنگدانه ها و حداکثر مقدار سنگدانه های کوچکتر از ریزترین اندازه اسمی 10 درصدکل سنگدانه هافرض شده است.
جدول-1 آنالیز شیمیایی دانه لیکا
در این تحقیق برای ساخت نمونه های بتنی از سیمان پرتلند نوعII استفاده شده است. وزن مخصوص این سیمان 0/306 بوده است. پژوهش های صورت گرفته درباره نوع سیمان نشان می دهد که بتن سبک ساخته شده با سیمان نوع II هم درسنین پایین و هم در سنین زیاد نسبت به سیمان نوع I دارای مقاومت فشاری بالاتری است و افزایش مقاومت فشاری در حدود 6 MPa است. مقادیر وزنی مصالح مصرفی مطابق استاندارد D-75-59 و ASTM استفاده شده است.
جدول -2 مشخصات مصالح مصرفی
در این تحقیق از دانه های لیکا استفاده شده است که جذب آب آنی 4/3 و در 24 ساعت 11/8 درصد بوده است..[6] ماسه مورد استفاده از نوع رودخانه که بوده ای دارای ارزش ماسه ا ی 70 ومدول نرمی 3 است. دانه بندی آن مطابق استانداردآمریکا برای آزمایش مصالح می باشد. اصول آزمایش و نمونه گیری از مصالح سنگدانه ی باید نماینده واقعی خصوصیات مصالح سنگی باشد. نمونه برداری باید با وسایل مناسب و به نحوی انجام پذیرد که از غلتیدن دانه های درشت به پایین و سایر مواردی که ممکن است از دقت و فراگیر بودن نتیجه آزمایش بکاهند جلوگیری به عمل آید.
شکل -1 نمودار دانه بندی لیکا ی سازهای
شکل-2 مصالح سنگی و سیمان مصرفی در آزمایشگاه فوق روان کننده
دانه ی لیکا به علت سبکی، تمایل به جدا شدن از سایر اجزاء مخلوط بتن را دارند و هر چه اسلامپ بتن بیشتر باشد امکان جدا یش بیشتر خواهد بود برای رفع این مورد میتوان از فوق روان کننده مناسب استفاده کرد و قوام بتن را افزایش داد. فوق روان کننده باعث کاهش کشش سطحی آب شده و روانی مجموعه را به میزان زیادی افزایش می دهد.
در این تحقیق از فوق روان کننده GLENIUM 110P محصول شرکت O-BASF استفاده شده است. این فوق روان کننده محلول آبی پلی کربکسیلیک اتر می باشد. به توصیه کارخانه سازنده مقدار مناسب قابل استفاده از فوق روان کننده مذکور، در مخلوطهای بتنی بین %0/5 تا %1/5 وزن مصالح سیمانی می باشد. همچنین به منظور دستیابی به بیشینه کارایی، توصیه شده فوق روان کننده مذکور پس از اضافه کردن %50 تا %70 آب اختلاط بصورت محلول در باقی آب اختلاط به مخلوط اضافه شود و حداقل به مدت 60 ثانیه پس از اضافه کردن، عملیات مخلوط کردن ادامه یابد.
4. روش تحقیق
مراحل ساخت بتن شامل توزین مصالح با توجه به طرح های اختلاط موجود و مخلوط کردن آنها میباشد. پس از تعیین مشخصات فیزیکی و دانه بندی مصالح سنگی، طرح های اختلاط بتن مطابق ضوابط ساخته شدند و ملاحظات مقاومتی، دوام و کارپذیری در آنها مد نظر قرار گرفت.یکی از نکات مهم در مخلوط بتن سبک ، داشتن شناخت درست از آب به کار رفته در مخلوط است. مجموع آبی که در تولید واحد حجم بتن مصرف شده است،
