بخشی از مقاله
خلاصه
بتن، رایجترین مادهایست که در صنعت ساختمان بکار میرود. در سالهای اخیر و به منظور بهبود خواص بتن از جمله، دوام، کارایی و مقاومت در برابر عوامل محیطی و آتش، تحقیقات متعددی انجام شده است. علاوه بر دگرگونی و تحول در مواد تشکیل دهنده بتن، افزودن مواد دیگری به بتن همچون افزودنیهای مختلف، انواع الیافها و حتی مواد افزودنی که ارزش خاصی نداشته و باعث آلودگی محیط زیست نیز میشوند، موجب پیدایش بتنهای جدید با خاصی نو و بهبود یافته شده است.
موادی با خاصیت سیمانی شناخته شده با نام پوزولان، بعنوان یکی از اجزاء اصلی بتن همراه با سیمان پرتلند مورد استفاده قرار میگیرند. در این پژوهش آزمایشگاهی از 10، 20 و30 درصد متاکائولین به جای درصد وزنی سیمان در ساخت بتن استفاده شده و مقاومت فشاری آنها در محیط سالم و مخرب و در سنین 60، 90 و180 روز مقایسه شده است و نتایج آزمایش نشان می دهد که در محیط سالم و ناسالم نمونه حاوی10 درصد متاکائولین در سنین مختلف دارای بیشترین مقاومت فشاری است که می توان آن را به عنوان درصد بهینه در نظر گرفت. بدین ترتیب می توان همزمان با صرفه جویی در استفاده از سیمان در بتن معمولی به بتنی با مقاومت قابل قبول دست یافت.
.1 مقدمه
امروزه مصرف بتن روز به روز در کارهای مختلف ساختمانی افزایش می یابد و لزوم شناخت بیشتر مصالح تشکیل دهنده بتن همراه با تکنولوژی ساخت در تمام جوامع مهندسی پذیرفته شده است. بتن یا سنگ مصنوعی که در ساختمان های امروزی مورد مصرف بسیار دارد، تکامل آن پس از یک سلسله تحقیقات و اکتشافات بخصوص ماده اصلی آن یعنی سیمان صورت گرفت تا به شکل امروزی پدید آمد.پیشرفت در تکنولوژی و همچنین نیاز بشر به سازه های گوناگون باعث شده تا تحقیقات وسیعی بر روی خواص و رفتار مواد صورت گیرد که با لطبع نتیجه آن ابداع گونه های مختلف سازه و بهره گیریاز مواد گوناگون است. بتن از ترکیب معین و حساب شده از آب، سیمان، ماسه، شن و بعضی مواد مضاف و افزودنی دیگر به دست می آید.
سیمان اصطلاحاً به ماده ای اطلاق می شود که با انجام واکنش شیمیایی با آب - واکنش هیدراتاسیون - نقش چسباندن مصالح سنگی به یکدیگر و تولید جسم سخت بتن را ایفا می کند. عمده مواد اولیه سیمان از خاک رس و آهک تشکیل شده است . زمانی که سیمان با آب مخلوط شود واکنش شیمیایی آغاز می گردد و بر روی سطح هر دانه سیمان مواد حاصل از هیدراته شدن پدید می آید که در اثر اتصال این مواد به یکدیگر تمام دانه ها با هم ارتباط می یابند.
در اثر این ارتباط بتن سفت و سخت می شود و سرانجام مقاومت حاصل می شود. سیمان های پرتلند پوزولانی از مخلوط کردن یا آمیختن پوزولان ها با سیمان پرتلند ساخته می شود. مشخصات فنی ASTM C 618-06 پوزولان را به عنوان یک ماده سیلیسی یا سیلیسی آلومینی تعریف می کند که به تنهایی خاصیت سیمان شدن ندارد، اما زمانی که به صورت ریز آسیاب می شود، در دمای محیط با حضور رطوبت به طور شیمیایی با آهک - آزاد شده از هیدراسیون سیمان پرتلند - واکنش داده و ترکیباتی با خاصیت سیمانی شدن را تشکیل می دهد.به عنوان یک قانون کلی، روند کسب مقاومت سیمان های پرتلند پوزولانی آهسته است و در نتیجه به عمل وری نسبتاً طولانی نیاز دارند، اما مقاومت بلند مدت آن ها بالاست و رفتارمقاومت بلند مدت این سیمان بسته به درصد جایگزینی می باشد.
ممکن است قیمت پوزولان کمتر از سیمان پرتلند باشد، اما مزیت عمده جایگزین کردن سیمان با پوزولان ها در هیدراسیون آهسته و در نتیجه حرارت زایی کمتر پوزولان هاست. کاربرد اصلی سیمان پرتلند پوزولانی یا جایگزین کردن بخشی از سیمان پرتلند با پوزولان در بتن یزی های حجیم می باشد. موادی که عموماً در رده پوزولان ها قرار می گیرند عبارت از خاکستر آتشفشانی - پوزولانی اصلی - ، پومیس* ، چرت شیل، اپالین، دیاتومه کلسینه شده، رس پخته و خاکستر بادی هستند. شاخص های فعالیت پوزولانی بر مبنای مقاومت برای ارزیابی فعالیت پوزولانی سیمان ها به کار می رود. پوزولان ها بر دو نوعند؛ پوزولان های طبیعی در انواع خام یا تکلیس شده وجود دارند و به طور عمده شامل خاکسترهای آتشفشانی غیربلورین باشند؛ پوزولان های مصنوعی یا صنعتی به طور عمده شامل دوده سیلیسی، خاکستر بادی و خاکستر پوسته برنج و ... می باشند.
در زمینه بررسی خصوصیات مکانیکی، سازه ای و عملکردی انواع بتن ، کارهای آزمایشگاهی زیادی انجام شده است که برخی تاثیرمواد جدید مثل سیمان های مکمل - دوده سیلیسی ، خاکستر بادی ، متاکائولین و.... - بر خصوصیات مکانیکی، سازه ای و عملکردی بتن را مد نظر قرار داده اند. در سال های اخیر استفاده از پوزولان متاکائولین در بتن به عنوان جایگزین بخشی از سیمان مورد توجه قرار گرفته است .
از جمله تحقیقات انجام شده دراین زمینه عبارتند از : مطالعه خواص مکانیکی و دوام بتن های حاوی متاکائولین تاثیر متاکائولین بر خواص بتن با مقاومت بالا ، بررسی برخی از خصوصیات مکانیکی ملات متاکائولینی مسلح شده با الیاف پلی پروپیلن ، بررسی خصوصیات مکانیکی بتن حاوی متاکائولین ، بررسی اثرات پوزولان متاکائولین بر پایایی بتن در محیط خلیج فارس ، کاربرد ضایعات کارخانه های کاغذسازی در تولید پوزولان متاکائولین ، بررسی خصوصیات مکانیکی بتن حاوی خرده لاستیک تایر ضایعاتی و متاکائولین ، بتن های متاکائولنی با نسبت آب به مواد چسبنده کم ،مقایسه زمانی تأثیر میکروسیلیس و متاکائولن بر دوام بتن در شرایط خورنده خلیج فارس
در این پژوهش آزمایشگاهی متاکائولین با درصد های 10 %، 20 %و % 30 جایگزین بخشی از سیمان جهت بررسی مقاومت فشاری 60 و 90و 180 روزه در محیط سالم و مخرب شده است.
.2 برنامه آزمایشگاهی
مصالح سنگی به کار رفته در این تحقیق از معادن شرق سمنان تهیه و مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش دانه بندی جهت تعیین نحوه توزیع اندازه دانههای سنگی به کار میرود. جدایش دانهها به کمک الک بر اساسACI 211 استاندارد ASTM C33 صورت میگیرد. سیمان مورد استفاده ، سیمان پرتلند تیپ 1 کارخانه سیمان شاهرود و دارای خواص شیمیایی مطابق جدول می باشد.
جدول -1 ترکیبات شیمیایی سیمان پرتلند
متاکائولین یک سیلیکات آلومینیم آمورف سفید رنگ می باشد که دارای خواص پوزولانی می باشد و براساس استاندارد ASTM C 618در رده پوزولان های کلاس - - N پوزولان های طبیعی خام یا کلسینه شده قرار می گیرد. متاکائولین استاندارد موجود در شکل 1 از شرکت آسان تجارت واقع در تهران تهیه شده است که خواص شیمیایی آن توسط انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی دانشگاه تهرا ن تهیه و مطابق و جدول 2 می باشد
