مقاله تاثیر میکروسیلیس و پودرسنگ برخواص بتنخودتراکم

بخشی از مقاله

تاثیر میکروسیلیس و پودرسنگ برخواص بتنخودتراکم

چکیده

نظر به اینکه مقاومت بتن یکی از ویژگی های مهم آن است که سایر خواص از جمله مدول ارتجاعی، نفوذناپذیر، مقاومت در برابر خوردگی و میزان آب مصرفی، به طور مستقیم یا غیر مستقیم به آن مرتبط هستند، لازم است این خاصیت بادقت مورد بررسی قرار گیرد. بتن نیز مانند سایر مصالح مصرفی داری نقاط ضعفی است. سعی در برطرف کردن این نقاط ضعف زمینه-ساز بسیاری از تحقیقات در حوزه ی علوم مهندسی عمران گردبده است. برای رسیدن به خواص مطلوب می توان قسمتی از سیمان یا سنگدانهها را با موادی مثل خاکستر پوسته برنج، زئولیت، پومیس، گرد زغال سنگ، پودر شیشه، میکروسیلیس سرباره مس، شیشه، سنگدانههای بازیافتی و ... جایگزین کرد. اکثر این مواد علاوه بر بهبود خواص رئولوژی، باعث بهتر شدن خواص مکانیکی نیز میشو ند. علاوه بر اثرات مثبت بالا، کاهش هزینهها (ناشی از دپو و تولید ) و مصرف انرژی در تولید سیمان و سنگدانهها از جمله دلایل اقتصادی و زیستمحیطی کاربرد این مواد مکمل پوزلانی و مواد بازیافتی است. در این تحقیق با جایگزینی سیمان با پودرسنگ و میکروسیلیس در درصدهای 0، 4، 8، 12، 16 و 20 مشاهده شد که خواص بتن خودتراکم با افزایش درصد جایگزینی میکروسیلیس بهبود یافته و در حالتهای جایگزینی پودرسنگ این خواص دچار کاهش شدهاند.

واژههای کلیدی: بتنخودتراکم، میکروسیلیس، پودرسنگ، رئولوژی، مقاومت فشاری

.1 مقدمه

در صنعت ساخت و ساز یکی از مهمترین وکاربردیترین مصالح مورد استفاده بتن است. به دلایلی مثل مقاومت فشاری بالا و شکل پذیری خوب، که با ساختن قالب مناسب تقریبا هر نوع مقطعی را می توان به کمک این ماده تولید نمود، کاربرد این مصالح در صنعت ساخت و ساز دوچندان شده است. د ر دسترس بودن اجزاء و مقاومت در برابر آتش، آب، رطوبت و هزینه ساخت پایین ( نسبت به سایر مصالح مورد استفاده در صنعت ساخت

و ساز ) این ماده ، باعث شده است که همواره در همه سطوح مورد توجه محققین و همچنین سرمایه گذاران قرار گیرد. همین مسئله باعث توجه روز افزون به انواع بتن و عملکرد آن در شرایط مختلف شده است.

با ا بداع بتن خود تراکم در ژاپن توسط آاقای آکامورا تحولی شگرف در صنعت ساخت بتن ایجاد شد. این نوع بتن برای حل مشکلاتی همچون عدم تراکم و دوام سازههای بتنی مطرح گردید و در زمینههای مختلفی مورد استفاده قرار گرفت. [1] روان بودن بتن خودتراکم باعث می شود که تحت اثر نیروی وزن خود متراکم شده و نیازی به ویبره داخلی یا خارجی نداشته باشد. از معیارهای اساسی به منظور ایجاد خودتراکمی در این نوع بتن می-توان به خصوصیاتی مثل شکلپذیری بالا، توانایی عبور یا قابلیت تغییرشکل و مقاومت زیاد در برابر جداشدگی اشاره کرد. برآورده شدن هر یک از این معیارها به منظور اطمینان از بتنریزی صحیح و عملکرد موثر این نوع بتن، امری الزامی است. بتن خود تراکم، شامل بازه گستردهای از طرح اختلاطها می باشد که خود بستر انجام آزمایشات گوناگون برای بهینه ساختن آن، برای استفادههای مختلف است. یکی از بحرانیترین مسائل دنیا دفع مواد ضایعاتی و استفاده مجدد از آنها بوده است. در اکثر کشورها سالانه میزان زیادی ضایعات تولید میشود و از طرفی اکثر ضایعات قابلیت بازیافت را نداشته و یا باز یافت آنها با صرف انرژی و آلودگی های ناشی از آن همراه است. این مسئله خطر این مواد را برای محیط زیست بیشتر می کند. از سوی دیگر یکی از جدیترین مشکلات صنعت بتن این است که باعث انتشار مقدار زیادی دیاکسیدکربن و اکسیدهای نیتروژن میشود، که هم باعث افزایش دمای کره زمین و هم آلودگیهای زیست محیطی دیگر می گردد. با توجه به این که تولید سیمان همراه با آلودگیهای زیست محیطی بوده و همچنین تولید این ماده هزینههای زیادی در پی دارد، میتوان از پوزولانها که اثرات مثبتی روی ساختار و خواص بتن دارند، استفاده کرد.

میکروسیلیس یک ماده فرعی است که در تولید سیلیسیم و آلیاژهای سیلیسیم، مخصوصا آلیاژ فروسیلیس ایجاد و برای استفاده ماده سیمانی در بتن میرود. از سایر فواید استفاده از میکروسیلیس می توان به پایین آمدن جنبش یونهای کلر و کاهش عمق نفوذ کلر در بتن مخصوصا در مناطق ساحلی جنوب ایران اشاره کرد. مصرف میکروسیلیس باعث افزایش مقاومت های دینامیکی مثل فشاری، خمشی، کششی و برشی و همچنین افزایش تراکم، کاهش نفوذپذیری و جلوگیری از خوردگی بتن در مقابل عوامل خورنده می شود. همچنین از پودر سنگ آهک اخیرا، به عنوان یک پودر معدنی در جهت بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن استفاده شده است. پودرهای معدنی مثل پودر سنگ آهک در بتن، به عنوان پر کننده حفرهها عمل کرده و باعث کاهش تخلخل میشوند. از دیگر مزایای استفاده از پودر سنگ می توان به جلوگیری از جدایی مواد که باعث بهبود مقاومت فشاری بتن میشود اشاره کرد. با توجه به فراوانی پودر سنگ آهک در ایران، میتوان با به کار گرفتن این ماده علاوه بر بهبود خواص بتن، از لحاظ اقتصادی نیز نهایت صرفهجویی را انجام داد.

Kobayashi و همکاران در سال 1997 اثرات پودر سنگ آهک بر هیدراسیون سیمان، در سنین پایین را بررسی کردند . آنها نتیجه گرفتند با اضافه کردن پودر سنگ مقاومت 3 ، 7 و 28 افزایش مییابد ولی با جایگزینی قسمتی از سیمان با پودر سنگ، میزان مقاومت کم میشود.[2] مطالعاتی نیز در مورد تاثیرات تداخلی پودر سنگ آهک و نسبت آب به سیمان بر دوام، مقاومت فشاری و جذب آب 28 روزه بتن، در سال 1996 توسط Sawicz و Heng انجام شد. در این مطالعات، معادلاتی برای تعیین مقاومت فشاری و جذب آب 28 روزه بتن ساخته شده با پودر سنگ آهک، بر حسب نسبتهای آب به سیمان و پودر به سیمان ارائه گردید.[3] بررسیهای Norok Shchenov و Whit Comb نشان داد که با استفاده از سبکدانههای سیلیسی منبسط شده با مصرف سیمان تا 520 کیلوگرم بر مترمکعب و میکروسیلیس تا 20 درصد وزن سیمان می توان به مقاومتی معادل 70/5 مگاپاسکال با وزن مخصوص 1860 کیلوگرم بر متر مکعب دست یافت.[4]

.2 هدف تحقیق

در این تحقیق سعی شده با جایگزینی قسمتی از سیمان با میکروسیلیس و پود ر سنگ ، خواص رئولوژی و مقاومت فشاری بتن خودتراکم تولید شده را مورد بررسی قرار دهیم. میزان جایگزینی در درصدهای 0، 4، 8، 12، 16 و 20 صورت گرفته است. نامگذاری طرحها به ترتیب بصورت mix-0 ،mix-4 ، mix-8 ، mix-12 ،-mix 16 و mix-20 بوده است. آزمایشات رئولوژی شامل آزمایش حلقه J ، آزمایش قیف V و آزمایش جعبه L جهت بررسی خواص رئولوژی انجام شده است. در این تحقیق سیمان، فوقروانکننده، میکروسیلیس و پودر سنگ به ترتیب با نمادهای C، S.P، SF و LS نشان داده شدهاند. جزئیات طرح اختلاطها در جدول 1 قابل مشاهده است. در جدول 1 واحد سنگدانههای ریز و درشت، سیمان، میکروسیلیس و پودرسنگ کیلوگرم بر متر مکعب است.

.3 مصالح مورد استفاده

برای تهیه بتن خودتراکم از سیمان ممتازان کرمان ( تیپ ( 2 استفاده شده است. برای کاهش میزان مصرف آب در بتن و همچنین افزایش روانگرایی بتن از فوق کاهنده آب استفاده میشود، که برای این ماده از Super Viscose 1 ساخت کارخانه نامیکاران استفاده شده است. آب مصرفی نیز آب شرب و آشامیدنی است . ترکیبات شیمیایی سیمان و میکروسیلیس در جدول 2 ارا ئه شده است. در شکل 1 دانهبندی سیمان و میکروسیلیس قابل مشاهده است.
.4آزمایشات بتن تازه

.1,4 آزمایش حلقه J

بطور کلی در این آزمایش به کمک مخروط ناقص مشابه آنچه در آزمایش اسلامپ استفاده میشود و حلقهای به قطر 30 سانیمتر که آرماتورهای به قطر 14 میلیمتر و ارتفاع 10 سانتیمتر به آن متصل است، به طوریکه فواصل این میلگردها تقریبا سه برابر اندازه حداکثر درشتدانهها است، میزان قابلیت عیور بتن تازه را اندازهگیری میکنیم. با اندازهگیری اختلاف ارتفاع بتن در 4 نقطه از حلقه در داخل و بیرون آن و سپس میانگین گرفتن از این مقادیر، می توان توانایی عبور بتن را مورد بررسی قرار داد. قطعا هرچه میزان اختلاف ارتفاع بیشتر باشد توانایی عبور کمتر است. در شکل 2 نتایج آزمایش حلقه را مشاهده می کنید. در شکل 3 نیز نمونهای از انجام آزمایش حلقه را مشاهده میکنید. با توجه به نتایج به علت جذب آب کمتر پودر سنگ ، میزان آب در بتن زیادتر شده، که این عامل باعث روانی بیشتر بتن شده است. به همین علت قابلیت عبور بیشتر و در نتیجه میزان اختلاف ارتفاع بتن کمتر شده است. از طرفی با توجه به جذب آب بالای میکروسیلیس ، وهمچنین چسبندگی ایجاد شده در بتن، میزان لزجت بتن زیاد شده و قابلیت عبور کمتر شده است. ( h1 و h2 به ترتیب ارتفاع بتن در خارج حلقه و داخل آن است).

شکل – 2 نتایج تفاوت ارتفاع داخل و خارج حلقه J شکل – 3 نتایج قطر بتن پخش شده

.3,4 آزمایش قیف V

در این آزمایش مدت زمان خروج بتن از قیف V شکل ملاک آزمایش بوده و می توان به طور شهودی با توجه به نحوه خروج بتن از قیف همگنی بتن را مورد ارزیابی قرار داد. در شکل 4 نتایج این آزمایش را مشاهده میکنید. در شکل 5 وسیله انجام آزمایش نشان داده شده است. به علت افزایش میزان لزجت، با افزایش میزان میکروسیلیس زمان خروج بتن از قیف افزایش یافته است. در مورد افزایش پودر سنگ نیز به علت افزایش روانی زمان خروج بتن کاهش یافته است.

.4,4آزمایش جعبه L

این آزمایش به منظور بررسی قابلیت جریان بتن تازه و پدیده انسداد ناشی از حضور میلگردها طراحی شده است. برای انجان این آزمایش حدود 14 لیتر بتن لازم است. پس از ریختن بتن در جعبه به آرامی دریچه را به سمت بالا میکشیم. نسبت ارتفاع بتن بعد از دریچه به ارتفاع بتن قبل از دریچه معیار اصلی این آزمایش است که هرچه به عدد یک نزدیکتر باشد نشاندهندهی قابلیت عبور و پرکنندگی بیشتر بتن مورد آزمایش است. در شکل 6 نتایج این آزمایش ارائه شده است. در شکل 7 نحوه انجام آزمایش ارائه شده است .( h2 وh1 به ترتیب ارتفاع بتن قبل و بعد از دریچه است). میزان افزایش عبور و بهبود معیار این آزمایش با افزایش پودرسنگ قابل ملاحظه است. در درصد 4 و 8 جایگزینی میکروسیلیس تغییر چشمگیری در معیار آزمایش جعبه مشاهده نمیشود. جایگزینی16 و 20 درصد میکروسیلیس باعث خارج شدن معیار آزمایش از حد مجاز می شود.