بخشی از مقاله
خلاصه
وزن المان های سازه ای در ساختمانها بهعنوان بخش عمده ای از بارهای مرده، یکی از مهمترین عوامل موثر بر جذب نیروی ناشی از زلزله است. کاربرد بتن سبک سازه ای با کاهش وزن ساختمان، باعث اقتصادی شدن مقاطع و آسیب کمتر در اثر زلزله می شود. ولی خصوصیات مکانیکی پایین بتن سبکدانه به علت مقاومت کم و شکنندگی سبکدانه ها مانع از استفاده آن در المان های سازه ای شده است. استفاده از مواد تقویت کننده برای جبران اثر کاهش مقاومت ناشی از بکاربردن سبکدانه میتواند به توانمندی بتن سبک بیانجامد. لذا در این تحقیق به بررسی تاثیر پوزولان تقویت کننده نانوسیلیس در بهبود خواص بتن سبک سازه ای پرداخته شده است.
بدین منظور طرح اختلاط بتن سبک شامل در صدهای مختلف نانوسیلیس %0 - ، %1، %3 و - %5 مورد آزمایش و مقایسه قرار گرفت. برای تعیین تاثیر نانوسیلیس بر خواص بتن سبک بررسی های آزمایشگاهی در خصوص خصوصیات مکانیکی این نوع بتن شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته صورت گرفته است. نتایج نشان میدهد افزودن نانوسیلیس به میزان %3، بیشترین تاثیر را در بهبود خواص مکانیکی بتن سبک داشته است.
کلمات کلیدی: بتن سبک سازهای، نانوسیلیس، خصوصیات مکانیکی.
1. مقدمه
در دنیای پیشرفته امروزی و با توجه به دستاوردهای علمی در زمینه های مختلف، صنعت بتن نیز دچار تحول گردید. تولید بتن سبک نیز حاصل همین پیشرفتها میباشد. بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان و کاهش نیروهای وارد بر سازه در اثر شتاب زلزله، دارای ویژگیهایی چون عایق صوتی و حرارتی بوده که امروزه آن را به عنوان بتن قرن مینامند. زلزله خیز بودن کشور از یکسو و مصرف بیش از حد انرژی به دلیل ضعف سیستم عایقبندی - صوتی و حرارتی - اکثر ساختمانها از سوی دیگر، اهمیت و لزوم بکارگیری از صنعت بتن سبک را آشکار میکند. لازمه ساخت بتن سبک، استفاده از سبکدانه مناسب با ویژگیهای مورد نیاز است.
سنگدانه ها به علت اینکه نسبت حجمی بیشتری را در بتن اشغال میکنند، تاثیر بیشتری روی خصوصیات مکانیکی بتن دارند و باید سعی گردد یک سنگدانه مناسب برای ساخت انتخاب گردد. از جمله منابع سبکدانه موجود در کشور، پوکه معدنی اسکریا در منطقه قروه کردستان میباشد. پوکه معدنی، سنگدانه های سبک حاصل از فعالیت های آتشفشانی است که به علت داشتن مزایایی چون جرم حجمی بسیار کم در مقایسه با مصالح ساختمانی مشابه از قبیل شن و ماسه و دارا بودن درجه سختی بالا به عنوان سبکدانه های طبیعی در ساخت بتن سبک بکار میروند.[1] اسکریا منشا آذرین دارد و جزء پوکه های معدنی است.
رنگ آن تیره است و میتواند به رنگ های قهوه ای مایل به قرمز، قرمز، خاکستری و یا سیاه باشد.[2] مقاومت کم و شکنندگی سبکدانهها مانع از استفاده بتن سبکدانه در المان های سازهای شده است. استفاده از مواد تقویتکننده برای جبران اثر کاهش مقاومت ناشی از بکاربردن سبکدانه میتواند به توانمندی بتن سبک بیانجامد. با پیشرفت فناوری بتن و اضافه شدن مواد و افزودنیهای جدید وقت آن رسیده است که از بتن سبک سازه ای در بسیاری از پروژه های کشور استفاده گردد. فناوری نانو در سالیان اخیر موجب تحولات شگرفی در دانش بشری گردیده است و نانو ذرات که نتیجه ای از فناوری نانواند به عنوان یک پوزولان مصنوعی بسیار فعال در تکنولوژی بتن توانسته اند با کاربرد در ساخت مصالح با پایه سیمانی ساختار آنها را تحت تاثیر قرار داده و بهبود بخشند.
به علت نانو ساختار چند فازی بتن، خواص و عملکرد بتن به نانو ساختار بتن و سیمانی که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی بتن را به وجود میآورد بستگی دارد. بنابراین اضافه کردن نانو ذرات مناسب به داخل بتن میتواند باعث تغییر خیلی از ویژگیهای بتن شود. در میان نانو ذرات موجود، نانوسیلیس در زمینه سیمان و بتن برای بالا بردن خواص بتن بطور موثر و کارآمدتری استفاده میشود. نانوسیلیس از موادی است که باعث افزایش مقاومت، دوام و پایداری بتن شده[3-9] و میتواند استحکام فشاری خمیر سخت شده سیمان و استحکام پیوندی سنگدانه با خمیر سیمان را افزایش داده و ساختار ناحیه انتقال را به طور موثری بهبود بخشد.[10] لذا در این تحقیق به بررسی اثر نانوسیلیس در سطوح مختلف، به منظور بهبود خواص بتن سبک و فراهم نمودن زمینه توسعه کاربرد این بتن ها دراعضای سازه ای پرداخته شده است.
2. برنامه آزمایشگاهی
.1,2 مشخصات مصالح مصرفی
در این تحقیق برای ساخت بتن سبک سازاهای از سبکدانه - درشتدانه و ریزدانه - اسکریا قروه استفاده شده است - شکل . - 1 برای تعیین حدود دانهبندی، وزن مخصوص و جذب آب سنگدانهها به ترتیب طبق [11] ASTM C330 و [12] ASTM C127 عمل شده است. مشخصات سنگدانهها در جدول - 1 - ارائه شده است. سیمان مورد استفاده در ساخت نمونه ها از نوع سیمان پرتلند تیپ یک سامان کرمانشاه و فوق روان کننده مصرفی از نوع کاهنده قوی آب بر پایه پلیکربوکسیلات با نام تجاری POWER PLAST-ES میباشد. نانوسیلیس استفاده شده در این تحقیق بصورت پودری میباشد که مشخصات آن در جدول - 2 - و شکل - 2 - ارائه شده است.
.2,2 طرح اختلاط
بتنهای سبک سازهای باید دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی باشند، بهگونهای که بتوان از آنها در اعضای سازهای استفاده کرد. طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، بتن سبک سازهای دارای وزن مخصوصی بین 1400 -1900kg/m3 بوده و حداقل مقاومت فشاری مورد نیاز برای آن MPa 17 است.[13] نسبت اختلاط برای ساخت بتن سبک سازهای، بر اساس شیوه پیشنهادشده در دستورالعمل [14] ACI 211.2 منظور شد. مقادیر و نسبت مخلوط بتن سبک مورد بررسی در جدول - 3 - ارائه شده است. در این تحقیق، 4 طرح شامل درصد های مختلف نانوسیلیس و بدون نانوسیلیس ساخته شده است. طرح بدون نانوسیلیس به عنوان طرح مرجع - Ref - بوده و برای مقایسه استفاده شده است. نانوسیلیس با درصدهای مختلف وزنی جایگزین سیمان به میزان %1، %3 و %5 به طرح اختلاط معرفی شده اضافه شدند.
.3,2 نحوه ساخت و عمل آوری نمونه ها
.1,3,2 نمونه بدون نانوسیلیس
برای ساخت مخلوط، ابتدا درشتدانه و سپس ریزدانه درون میکسر ریخته شده و با هم مخلوط شدهاند. سپس بهترتیب سیمان و آب حاوی فوق روانکننده به مخلوط اضافه شدند. در نهایت پس از اختلاط کامل مصالح با یکدیگر در میکسر، بتن تازه در قالبها ی مورد نظر در سه لایه ریخته شد. عملیات متراکم کردن مخلوطهای بتن توسط میز لرزان انجام گرفت. بعد از آماده کردن نمونهها و قرار دادن آنها در یک فضای مناسب از جهت دما، قالب را روی یک سطح صاف قرار داده و روی آن را با یک پارچه خیس پوشانده تا آب بتن تبخیر نشود و عمل هیدراتاسیون به صورت مناسب انجام گیرد. پس از 24 ساعت نمونه ها از قالب خارج شدند و در حوضچههای نگهداری آب با دمای تقریبی 20-25 درجه سانتیگراد تا رسیدن به سنین معین - 28 روز - ، عمل آوری قرار گرفتند.
.2,3,2 نمونه حاوی نانوسیلیس
برای ساخت مخلوط حاوی نانو باید توجه داشت که استفاده از نانو به صورت پودر باعث کلوخه شدن سیمان و در نتیجه توزیع غیر یکنواخت پودر نانو در مخلوط بتن خواهد شد. برای جلوگیری از این امر ابتدا باید پودر نانو را با بخشی از آب اختلاط تا زمانی که یک مخلوط یکنواخت و بدون
