بخشی از مقاله
خلاصه
مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن از پارامترهای مهم در طراحی سازه ها می باشند. امروزه استفاده از روش های غیر مخرب در تخمین کیفیت بتن امری رایج است که در بین آن ها، روش سرعت امواج اولتراسونیک از جمله روش مطرح بین کاربران می باشد.
مشخصات امواج ما فوق صوت می تواند تحت تاثیر تعدادی از پارامترهایی قرار گیرد که لزوماً مقاومت فشاری بتن را به یک روش و یا یک مقدار تحت تاثیر قرار نمی دهند. در این مقاله تاثیر نسبت آب به سیمان، شرایط عمل آوری، جنس و محتوای الیاف بر تغییرات نتایج آزمایش اولتراسونیک در تخمین مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن های الیافی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
اثر درصد های مختلف حجمی الیاف پلی اولفین فورتا و الیاف فولادی بر دو رده مقاومتی 20 و 40 مگاپاسکال بررسی شد. نتایج نشان می دهد که بیشینه افزایش سرعت امواج، مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته استاتیکی در بتن حاوی الیاف فورتا به ترتیب 4,1 درصد، 10,9 درصد و 6 ,1 درصد و در بتن حاوی الیاف فولادی به ترتیب 8,7 درصد، 20 درصد و 9,8 درصد می باشد. همچنین ارتباط بین مدول الاستیسیته استاتیکی و دینامیکی به دست آمده است.
.1 مقدمه
مهم ترین و مشخص ترین خواص مورد انتظار بتن مقاومت آن می باشد و همواره فرض بر این بوده که مقاومت بتن تا حد زیادی ارائه دهنده یک شمای کلی از کیفیت آن است. در بعضی موارد تعیین تغییرات تدریجی در مقاومت بتن، نظیر افت در اثر خسارت ناشی از یخ زدگی و یا حمله شیمیایی مورد نظرمی باشد. اینگونه بررسی ها را می توان با استفاده از آزمایش فشاری بر روی نمونه های استاندارد به عمل آورد، ولی ترجیح داده می شود که بتوان تغییرات در کیفیت یک نمونه واقعی را در محل سرویس دهی مورد ارزیابی قرار داد.
زیرا ممکن است نمونه های استاندارد معرف مشخصات و خصوصیات واقعی بتن نباشند. از جمله عوامل موثر می توان عدم توجه به شرایط واقعی عمل آوری و در نظر نگرفتن درجه تراکم بتن در سازه، وجود تغییرات در نوع و مقدار مصالح از پیمانه ای به پیمانه دیگر و عدم توجه به انتقال بتن را ذکر نمود. از طرفی با وجود رابطه بین مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری به نظر می رسد که در یک عضو بتنی تغییرات در مدول الاستیسیته نشانگر خوبی از تغییرات در بتن باشد.
امروزه ارزیابی کیفیت بتن با استفاده از روش های غیر مخرب با توجه به مواردی از جمله تردید در مقاومت نمونه های استاندارد، آسیب های موضعی عضو بتنی ناشی از هوازدگی، آتش سوزی و تاثیرات شیمیایی و همچنین به دلیل پایین بودن زمان و هزینه آزمایش و سهولت انجام آن مورد توجه مهندسین قرار گرفته است. سرعت امواج اولتراسونیک یکی از روش های غیر مخرب است که به پارامترهای مختلفی از جمله نوع سیمان، سن بتن، نسبت آب به سیمان، نسبت مصالح سنگی به کار رفته، شرایط عمل آوری بتن، طول مسیر اندازه گیری، دمای محیط و غیره وابسته است .
از عمده ضعف بتن می توان به رفتار شکست ترد در خمش، کشش و شکل پذیری پایین اشاره کرد. رفتار شکنندگی به عنوان یک تنگنا، مانع عملکرد بهتر سازه از نظر ایمنی، دوام و پایداری شده است. بسیاری از مشکلات مربوط به زوال زیرساخت ها و تاسیسات زیر بنایی را می توان به عملکرد ضعیف بتن در برابر بارگذاری های خمشی یا کششی و رفتار نامطلوب در ناحیه پسا ترک، نسبت داد. در سال های اخیر تلاش های زیادی جهت غلبه بر این مشکلات انجام گرفته است. براساس مطالعات صورت گرفته به دلیل تقابل الیاف و ماتریس بتن، بتن الیافی سختی و تحمل تنش بالاتری نسبت به بتن معمولی دارد و می تواند سبب افزایش خواص فیزیکی و کاهش ترک در بتن شود. .
تا به امروز محققین بسیاری تاثیر پارامتر های مختلف بر روی سرعت امواج را مورد بررسی قرار داده اند.
Facaoaru با آزمایش های متعدد بر روی نمونه های بتنی ساخته شده با انواع سنگدانه ها، محدوده سرعت امواج را با توجه به نوع سنگدانه ارائه کرده است .
Malhotra سرعت عبور امواج را در نمونه های بتنی با نسبت های متفاوت آب به سیمان و سنگدانه های مختلف مورد بررسی قرار داده است.
Romel و [12] Moreno با بررسی سرعت امواج در نمونه های بتنی ساخته شده با سنگدانه های آهکی با کیفیت های مختلف، الگویی را جهت تعیین کیفیت بتن ارائه کردند. آن ها نشان دادند که سرعت امواج در حدود 4100 تا 4500 متر برثانیه، بیشترین میزان بتن با کیفیت بسیار خوب را شامل شده است.
Roszilah و همکاران تاثیر درصدهای مختلفی از دوده سیلیس 10% - ، 20% و - %30 روی امواج اولتراسونیک را مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که جایگزینی سیمان با 10 درصد از دوده سیلیس تاثیر مطلوبی بر سرعت امواج دارد. آن ها همچنین تاثیر نسبت های مختلف آب به مواد سیمانی را در سنین مختلف بر روی سرعت امواج بررسی کردند و نشان دادند که با کاهش میزان آب به مواد سیمانی سرعت امواج اولتراسونیک افزایش می یابد.
مدندوست و همکاران تاثیر نسبت های مختلف طرح اختلاط بتن بر سرعت امواج اولتراسونیک را بررسی کرده و به کمک رگرسیون چند متغیره مقاومت فشاری را ارزیابی کردند. آن ها نشان دادند که با افزایش نسبت سنگدانه ریز به درشت و کاهش نسبت آب به سیمان در بتن، سرعت امواج افزایش می یابد. Zhu و همکاران [15] تاثیر حباب هوا بر سرعت امواج را در سنین اولیه گیرش خمیر سیمان بررسی کردند.
آن ها به این نتیجه رسیدند که یک درصد حباب هوا در سیمان تازه موجب کاهش سرعت امواج از 1500 متر بر ثانیه به 200 متر بر ثانیه می شود. وقتی حباب هوا بیشتر از دو درصد باشد سرعت امواج تاثیر پذیری کمتری از تغییرات درصد حباب هوا دارد.
صادقی نیک و لطفی تاثیر الیاف فولادی بر روی سرعت امواج در بتن حاوی نانوسیلیس به میزان صفر تا شش درصد را بررسی کردند. در تحقیقات آن ها بتن حاوی نانو سیلیس به میزان 4 درصد و الیاف فولادی به میزان 0,3 درصد بیشترین تاثیر را بر روی سرعت امواج داشته است.
Benachia و همکاران ارتباط بین سرعت امواج و خواص مکانیکی را در بتن با مقاومت بالا و در درصدهای مختلفی از الیاف فولادی به میزان 0 تا 2,5 درصد حجمی بررسی کردند و روابطی را به دست آوردند. آن ها نشان دادند که میانگین سرعت امواج اولتراسونیک در سن 28 روزه و در بتن بدون الیاف در روش های مستقیم، نیمه مستقیم و غیر مستقیم به ترتیب 5395، 5953 و 6208 متر بر تانیه بوده است، حال آنکه در بتن حاوی 2,5 درصد الیاف فولادی سرعت امواج در روش مستقیم به 5601 متر بر ثانیه، در روش نیمه مستقیم به 6069 متر بر ثانیه و در روش غیر مستقیم به 6567 متر بر ثانیه افزایش یافته است.
در این پژوهش تاثیر درصدهای مختلف الیاف فورتا و فولادی، نسبت های متفاوت آب به سیمان و شرایط عمل آوری بر تغییرات نتایج آزمایش اولتراسونیک در ارزیابی مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن های الیافی مورد بررسی قرار گرفته است و روابطی جهت کالیبره سازی نتایج آزمایش مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بر اساس نتایج اولتراسونیک پیشنهاد شد. همچنین ارتباط بین مدول الاستیسیته استاتیکی و دینامیکی بررسی شده است.
.2 برنامه آزمایشگاهی
درشت دانه مصرفی در این پژوهش از نوع شکسته با حداکثر اندازه 19 میلی متر و ریز دانه - ماسه - نیز از نوع طبیعی شسته و با اندازه ی حداکثر 4,75 میلی متر انتخاب شد. درشت دانه و ریزدانه به ترتیب دارای دانسیته 2,65 و 2,60 و درصد جذب آب 1 ,8 و 2,5 بودند. منحنی دانه بندی ریزدانه و درشت دانه مصرفی با رعایت استاندارد ASTM C33 در شکل 1 آورده شده است.
سیمان استفاده شده از نوع تیپ 2 مطابق ضوابط ASTM C33 است. دوده سیلیس مصرفی نیز به عنوان یک ماده پوزولانی معدنی تهیه شده از شرکت صنایع فرو آلیاژ ایران - ازنا - بود. مشخصات فیزیکی و شیمیایی سیمان و دوده سیلیس در جدول 1 آمده است. آب مورد استفاده در ساخت بتن ها آب شرب معمولی شهر رشت می باشد. همچنین به منظور کسب روانی مطلوب از فوق روان کننده P10-3R استفاده شده است.
مشخصات فوق روان کننده در جدول 2 آورده شده است. در این پژوهش از الیاف فورتا و فولادی استفاده شد. مقادیر مصرفی الیاف فورتا و الیاف فولادی %0,5 و %1 حجم مخلوط بتن می باشد - شکل . - 2 مشخصات الیاف در جدول 3 آمده است. در این پروژه 10 طرح اختلاط با نسبت آب به مواد سیمانی متفاوت و مقدار مختلف الیاف در نظر گرفته شده که در 5 طرح به میزان %10 از سیمان با دوده سیلیس جایگزین شده است.
بتن ها برای به حداقل رساندن هوای محبوس ویبره شده اند و 24 ساعت پس از نمونه گیری قالب ها باز و نمونه ها در شرایط متفاوت عمل آوری مرطوب و خشک قرار گرفتند. محیط مرطوب حوضچه ای با دمای 20 درجه سانتی گراد و محیط خشک محیط معمولی آزمایشگاه بدون هیچ گونه مرطوب سازی می باشد. طرح های اختلاط در جدول 4 ارائه شده است
