بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از بتن سبک در اعضای سازهای میتواند به عنوان راهکار مناسبی جهت کاهش خطرات ناشی از زلزله تلقی شود. یکی از محدودیتهای کاربرد عمده بتن سبک مصرف بیشتر سیمان در آن نسبت به بتن معمولی است و یکی از راهکارهای بر طرف کردن این نقیصه استفاده از مواد جایگزین سیمان میباشد. لذا در این تحقیق از سه ماده پوزولانی میکروسیلیس، متاکائولن و زئولیت با میزان جایگزینی 5، 10، 17 و 25 درصد وزنی سیمان استفاده شده و تاثیر این مواد در مقاومت فشاری و کششی بتن سبک مورد بررسی قرار گرفته است. نمونهها در سنین 7، 28، 56 و 91 روز مورد آزمایش قرار گرفتند و برای هر آزمایش از سه نمونه استفاده شد.
نتایج حاصل از آزمایشها نشان دهنده افزایش مقامت فشاری و کششی بتن سبک در صورت استفاده از مواد پوزولانی فوق در درصدهای جایگزینی بهینه هر کدام میباشد. همچنین درصد بهینه هر پوزولان در مقاومت فشاری و کششی بتن سبک و روند کسب مقاومت در این بتن به صورت نمودارها و جداولی ارائه شده است.
کلمات کلیدی: بتن سبک سازهای، میکروسیلیس، متاکائولن، زئولیت، مقاومت فشاری، مقاومت کششی.
مقدمه
با توسعه سریع ساختمانهای بلند مرتبه، سازههای بتنی عظیم و پلهای با دهانههای بلند، بتن سبک سازهای با سبکدانههای مختلف به طور گستردهای در دنیا مورد مطالعه قرار گرفت و به طور موفقیت آمیزی گسترش یافت. همچنین به دلیل وجود گسلهای فعال، ایران جزو کشورهای زلزله خیز به حساب میآید؛ بنابراین علاقه گستردهای در بهره برداری از بتن سبک سازهای با خواص مکانیکی مناسب به منظور بهبود رفتار لرزهای سازه هایی که در محدوده با لرزه خیزی زیاد در ایران قرار گرفتهاند، وجود دارد.
از مزایای استفاده از بتن سبک در سازهها میتوان به کوچکتر شدن مقاطع سازه، کاهش حجم بتنریزی و افزایش سرعت اجرا اشاره کرد. این بتن با وجود داشتن مزایای مذکور دارای محدودیتها و ضعفهایی است که مانع گسترش بیش از پیش استفاده از آن میشود. یکی از این محدودیتها مصرف بیشتر سیمان در بتن سبک سازهای نسبت به بتن معمولی با مقاومت فشاری مشابه است مصرف بیشتر سیمان منجر به انتشار بیشتر گازهای گلخانهای از جمله ، آلوده شدن محیط زیست، ایجاد مشکلات پایداری ابعادی در بتن و غیره میشود. یکی از راهکارهای برطرف کردن این مشکلات استفاده از مواد پوزولانی در بتن است که در سالهای اخیر مورد توجه پژوهشگران زیادی قرار گرفته است.
پوزولانها با ترکیب آهک هیدراته که حاصل از واکنشهای هیدراته شدن فازهای اصلی سیمان بوده یا به صورت آزاد در سیمان وجود دارند، موجب تشکیل سیلیکات کلسیم هیدراته میشوند که برخلاف آهک هیدراته که قابل انحلال در آب است و ممکن است موجب تخریب بتن شود، مادهای پایدار بوده و موجب بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی خمیر سیمان میگردد .میکروسیلیس یک ماده سیلیسی عمدتا آمورف کروی شکل است که محصول جانبی فرآیند تولید فلز سیلیسیم یا آلیاژهای حاوی سیلیسیم بخصوص فروسیلیسیم میباشد و به خاطر خواص شیمیایی و فیزیکی آن دارای واکنش پذیری پوزولانی بسیار خوبی است .
متاکائولن یک سیلیکات آلومینیوم آمورف سفید رنگ است که از رس کائولین تشکیل شده و از کلسینه شدن کائولن خالص در درجه حرارت زیاد بدست میآید. متاکائولن نیز همانند پوزولانهای دیگر با هیدروکسید کلسیم که در فرآیند هیدراته شدن سیمان بوجود میآید، واکنش داده و سیلیکات کلسیم هیدراته - C-S-H - تولید میکند .
زئولیت یک کانی متبلور با ترکیبی از سیلیکات آلومینیوم هیدراته از عناصر قلیایی و قلیایی- خاکی میباشد. خواص پوزولانی زئولیتها به علت وجود اکسیدهای سیلیسیم و آلومینیوم در ترکیب شیمیایی آنها است. همچنین باید اشاره نمود که زئولیت دارای ساختار داخلی خاصی به صورت شبکه کریستالی سه بعدی است و سطح داخلی آن بسیار زیاد است، به همین دلیل دو ویژگی تبادل یونی و جذب سطحی در این ماده پوزولانی بسیار شاخص است .
در تحقیق حاضر با هدف بررسی عملکرد پوزولانهای میکروسیلیس، متاکائولن و زئولیت در خواص مکانیکی بتن سبک سازهای و مقایسه این سه ماده با یکدیگر، از این مواد با میزان جایگزینی 5، 10، 17 و 25 درصد وزن سیمان در ساخت بتن سبک سازهای استفاده شد و تاثیر این مواد در مقاومت فشاری و مقاومت کششی مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها،مشخصات مواد و مصالح ،مواد سیمانی و پوزولانی
مواد سیمانی به کار رفته در این تحقیق سیمان پرتلند تیپ یک بجنورد - I-325 - ، میکروسیلیس کارخانه فروسیلیس ایران، متاکائولن محصول شرکت سنگ و صنعت کاویان و پودر زئولیت تولید شرکت نگین پودر سمنان میباشد. تحلیل شیمیایی و خواص فیزیکی این مواد ارائه شده است.
مصالح سنگی
مصالح سنگی به کار رفته در این تحقیق شامل ماسه طبیعی و لیکای سازهای محصول شرکت لیکای ایران میباشد. از آنجایی که جذب آب سنگدانهها در بتن تقریبا بعد از 30 دقیقه متوقف میگردد، از جذب آب نیم ساعته لیکا در محاسبه طرح اختلاط استفاده شده است. مشخصات فیزیکی ماسه طبیعی و دانههای لیکا استفاده شده در این تحقیق در جداول 3 و 4 ارائه شده است.
آب و مواد افزودنی
در ساخت مخلوطهای بتنی از آب آشامیدنی بجنورد استفاده شد. همچنین به منظور ثابت نگاه داشتن روانی مخلوطها از فوقروان کننده Super Viscose محصول شرکت نامیکاران استفاده شده است.
نسبت های اختلاط
برای تعیین نسبتهای اختلاط از روش حجمی مطابق با ACI 213R-03 استفاده شد. در این روش حجم بتن تازه تهیه شده با جمع حجمهای مطلق مواد سیمانی، سنگدانهها، آب موثر، هوای محبوس و سایر مواد افزودنی مساوی در نظر گرفته میشود. تعیین نسبتهای اختلاط با استفاده از این روش نیازمند تعیین میزان جذب آب و چگالی دانهای سنگدانهها با اندازه های متفاوت است .
روش عملی کار به اینصورت است که ابتدا منحنی دانهبندی ترکیبی مخلوط سنگدانهها با استفاده از رابطه اصلاح شده فولر- تامسون تعیین میشود، سپس با اختیار کردن مقادیر مشخص برای عیار سیمان، درصد ماده پوزولانی، نسبت آب به سیمان و درصد فوق روانکننده، وزن هر یک از آنها محاسبه میشود. در ادامه فضای خالی باقیمانده که میبایست توسط مخلوط سنگدانهها پر شود، محاسبه میشود و با توجه به درصد حجمی هر گروه اندازهای از سنگدانهها - ماسه طبیعی و لیکا - ، وزن هر گروه با استفاده از چگالی سنگدانهها بدست می آید.
در کلیه طرحهای اختلاط میزان عیار مواد سیمانی 430 کیلوگرم بر متر مکعب بتن و نسبت آب به مواد سیمانی برابر 0/37 انتخاب شد. مقدار روان کننده نیز به گونهای انتخاب شد تا روانی دست کم معادل 8 سانتیمتر حاصل شود.
