بخشی از مقاله
خلاصه
در سالهاي اخیر از میکروسیلیس و نانوسیلیس به طور جداگانه بر روي مقاومت فشاري و پایایی بتن و بتن سبک به عنوان مواد پر کاربرد در صنعت ساختمان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. تحقیق حاضر، اثر این دو ماده را به صورت همزمان و با درصدهاي متفاوت بر روي نمونه هاي مکعبی بتن سبک با استفاده از سبکدانه هاي لیکا و با نسبت آب به سیمان 0.5 و عیار سیمان یکسان 400kg|m3 بررسی می کند. نمونه هاي ساخته شده از نوع مکعبی 10*10*10 سانتی متر بوده و در سن 28 روز، تحت آزمایش مقاومت فشاري قرار گرفته و همچنین جهت نتایج پایایی بتن سبک مورد آزمایش، آزمایشات جذب آب مویینه و مقاومت ویژه الکتریکی بر روي نمونه ها انجام گردید.
در ساخت نمونه ها یازده طرح اختلاط از ترکیب نانوسیلس و میکروسیلس به میزان 5 درصد و 10 درصد جایگزینی وزنی سیمان و یک طرح اختلاط نیز بدون نانوسیلیس و میکروسیلیس به عنوان نمونه هاي شاهد در نظر گرفته شد. بر اساس نتایج این پژوهش استفاده از نانوسیلیس لزوماً منجر به افزایش مقاومت فشاري بتن سبک مورد آزمایش نمی شود و تاثیر میکروسیلیس نسبت به نانوسیلیس بر روي افزایش و پایایی بتن سبک مورد آزمایش بیشتر و هر چه از این مواد پوزولانی به نسبت مساوي درصد جایگزینی وزنی سیمان در طرح هاي اختلاط استفاده گردید، تاثیرت مقاومتی و پایایی نمونه ها کاهش پیدا نمود.
.1 مقدمه
در دهه هاي گذشته اجراي روزافزون سازه هاي بتن آرمه، پژوهشگران را به یافتن روشهایی براي افزایش هر چه بیشتر مقاومت بتن واداشته، بر این اساس پژوهشهاي مختلفی در زمینه راهکارهاي افزایش مقاومت بتن به انجام رسیده است. در این رابطه استفاده از میکرو سیلیس و نانوسیلیس و مواد افزودنی فوق روان کننده جهت تولید بتن با مقاومت زیاد کاربرد پیدا نموده و نتایج جالب توجهی حاصل شده است 1 ]و.[2 عمل دوگانه پرکنندگی خلل و فرج هاي بتن و فعالیت پوزولانی قوي میکروسیلس آمورف موجب افزایش مقاومت بتن می گردد.[3]یکی از محدودیتهاي عمده کاربرد بتن معمولی وزن زیاد آن است. در این میان استفاده از بتن سبک به عنوان یکی از راههاي کاهش بار مطرح می باشد.[3] دو عامل لرزه خیز بودن کشورمان و مصرف بیش از حد انرژي باعث شده است تا بسیاري از محققین و مهندسان روي موضوع سبک سازي و به ویژه بتن سبک متمرکز شوند.[4] سبک سازي از مسایل مهم و کلیدي در سازه هاي بتن آرمه میباشد که اخیراً در کشور ما توجه ویژه اي به آن شده است.
سبک سازي سازه ها نه تنها می تواند باعث کاهش نیروهاي زلزله وارد بر ساختمان و افزایش سطح ایمنی لرزه اي آن شود، بلکه عاملی جهت حفظ محیط زیست و مبدل ساختن صنعت ساختمان به صنعتی پایدار به دلیل کاهش مصرف مصالح سازه اي همچون میلگرد و سیمان میگردد.[5] از طرفی بتن از جمله مواد خلل و فرج دار با منافذ در مقیاس نانومتري می باشد که این منافذ از واکنش شیمیایی سیمان و آب ایجاد می شوند. این منافذ در مقیاس نانو، خصوصیات محصولات هیدراته سیلیس-کلسیم را کنترل می کنند. به همین دلیل بتن از بعضی جهات یک نانوماده محسوب می شود. حملات شیمیایی از طریق منافذ بتن به فولاد درون آن نفوذ کرده و منجر به اکسیده شدن میلگردها و همچنین باعث فساد و تخریب سازه هاي بتن مسلح می گردد. بنابراین بافت ریز ساختاري بتن در مقیاس میکرو و نانومتري، شایسته توجه بیشتري می باشد.
مخلوط هاي بتنی حاوي نانوسیلس و میکروسیلیس، به عنوان یک اصلاح بزرگ در فاز ریزساختاري بتن در بهبود مقاومت و دوام بتن در مقابل نمکهاي خورنده مفید می باشند و همچنین می توانند به عنوان پرکننده هاي بسیار ریز جهت بهبود مقاومت بتن در برابر نفوذپذیري در سنین 7 و 28 روزه عمل کنند.[6]با توجه به اینکه تاثیر مثبت میکروسیلیس و نانوسیلیس روي پارامترهاي مقاومتی و دوام بتن هاي سبک به اثبات رسیده است، در این تحقیق با استفاده همزمان میکروسیلیس و نانوسیلیس، و با توجه به درصدهاي مختلف جایگزینی سیمان، به بررسی و مقایسه نتایج حاصل از این ترکیب ها با توجه به نتایج آزمایش هاي مقاومت فشاري، جذب آب موئینه و مقاومت الکتریکی پرداخته شده است.
.2 برنامه آزمایشگاهی
هدف برنامه مطالعاتی، بررسی تاثیرات ترکیب همزمان نانوسیلیس و میکروسیلیس در بتن سبک که به میزان 5 درصد و 10 درصد جایگزینی وزنی سیمان بر پایایی و خواص مقاومت فشاري می باشد که البته بررسی این تاثیرات با نسبت آب به سیمان 0/5 مد نظر می باشد. در این آزمایش از هر طرح اختلاط، 7 نمونه 10*10*10 ساخته شد که تعداد کل نمونه ها با احتساب نمونه هاي شاهد 84 نمونه می باشد. 3 نمونه در سن 28 روز مورد آزمون مقاومت فشاري قرار داده شد و میانگین 3 نمونه به عنوان مقاومت فشاري هر طرح اختلاط ثبت گردید. 2 نمونه مورد آزمایش جذب آب مویینه و 2 نمونه هم مورد آزمایش مقاومت ویژه الکتریکی استفاده گردید و کلیه آزمایشات با نمونه شاهد مورد ارزیابی قرارگرفتند.
1-2 مصالح مورد استفاده
1-1-2 سیمان
سیمان مورد استفاده در این پژوهش از نوع سیمان پرتلند نوع 2 می باشد. سیمان مصرفی داراي وزن مخصوص حقیقی 3/14 گرم بر سانتی مترمکعب و سطح مخصوص اندازه گیري شده با روش بلین 3425 سانتی متر مربع بر گرم و گیرش اولیه 151 دقیقه و گیرش نهایی 218 دقیقه می باشد.
2-1-2 میکرو سیلیس و نانوسیلیس
سیلیسیم دي اکسید یا سیلیکا فراوانترین ماده سازنده پوسته زمین میباشد. این ترکیب با فرمول شیمیایی sio2 ساختاري شبیه الماس دارد. میکروسیلیس، پودري بسیار نرم و به رنگ خاکستري روشن و تشکیل شده از بلورهایی با قطرهاي بین 0/1تا 0/2 میکرون می باشد. وزن مخصوص در حدود 300-700 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. نانوسیلیس ماده اي بلوري و سفید رنگ است. نانوسیلیس در بتن باعث افزایش خصوصیات مقاومتی و دوام بتن میشود.[7] دماي ذوب و جوش آن نسبتا زیاد است که در طبیعت به دو شکل بلوري و آمورف می باشد، که دراین پژوهش به صورت آمورف 15 درصد مورد استفاده قرار گرفت. مشخصات نانوسیلیس مورد استفاده در جدول - 1 - داده شده است.
3-1-2 سنگدانه سبک - لیکا -
واژه لیکا از عبارت - دانه رس منبسط شده - گرفته شده است.مواد خامی که براي ساخت این سنگدانه هاي سبک مورد استفاده قرار می گیرند، معمولا از ته نشینی مواد طبیعی مانند رس، شیل و اسلیت که حاوي مقدار زیادي سیلیس می باشند تشکیل می شوند. این سنگدانه ها با استفاده از دو روش کوره دوار و رسوب گذاري تهیه می شوند. در هر دو روش فوق، آنقدر به مواد خام گرما داده می شود تا منبسط شوند. در فرآیند انبساط گرما تا زمانی ادامه می یابد که گازهاي درونی آن مواد آزاد شده و مصالح به شکل نرم و انعطاف پذیر درآیند، اما به طور کامل ذوب نمی شوند.در این مرحله حباب گازهاي درونی سبب ایجاد خلل و فرج هایی در بین مواد خمیري می شوند، بنابراین مواد خام، منبسط شده و سنگدانه هایی با وزن مخصوص پایین تر به دست می آید.در کشور ما تنها، شرکت لیکاي ایران به تولید این سبکدانه هاي رس منبسط شده می پردازد.
محصولات این کارخانه از نوع خاصی از رسها که قابلیت تورم دارند، درست می شود. به این ترتیب که این رسها را با یک سري مواد که موجب تسریع تورم می شوند، مخلوط می کنند. سپس از داخل یک کوره گردان عبور داده می شوند.کوره به وسیله ترکیبی از زغال سنگ و نفت مشتعل می شود و دما را تا حدود 1200 درجه سانتیگراد می رساند تا در نهایت مصالح سبکی با ساختار داخلی متخلخل تشکیل می گردد.[8]در این آزمایشات از دو سایز ریزدانه و درشت دانه مطابق جدول شماره - 2 - در ساخت نمونه ها استفاده گردید و مقدار جذب آب سنگدانه هاي لیکا مطابق جدول شماره - 2 - در طرح اختلاط مورد محاسبه قرار گرفت.
4-1-2 ماسه
در این پژوهش ماسه مورد استفاده از نوع ماسه شسته رودخانه اي 0-8 می باشد. وزن مخصوص و درصد جذب آب این ماسه در حالت S.S.D به ترتیب برابر 2/51 گرم بر سانتیمتر مکعب و 3 درصد می باشد. مدول نرمی آن 2/55 - 3/8 و بر اساس استاندارد 302 ایران می باشد.
6-1-2 فوق روان کننده
فوق روان کننده مورد استفاده با نام علمی پلی کربوکسیلات نامیده می شود که مایعی به چگالی 1/08 کیلوگرم بر لیتر و به رنگ قهوه اي روشن ، با درصد جامد 40 و مقدار مصرف بهینه 0/8 درصد وزن سیمان می باشد. در این تحقیق مقدار استفاده از فوق روان کننده، با توجه به مقادیر گوناگون میکروسیلیس و نانوسیلیس در طرح هاي اختلاط مختلف تنظیم گردید.
.3 روش اختلاط
میکسر مورد استفاده در این پژوهش از نوع چرخان با حداکثرحجم 115 لیتر است و روش اختلاط مصالح به صورت زیر می باشد:
ابتدا مصالح خشک در میکسر به مدت یک دقیقه کاملا با هم مخلوط شدند، سپس مقدار آب محاسبه شده که با نانوسیلیس و میکرو سیلیس مخلوط شده بود، به مصالح خشک اضافه و به مدت سه دقیقه مخلوط شدند و فوق روان کننده را براي مخلوطهایی که از روانی کافی برخوردار نبودند اضافه نموده تا اسلامپ براي همه اختلاط ها بین 5 تا 7 بدست آید و اجازه می دهیم تا به مدت دو دقیقه نیز کاملاً با هم مخلوط شوند. سپس بتن را در قالبهاي مورد نظر ریخته و پس از 24 ساعت نمونه ها را از قالب خارج نموده و در حوضچه آب در دماي 23 درجه سانتیگراد به مدت 28 روز قرار گرفت.
1-3 طرح اختلاط
جزییات طرح اختلاط در جدول شماره - 3 - و - 4 - نمایش داده شده است. نسبت آب به مواد سیمانی براي همه ترکیبها 0/5در نظر گرفته شده است و درصد اختلاط مصالح براي ساخت یک متر مکعب بتن سبک در نظر گرفته شده و براي هر طرح درصدي از نانوسیلیس و میکروسیلیس را با مقیاس جرمی 10 درصد و 5 درصد، جایگزین سیمان نمودیم. همچنین براي مقایسه دقیق مقاومت فشاري در همه طرح ها، نسبت آب به مواد سیمانی ثابت نگه داشته شده است. - M معرف میکروسیلیس و N نانوسیلیس می باشد - .
