بخشی از مقاله
چکیده
افزایش جمعیت، رشد شهرنشینی و نیاز روزافزون به فرآوردههای عمرانی جدید، سبب ایجاد اولویتهای تحقیقاتی در جهان شامل بررسی و شناخت کاربرد مواد طبیعی و مصنوعی در فرآوردههای عمرانی شده است. الیاف پلیپروپیلن از مواد مصنوعی و زئولیت از جمله پوزولان های طبیعی میباشند که در دهههای اخیر کاربرد فراوانی در محصولات سیمانی پیدا کردهاند. زئولیت از پرکاربردترین پوزولانهای طبیعی در صنعت بتن است.
همچنین به کارگیری الیاف پلیپروپیلن یکی از مناسبترین روشها جهت غلبه بر معایب فرآوردههای سیمانی نظیر مقاومت کششی ناچیز میباشد. از این رو در این پژوهش نقش الیاف پلیپروپیلن بر خصوصیات ملاتهای سیمانی حاوی زئولیت بررسی شده است. خصوصیات مورد بررسی شامل مقاومتهای فشاری و خمشی، جذب آب و چگالی حجمی میباشد. نتایج آزمایشها نشان دهنده تاثیر مثبت الیاف در افزایش مقاومت خمشی و کاهش چگالی حجمی میباشد.
-1 مقدمه
بتن و فرآوردههای سیمانی از رایجترین مصالح ساخت و ساز در جهان میباشند که در مقادیر انبوه تولید میشوند. از جمله معایب بتن مقاومت کششی بسیار ناچیز آن میباشد که این رفتار ترد و شکننده، موجب شکست ناگهانی و فروریختن سازه های بتنی در هنگام زلزله میگردد. همچنین در فرآورده های سیمانی به دلیل ضعف در برابر کشش، ممکن است که ترک های ناشی از جمع شدگی خمیری اتفاق افتد. یکی از راه حل های مناسب برای مقابله با این مشکلات استفاده از مقادیر کم الیاف برای کنترل رشد ترک و افزایش مقاومت کششی و شکل پذیری فرآورده های سیمانی میباشد.[1] الیاف پلیمری برای بهبود خصوصیات بتن از دهه 1980 میلادی مورد استفاده قرار گرفتهاند. از میان الیاف پلیمری، الیاف پلی پروپیلن در حوزه بتن بیشتر مرسوم است2]و.[3
توتانجی - [4] - Toutanji عواملی چون طول، درصد حجمی به کار رفته در ماتریس، طبیعت مواد مصرفی و طرح اختلاط را بر عملکرد الیاف در ماتریس های سیمانی موثر میداند. وی با بررسی ملات های حاوی درصدهای حجمی مختلف 0 - ، 0/1 ، 0/3 و - 0/5 الیاف پلی پروپیلن، دریافت که الیاف اثر ناچیزی بر مقاومت مکانیکی - فشاری و خمشی - ملات دارد. گرچه مقاومت خمشی بعد از ترک با افزودن الیاف افزایش قابل توجهی نشان داد. همچنین وی اذعان کرد که افزودن الیاف پلی پروپیلن اثر نامطلوبی بر مقاومت ملات ها در مقابل نفوذ یون های کلر داشته است.
ریچاردسون - [5] - Richardson بیان میکند که با استفاده از الیاف پلی پروپیلن در بتن، رشد ترک ها پس از شکست کنترل شده و به 0/2 درصد رسیده و از سوی دیگر عرض ترک ها نیز به میزان 15 درصد کاهش پیدا کرده است. برون و همکاران - . - Brown et al طی پژوهشی عنوان داشتند، از آنجا که نیروهای رفت و برگشتی و دینامیکی ناشی از زلزله کاملا شناخته شده نیستند و موجب ایجاد تنش های کششی و تغییرمکان های زیاد در جهات پیش بینی نشده میشوند، پخش تصادفی الیاف در تمام نقاط و جهات موجب رفتار مطلوب تر قطعه در مقابل زلزله از نظر شکل پذیری و تحمل تنش های کششی میشود.
[6] صدر ممتازی و همکاران نیز7]و[8 تاثیر استفاده از درصدهای بالای الیاف پلی پروپیلن را بر پارامترهای مقاومتی - فشاری وخمشی - ملات های حاوی پوزولان های مختلف ارزیابی کردند. آنها با به کار بردن الیافی به طول 6 میلیمتر نشان دادند، استفاده از درصدهای بالاتر از 0/5 نه تنها اثر مثبتی بر مقاومت فشاری و خمشی ندارد بلکه با ایجاد نقاط ضعف در بافت ملات باعث کاهش پارامترهای مقاومتی میگردد. در عین حال نمونه های حاوی درصدهای بالاتر الیاف، توانایی بیشتری در جذب انرژی از خود بروز دادند. جذب آب نمونه های ملات حاوی الیاف پلی پروپیلن بیشتر از نمونه های فاقد الیاف گزارش شد که با افزایش میزان الیاف در ملات از 0/5 درصد به 1/5 درصد - بصورت حجمی - مقادیر جذب آب نمونه ها نیز افزایش یافت.
علی رغم گزارش هایی که در زمینه عدم اثربخشی الیاف بر مقاومت فشاری و کششی در دست میباشد، بعضی از محققین در مطالعات خود به اثر الیاف پلی پروپیلن در بهبود مقاومت های فشاری و کششی اشاره کرده اند. از جمله سونگ و همکاران - .[3] - Song et al از افزایش 5 درصدی مقاومت فشاری و 9/7 درصدی مقاومت کششی نمونه های بتنی با افزودن تنها 0/1 درصد حجمی الیاف پلی پروپیلن خبر دادند. تاثیر مثبت الیاف در جلوگیری از ترک های انقباضی و همچنین مقاومت در برابر ضربه نیز گزارش شده است. پارک و همکاران - .[9 ] - Park et al اثر الیاف پلی پروپیلن را بر ملات های حاوی سیمان های کامپوزیت ساخته شده با پودر شیشه بررسی کرده و نتیجه گرفتند که استفاده از الیاف، موجب افزایش مقاومت خمشی و فشاری ملات ها گردید که با افزایش درصد حجمی الیاف تا 0/5 درصد، بهبود شاخص های مکانیکی آشکارتر شد.
در حین تولید سیمان پرتلند که در کنار سنگدانه یکی از اجزای اصلی مخلوط بتن میباشد، دی اکسیدکربن به عنوان یکی از گازهای گلخانه ای به اتمسفر منتشر میشود. میزان تولید سالانه سیمان در جهان در حدود1/4 میلیارد تن میباشد. در خلال پروسه تولید یک تن سیمان پرتلند حدود یک تن گاز دی اکسید کربن به اتمسفر منتشر میشود. بنابراین تولید سالانه سیمان پرتلند سبب انتشار 1/4 میلیارد تن گاز دی اکسید کربن به اتمسفر میشود. به همین جهت نیازمند استفاده از مواد جایگزینی که سازگار با محیط زیست هستند، به عنوان جایگزین بخشی از سیمان در ساخت بتن میباشیم.[10]
یکی از پوزولانهای طبیعی که در ایران به وفور یافت میشود و به راحتی قابل استخراج و فرآوری است زئولیت می باشد. وجود زئولیت در مناطقی از سمنان، میانه، ورامین، رودهن، طالقانو قلعه عسگر و کرمان گزارش شده است. زئولیت ها به خاطر ویژگیهای خاص خود از جمله توان تبادل یونی، چگالی پایین و روزنه های فراوان امروزه کاربرد گستردهای در تکنولوژی پیدا کرده اند.[11] تحقیقات روی خواص زئولیت بر بتن نشان میدهد که این ماده میتواند از آب انداختگی و جداشدگی بتن تازه جلوگیری کند، فرآیند پمپاژ را آسان تر کند، نفوذپذیری بتن سخت شده را کاهش دهد، پایایی بتن راخصوصاً مقاومت در برابر واکنش قلیایی سنگدانه ها را افزایش دهد و سبب افزایش مقاومت بتن شود.[12] با توجه به اهمیت الیاف پلیپروپیلن و زئولیت در صنعت بتن و گستردگی استفاده از آنها، در پژوهش حاضر به بررسی نقش الیاف پلیپروپیلن بر خصوصیات ملاتهای سیمانی حاوی زئولیت پرداختهایم.
-2 برنامه آزمایشگاهی
1-2 مصالح مصرفی و نسبت های اختلاط
در تحقیق حاضر از سیمان پرتلند تیپ 1-425 استفاده شده است. زئولیت مصرفی از نوع کلینوپتیلولیت از معادن موجود در سمنان با رنگ سفید مایل به سبز با نام تجاری فراافزونه از شرکت افرند توسکا تهیه شد. مشخصات شیمیایی سیمان و زئولیت در جدول1 نشان داده شده است. الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده در این تحقیق محصول شرکت وند شیمی ساختمان و از نوع مواد خام بازیافتی صنعتی میباشد که در کارخانه به طول 6 میلیمتر بریده شده است. مشخصات الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده در جدول 2 ارایه شده است.
همچنین از فوق روان کننده بر پایه پلی کربوکسیلات اتر، محصول شرکت شیمی ساختمان با نام تجاری FARCO PLAST P10N جهت دستیابی به روانی مطلوب وکمک به توزیع بهتر ذرات در ملات استفاده شد. دانه بندی ماسه مورد استفاده در ساخت ملات مطابق با استاندارد ASTM C778 انجام شد.[13] نسبت آب به مواد چسباننده برای تمام اختلاطها 0/5 و نسبت ماسه به مواد چسباننده 2/75 در نظر گرفته شد. زئولیت به عنوان جایگزین وزنی سیمان با سه مقدار 5 ، 10 و 15 درصد در ساخت ملات مورد استفاده قرار گرفت. همچنین جهت بررسی نقش الیاف، الیاف پلی پروپیلن به مقدار 0/3 درصد حجمی نسبت به حجم کل ملات به کار برده شد. جزییات طرح های اختلاط به کار برده شده در ساخت ملات در جدول 3 نشان داده شده است.
