بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از لاستیک بازیافتی در طرح اختلاط سازه های بتنی موجب افزایش شکل پذیری و جذب انرژی بتن به ویژه در مناطق لرزه خیز و در عین حال موجب کاهش مقاومت بتن و مدول الاستیسیته می شود. نتایج تحقیقات گذشته نشان میدهد که این کاهش با قرار گیری در معرض آتش شیب تندتری می یابد. از طرفی نتایج تحقیقات نشان میدهد که محصور کردن بتن با لوله های فولادی سبب بهبود خصوصیات مکانیکی و شکلپذیری بتن میگردد. لذا در این تحقیق به بررسی عملکرد بتن های محصور شده توسط لوله های فولادی حاوی خرده لاستیک با نرخ جایگزینی0، 7/5 و 15 درصد با ریز دانه تحت تاثیر درجه حرارت های 27، 200، 400، 600 و 800 سانتی گراد پرداخته شده است.
نمونه ها بتنی طبق الگوی استاندارد تحت تاثیر حرارت در کوره قرار گرفته و سپس تحت آزمایش فشاری قرار میگیرند. با توجه به نتایج حاصل شده، مشاهده می شود که مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته نمونه های بتنی محصور شده با لوله فولادی با افزایش حرارت و همچنین افزایش درصد استفاده از خرده لاستیک در بتن ، به میزان زیادی کاهش می یابند، اما این میزان کاهش در مقایسه با نمونه های بتنی محصور نشده مشابه، بسیار کمتر بوده و دلیل آن هم می تواند استفاده از لوله فولادی جهت محصور کنندگی بتن باشد.
کلید واژه ها : خرده لاستیک بازیافتی، بتن، لوله فولادی، محصور شدگی، آتش
مقدمه
یکی از بزرگترین چالشهای محیط زیستی موجود در اطراف کلان شهرهای جهان، نحوه بازیافت و حذف مواد لاستیکی زائد از چرخه زیست محیطی می باشد. تایرهای فرسوده وسایل نقلیه از جمله مواد تجزیه ناپذیری هستند که بازیافت آنها کمک شایانی به محیط زیست می کند. یکی از راه حلهایی که برای حل این مشکل پیشنهاد شده است، استفاده از ذرات لاستیک تایر بعنوان یک ماده افزودنی در مصالح، بر پایه سیمان است. استفاده از خرده لاستیک بازیافتی در ماتریس بتن موجب افزایش شکل پذیری و جذب انرژی بیشتر در سازه ها میشود که این موضوع بیشتر برای سازه های در مناطق با لرزه خیزی بالا بخصوص در کشورمان بسیار حائز اهمیت و مفید می تواند باشد.
اما در مقابل استفاده از این مواد در بتن موجب کاهش مقاومت و سختی و به خصوص زمانی که در معرض حرارت های بالا در سازه قرار گیرند این کاهش در مقاومت وسختی به مراتب شدیدتر، که در نتیجه منجربه کاهش ظرفیت باربری و تخریب سازه می شود. در اثر اعمال حرارت های بالا فشار درون منافذ زیاد می شود که تنش کششی در بتن تولید می شود و زمانی که این تنش از حد مجاز تجاوز می کند ترکیدن و ورقه ورقه شدن بتن شروع می شود. قسمتی از سطح داغ بتن که شدیدا به بیرون رانده می شود، باعث می گردد سطح بیشتری از بتن در معرض آتش قرار گیرد. این روند ادامه دارد تا نهایتا باعث آشکار شدن سیستم آرماتورها و تاثیر مستقیم آتش روی آنها می شود.
انبساط سریع بعضی از سنگدانه ها با وزن متوسط و کمتر شدن فضا باعث تشدید این پدیده و کمک به از هم پاشیدن و ترکیدن لایه ای بتن می گردد. همچنین از طرفی ضعف سازه های فولادی در برابر آتش در مقایسه با سازه های بتنی مسلح همیشه برای این گونه سازه ها به عنوان یک نکته منفی در عملکرد آن ها مورد بحث بوده است. تجربه از آتش سوزی های واقعی نشان می دهد که ساختمان های بتنی نادر است که در اثر آتش سوزی فرو بریزند و معمولا آسیب وارده قابل تعمیر و بازسازی به مراتب راحت تری نسبت به سازه های فولادی دارند. در سال های نه چندان دور محققان اصطلاح جدیدی به ادبیات ساخت و ساز اضافه نمودند و آن هم ستون مرکب می باشد.
اصطلاح ستون مرکب به ستونی اطلاق می شود که از دو یا چند مواد مختلف ساخته شده است و به گونه ای که آن ها با هم در برابر تنش ها و کرنش های ناشی از نیرو یا شرایط خارجی عمل می کنند. اصطلاح ستون ها مرکب معمولا برای ستون های فولادی پرشده با بتن یا ستون های بتنی محصورشده با لوله های فولادی و با سطح مقطع مربعی و مستطیلی و دایره ای مورد استفاده قرار می گیرد. محصور نمودن بتن توسط فولاد یکی از روش های کارآمد برای ایجاد محصور شدگی می باشد که اغلب مورد استفاده قرار می گیرد و اولین بار توسط تامی و همکاران مورد مطالعه قرار گرفت [1] و .[2]
در نمونه های بتن محصور شده با لوله فولادی، بارگذاری فشاری فقط بر هسته بتنی اعمال می شود - STCC - ، این نوع مقاطع مرکب، در سازه های بتنی که ستون های بتنی آن با لوله های فولادی محصورشده است کاربرد دارد. در این سازه ها لوله های فولادی در موقعیت نزدیک به انتهای ستون قطع می شوند تا هیچ بار محوری بطور مستقیم بر لوله فولادی اعمال نشود. ستون های فولادی پر شده با بتن که با عنوان CFST1 شناخته می شوند بار گذاری هم زمان بر روی لوله فولادی و هسته بتنی اعمال می شود و لوله فولادی مقداری از بار محوری را به طور مستقیم تحمل می کند. بنابراین در این حالت لوله فولادی به دلیل تحمل بخشی از بار محوری، سهم کمتری در محصور کنندگی هسته بتنی خواهد داشت. همچنین در حالت STCC2 به دلیل تحمل بار محوری فشاری کمتر، انتظار کمانش لوله تقریبا از بین خواهد رفت.
گنجیان و همکاران [3] در تحقیق خود به بررسی خواص مکانیکی از جمله مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته مخلوط های بتنی شامل 5 ، 7/5 و 10 درصد وزنی لاستیک تایر بازیافتی به عنوان جایگزین سنگ دانه ها و سیمان پرداختند. بنا به نتایج حاصل مقاومت فشاری نمونه های حاوی نرخ جایگزینی 5 درصد در حدود کمتر از 5 درصد کاهش و برای 7/5 و 10 درصد جایگزینی با سنگدانه طبیعی در حدود بین 10–23 درصد کاهش داشته و حدود 20-40 درصد کاهش برای جایگزینی با سیمان می باشد.ادام مرقوص و همکاران [4] در تحقیق خود به بررسی اثرات دمای بالا بر روی عملکرد مکانیکی بتن تولید شده با سنگدانه های بازیافتی لاستیک با چهار ترکیب مختلف بتن پرداختند.
ترکیب اول با نام بتن مرجع، فاقد لاستیک بوده و سه ترکیب دیگر با نرخ جایگزینی 5 ، 10 و 15 درصد با ریزدانه و درشت دانه های طبیعی ساخته شده و به مدت یک ساعت تحت رژیم های حرارتی 400 ، 600 و 800 درجه سانتی گراد با توجه به استاندارد ISO 834 قرار گرقتند.رائد ابنده و همکاران [5] به بررسی رفتار لوله های فولادی پر شده با بتن حاوی خرده لاستیک که با درصد های مختلفی جایگزین شده پرداخته اند. لوله های فولادی در دو شکل، مقطع دایره ای و مربعی به کار برده شده است. چهار طرح اختلاط با نسبت آب به سیمان ثابت 0/5 و با مقدار سیمان 400 ⁄ 3 استفاده شده است. همچنین لاستیک به کار برده شده در طرح اختلاط با درصدهای حجمی 0 ، % 10 ، % 20 و % 30 با ریزدانه جایگزین شد.
دورات و همکاران [6] در قسمت ابتدایی تحقیقات خود به بررسی مختصری از ادبیات لوله های فولادی پرشده با بتن CFST ها و خواص مکانیکی بتن لاستیکی پرداختند. پس از آن به تشریح تحقیقات خود پرداخته و نتایج آزمایشات و همچنین تاثیر پارامترهای مختلف از جمله سطح مقطع - مربع،مستطیل، دایره - ، درصد فولاد و مخلوط بتن - بتن استاندارد در مقابل بتن لاستیکی - ، پیرامون مقاومت و شکل پذیری ستون کوتاه بحث نمودند.زایدی و همکاران [7] در سال 2012 به بررسی تاثیر حرارت بر رفتار فشاری محوری بتن های محصور شده پرداختند. در یک برنامه آزمایشی نمونه های بتنی استوانه ای محصور شده خود را در معرض حرارت دمای محیط تا 800 درجه سانتی گراد قرار دادند.
متغییرهایی که در این آزمایش مورد بررسی قرار گرفتند شامل مقاومت بتن، میزان آرماتور محصور کننده بوسیله تغییر در فاصله، و مقاومت تسلیم فولاد محصور کننده عرضی است. پس از انجام آزمایش مشاهده شد که تنش پسماند1، کرنش متناظر با تنش اوج2 و کرنش های پس از نقطه اوج 3 بتن محصور شده در دمای بین محیط تا کمتر از 400 درجه تغییر چندانی ندارند و یا به عبارتی تا 400 درجه، افزایش حرارت تاثیر چندانی بر این پارامتر ها نداشته است. اما بنا به نتایج حاصل در محدوده دمایی 500 تا 800 درجه سانتی گراد شاهد کاهش ماکزیمم تنش بتن محصور شده و به تناظر شاهد افزایش قابل ملاحضه در کرنش هستیم.
مصالح مورد استفاده
شن و ماسه مورد استفاده شده جهت ساخت نمونه های آزمایشی، از رودخانه ی هراز بوده و مطابق با استاندارد های موجود، کیفیت آن ها ارزیابی شده است.[8] نمودارهای دانه بندی برای سنگدانه ها و خرده استیک بازیافتی در شکل 1 بر اساس ASTM C136 [9] نشان داده شده است. چگالی نسبی ماسه مورد استفاده 2/65 و مدول نرمی آن3/7 و همچنین چگالی شن مورد استفاده 2/64 بوده که قبل از تولید نمونه ها در گارگاه مورد شست و شو قرار گرفته است. سیمان محصول کارخانه نکا و تیپ 2 می باشد.لاستیک مورد استفاده در سه اندازه ی گرانول 1-2 میلیمتر، 3 -5 میلیمتر و پودر با مش 60 تهیه شدند که به مقدار مساوی وزنی با یکدیگر مخلوط گردیدند و با درصدهای وزنی % 7/5 و % 15 جایگزین ماسه ی مورد استفاده قرار گرفتند. در شکل 2 تصویر اندازه های مختلف خرده لاستیک استفاده شده، در طرح اختلاط بتن نشان داه شده است. همچنین در جدول 1 مشخصات لوله فولادی استفاده شده جهت محصور نمودن نمونه های بتنی آورده شده است.
