بخشی از مقاله
خلاصه
در سالهای اخیر توسعه در تکنولوژی بتن این امکان را فراهم نموده تا بتوان بتنهای توانمندی تولید نمود که کارائی و مقاومت آن فراتر از بتن معمولی باشد. امروزه استفاده از مواد بازیافتی و پوزولانهای طبیعی در راستای کاهش هزینههای جاری و همچنین کاهش یا حذف مشکلات زیست محیطی به یکی ار مباحث مورد علاقه اکثر محققین تبدیل شده است. در این پژوهش امکان استفاده از زئولیت به عنوان یک پوزولان طبیعی و سنگدانه بازیافتی بتن به عنوان یک ماده بازیافتی در بتن خودتراکم بررسی گردید. در این تحقیق، پس از مطالعه مقاومت فشاری، کششی و مدول الاستیسیته در بتن خودتراکم حاوی سنگدانه بازیافتی و زئولیت، یک رابطه تجربی بین مقاومت فشاری با دو پارامتر یاد شده بدست آمد.
.1 مقدمه
بتن خودتراکم به عنوان یکی از پیشرفتهای قابل توجه در تکنولوژی بتن در دو دهه اخیر مطرح بوده و در ابتدا در کشور ژاپن به منظور رسیدن به سازههای بتنی بادوام، رشد و توسعه یافته است. این بتن به نحوی تعریف شده است که احتیاج به هیچ نوع لرزاننده داخلی و یا خارجی ندارد و تحت اثر وزن خود، متراکم میشود و زمانی که در قالب ریخته میشود مانند عسل جاری شده و تنها با کمک نیروی جاذبه، قالب را پر نموده و آرماتورها را پوشانده و همزمان یکنواختی خود را حفظ مینماید . استفاده از بتن خودتراکم مزایای قابل توجهی نظیر، کاهش نفوذپذیری، طول عمر بیشتر قالبها، ساخت در زمان کوتاهتر، سطوح کار تمام شده بهتر، کاهش سر و صدای ناشی ازلرزندان و محیط کار ایمنتر را در بردارد.
مقاومت بتن مهمترین خاصیت و مشخصه بتن نزد طراحان و مهندسان کنترل کیفیت بتن میباشد. دلیل این امر آنست که در مقایسه با سایر خواص، مقاومت بتن به آسانی قابل آزمایش و اندازهگیری است. علاوه بر این، بسیاری از خواص بتن، نظیر مدول ارتجاعی، نفوذناپذیری و مقاومت در برابر هوازدگی و عوامل ایجاد کننده آن نظیر نفوذ آب حاوی املاح مضر، مستقیماً با مقاومت مربوط بوده و میتوان از نتایج مقاومت به آن خواص پی برد.[1]
یکی از پوزولانهای طبیعی که در ایران به وفور یافت میشود و به راحتی قابل استخراج و فرآوری است زئولیت میباشد. وجود زئولیت در مناطقی از سمنان، میانه، ورامین، رودهن، طالقان و قلعه عسگر و کرمان گزارش شده است. زئولیتها به خاطر ویژگیهای خاص خود از جمله توان تبادل یونی، چگالی پایین و روزنههای فراوان، امروزه کاربرد گستردهای در تکنولوژی پیدا کردهاند.[2] تحقیقات روی خواص زئولیت بر بتن نشان میدهد که این ماده میتواند از آب انداختگی و جداشدگی بتن تازه جلوگیری کند، فرآیند پمپاژ را آسانتر کند، نفوذپذیری بتن سخت شده را کاهش دهد، پایایی بتن را خصوصاً مقاومت در برابر واکنش قلیایی سنگدانهها را افزایش دهد و سبب افزایش مقاومت بتن شود.[3]
مقادیرزیاد Al2O3 و SiO2 در زئولیت با هیدروکسیدکلسیم هیدراته واکنش میدهد که محصول آن ژل C-S-Hو آلومیناتهای اضافه بر محصولات هیدراتاسیون سیمان است و در نتیجه ریزساختار بتن سخت شده خصوصاً در ناحیه انتقالی خمیر سیمان و سنگدانه بهبود مییابد4]،.[5 همچون مواد پوزولانی دیگر با جایگزینی بخشی از سیمان با زئولیت میتوان مقاومت بتن را افزایش داد. به طوریکه استفاده از زئولیت به میزان کمتر از 10 الی 15 درصد باعث افزایش مقاومت در همه سنین بتن میشود. در حالیکه استفاده از زئولیت به میزان بیشتر از 15 الی 20 درصد سبب کاهش مقاومت اولیه - کمتر از 28 روز - و جبران مقاومت در سنین زیاد - 90 و 180 روز - میشود.
[6] برخی محققین مقدار بهینه استفاده از زئولیت را برای افزایش مقاومت 28 روزه بتن، 10 الی 15 درصد عنوان کردهاند و افزایش مقاومتی تا حدود 15 درصد آزمونهی شاهد را گزارش دادهاند.[7]در تحقیقی بتن پر مقاومت - بیش از 80مگاپاسکال - و روانی - اسلامپ - 180mm با استفاده از زئولیت بدست آمده است.[6] در بررسی دیگری نیز نشان داده شده است که بتن سازهای حاوی مقدار جایگزینی 50 درصد زئولیت قابل ساخت است.[8]نتایج مطالعه انجام پذیرفته توسط احمدی و شکرچی نشان میدهد که استفاده از زئولیت در بتن معمولی توانسته است باعث افزایش مقاومت فشاری بتن در تمامی سنین شود.[9] در مطالعهای دیگر Chan SYNو Ji X به این نتیجه رسیدند که زئولیت در درصد بهینه به بتن معمولی باعث افزایش 14 درصدی در مقاومت فشاری 28 روزه بتن شده است.[10]
امروزه استفاده امروزه استفاده از مواد بازیافتی در راستای کاهش هزینههای جاری و همچنین کاهش یا حذف مشکلات زیست محیطی به یکی از مباحث مورد علاقه اکثر محققین تبدیل شده است. تحقیقات درباره زمینه استفاده دوباره از بتن تخریب شده و مصالح ساختمانی، به عنوان سنگدانههایی برای بتن جدید، به پایان جنگ جهانی دوم باز میگردد.[11] از حدود 20 سال پیش ، بتن حاصل از تخریب شاهراه ها و ساختمانهای بتن آرمه در آمریکا و اروپا وارد صنعت بازیافت شده است.
بتن بیشترین حجم را در میان زبالههای ساختمانی دارد در آمریکا 67 درصد کل زبالههای ساختمانی را بتن تشکیل میدهد.[12] در جامعه اقتصادی اروپا سالانه حدود 50 میلیون تن بتن تخریب میشود. حدود 11 میلیون تن بتن در انگلستان و حدود 60 میلیون تن بتن در آمریکا سالانه به محل انباشت نخالههای ساختمانی حمل میشود. در عین حال، در هر سال در آمریکا میتوان حدود 10 تا 12 میلیون تن بتن را به نحوی مورد استفاده مجدد قرار داد.[13]
نتایج بررسیهایS.C.Kou و C.S.Poon در سال 2009 حاکی از این بود که ویژگیهای بتن خودتراکم ساخته شده از ماسه رودخانهای و ماسه بازیافتی - با %100 درشتدانههای بازیافتی برای هر دو - تفاوت ناچیزی با هم دارند، یعنی میتوان از %100 درشتدانه و ریزدانه بازیافتی در بتن خودتراکم استفاده کردSami W.Tabsh .[14]و همکاران در سال 2009، به این نتیجه رسیدندکه مقاومت بتن بازیافتی 25- 10 درصد کمتر از بتن اولیه ساخته شده از سنگدانههای درشت طبیعی میباشدZoran Jure Grdic.[15]و همکاران در سال 2010،به بررسی خصوصیات بتن خودتراکم دارای درشتدانههای بازیافتی بتن پرداختند. در این تحقیق سه طرح اختلاط بتن ساخته شد که سنگدانههای درشت بازیافتی با % 0 ، % 50 و %100 سنگدانههای درشت طبیعی جایگزین شدند، در همه مخلوطهای بتن درصدها ثابت بودند.
نتایج بدست آمده نشان داد که خصوصیات هر سه طرح اختلاط بتن خودتراکم ساخته شده، تفاوت ناچیزی با هم دارند و سنگدانههای درشت بازیافتی میتواند در بتن خودتراکم مورد استفاده قرار گیرد.[16] با توجه به نوپا بودن صنعت بتن خودتراکم در کشورمان از یک سو و افزایش مصالح بتنی ناشی از زلزله - با توجه به زلزله خیز بودن کشورمان - و یا تخریب بناهای مختلف به خصوص سازه های فرسوده از سوی دیگر ، امکان سنجی ساخت بتن خودتراکم با استفاده از این مصالح هم به لحاظ هزینه و هم از جهت حفاظت از محیط زیست و حفظ انرژی دارای توجیه خواهد بود. بر همین اساس همخوانی دو عامل خودتراکمی و استفاده از این مصالح بازیافتی قابل توجه است.
همچنین برای کاهش عیار سیمان در بتن خود متراکم میتوان از پوزولان زئولیت طبیعی استفاده کرد تا بتوان این بتن را بعنوان یک محصول کم هزینه و کاربردی برای انجام پروژههای عمرانی در کشور توصیه نمود. هدف از انجام این تحقیق، ضمن مطالعه رفتار بتن خودتراکم بازیافتی حاوی زئولیت، رسیدن به یک رابطه تجربی بین مقاومت فشاری با دو پارامتر مقاومت کششی و مدول الاستیسیته میباشد .
-2 برنامه آزمایشگاهی
-1-2 مواد و مصالح مصرفی
در این پژوهش سعی شده است منحنی دانهبندی درشتدانه و ریزدانه مورد استفاده بین منحنی دانهبندی سوئد - حد بالا - و آلمان - حد پایین - باشد. این منحنیها دراشکال1 و 2 نشان داده شده است.[17] در اشکال1 و 2 نمودار دانهبندی مورد استفاده در این تحقیق به صورت توپر نشان داده شده است. حداکثر مصالح درشتدانه 19 میلیمتر میباشد. از شن نخودی و ماسه شسته در این تحقیق استفاده شده است. شن و ماسه مصرفی از شرکت زانا بتن واقع در استان کردستان شهر سنندج تهیه شده است. مدول نرمی ماسه اصلاح شده برابر 2/74 میباشد. از سیمان پرتلند بیجار تیپ یک با چگالی 3/15 گرم بر سانتیمتر مربع استفاده شده است.
پوزولان زئولیت طبیعی از شرکت افرند توسکا که معدن آن در منظقه سمنان میباشد، تهیه شده است. فوق روانکننده مصرفی از نوع Fabplast- 20 محصول شرکت فنآوران بتن ایرانیان فابیر می-باشد - . - ASTM-C494در جداول 1 و2 مشخصات فیزیکی سنگدانه طبیعی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سیمان و پوزولان زئولیت طبیعی ارائه شده است. در این تحقیق مصالح اولیه جهت ساخت بتن مادر - بتن تخریب شده - و نیز مصالح ساخت بتنهای خودتراکم از یک نوع بوده است، مقاومت مشخصه بتن مادر 30 مگاپاسکال بوده و تمامی نمونهها حداقل 28 روز زمان از ساخت خود را سپری کردهند. سپس بتن معمولی ساخته شده با استفاده از چکش به سنگدانههای ریز و درشت تبدیل شدند. جدول 3 مشخصات فیزیکی سنگدانه بازیافتی را نشان میدهد.
-1 منحنی دانهبندی سوئد
-2 منحنی دانه بندی تحقیق درصد عبوری
-3 منحنی دانهبندی آلمان
