بخشی از مقاله
چکیده
یکی از محدودیّت های اصلی بتن در مقایسه با فولاد، پایین بودن نسبت مقاومت به وزن می باشد. تلاش محققین در راستای برطرف نمودن این ضعف منجر به پیدایش انواع مختلفی از بتن های نوین از جمله بتن های سبک سازه ای و بتن های با عملکرد فوق العّاده بالا - UHPC - گشته است. تعاریف متعددی برای بتن های UHPCارائه شده است که اکثراً مقاومت فشاری بیشتر از 150 مگاپاسکال را از خصوصیات این نوع بتن برشمرده اند. در عین حال نفوذپذیری بسیار کم و دوام بالای این نوع بتن در شرایط محیطی مختلف از جمله مواردی است که سبب استقبال روزافزون از آن در اکثر کشورها گردیده است. باوجّهت به اینکه تولید این نوع بتن نیازمند مصالح و تکنولوژی پیچیده و خاصی نیست، به نظر می رسد آشنایی بیشتر متولیان امر ساخت با آن، می تواند سبب ترویج استفاده از این بتن بخصوص در سازه های زیربنایی کشور گردد. از این رو در این مقاله با استفاده از نتایج شماری از به روزترین مقالات در این زمینه، روند هیدراتاسیون، تاثیر فوق روان کننده ها، نانوسیلیس و پودر شیشه در بتن های UHPCمورد بررّسی قرار گرفته است و ریزساختار بتن های باعملکرد فوقالعّاده بالا - Ultra-High Performance Concrete - به تفصیل و با بیانی ساده ارائه شده است.
واژههای کلیدی: ریزساختار، نانوسیلیس، پودر شیشه، هیدراتاسیون، فوق روان کننده، بتنبا عملکرد فوق العّاده بالا
-1 مقدمه
مهم ترین عامل در تعیین مقاومت بتن، تخلخل سه فاز اصلی آن - سنگدانه، خمیر و ناحیه انتقال - است، به نحوی که با کاهش تخلخل، مقاومت افزایش خواهد یافت. اصلی ترین راهکارهای کاهش تخلخل بتن و دستیابی به مقاومت های بسیار بالا عبارتند از: کاهش نسبت آب به سیمان، کاهش حداکثر اندازه سنگدانه های درشت و افزایش میزان سیمان .[1] بکارگیری این راهکارها در تولید بتن های UHPC تبعاتی به همراه خواهد داشت:
* با کاهش نسبت آب به سیمان، روانی بتن کاهش یافته و استفاده از فوق روان کننده ها اجتناب ناپذیر خواهد گشت.
* با افزایش میزان سیمان، با عبور از یک حد معین، به دلیل ناهمگنی ذاتی خمیر سیمان - ناشی از بلورهای بزرگ هیدروکسیدکلسیم - افزایش مقاومت متوقف می شود .[1] بنابراین استفاده از مواد پوزولانی ضرورت می یابد.
در مقاله حاضر با گردآوری نتایج تحقیقات موسر و همکاران [2] در سال 2009 بر روی توسعه هیدراتاسیون و ریزساختار بتن های UHPC، مطالعات ویتولداس و همکاران [3] در سال 2014 بر روی تاثیر پودر شیشه در بتن های با عملکرد فوق العادّه بالا، آزمایشات یو و همکاران [4] در سال 2014 بر روی آثار استفاده از نانوسیلیس در و ریزساختار بتن های UHPC و نیز بررسی های انجام گرفته توسط تیو و همکاران [5] در سال 2008 بر روی تاثیر زمان افزودن فوق روان کننده ها در خصوصیات UHPC تازه، ریزساختار و هیدراتاسون این نوع بتن را تشریح می نماییم.
-2 فوق روان کننده ها و روند هیدراتاسیون
استفاده از مقادیر زیاد فوق روان کننده ها در ساخت بتن های UHPC سبب ایجاد تاخیر قابل ملاحظه ای در روند هیدراتاسیون می گردد [ .2 ]به منظور توضیح علّت این پدیده، به بررسی مکانیزم اثر فوق روان کننده ها می پردازیم: [5] همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود، مولکول های فوق روان کننده بر روی سطح دانه های سیمان جذب می شوند. زنجیره های فرعی مولکول های فوق روان کننده در محیط آبی بتن قرار می گیرند و نیروی دافعه بین آن ها سبب فاصله گرفتن ذرات سیمان از یکدیگر می شود که این امر سبب روان تر شدن بتن می گردد. هرچه طول زنجیره های فرعی مولکول فوق روان کننده که در محیط آبی بتن قرار می گیرند بیشتر باشد، شاهد روان تر شدن بتن خواهیم بود. با گذشت زمان و با شکل گیری محصولات هیدراتاسیون بر روی سطح ذرات سیمان، زنجیره های فوق روان کننده در محصولات هیدراتاسیون دفن شده و روانی بتن و خاصیت پخش کنندگی فوق روان کننده کاهش می یابد. - شکل - 2 توجّه به زمان و نحوه افزودن فوق روان کننده ها به بتن به منظور بهره وری حداکثر از آن ها الزامیست. همانطور که در شکل 3 مشاهده می شود، سه روش برای افزودن فوق روان کننده به بتن وجود دارد:
* روش افزودن مستقیم: فوق روان کننده همراه با آب طرح اختلاط افزوده می شود.
* روش افزودن گام به گام: فوق روان کننده را به دو قسمت تقسیم می کنند. قسمت اول شامل کل فوق روان کننده همراه با آب افزوده می شود و قسمت دوم شامل کل فوق روان کننده در بازه های زمانی متفاوت پس از اختلاط مرطوب دوز بندی می گردد. در روش افزودن گام به گام هر قدر قسمت دوم فوق روان کننده را دیرتر نسبت به زمان افزودن آب به UHPC اضافه کنیم روانی بیشتر خواهد بود.
* روش افزودن تاخیری: در این روشتمام فوق روان کننده یک جا امّا کمی بعد از افزودن آب به بتن می افزاییم. افزودن تاخیری تاثیر گذار تر از افزودن گام به گام می باشد یعنی روانی بیشتری را به همراه خواهد داشت.
اگر فوق روان کننده همزمان با آب و یا بلافاصله پس از افزودن آب به مخلوط اضافه شود، بر روی سطح دانه سیمان و یا بر روی لایه نازکی از محصولات هیدراتاسیون که در چند ثانیه قبل تشکیل شده اند، جذب می شود. پس از چند دقیقه محصولات هیدراتاسیون به سمت بیرون توسعه می یابند و زنجیره کناری رادر خود مدفون می سازند. بنابراین طول قسمتی از زنجیره کناری که در محیط آبی باقی می ماند و مسئول پخش کنندگی است، کاهش می یابد. در افزودن گام به گام، قسمت دوم فوق روان کننده بر روی محصولات هیدراتاسیون که از قبل تشکیل شده اند ، جذب می شود. این قسمت از فوق روان کننده کمتر دچار مدفون شدگی می گردد و بنابراین در مقایسه با قسمت اول مؤثرتر خواهد بود. در افزودن تأخیری روند مشابهی وجود دارد. باتوجّه به توضیحات بیان شده در خصوص مکانیزم عمل فوق روان کننده ها، می توان دریافت که تاخیر ایجاد شده در روند هیدراتاسیون بتن های UHPC، عمدتا ناشی از تراکم بالای مولکول های جذب شده فوق روان کننده روی دانه های سیمان می باشد.
