بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از بتن با سنگدانه های بازیافتی حاصل از بازیافت بتن سال های متمادی موضوع بسیاری از مطالعات بوده است. این مقاله مرور جامعی بر تحقیقات گذشته در زمینه مقاومت خمشی تیر بتن مسلح با سنگدانه های بازیافتی انجام داده است. همچنین این مقاله پارامترهایی نظیر درصد آرماتور طولی، مقاومت جاری شدن میلگرد، درصد جایگزینی سنگدانه بازیافتی، مقاومت فشاری بتن و ابعاد تیر بتن مسلح را مورد مطالعه قرار داده است.
علاوه براین در انتها، نتایج آزمایش های مقاومت خمشی بتن خودتراکم با بانک داده های مقاومت خمشی بتن معمولی مورد مقایسه قرار گرفته است. جهت بررسی دقیق نتایج، از تحلیل های آماری - رگرسیون غیرخطی - جهت تعیین بهترین خط برازش شده و محدوده 95 درصد داده ها استفاده شده است.
بررسی این نتایج نشان می دهد که روابط آیین نامه های آمریکا و اروپا برای بتن با سنگدانه بازیافتی به ترتیب 93 و 96 درصد محافظه کارانه می باشد - مقاومتی بیشتر از مقادیر محاسبه شده از روابط آیین نامه دارد - . علاوه بر آن، تقریبا تمامی داده های بتن با سنگدانه بازیافتی در محدوده 95 درصد بانک داده های مقاومت خمشی بتن معمولی قرار دارد.
.1 مقدمه
سنگدانه ها حدود 60 تا 70 از حجم بتن را تشکیل می دهند. امروزه، تمایل به استفاده از بتن سبز باعث استفاده مجدد از سنگدانه حاصل از تخریب بتن شده است. اگرچه می دانیم استفاده از سنگدانه بتن بازیافتی منجر به کاهش قابل توجه انتشار گاز دی اکسید کربن نمی شود، اما می توانیم با کاهش استفاده از سنگدانه های طبیعی علاوه بر حفظ منابع طبیعی، ضایعات حاصل از تخریب در محل های دفن زباله را نیز کاهش دهیم. بیش از 900 میلیون تن ضایعات حاصل از تخریب ساخت و ساز تنها در اروپا، ایالات متحده آمریکا و ژاپن هر سال تولید می شود .[1] برای اولین بار در اروپا پس از جنگ جهانی دوم استفاده از سنگدانه بتن بازیافتی به عنوان سنگدانه در بتن آغاز شد. همچنین انجمن پیمانکاران ساختمان ژاپن، تحقیقات درباره استفاده از سنگدانه بتن بازیافتی را اولین بار پس از بحران نفت در سال 1973 شروع کردند
تحقیقات کاملی درباره خواص بتن تازه و بتن سخت شده بتن های با سنگدانه بتن بازیافتی انجام شده است. اما مطالعات در زمینه رفتار سازه ای بتن با سنگدانه بازیافتی محدود می باشد.این مقاله مطالعات منتشر شده - بین سال های - 2018-1977 در مورد مقاومت خمشی بتن با سنگدانه بتن بازیافتی را مورد مطالعه و بررسی قرارداده است. از آنجایی که استفاده از سنگدانه بتن بازیافتی بعنوان ریزدانه مشکلات فراوانی دارد [ 3]، این مقاله تنها به ارایه مطالعاتی که سنگدانه بتن بازیافتی بعنوان درشت دانه در بتن جایگزین شده اند، پرداخته است.
-2 مقاومت خمشی
دراین بخش با مروری بر مطالعات گذشته در زمینه مقاومت خمشی بتن با سنگدانه بازیافتی بتنی، نتایج آن با ضوابط آیین نامه های ACI 318 [4] و EC 2 [5] مقایسه شده است.
1-2 مروری بر مطالعات گذشته
جدول 1 - ضمیمه - ، جزییات نمونه های آزمایشگاهی مطالعات گذشته - به ترتیب سال انجام پژوهش - شامل ابعادتیر، درصد آرماتور طولی، مقاومت جاری شدن میلگرد و مقاومت فشاری بتن را نشان می دهد.
[6] Mukai and Kikuchi. در سال 1988، تیرهایی با سطح مقطع مربع - بعد 150 میلیمتر - و با طول 1/8 متر با درصد جایگزینی 15 و 30 را مورد بررسی قرار دادند. طبق نتایج این آزمایش، تفاوت قابل توجهی در مقاومت خمشی نهایی بین بتن معمولی و بتن بازیافتی مشاهده نشد و فقط ممان خمشی ترک خوردگی تیرهای با بتن بازیافتی مقادیر کمتری نسبت به تیرهای بتن معمولی نشان دادند .
[7]Yagashita et al. در سال 1994، با مطالعه بر روی 3 تیر با ابعاد 180 *120 میلیمتر، فقط 10 درصد سنگدانه بازیافتی در تیرهای بتن مسلح استفاده کردند و نتایج، حاکی از کاهش %10 مقاومت خمشی نهایی تیر با بتن بازیافتی بود .
در سال 2004، نیز تیرهایی با ابعاد 200 * 150 میلیمتر، جایگزینی 100 درصد سنگدانه بازیافتی، طول 1/4 متر و یک درصد آرماتور طولی را مورد آزمایش قرار دادند و نتایج آنها تغییر محسوسی را بین مقاومت خمشی بتن معمولی و بازیافتی نشان نداد.
[8]Ajdukiewicz and Kliszczewicz در سال 2007، تیرهای مستطیلی با ابعاد 300*200 میلیمتر با طول 2/5 متر و با درصد میلگردهای طولی 0/9 و 1/6 و با 100 درصد سنگدانه بازیافتی را مورد آزمایش قرار دادند و %3/5 کاهش مقاومت خمشی نهایی و همچنین تغییر شکل بیشتر نسبت به بتن معمولی را گزارش کردند .
[9]Sato et al. در سال 2007، 37 تیر با ابعاد 200 * 150 میلیمتر و به طول 2/8، 2/2 و 1/8 متر و با درصد آرماتورهای طولی مختلف - 0/59 ، 1/06 ، - 1/65 و با 100 درصد سنگدانه بازیافتی را مورد آزمایش قرار دادند . نتایج این آزمایش های تغییر شکل بیشتر، ترک های عریض تر بتن بازیافتی نسبت به بتن معمولی را گزارش کردند. ولی از نظر مقاومت خمشی نهایی تفاوت چندانی بین بتن بازیافتی و معمولی مشاهده نشد .
[11]Fathifazl et al. در سال 2009، تیرهایی با ابعاد 350 * 200 میلیمتر با جایگزینی 64 و 74 درصد سنگدانه بازیافتی و آرماتوهای طولی بین 0/5 تا 3/3 را مورد بررسی قرار دادند. نتایج بدست آمده، مقاومت خمشی نهایی یکسانی را در مقایسه با بتن معمولی در آزمایش ها گزارش کردند.
[12] Bai & Sun در سال 2010، بر روی تیرهایی با ابعاد 300 * 150 میلیمتر و طول 2/1 متر و سنگدانه های بازیافتی - بتن های با عمر 8 تا 10 ساله - با درصد جایگزینی 50 ، 70 ، 100 استفاده کردند و همانند مط العات گذشته تغییر شکل بیشتر و ترک های عریض تری برای تیرهای با سنگدانه بازیافتی گزارش کردند ولی مقاومت خمشی نهایی حدودا یکسانی با بتن معمولی مشاهده گردید.
[18] Choi et al. در سال 2013، تیرهایی با ابعاد 200*170 میلیمتر و با طول 2/30 متر با درصد جایگزینی 50 و 100 درصد رو مورد بررسی قرار دادند. نتایج بدست آمده حکایت از آن دارد که مقاومت خمشی نهایی تیر 20 درصد برای درصد جایگزینی % 100 کاهش پیدا می کند.
[13] Ignjatovic et al. در سال 2013، با آزمایش تیرهایی با ابعاد 300 * 200 میلیمتر و طول 3/5 متر در مقیاس واقعی با جایگزینی 50 و 100 درصد سنگدانه بازیافتی، نتایجی مشابه با بتن معمولی از نظر رفتار بار - تغییرمکان ، بار بهره برداری و مقاومت خمشی نهایی گزارش نمودند.
[14] Kang et al. در سال 2014، تیرهای بتن معمولی و با مقاومت بالا با ابعاد 280 *135 میلیمتر با جایگزینی تا % 50 سنگدانه بازیافتی با درصد آرماتور طولی 0/5 تا 1/8 را مورد آزمایش قرار دادند. نتایج آزمایش تعداد ترکهای بیشتر با مقدار کمتر ممان خمشی ترک خوردگی را برای تیر با بتن سنگدانه بازیافتی گزارش کردند. همچنین مشاهده کردند جایگزینی تا %30 سنگدانه بازیافتی باعث کاهش مقاومت خمشی نهایی نمی گردد ولی بیشتر از آن مقاومت خمشی نهایی را بصورت محدودی کاهش می دهد.
[15] Knaack and Kurama در سال 2014، تیرهایی با مقطع 150*230 میلیمتر و طول 2 متر با جایگزینی 50 و 100 درصد سنگدانه بازیافتی را مورد آزمایش قرار دادند و گزارش کردند که مقاومت خمشی نهایی تیرها با بتن بازیافتی را می توان با روابط آیین نامه های موجود برای بتن معمولی محاسبه کرد.
[16] Arezoumandi et al. در سال 2015، با جایگزینی 100 درصد سنگدانه بازیافتی در تیرهای بتنی با مقیاس واقعی - 450*300 میلیمتر و 3 متر طول - ، نحوه ترک خوردگی و مقاومت خمشی نهایی مشابهی را مشاهده کردند ولی ممان خمشی ترک خوردگی در بتن بازیافتی کمتر از بتن معمولی گزارش کردند.
[17] Evangelista et al. در سال 2016، تیرهایی با بتن معمولی و با ابعاد 200*120 میلیمتر و با طول 2 متر با جایگزینی 10، 30، 50 و 100 درصد سنگدانه بازیافتی را مورد آزمایش قرار دادند. نتایج آزمایش نشان می دهد که با جایگزینی سنگدانه بازیافتی تغییر شکل تیر افزایش پیدا می کند و همچنین مقاومت خمشی نهایی تیر حداکثر 12 درصد برای %100 جایگزینی سنگدانه بازیافتی کاهش پیدا می کند.
[19] Seara-paz et al. در سال 2018، با جایگزینی 20، 50 و 100 درصد سنگدانه بازیافتی در 6 تیر بتنی با مقیاس واقعی - 300 *200 میلیمتر و 3/56 متر طول - را مورد آزمایش قرار دادند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که ممان خمشی ترک خوردگی با افزایش درصد جایگزینی سنگدانه بازیافتی کاهش پیدا می کند.
[20 ] Pradhan et al. در سال 2018، با جایگزینی 100 درصد سنگدانه بازیافتی و 7 تیر بتنی با مقیاس واقعی - 314*200 میلیمتر و 2/4 متر طول - ، را مورد آزمایش قرار دادند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که با جایگزینی 100 درصد سنگدانه بازیافتی ممان خمشی ترک خوردگی و مقاومت خمشی نهایی کاهشی جزیی دارد.
