بخشی از مقاله
طرح اختلاط بهینهﺀ بتن غلتکی
چکیده
ساخت سدهابا شیوه بتن غلتکی فن آوری نسبتاﹰ جدیدی است که در چندسال اخیر توسعه روز افزونی یافته است. علت اصلی این توسعه، اقتصادی بودن، کاربرد مصالح منطقهای ارزان قابل دسترس و سرعت بالای اجرای این سدها بوده است.دراین تحقیق ابتدا اثر مصالح تشکیل دهنده بتن غلتکی یعنی سنگدانه ها، سیمان، آب و پوزولان ایـران (تـراس جـاجرود و تفتان ) برروی خواص مقاومتی بتن غلتکی بررسی شده و نسبتهای آنها در طرح اختلاط بتن غلتکی مورد ارزیابی قرار گرفته است. دراین طرح اختلاط ها تغییرات نوع سنگدانه و اثرات طبیعی و گردگوشه بودن ویا شکسته بودن آنها در تعیین نسـبت های بهینه جهت دستیابی به حداکثر مقاومت بررسی شده است.
کلیدواﮊهها:شبتنغلتکی، طرحاختلاط،پوزولانهای طبیعی، مقاومت فشاری، مقاومت برشیل
١-مقدمه
ساخت سدها با شیوه بتن غلتکی فنآوری نسبتاﹰ جدیدی است که در چند سال اخیـر توسـعه روزافزونی یافته و از کشورهای پیشرفته به کشورهای در حال توسعه و جهان سوم انتقال یافته است. علـت اصلی این گسترش، اقتصادی بودن، کاربرد مصالح بومی ارزان قابل دسترس و سرعت بـالای اجـرای ایـن سدها میباشد.بتن غلتکی با شیوه سدهای خاکی و با همان سرعت حمل و نقل، ریخته و متراکم میگـردد و خواص بتن را در حالت سـختشـدگی بدسـت مـیآورد. در سـاخت آن از مصـالح سـنگی بـا ویـژگی معمولی، سیمان و پوزولان استفاده میشود و کاربرد روزافزون پوزولان در این بتنها خواص درازمدت و دوام آنها را تحت تأثیر قرار داده است. کارهای تحقیقاتی بر روی خواص این نوع بتـن در سـاخت سـدها در جهان در سالهای اخیر متمرکز شده استب ١و٢م .موضوعات تحقیقاتی عمدتاﹰ در زمینـههـای مـواد و مصـالح تشـکیل دهـنده ایـن بتـن یعنـی سـنگدانه، سیمان،آب و پوزولان وتأثیر کمی و کیفی آنها در مقاومت و دوام در دراز مدت بوده است.
٢-مصالح بتن غلتکی
سیمان- سد بتن غلتکی را میتوان از انواع سیمانهای پرتلند ساخت. برای سدهای فـوق سـیمانهایی بـا مشخصات حرارت زایی پـایین نظیـر سـیمان پـرتلند نـوع ٤ اسـتفاده مـیشـود. در سـدهای فـوق همچنیـن سیمانهایی نظیر، سیمان نوع ٢، سیمانهای نوع (سیمان پرتلند پوزولانی) و سـیمانهای نـوع (سـیمان روباره آهنگدازی) نیز کاربرد داشته اند ب ١و٢م .سیمان استفاده شده در این تحقیق سیمان پرتلند نوع یـک و دو میباشدحپوزولان-در این تحقیق جهت جایگزینی قسمتی از سیمان با مواد پوزولانـی از پـودر تـراس جـاجرود استفاده شده است.نتایج حاصل از تجزیه شیمیایی آن در جدول ١ ارائه شده است.
جدول ١:تجزیه شیمیایی پوزولان تراس جاجرود(دماوند)
تراس جاجرود جزﺀ پوزولانهـای طبیعـی بـوده در تـرکیب بـا آهـک و آب شـرکت نمـوده و سـخت میگردد. بر اساس آزمایشهای انجام شده بر روی بتن غلتکی، بهترین نسبت برای مواد پوزولانی (تراس) به سیمان در حدود٢٠ درصد بدست آمده است که در این تحقیق از نتایج آن استفاده گردیدب ٣و٤م .
سنگدانه- بیشترین اندازه سنگدانه مورد استفاده در محدوده ٧٥ الی ٨٠ میلیمتر میباشد. چنانچـه بنظـر میرسد تمایل به سمت اندازههای حداکثر کوچکتر، بیشتر است که دلیل این تمایل جلوگیری از بوجود آمدن جدایی در سنگدانهها میباشـد.محـدوده فـوق بـرای سـنگدانههـای شکسـته بیـن٥٠ الـی٦٠ میلیمتـر وسنگدانههای طبیعی٤٠ الی٥٠ میلیمتر میباشدب ٥و٦م . شن مصرفی از نوع مصالـح رودخانهای با حد اکثر دانه های سنگی ٢٠ میلیمتـر دراسـتاندارد میباشدکه نتیجه آزمایش دانه بندیآندرجدول ٢ارائه شده است.
جدول ٢:دانهبندی شن
جدول ٣:دانهبندی ماسه
٣-طرح مخلوط بتن غلتکی
جهت طرحمخلوط بتن غلتکی ازروش طراحی مخلوط براساس استفاده شده است٧و٨م .مقدارآب مخلوط در حد رطوبت بهینه مصالح میباشد.جهت همخوانی نتایج آزمایش تراکم با نمونههـای بتن غلتکی، آزمایش تراکم برروی مصالح مخلـوط در داخـل قالبهـای مکعبـی شـکل سـاخت بتـن انجـام گرفتب ٩-١٢م . هدف بررسی تغییرات مقاومت با تغییـر آب و سـیمان مـی باشـد، بنـابراین آزمـایشهـای بصورت زیر انجام شده است:
در سری اول آزمایشها، هـدف بررسـی تغییـرات مقـاومت فشـاری و برشـی بـا تغییـر مقـدار آب در مخلوط میباشد.
در سری دوم آزمایشها، هدف بررسی تغییرات مقاومت فشـاری و برشـی بـا تغییـر مقـدار سـیمان در مخلوط میباشد. ٩ طرح مخلوط درجدول ٤ آورده شده است.
جدول ٤:مشخصات طرحهای اختلاط(وزن مصالح مخلوط در یک متر مکعب)
در سری سوم از آزمایشها، نمونههای از بتن غلتکی با استفاده از مصالح سنگی شکسـته سـاخته شـد.
در این سـری آزمـایشهـا ٥ طـرح اخـتلاط کـه هـر طـرح شـامل ٨ نمونـه مکعبـی ١٥سـانتیمتری (جهـت
آزمایشهای مقاومت فشاری و برشی) ساخته شده است. در این سری از طرحها دانـهبـندی مصـالح سـنگی براساس ودرصد رطوبت و مقدار مواد سیمانی براساس نتایج آزمایشهای قبلی میباشد و تنها
پارامتر متغیر دراین ٥ طرح نسبت شن به ماسه میباشد، که از نسبت٧٠به ٣٠ تا ٥٠بـه ٥٠متغیـر بـوده اسـت. درجدول٥ طرح مخلوط با مصالح سنگی شکسته ارائه شده است.
در سری چهارم از آزمایشها نمونههای از بتن غلتکی با استفاده از مصـالح سـنگی گردگوشـه سـاخته شد. دراین سری ازآزمایشها ٥ طرح اختلاط نظیر قسمت بالا(سری سوم) انجام شده اسـت. نتـایج طـرح مخلوط با مصالح گردگوشه درجدول ٦ ارائه شده است.
جدول ٥:مشخصات طرحهای اختلاط سری اول(وزن مصالح مخلوط در یک متر مکعب)
٤-تجزیه و تحلیل نتایج
در جدول7 میانگین آماری نتایج آزمایشها شامل وزن مخصوص، مقاومت فشاری و مقـاومت برشـی ارائه شده وبه منظور جمع بندی نتایج، مشخصات کلی مخلوط کـه شـامل مقـدار آب ومـواد سـیمانی هـر مخلوط میباشد، ذکر گردیده است
الف – بررسی اثر مقدار آب وسیمان برروی وزن مخصوص:
باتوجه به جدول ٧ مشاهده میگردد که با افزایش مواد سیمانی وزن مخصوص بتن غلتکی نیز افزایش مییابد. براساس آییننامه های طراحی مخلوط بتن غلتکی با افزایش مقدار مواد سیمانی، مقدار خمیـر بتـن
(آب، ریزدانه زیرالک ٢٠٠ ومواد سیمانی) افزایش مییابد، که علاوه بربهبودی عمـل روغـن کـاری بیـن مصالح سنگی، خمیربتن خلل وفرج داخل بتن را پرنموده وعملاﹰ بتن منسجمتر و با وزن مخصوص بیشتری حاصل میشود.
ب ـ بررسی اثرمقدار سیمان، مقدار آب و نسبت آب به سیمان برروی مقاومت فشاری :
منحنی تغییرات مقاومت فشاری با مقدار سیمان نشان دهنده تغییراتی مشابه بتن معمولی میباشد، یعنی با افزایش مقدار سیمان برمقاومت فشاری بتن غلتکی نیز افزوده شده و علت افزایش نیز علاوه بر اثر سیمان بعنوان یک ماده چسباننده،افزایش وزن مخصوص و کاهش نسبت میباشد ( شکل ١).
براساس نتایج آزمایش هـای انجـام شـده حداکثـر مقـاومت درصـورت اسـتفاده از مقـدار آب معـادل بارطوبت بهینه مصالح مخلوط حاصل می شود(شکل ٢).
