بخشی از مقاله
چکیده
نفوذ یون کلرید در سازههای بتنی مسلح در محیطهای دریایی، یکی از عوامل شروع خوردگی و شروع تخریب آن میباشد. یون کلرید با تخریب لایه محافظ روی میلگرد داخل بتن، منجر به شروع خوردگی فولاد در بتن میشود. برای بهبود دوام و شرایط بهرهبرداری از سازههای بتنی مسلح در شرایط مهاجم با دما، رطوبت و غلظت زیاد یون کلرید محیط مانند خلیج فارس، استفاده از انواع پوزولان توسط محققان مختلفی پیشنهاد شده است.
در این تحقیق، انتشار یون کلرید و مقاومت فشاری بتن حاوی پوزولان متاکائولن با درصد جایگزینی 5، 10 و 15 درصد و نسبت آب به سیمان 0/40 و همچنین بتن بدون پوزولان و با نسبت آب به سیمان 0/35، 0/40 ، 0/45 و 0/50 بررسی شده است. همه بتنها در دو شرایط آزمایشگاهی و شرایط جزر و مدی در سایت تحقیقاتی دانشگاه تهران واقع در جزیره قشم قرار گرفتند.
آزمونههای آزمایشگاهی پس از 3 ماه در معرض آب نمک طبق روش استاندارد، و آزمونههای در محل پس از 3 ، 9، 27 و 50 ماه در شرایط رویارویی جزر و مدی سایت تحقیقاتی مورد آزمایش نفوذ یون کلرید قرار گرفتند. نتایج نشان میدهد که استفاده از متاکائولن علاوه بر افزایش مقاومت فشاری، به شدت نفوذناپذیری بتن در برابر یون کلرید را بهبود میدهد . بنظر می رسد استفاده از 10 تا 15 درصد متاکائولن حالت بهینه مصرف این پوزولان چه از لحاظ مقاومتی و چه از نظر نفوذ یون کلرید میباشد . در طولانی مدت نیز، ضریب انتشار و غلظت یون کلرید سطحی طرحهای مختلف اختلاف بسیار کمتری با یکدیگر پیدا کردهاند ولی باز هم طرحهای حاوی متاکائولن دارای ضریب انتشار کمتر و غلظت یون کلرید سطحی بیشتری هستند.
.1 مقدمه
نفوذ یون کلرید در سازههای بتنی مسلح در معرض محیطهای دریایی یکی از مخربترین عوامل در بحث دوام سازه های بتنی می باشد. پدیده نفوذ یون کلرید باعث فعال شدن میلگرد داخل بتن میگردد و منجر به شروع خوردگی فولاد داخل بتن میشود. نفوذ یون کلرید در بتن تحت تاثیر عواملی نظیر آب و هوای گرم و همچنین غلظت زیاد نمک در آب دریا همانند شرایط خلیجفارس، تشدید می گردد. بر عمین اساس سرعت نفوذ و حتی تخریب در شرایط دمایی و محیطی خلیج فارس حدود 8 برابر شرایط محیطی دریای حوزه اسکاندیناوی و اقیانوس اطلس - منطقه نوردیک - میباشد. اختلاف دمای متوسط سالیانه این دو منطقه حدود 30 درجه سانتیگراد میباشد
نفوذ یون کلرید در بتن اشباع در شرایط غیر پایدار طبق رابطه 1 از قانون دوم فیک یا انتشار تبعیت میکند.
که در آن C غلظت یون کلرید در عمق از سطح بتن و در زمان t، و D ضریب انتشار یون کلرید در بتن میباشد.
با فرض ثابت بودن D، حل تحلیلی رابطه 1 برای شرایط مرزی C=cs - در حالت x=0 و - W 0 و شرایط اولیه C=ci - در حالت x>0 و - t=0 در رابطه 2 مشاهده میشود
که در آن erf - - تابع خطا مطابق رابطه 3، و erfc - - متمم تابع خطا مطابق رابطه 4 می باشد.
با توجه به رابطه 2 مشاهده میشود که کاهش ضریب انتشار یون کلرید میتواند نفوذ یون کلرید را کنترل نماید. پژوهشهای مختلف نشان داده اند که نسبت آب به سیمان و همچنین استفاده از مواد جایگزین سیمان نظیر پوزولانها میتواند تاثیر زیادی بر مقاومت های مکانیکی، نفوذپذیری و پارامترهای دوام بتن داشته باشد. کاهش نسبت آب به سیمان منجر به کاهش تخلخل بتن می شود و این کاهش می تواند باعث افزایش مقاومت فشاری و همچنین کاهش نفوذپذیری بتن گردد
بطور کلی، استفاده از پوزولانها نظیر متاکائولن باعث بهبود نفوذپذیری و دوام بتن می شود .[6] این بهبود ناشی از استفاده از پوزولان بخاطر بهبود توزیع ابعاد و ساختار حفرات مویینه خمیر سیمان داخل بتن، بهبود ناحیه انتقالی بین سنگدانه و خمیر سیمان، کاهش نفوذ یون کلرید، و همچنین افزایش مقیدسازی یون کلرید میباشد
مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی
متاکائولن یک پوزولان نسبتا رایج در پروژههای عمرانی میباشد که مطابق مطالعات انجام شده می تواند منجر به افزایش زیاد مقاومت فشاری و کاهش شدید نفوذپذیری آن گردد. مواد خام ورودی در تولید متاکائولن، رس کائولن می باشد. کائولن یک ماده معدنی بسیار ریز سفید و رسی است که بطور سنتی در تولید چینی استفاده شده است. با حرارت دهی مناسب رس کائولن، متاکائولن تولید می گردد. مشاهده شده است که درجه واکنشپذیری متاکائولن مشابه دوده سیلیسی است و با توجه به فرآیند تولید و همچنین مواد خام اولیه، گاهی واکنش پذیرتر نیز بوده است
شرایط رویارویی بتن در محیط بهره برداری میتواند تاثیر زیادی بر پارامترهای نفوذ یون کلرید نظیر ضریب انتشار و حتی غلظت یون کلرید سطحی داشته باشد. مطالعات انجام شده نشان میدهد که دو شرایط رویارویی جزر و مدی و پاشش جزو شدیدترین شرایط نسبت به شرایط قرارگیری در هوا و یا مغروق در آب، در زمینه نفوذ یون کلرید و خوردگی میلگرد در بتن میباشند
در این تحقیق، نتایج بررسی بلندمدت نفوذ یون کلرید در بتن برای بررسی اثرات نسبت آب به سیمان و همچنین استفاده از متاکائولن در شرایط آزمایشگاهی و همچنین در شرایط جزر و مدی در محیط دریایی خلیج فارس در سایت تحقیقاتی دانشگاه تهران در جزیره قشم ارائه میشود. به همین منظور، 4 طرح بدون پوزولان و با نسبتهای آب به سیمان مختلف 0/35 - ، 0/40، 0/45 و - 0/5 و 3 طرح حاوی متاکائولن جایگزین سیمان با درصد جایگزینی 5، 10 و 15 درصد و با نسبت آب به سیمان 0/40 ساخته شد و آزمایشهای مقاومت فشاری و نفوذ یون کلرید در بتن در شرایط آزمایشگاهی و در محل، بر روی آنها انجام گرفت.
2. برنامه آزمایشگاهی مواد و مصالح
سیمان مصرفی در این تحقیق سیمان پرتلند نوع 2 محصول کارخانه سیمان هرمزگان، و متاکائولن تهیه شده از شرکت آسان سرام میباشد. مشخصات سیمان و متاکائولن در جدول 1 ارائه شده است.
جدول -1 مشخصات سیمان و متاکائولن مصرفی
مصالح سنگی مصرفی شامل شن با حداکثر اندازه 19 میلیمتر و ار نوع سنگدانه آهکی شکسته و ماسه از نوع گردگوشه میباشد. در همه طرحها از 62 درصد شن و 38 درصد ماسه استفاده گردید. در ضمن در طرحهای حاوی متاکائولن و همچنین در سایر طرحها در صورت نیاز از افزودنی فوقروانکننده پلی کربوکسیلاتی برای دستیابی به روانی مناسب و پخش یکنواخت مواد سیمانی استفاده گردید.
طرحهای مخلوط
طرحهای استفاده شده در این تحقیق شامل 4 طرح بدون پوزولان و با نسبتهای آب به سیمان 0/35، 0/40، 0/45 و 0/50 و همچنین 3 طرح حاوی متاکائولن به میزان جایگزینی 5، 10 و 15 درصد مجموع موادسیمانی و با نسبت آب به سیمان 0/40 میباشد. جزییات طرحهای مخلوط استفاده شده در جدول 2 ارائه شده است.
