بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد بتن غلتکی در روسازی در حال گسترش میباشد. از آنجایی که روسازیها معمولا در معرض شرایط محیطی مخرب میباشند، دوام روسازی بتن غلتکی حائز اهمیت میباشد. پوستهشدگی ناشی از نمکهای یخزدا، یکی از خرابیهای رایج در روسازی های بتنی در معرض نمک میباشد. با توجه به انرژی زیاد مصرفی برای تولید سیمان، تلاشهای گستردهای برای جایگزین آن در بتن صورت گرفته است. پوزولانهای طبیعی، یکی از مواد پیشنهادی جایگزین سیمان در بتن میباشد. توف آتشفشانی، یکی از پوزولانهای طبیعی می باشد که عمدتا به صورت گسترده در بسیاری از کشورها از جمله ایران یافت میشود.
در این تحقیق، هدف اصلی، بررسی تاثیر توف آتشفشانی بر مشخصات دوام بتن غلتکی در بخش آزمایشگاهی میباشد. مقاومت فشاری، مقاومت کششی دو نیم شدن، جذب آب مویینه و پوسته شدگی ناشی از نمکهای یخزدا، آزمایشات صورت گرفته بر روی نمونههایی با درصدهای متفاوت جایگزینی توف آتشفشانی می باشد. بطور کلی، کاربرد توف آتشفشانی به عنوان مواد جایگزین سیمان در بتن غلتکی، اگرچه مشخصات دوام را کمی کاهش میدهد، اما نتایج در حد قابل قبول میباشند. لذا، توف آتشفشانی جایگزین مناسبی برای سیمان در بتن غلتکی روسازی در راستای توسعهی پایدار میباشد.
-1 مقدمه
بتن غلتکی، بتنی با اسلامپ تقریب صفر میباشدکه با استفاده از مصالحی همچون بتن معمولی ساخته میشود. اما میزان مواد چسباننده در این بتن بطور نسبی کمتر از بتن معمولی میباشد. [1-3 ] بتن غلتکی، گزینهای مناسب برای ساخت برخی از سدهای ثقلی و روسازیها میباشد.[4] بتن غلتکی روسازی در ساخت رویههای جادهای، عرشه پل ها، باند فرودگاهها، پارکینگها وغیره کاربرد دارد
در اوایل سال 1980 میلادی، ارتش مهندسین ایالات متحده، شروع به تحقیق و کاربرد بتن غلتکی در روسازی برای تاسیسات نظامی کردند. از آن پس، تلاش های زیادی در راستای ارتقا و استانداردسازی استفاده از بتن غلتکی در ساخت روسازی و بتن حجیم صورت گرفت. کاربرد گسترده بتن غلتکی در روسازی، به دهههای گذشته در شمال ایالات متحده بازمیگردد.[6] بتن غلتکی روسازی به جهت نیاز به هزینه کمتر، حجم و سرعت بالا در ساخت روسازیهای صنعتی توسعه یافت. روسازی ها معمولا بارهای دینامیکی را در معرض محیطهای مهاجم تحمل میکنند. روسازی بتنی با عملکرد بالا، مستلزم داشتن پارامترهای دوام مناسب همچون مقاومت میباشد.
استفاده از مواد جایگزین سیمان همچون پوزولانهای طبیعی، دوام بتن را بهبود بخشیدهاند.[8] همچنین، کاربرد پوزولان طبیعی در بتن فواید فنی زیادی از قیبل ارتقای نفوذناپذیری و دوام در برابر محیطهای شیمیایی، افزایش مقاومت در برابر ترکهای حرارتی و افزایش مقاومت نهایی دارد.[9-12] تراس، نام محلی یکی از توف های آتشفشانی در دسترس در نقاط مختلف ایران میباشد.
دوام سازههای بتنی دارای پیامدهای مهم اقتصادی، اجتماعی و زیستمحیطی میباشد. این موضوع، به ویژه در مناطق سرد که در آن بتن در معرض خطر سیکلهای ذوب و یخ و حملات فیزیکی و شیمیایی از جانب مواد شیمیایی یخزدا میباشد، پررنگتر است.
پوسته شدگی ناشی از نمک های یخزدا، یکی از خرابیهای متداول در بتن هایی میباشد که در در معرض محیط های دارای نمک میباشند. پوستهشدگی ناشی از نمکهای یخزدا، به عنوان یک خرابی سطحی در اثر یخ زدن محلول نمک بر سطح بتن تعریف میشود
پوسته شدگی به پوست انداختن و خرابی تدریجی سطح بتن مربوط میگردد که معمولا در اثر سیکلهای ذوب و یخ ایجاد میشود.[17] پوستهشدگی ناشی از نمک های یخزدا با جدایش ورقهای کوچک یا دانه های مواد سیمانی یا ملات توصیف میشود.[18] سازوکار مربوط به پوستهشدگی سطوح بتنی همچنان به طور کامل تعیین نگشته است
برخی از تحقیقات نشان دادهاند که پوزولانهای طبیعی، مقاومت و مشخصات دوام بتن را بهبود میدهند8] و .[1 یاسین و همکاران.[21] تاثیر توف آتشفشانی بر مقاومت فشاری بتن را مورد ارزیابی قرار دادهاند. آنها به این نتیجه رسیدند که جایگزینی سنگدانه ریز با %20 توف آتشفشانی قهوهای و خاکستری رنگ، مقاومت فشاری بتن را %10 افزایش میدهد. برخی از تحقیقات، تاثیر پوزولانهایی همچون توف آتشفشانی را بر مشخصات دوام بتن غلتکی و بتن غلتکی روسازی مورد بررسی قرار دادند.
مردانی- آقاباگلو و همکاران[22]، مقاومت در برابر سیکل های ذوب و یخ و نیز مشخصات لازم جهت انتقال بتن غلتکی روسازی با میزان بالای خاکستر بادی را که بر اساس روش حداکثر چگالی طراحی گشته بود، مورد بررسی قرار دادند. مدحخان و همکاران[3]، تاثیر توامان پوزولانها در کنار الیاف فلزی و پلیپروپیلن را بر مشخصات مکانیکی روسازیهای بتن غلتکی بررسی کردند. آنها گزارش کردند که در طرحهایی با جایگزینی سیمان با خاکستر بادی، افزایش میزان خاکستر بادی، تاثیر معکوس بر عملکرد دوام بتن تا سن 90 روزه داشته است.
برخی از تحقیقات مبین آن هستند که پوزولانها مقاومت بتن در برابر پوستهشدگی ناشی از نمکهای یخزدا را بهبود میبخشند.[23-27] لیو و هنسن[28] دوام ذوب و یخ بتن های با مقاومت بالا را در معرض نمکهای یخزدا مورد بررسی قرار دادند. نیلی و ظاهری[27] مقاومت روسازیهای بتن غلتکی هوازایی نشده را در برابر پوسته شدگی ناشی از نمک های یخزدا مطالعه نمودند. آنها به این نتیجه رسیدند که دودهسیلیس مقاومت فشاری را بهبود میبخشد. همچنین، پوستهشدگی نیز با کاهش دوره یخ زدن در سیکل های یخ زدن و ذوب شدن، کاهش مییابد.
-2 روند آزمایشگاهی
در این بررسی، مجموعهای از آزمایشات به منظور بررسی تاثیر میزان توف آتشفشانی بر مشخصات دوام روسازی بتن غلتکی انجام شده است. در ادامه، به جزئیات هر یک از این آزمایشات پرداخته میشود.
-1-2 مواد و مصالح
سیمان پرتلند 1-425 مطابق با استاندارد ASTM C150 مورد استفاده قرار گرفت.[29] ترکیبات توف آتشفشانی بدست آمده از آزمایش XRF در جدول 1 به نمایش درآمده است.
جدول -1 ترکیبات توف آتشفشانی مورد استفاده در این تحقیق
سنگدانه های درشتدانه آهکی طبیعی اصفهان با حداکثر قطر 19 mm و سنگدانههای ریز، از معدن محلی تهیه گشتند. دانه بندی سنگدانهها مطابق راهنمای ACI 325 بود.[30] آب مورد استفاده در اختلاط ملات و بتن، آب آشامیدنی اصفهان بود. در اختلاط بتن، از مواد کاهنده آب با پایه پلیکربوکسیلات اتر استفاده شد. میزان پیشنهادی استفاده از آن در بازه %0,4-0,7 مواد سیمانی بود.
-2-2 طرحهای اختلاط بتن
در این بررسی، چهار طرح اختلاط با 0، 15، 20 و %25 جایگزینی توف آتشفشانی با سیمان در نظر گرفته شد. طرح های اختلاط و چگالی خشک نمونههای بتنی در جدول 2 به نمایش درآمده است. طرحها مطابق ACI 325 و با تغیر میزان پوزولان و در چند مرحله تهیه گشتند.
جدول -2 طرحهای بتنی مورد استفاده در این تحقیق
-3-2 آمادهسازی و عملآوری
به دلیل ماهیت نسبتا خشک بتن غلتکی روسازی، به جهت ساخت بتن، از مخلوطکن 60 لیتری با بازوهای محرک استفاده شد. کارایی نمونههای بتن غلتکی مطابق استاندارد ASTM C170 مورد ارزیابی قرار گرفت.[31] نمونهها در سه لایه در قالبهای استوانهای 30×15 cm مطابق استاندارد ASTM C1557 تهیه شدند.[29] قالبها بر روی میز وی بی بسته شده و پس از قرارگیری وزنه دایروی به وزن 9,1 kg بر روی نمونه ها، دستگاه تا زمان مشاهده شیره بتن در جداره روشن بود. این فرآیند سه مرتبه تکرار شد. نمونههای استوانهای تهیه شده برای این آزمایش، تا موعد آزمایش در دمای آزمایشگاه - 25 c - در محلول آب آهک نگهداری شدند.
-4-2 اندازهگیری مشخصات بتن با مقادیر متفاوت توف آتشفشانی
آزمایشات مقاومت فشاری مطابق استاندارد [32] ASTM C39، مقاومت کششی دو نیم شدن مطابق [33] ASTM C496M-11، پوستهشدگی ناشی از نمکهای یخزدا مطابق [34] ASTM C672/C672M-12 و جذب آب مویینه مطابق [35] ASTM C1585-13، انجام شدند.
-3 نتایج و بررسیها
-1-3 مقاومت فشاری
نتایج مقاومت فشاری نمونه های بتنی در زمانهای عملآوری 7، 28، 90 و 180 روزه در شکل 1 به نمایش در آمده است. همانطور که ملاحظه میگردد، افزایش میزان توف آتشفشانی، مقاومت فشاری را در تمامی سنین کاهش داده است. این موضوع عمدتا به دلیل افزایش نسبت آب به سیمان در مقایسه با طرحهای بدون توف آتشفشانی میباشد. از آنجایی که مشخصات یکسان میباشد، افزایش نسبت آب به سیمان، مقاومت فشاری را کاهش میدهد. باید به این نکته اشاره کرد که جایگزینی توف آتشفشانی به خودی خود، کاهش مقاومت کمی را منجر میگردد. در مورد رشد مقاومت فشاری در تمامی طرحهای اختلاط، میتوان نتیجه گرفت که عمده فعالیت پوزولانی توف آتشفشانی در سنین اولیه رخ داده است.
