بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به بررسی عوامل و شناسایی مصالح کاهنده انقباض داخلی بتن می پردازد. چرا که انقباض یکی از علل عمده ترک خوردگی و کاهش عمر سازه های بتنی می باشد. در این میان در دو دهه اخیر بهره گیری از روش های عمل آوری داخلی با استفاده ازسنگدانه های متخلخل به منظور کاهش خشک شدگی داخلی بتن به طور چشمگیری رشد یافته و نتایج موفقیت آمیزی به همراه داشته است. مصالح به عمل آورنده داخلی وقتی به طور مناسب مورد استفاده قرار می گیرند قادرند به وسیله ی ایجاد یک منبع آب در درون ساختار میکروسکوپی خود انقباض را تا حد زیادی کاهش دهند.
این کاهش انقباض از طریق آزادسازی آب ذخیره شده در منافذ صورت می گیرد و وقتی آن را به خمیر در حال هیدراسیون می دهد اشباع بودن خمیر حفظ شده و از انقباض جلوگیری می شود. در این مقاله به بررسی عملکرد دونوع سنگدانه سبک، لیکا و زئولیت پرداخته شده و میزان اثر گذاری این سنگدانه هابه عنوان مصالح عمل آورنده داخلی مورد مطالعه قرار گرفته است که نتایج نشان دادند که زئولیت بر خلاف لیکا عامل مناسبی برای به عمل آوری داخلی نیست زیرا که لیکا قابلیت دفع و انتشار آب در رطوبت نسبی بالا را داراست اما زئولیت آب را تا رطوبت نسبی پایین در خود نگه می دارد. درنهایت اثر سبکدانه های ریز در بتن های توانمند مورد بررسی قرار می گیرد.
-1 مقدمه
بتن معمولی که از سیمان پرتلند و سنگدانه های طبیعی ساخته می شود، دارای نقاط ضعفی است که تلاش برای کاهش آن ها منجر به نوآوری در ساخت بتن های مخصوص گردیده است. به طوری که امروزه تحقیقات گسترده ای برای ساخت بتن های پرمقاومت با استفاده از سنگدانه های سبک صورت گرفته است.
تحقیقات صورت گرفته بر روی ساختار سنگدانه های سبک بیانگر این مهم می باشدکه وزن سبک این سنگدانه ها به خاطر ساختار ذره بینی لانه زنبوری یا بسیار متخلخل آن ها است. همچنین به دلیل وجود همین ساختار متخلخل، این سنگدانه ها در عمل آوری داخلی بتن نیز کاربرد فراوانی داشته اند[1] و فرایند عمل آوری داخلی بتن را راحت تر و کامل تر انجام می دهند. از انواع این سنگدانه های سبک می توان به لیکا اشاره کرد که می تواند به عنوان ماده جاذب رطوبت پس ازاشباع شدن با آب در درون ساختار بتن قرار گرفته و آب جذب شده در ساختار متخلخل خود را در زمانی طولانی به بتن پس دهد و باعث تداوم فرایند هیدراسیون سیمان در دوره عمل آوری گردد. همچنین می تواند انقباض ناشی از خشک شدگی داخلی بتن را به میزان چشمگیری کاهش دهد و درنتیجه منجر به افزایش دوام بتن در برابر عوامل مخرب محیطی نیز گردد.
-2 انقباض
انقباض یکی از رایج ترین پدیده هایی است که در بتن اتفاق می افتد و منجر به کاهش حجم بتن و ایجاد کرنش های محوری ناشی از جمع شدگی در آن می گردد. همچنین در صورت مقید کردن جمع شدگی بتن توسط سنگدانه ها و یا عوامل خارجی، کرنش های به وجود آمده در آن موجب ایجاد تنش های داخلی گردیده که درنهایت منجر به ترک خوردگی داخلی دربتن می گردند. ترک های ایجاد شده در بتن باعث تسهیل در ورود عوامل مهاجم نظیر کلرید ها، سولفات ها و CO2 به درون بتن گردیده، درنتیجه دوام وعمرخدمت دهی بتن را به میزان چشمگیری کاهش می دهد.
یکی از عوامل مهم و مؤثر در انقباض، خشک شدگی داخلی و خارجی بتن می باشد.4]و[5 هنگامی که آب به واسطه تماس با محیط مجاور، ازسطح بتن تازه تبخیر می شود باعث به وجود آمدن انقباض و ترک خوردگی در سطح بتن می گردد که به این پدیده انقباض ناشی از خشک شدن خارجی می گویند. 6]و[7 هنگامی که آب به منظور انجام واکنش شیمیایی سیمان درمحیط داخلی خمیر مورد مصرف قرار می گیرد، مقدار قابل ملاحظه ای آب بسته به رطوبت محیط و تخلخل خمیر در آن محبوس می گردد واز آن جا که از دست رفتن آب خمیر به صورت مداوم، بر اساس کاهش رطوبت نسبی صورت می پذیرد بتناصطلاحاً دچار خود خشک شدگی می گردد که به آن خشک شدگی داخلی نیز می گویند.
-1 -2 روش های کنترل انقباض
-1 -1 -2 استفاده از نسبت آب به سیمان کمتر
-2-1 -2 کاهش میزان پوزولان و دوده سیلیسی در صورت استفاده
-3 -1 -2 افزایش حجم سنگ دانه های مصرفی
-4 -1-2 استفاده از عمل آورنده های داخلی نظیردانه های سبک وزن متخلخل - لیکا، زئولیت - ، پلیمرهای سوپرجاذب - sapٌ - [8] و سنگدانه های بازیافتی
-5-1 -2 استفاده از سیمانی که C2S بیشتری دارد
از میان موارد بالا عمل آوری داخلی یکی از بهترین روش ها است زیرا که آب مورد نیاز هیدراسیون را تولید و روزنه ها و شبکه های موجود در مخلوط را اشباع نگه می دارد.
-3 عمل آوری
عمل آوری به مجموع عملیاتی گفته می شود که برای ادامه واکنش های هیدراسیون سیمان بلافاصله بعد از ریختن بتن در قالب اعمال می شود و شامل کنترل زمان، درجه حرارت و رطوبت می باشد. اگر عمل آوری بتن به صورت کامل صورت نگیرد هنگامی که خمیر سیمان اشباع در رطوبت معمولی محیط اطراف خود قرار می گیرد از لحاظ ابعادی پایدار نمی ماند و دراین محیط غیر اشباع به علت آنکه ژل C-S-H مقداری از آب جذب شده خود را از دست می دهد، لذا تغییر شکل ناشی از جمع شدگی پیدا می کند. بنابراین خمیر دچار کرنش می گردد که در نهایت منجر به ترک خوردگی و کاهش عمر سازه های بتنی می گردد. به همین دلیل عمل آوری فرایند بسیار مهمی در کسب مقاومت و خواص دوام در بتن می باشد.
معمول ترین روش و یکی از روش های بسیار مؤثر در محدود کردن انقباض، از طریق عمل آوری خارجی صورت می گیرد. که این عمل به وسیله مرطوب نگه داشتن سطح خارجی بتن که در مجاورت با هوا قرار دارد، صورت می گیرد. همچنین میتوان به منظور جلوگیری از تبخیر رطوبت سطحی بتن، ازغشایٍ نفوذ ناپذیر یا مواد شیمیایی استفاده کرد.
البته لازم به ذکر است برای حفظ رطوبت در سطح بتن این کار باید به صورت مداوم انجام گیرد. با این حال در برخی شرایط به دلیل دسترسی دشوار، وقت گیر بودن و ملاحظات اقتصادی این عمل امکان پذیر نمی باشد. همچنین دلیل اصلی که باعث عدم کارایی عمل آوری خارجی دربتن می گردد، عدم عمل آب رسانی به سطوح داخلی بتن از خارج به دلیل وجود منافذ موئین در خمیر سیمان می باشد که در پی آن با رشد فزاینده جمع شدگی خود به خودی ناشی از خشک شدگی و تهدید دوام بتن رو به رو هستیم. به طور مثال در استفاده از بتن هایی با نسبت آب به سیمان کم به دلیل آن که ریز ساختار این نوع بتن ها دارای منافذ بسیار ریز موئین می باشد اجازه نفوذ آب را نداده و فقط آب در لایه های سطحی نفوذ می کند.
-4 عمل آوری داخلی
عمل آوری داخلی به فرایندی گفته می شود که در آن ذخیره آب درونی در بافت بتن توزیع می گردد. به طوری که این منابع حاوی مقدار زیادی آب می باشند و هنگام سخت شدن بتن آن را آزاد می کنند. این آزاد سازی به بازیابی قسمتی از آب که در خشک شدگی درونی و بیرونی از دست رفته است کمک شایانی می کند. به عبارت دیگر این روش که به روش خود عمل آورنده نیز معروف است شامل اضافه کردن مصالحی با تخلخل بالا در آب نظیر دانه های سبک وزن متخلخل - لیکا،زئولیت - ،پلیمرهای سوپرجاذب - - sap و سنگدانه های بازیافتی است که در طول فرایند اختلاط بتن به آن اضافه می گردندو به عنوان یک عمل آورنده در داخل بتن مورد استفاده قرار می گیرند،
درنتیجه سبب به تأخیر انداختن و یا کاهش تبخیر آب از بتن سخت شده می گردند. همچنین باعث افت فشار بخار آب و درنتیجه کاهش تبخیر آب نیزخواهندشد. مزیت استفاده از این مواد زمانی مشهود می گردد که نگهداری آب برای چنین مخلوط هایی با بتن های معمولی مورد مقایسه قرار گیرد. همچنین بتن خود عمل آورنده در مقایسه بابتن معمولی کمتر در معرض فرایند خشک شدگی قرار می گیرد.
نکته مهمی که در عمل آوری داخلی بتن بیش از جذب آب اهمیت دارد، توانایی آزاد سازی آب هنگام بلوغَ بتن است که این مهم توسط جنسن و همکاران درباره ی مفهوم جنبشی و ترمودینامیکی آب در هیدراسیون خمیر سیمان بحث واثبات شده است
نتایج آزمایشات نشان می دهند که جمع شدگی ناشی از خشک شدگی بعد از 24 ساعت به طور قابل ملاحظه ای قابل کنترل است و استفاده از سبکدانه اشباع در حذف این جمع شدگی و حتی ایجاد تورم بسیار مؤثر می باشد. همچنین نتایج آزمایشات نشان می دهند که عملکرد سنگدانه های ریز نسبت به سنگدانه های درشت بهتر بوده و افزایش مقدار سنگدانه های سبک، که توانایی جذب و دفع آب بالایی دارند درکاهش جمع شدگی اثر به سزایی دارند.
-5 سنگدانه های متخلخل
سنگدانه متخلخل، سنگدانه ای است که دارای خلل وفرج بسیار بوده و می تواند درصد بالایی آب در خود ذخیره کند.
عملکرد سنگدانه های متخلخل به عنوان عمل آورنده داخلی با ریز ساختار آن ها رابطه مستقیم داشته، به طوری که میزان جذب ودفع آب در این سنگدانه ها تا حدود زیادی به اندازه حفرات متخلخل و ساختار حفرات موجود در آن ها بستگی دارد. تحقیقات صورت گرفته در این زمینه نشان می دهندکه اندازه بهینه حفرات موجود در ساختار سنگدانه ها برای آن که به عنوان یک عمل آورنده داخلی خوب محسوب گردند، باید حدود 100نانومتر باشند.
2 غشا و فرایند های غشایی به صورت مانع انتخابی است که در زمان های مختلف و به ترکیبات خاص و سایر ترکیبات موجود در محیط مایع اجازه ی عبور می دهد.
3 از آن جا که درجه هیدراسیون سیمان تابع زمان ودما است مقاومت بتن ممکن است برمبنای مفهوم بلوغ، که به صورت تابعی از زمان و دمای عمل آوریارائه می شود، بررسی می گردد.
