بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق اثر استفاده از سنگدانههاي آهکی بهعنوان جایگزینی براي سنگدانههاي معمول مورداستفاده در ساخت بتن که عموما سیلیسی هستند، همچنین استفاده از طرح اختلاط بهینه بهمنظور دستیابی به حداقل میزان نفوذپذیري، در برابر خوردگی اسیدي بتن بررسیشده است. بدین منظور، نمونههاي بتنی حاوي سنگدانههاي آهکی با طرح اختلاط بهینه ساخته شد و در محلول اسیدسولفوریک 5 درصد قرارداده شد و نتایج آزمایشهاي تغییر وزن، ابعاد و مقاومت فشاري با یکدیگر مقایسه گردید.
همچنین این نتایج با تحقیقات مشابه که در آنها از طرح اختلاط بهینه استفاده نشده بود مقایسه گردید. بر طبق نتایج بهدستآمده، نمونههاي حاوي سنگدانههاي آهکی نسبت یه نمونههاي شاهد 49 درصد در برابر با خوردگی مقاومتر بودند. همچنین با استفاده از طرح اختلاط بهینه، نمونههاي ساختهشده در این تحقیق 45 درصد در مقایسه با نمونههاي مشابه بدون استفاده از طرح اختلاط بهینه، در برابر خوردگی اسیدي مقاومتر بودند.
1. مقدمه
بتن با توجه به خواص منحصربهفردي که دارد، ازجمله مقاومت فشاري زیاد، مقاومت در برابرحرارت و قیمت نسبتاً ارزان، یکی از پرکاربردترین مصالح در انواع سازهها است. اما این ماده به دلیل ماهیت قلیایی که دارد در برابر اسید از خود ضعف نشان داده و دچار خوردگی میشود. بارانهاي اسیدي موجب خوردگی اسیدي سازههاي بتنی در شهرها میشوند، همچنین سازههاي موجود در تاسیسات جمع آوري و تصفیه فاضلاب عموماً از جنس بتن هستند و در تماس با فاضلاب دچار خوردگی اسیدي میشوند.
براساس براوردهاي صورتگرفته هزینههاي خوردگی در کشورهاي مختلف بهطور متوسط بین 1 تا 5 درصد درامد ناخالص ملی را شامل میشود.[1] در فاضلابروهاي شبکه جمعآوري فاضلاب، طی شرایط بیهوازي در سطح لولههاي بتنی فاضلاب در اثر فرایندهاي بیولوژیکی اسیدسولفوریک بیولوژیکی تولید میشود و این اسید به دلیل خاصیت قلیایی بتن، با آن وارد واکنش شده و در طی فرایندهاي شیمیایی منجر به تولید گچ و اترینگیت3 میشود که این دو ماده بهشدت خاصیت تورم زایی دارند، با افزایش حجم این مواد درون بتن فشارهاي داخلی به وجود میآید و این فرایند درنهایت باعث ایجاد ترك در جسم بتن و تخریب آن میشود.
با توجه به اهمیت موضوع خوردگی اسیدي بتن، تحقیقات گوناگونی درزمینهٔ یافتن راهی براي کاهش خوردگی اسیدي در بتن انجامشده است. در تحقیقی که توسط ديبلی و همکاران در سال 2009 انجام شد، اثر روکش کردن سطح بتن با انواع روکشهاي پلیمري ضد میکروب بررسی گردید، این محققین به نتایج مثبتی در مورداستفاده از برخی روکشها در کاهش خوردگی بتن دست پیدا کردند اما به مشکلاتی ازجمله چسبندگی این روکشها به سطح بتن و ترك خوردن آنها نیز اشاره کردند .[2]
مونتنی و همکاران در سال 2002 تأثیرات افزودن چهار نوع پلیمر و دوده سیلیس را بر روي دوام بتن در مقابل اسیدسولفوریک آلی بررسی کردند و نشان دادند که در اغلب موارد اضافه کردن پلیمر به بتن باعث افزایش روند انبساط نمونهها در فرایند خوردگی میگردد. این محققین به این نتیجه رسیدند که استفاده از پلیمر باعث کاهش نفوذپذیري بتن و درنهایت کاهش خوردگی اسیدي آن میشود .[3]
در تحقیقی دیگر که توسط چانگ و همکاران در سال 2005 صورت پذیرفت، با انجام آزمایشیهایی بر روي نمونههاي تهیهشده از سنگدانههاي آهکی و سیلیسی و با استفاده از مواد سیمانی ازجمله دوده سیلیس، خاکستر بادي و سیمان روباره کوره آهنگدازي، مشخص گردید که ازنظر شاخص تحمل بار، نمونههاي آهکی دوام بیشتري در برابر خوردگی دارند .[4] در تحقیقاتی که در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن انجام پذیرفت، تأثیر استفاده از طرح اختلاط بهینه در افزایش مقاومت بتن در برابر نفوذپذیري و خوردگی اسیدي بررسی گردید.
بر طبق نتایج بهدستآمده، بتن ساختهشده با طرح اختلاط بهینه در برابر نفوذ اسید مقاوم بوده و همچنین به دلیل دارا بودن ساختاري متراکم، از مقاومت فشاري بالایی نیز برخوردار است .[5] در مقالهاي که توسط الک و همکاران ارائه شده، اشارهشده است که جایگزینی سیمان پرتلند معمولی با سیمان همراه با مواد روباره کوره آهنگدازي، توانایی مقاومت سیمان را در برابر خوردگی افزایش میدهد .[6]
در تحقیقی که توسط محسن ساداتیان انجام شد، تأثیر استفاده از سنگدانههاي آهکی بجاي سنگدانههاي سیلیسی در افزایش مقاومت بتن در برابر خوردگی اسیدي بررسی گردید، در این تحقیق به اثر مثبت تغییر سنگدانههاي سیلیسی به آهکی در کاهش خوردگی اسیدي از طریق اندازهگیري وزن، ابعاد و مقاومت فشاري نمونههاي بتنی اشارهشده است .[7]
2. مواد و روشها
در مقالات و تحقیقات مختلف به سه روش براي سنجش خوردگی اشارهشده است، این سه روش عبارتاند از: روش آزمایش در محل، روش بیولوژیکی و روش شیمیایی .[8] در این تحقیق از روش شیمیایی و آزمایشهاي شتابدار براي بررسی روند خوردگی استفادهشده است. براي شبیهسازي محیط خورنده عموماً از محلول اسیدسولفوریک %1 تا %5 استفاده میشود، هرچه که غلظت اسید بیشتر گردد سرعت فرایند خوردگی در نمونههاي آزمایش افزایش مییابد اما دقت نتایج آزمایش نسبت به واقعیت کاهش مییابد .[8] در این تحقیق از محلول اسیدسولفوریک %5 استفاده شد که pH محلول در چنین حالتی در حدود 0/5 بود. روشهاي بهکاررفته براي ساخت نمونههاي بتنی و آزمایشهاي انجامشده در این تحقیق مطابق استاندارد ASTM-C267 بوده است .[9]
براي ساخت نمونههاي بتنی از دو سري قالب استوانهاي استفاده شد، ارتفاع این قالبها همگی دو برابر قطرشان بود. براي سنجش تغییرات مقاومت فشاري از قالبهاي فلزي با ارتفاع 200 میلیمتر و قطر 100 میلیمتر و براي سنجش تغییرات وزن و ابعاد، از قالبهاي ساختهشده توسط محقق از جنس PVC با ارتفاع 72 میلیمتر و قطر 36 میلیمتر استفاده شد.
دلیل استفاده از این ابعاد براي قالبها محدودیت حداکثر وزن قابلسنجش توسط ترازوهاي مشخصشده در استاندارد است. براي ساخت نمونهها از دو سري سنگدانه استفاده شد، سنگدانههاي عادي از جنس سیلیس و سنگدانههاي آهکی، طرح اختلاط استفادهشده براي قالب کوچک با طرح اختلاط استفادهشده در قالبهاي بزرگ تفاوت دارد و دلیل این تفاوت محدودیت در حداکثر اندازه سنگدانه براي این قالبها میباشد.
باقی مراحل ساخت نمونهها براي دو سري نمونه، کاملاً مشابه یکدیگر میباشد. سنگدانههاي مورداستفاده در نمونههاي سیلیسی از مصالح سنگدانهاي عادي مورداستفاده در بتن در شهر تهران تهیه گردید،اما سنگدانههاي آهکی مورداستفاده در نمونههاي آهکی از معدن اسبچران واقع در 5 کیلومتري شهر دماوند تهیه گردید. براي بررسی میزان مواد غیرقابلحل در اسید سنگ دانه ها، آزمایشی طبق دستور آزمایش Tex-612-J ترتیب داده شد .[10] طبق این آزمایش میزان مواد غیرقابلحل در اسید سنگدانههاي سیلیسی %82 و سنگدانههاي آهکی %7 بود.
سیمان مورداستفاده در ساخت نمونه ها، سیمان تیپ پنج کارخانه سیمان تهران است که این سیمان ضد سولفات بوده و مورداستفاده در کارخانههاي لولهسازي و همچنین سازههاي در معرض خوردگی میباشد. طرح اختلاط استفادهشده در این تحقیق بر طبق روش ACI بوده و بهمنظور به دست آوردن ترکیبی که کمترین میزان نفوذپذیري را داشته باشد، براي دانهبندي مصالح سنگدانهاي از روابط و منحنی فولر و تامسون - نمودار شکل - 2 استفاده گردیده است .[5] در جدول 1 دانهبندي و در جدول 2 طرح اختلاط بکار رفته در ساخت نمونههاي بتنی مشخصشده است.
