بخشی از مقاله
چکیده
به منظور کاهش ریسک حوادث ناشی از تصادف قطار با خودرو ها و کاهش آلودگی هوا و محیط زیست، تونل تهران تبریز - با طول 6 کیلومتر - ، خط ریلی را در منطقه 17 و 18 تهران به زیر زمین انتقال میدهد.
روش اجراي این تونل پوش و کند می باشد بدین صورت که ابتدا شمعهاي کناري و میانی اجرا شده و بعد از آن سقف تونل تکمیل می گردد. با توجه به حجم زیاد پروژه بهینه سازي مواد افزودنی تأثیر زیادي در خواص بتن و همچنین هزینه هاي تمام شده بتن داشته است.
از این رو براي اقدام به بررسی حجم زیادي از مواد افزودنی در پروژة راه آهن تهران تبریز گردید. با توجه به تأثیر مواد روان کننده بر فاز دوغاب و همچنین براي افزایش دقت آزمایشها، تأثیر روان کننده ها بر فاز دوغاب بررسی گردیده و پس از اطمینان از خواص مناسب روانی و دیرگیري آنها اثر آنها بر مقاومت فشاري طرح اختلاط بررسی گردید. در نهایت روان کننده هاي اصلی و جایگزین انتخاب و به پروژه معرفی میگردید.
-1 مقدمه
افزودنیهاي کاهنده قوي آب میتوانند براي کاهش مقدار آب بتن بکار روند. با استفاده از این مواد، بتن با نسبت آب به سیمان پایین - حتی خیلی پایینتر از 0/28 با مقاومت بالا - به همراه حفظ اسلامپ زیاد - بیش از - 3 in – 75 mm تولید می-شود. امروزه ساخت بتنقتصاديا و با کیفیت مناسب بدون مواد افزودنی و روان کننده تقریباً ناممکن است.
در پروژه انتقال راه آهن تهران تبریز به زیر زمین، انواع مختلفی از بتن ها - شمع، بتن مسلح دالهاي درجا و بتن پیش ساخته و ... - با حجم کل حدود 400000 متر مکعب وجود دارند. در تمام انواع این بتنها براي بهبود خواص بتن تازه و سخت شده و کاهش میزان سیمان یعنی اقتصادي نمودن طرحهاي اختلاط ، نیاز به استفاده از مواد افزودنی روان کننده مناسب وجود داشته است. درخرداد 88 بررسی کاملی بر روي روان کننده هاي مختلف انجام گرفت که نتایج آنها در این مقاله آمده است.
-2 کلیاتی در مورد مواد روان کننده
افزودنیها در ACI 116R و در ASTM C126 بدینگونه تعریف شده اند: »موادي به جز آب، سنگدانه، سیمان هیدرولیکی و فیبرهاي مسلح کننده که به عنوان اجزاء تشکیل دهنده بتن یا ملات بکار رفته و بلافاصله قبل یا هنگام اختلاط به میکسر اضافه می شوند.« با توجه به طیف گسترده این مواد در کشورهاي مختلف، طبقه بندي آنها متفاوت است و علیرغم پراکندگی زیادي که در این طبقه بندي ها وجود دارد اغلب این طبقه بندیها بر اساس عملکرد اصلی، یا عملکرد ثانویه مواد افزودنی بر روي بتن تازه و یا سخت شده انجام گرفته است. از آنجا که در پروژة راه آهن تنها مواد روان کننده با حفظ خاصیت روانی مورد استفاده قرار میگیرند ، در این گزارش تنها به مواد روان کننده و دیرگیر کننده پرداخته میشود.
افزودنیهاي کاهنده آب براي ساخت بتن با مقاومت زیاد، کسب مقاومت مشخص با مقدار سیمان کمتر یا افزایش اسلامپ مخلوط بدون افزایش مقدار آب، استفاده میشوند. این مواد همچنین براي بهبود خواص بتن حاوي سنگدانههاي خشن یا بد دانه بندي شده یا هر دو بکار رفته و یا براي بتنریزي تحت شرایط سخت استفاده میشوند. همچنین این مواد زمانی که بتنریزي وسایلبا پُمپ و یا قیف - لوله - انجام میشود، مفید هستند.
روان کننده ها موادي هستند که با تأثیر بر سیمان ، به طرق مختلف - از طریق تغییر بارالکتریکی بین سیمان و آب ،ایجاد مولکولهاي پلیمري و ... - روانی بتن را افزایش میدهند. مهمترین موادي که بعنوان روان کننده مصرف میشوند، لیگنوسولفوناتها میباشند که با رنگ قهوه اي متمایل به سیاه بوده معمولاًو داراي درصدي از ناخالصیهاي مختلف است که بستگی به نوع تولید دارد و بیشتر شامل شکر و یا ضایعاتی است که در موقع تولید سلولز خارج میشود. از آنجا که لیگنو سولفوناتها باعث کاهش کشش سطحی آب و دانههاي سیمان میگردند، در نتیجه جدا شدن آنها از یکدیگر سریعتر میشود؛ بنابراین حرکت دانهها نسبت به یکدیگر آسانتر انجام گرفته و کارآیی بتن افزایش مییابد.
روان کننده هاي قوي یا فوق روان کننده ها - - Super-plasticisers در مقایسه با روان کنندهها داراي اثر قوي تري
هستند به گونه اي که قادر به کاهش آب تا مقادیر بسیار بیشتر - حتی نسبتهاي آب به سیمان کمتر از - 0/3 میباشند. لیکن باید دقت نمود که این مواد بخصوص در بتن هاي با فیلر و یا سیمان کم میتوانند موجب آب انداختگیهاي شدید شوند.
یکی دیگر از دلایل استفاده از فوق روان کنندهها، تولید بتن با کارآیی معمولی ولی با مقاومت بسیار بالاست، زیرا این مواد قادرند آب مورد نیاز بتن را به میزان 25 تا 35 درصد کاهش دهند.
این مواد در سطح ذرات سیمان جذب شده و با ایجاد بار مشابه در سطح تماس ذرات سیمان و در نتیجه ایجاد نیروي دافعه بین ذرات باعث پراکندگی آنها میشود. جذب سطحی و ویسکوزیته که براي سیمانهاي داراي فوق روان کننده، اندازهگیري شده اند، به طور مشخص نشان دهنده پدیده الکتروستاتیک جذب سطحی در این گونه محلولهاست. با تغییر سطح مخصوص ذرات، میزان بهینه فوق روان کننده تغییر میکند که دلیلی بر وجود پدیده جذب سطحی سیستمهاي آب - سیمان - فوق روان کننده است.
در آزمایشی 50 گرم سیمان با روان کننده با پایه لیگنو سولفونات، فوق روان کننده با پایه نفتالین و بدون افزودنی بعد از 1 دقیقه تکان دادن در سه مزور جداگانه براي 48 ساعت به حال خود رها شدند. بعد از سپري شدن مدت مذکور ، ذرات سیمان مطابق شکل - 1 - رسوب نمودند. از این آزمایش چنین نتیجه گیري میشود که میزان آب انداختگی و نشست بتن با استفاده از مواد افزودنی فوق روان کننده به مراتب بیشتر میباشد. ضمن اینکه تراکم نهائی ذرات سیمان با استفاده از مواد فوق روان کننده بیشتر است
شکل:1 نشست ذرات سیمان با استفاده از روان کننده و فوق روان کننده - w نمونه ساخته شده بدون افزودنی ، L با روان کننده لیگنوسولفونات و SUP با فوق روان کننده میباشد -
در انتخاب روان کننده ها ، باید مواردي نظیر اقتصاد ، سازگاري با سیمان ، میزان روانی مورد نیاز را در نظر گرفت. این نکته که سیمانهاي مختلف به لحاظ فیزیکی و شیمیائی با یکدیگر تفاوت دارند ، موجب میشود تا آزمایشهاي سازگاري سیمان و روان کننده از اهمیت ویژه اي برخوردار باشند. در صورتیکه مادة افزودنی با سیمان ناسازگاري داشته باشد ، موجب کاهش سریع روانی دوغاب خواهد گردید
شکل: 2 مقایسه ترکیب سازگار و ناسازگار سیمان و افزودنی
-3 آزمایشهاي انتخاب ماده روان کننده
امروزه مواد روان کننده در طیف وسیعی بر مبناي استانداردهاي معتبر تولید میشوند. مادة روان کنندة مناسب براي استفاده در بتن ماده اي است که :
الف- بر مبناي استاندارد هاي معتبر تولید شده باشد و پیشینه مناسبی ار مصرف آن در بتن در پروژه هاي مختلف موجود باشد.
ب- بیشترین روانی را در بتن با کمترین میزان مصرف - براي اقتصادي بودن بتن - ایجاد نماید.
ج- بر مقاومت فشاري و سایر خواص مورد نظر از بتن تأثیر منفی نداشته باشد.
د – بر خواص بتن تازه تأثیر نامطلوبی نداشته باشد. - نظیر آب انداختگی ، تأثیر نامطوب بر گیرش بتن -
ه – ارزان قیمت و اقتصادي باشد.
بر این مبنا براي بررسی این خواص لازمست تا آزمایشهائی بر روي ماده روان کننده انجام گیرد. با توجه به اینکه این روان کننده ها برمبناي استانداردهاي معتبر تولید میشوند ، لذا معمولاً حداقلهاي آئین نامه ها را ارضاء مینمایند.از اینرو لازمست که تنها بررسی هاي تکمیلی انجام گیرند.در پروژة انتقال خط آهن تهران - تبریز به زیر زمین، پیش از بررسی روان کننده در طرح اختلاط بتن ، ابتدا در مقایسه اولیه تأثیر روان کننده بر ویسکوزیته دوغاب با استفاده از قیف مارش انجام گرفته و سپس با روان کننده هائی که در بررسی اولیه اقتصادي و فنی کفایت آنها ثابت شود ،طرح اختلاط نهائی ساخته شد.
1-3 آزمایشهاي بررسی اثر روان کننده بر ویسکوزیته دوغاب سیمان
از آنجائیکه مواد روان کننده بر روانی دوغاب تأثیر میگذارند و به عبارت بهتر بر ویسکوزیته بتن مؤثر واقع میشوند لذا در وهله نخست باید از آزمایشهائی بهره گرفت که به نوعی روانی و ویسکوزیته را اندازه گیري مینمایند. از جمله این آزمایشها میتوان آزمایشهاي اسلامپ - - Abram’s Cone ، مینی اسلامپ ، میز روانی ملات و قیف مارش را نام برد.
