بخشی از مقاله

بررسی آزمایشگاهی مقاومت فشاری و دوام بتن حاوی پوزولان متاهالوزیت و میکروسیلیس
چکیده
سالیان متمادی است که بتن به عنوان یکی از مصالح مصرفی ساخت دست بشر جایگاه ویژه ای در بین مهندسین عمران پیدا کرده است . یکی از مهمترین دغدغه های مهندسین همواره این بوده که بتوانند برای سیمان که یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است جایگزینی پیدا کنند یا بتوانند ضمن کاهش مصرف سیمان ، بتن مقاومتریبسازند. از مواردی که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است ، استفاده از پوزولان های طبیعی در ترکیبات بتن می باشد که امروزه در دنیا کاربردهای متعددی یافته است. یکی از این پوزولان ها هالوزیت می باشد که تا کنون مورد توجه قرار نگرفته است.
به همین منظور در این مقاله با تولید متاهالوزیت بواسطه حرارت دهی هالوزیت به مدت 3 ساعت و در دمای 750 درجه سانتیگراد عملکرد آن در بتن مورد ارزیابی ابتدایی قرار گرفته است. برای این منظور متاهالوزیت با درصد های مختلف جایگزین قسمتی از سیمان در ساخت بتن گردید. تا کنون نتایج مشابه مدونی از سوی محققان برای بررسی اثر این ماده در بتن ارایه نشده است.
در این پژوهش نمونه های مختلف بتنی ساخته شد و با انجام آزمایش مقاومت فشاری آنها اندازه گیری گردید. همچنین روی نمونه ها آزمایش اولتراسونیک که می تواند شاخصی برای معرفی دوام بتن باشد انجام گرفت. در اکثر موارد نتایج حاصل نشان دهنده اثرات مثبت متاهالوزیت بر روی مقاومت فشاری و نیز افزایش دوام بتن های ساخته شده با این پوزولان در نمونه های آزمایشگاهی است.
واژه های کلیدی: بتن، متاهالوزیت، میکروسیلیس، مقاومت فشاری، دوام



-1 مقدمه:
بتن در حال حاضر پر مصرفترین مصالح ساختمانی و دومین ماده پرمصرف دنیا پس از آب میباشد. امروزه بتن به دلایلی از جمله وجود برخی ویژگیها نظیر قابلیت شکل پذیری، مقاومت خمشی بالا، دوام در شرایط مختلف، در دسترس بودن مصالح مورد نیاز برای ساخت آن و قیمت مناسب مورد توجه ویژه است و به عنوان ماده استراتژیک قرن 21 مطرح می باشد( Sabir.B, .(2001,441 سیمان پرتلند گران ترین ماده موجود در بتن به حساب میآید. با توجه به گستردگی ساختوسازها و فعالیتهای عمرانی و نیاز روزافزون به مصرف سیمان، دسترسی به سیمان باکیفیت و قیمت مناسب همواره مورد توجه بوده است. در فرآیند تولید هر تن سیمان موارد زیر قابل توجه است: مصرف متوسط 125 لیتر سوخت فسیلی، مصرف متوسط 118 کیلووات ساعت برق، ضمن اینکه تقریبا یک تن گاز کربنیک تولید میکند و گازهای آلاینده در اثر سوختن نفت کوره در کارخانه های سیمان وارد محیط زیست میشوند(.(Gartner.E,2004,89
این مشکلات باعث افزایش گسترهی تحقیقاتی در خصوص یافتن جایگزین های مناسب برای کاهش آثار زیست محیطی تولید سیمان شده است. همچنین، محققان به دنبال موادی هستند که بتواند خواص مقاومتی و دوام بتن را بهبود دهد. مادهای که برای جایگزینی سیمان (یا جایگزینی بخشی از سیمان) در نظر گرفته میشود، از یک طرف باید عوامل منفی مانند نیاز به سنگ آهک، تولید CO2، صرف انرژی و هزینه زیاد را کاهش دهد و از طرفی، باید منجر به افزایش خصوصیات مثبت بتن مانند مقاومت و دوام شود. از دیدگاه زیست محیطی، پوزولانها به عنوان مواد افزودنی میتوانند جایگزین بخشی از سیمان مصرفی شوند. مطالعات اخیر نشان می دهد که اکثر پوزولان های طبیعی و مصنوعی مقاومت و دوام بتن را افزایش می دهند(.(Detwiler. R,1998,112
میکروسیلیس به صورت دود از کارخانه های تولید فروآلیاژهای سیلیکونی متصاعد شده و تاثیرات مثبت آن در افزایش دوام و مقابله با حملات شیمیایی بتن اثبات شده است. میکروسیلیس یک نمونه از پوزولانهای مصنوعی بسیار فعال است که خاصیت پرکنندگی موثری از خود نشان داده است. میکروسیلیس علاوه بر افزایش مقاومت خمیر، از طریق بهبود کیفیت اتصال بین خمیر و سنگدانه، باعث افزایش مقاومت بتن میشود در بتنهای با مقاومت زیاد معمولا میکروسیلیس جزء جدایی ناپذیر است و به عنوان جایگزین درصدی از سیمان استفاده میشود(.(Kjellse. K,1999,63
هالوزیت((halloysite به عنوان یکی از کانی های گروه کائولن دارای فرمول شیمیایی Al2Si2O5(OH)4.2H2O است. گرچه تحقیقات فراوانی روی کائولینیت و استفاده از آن در بتن صورت گرفته است، اما در مورد هالوزیت، با وجود خواص مثبت این ماده و منابع فراوان آن در دنیا، تحقیقات بسیار محدودی پیرامون کاربرد پوزولانی این ماده در بتن و تاثیر آن بر خواص بتن صورت گرفته است. هالوزیت در طبیعت به عنوان انباشته هایی از خاک رس با دانه های خیلی ریز یافت می شود و چگالی آن gr/cm3 2/59 است .(Joussein .E,2005, 383)
آزمایش مقاومت فشاری، مهمترین آزمایش روی نمونه های بتنی میباشد که میتواند نشان دهندهی کیفیت بتن از نظر خصوصیات مکانیکی و دوام باشد. جایگزینی سیمان با درصدهای مناسب از میکروسیلیس باعث افزایش مقاومت فشاری نسبت به نمونهی شاهد میشود.
آزمایش التراسونیک جز آزمایشهای غیر مخرب بتن بوده و معیاری برای سنجش تراکم نمونه های بتنی است. با افزایش سن بتن سرعت امواج التراسونیک عبوری از بتن افزایش مییابد. این افزایش به این دلیل است که حجم منافذ مویینه و حفره ها و میکروترکها در خمیر سیمان با گذشت زمان و توسعه هیدراتاسیون کاهش مییابد. همچنین اثر پرکنندگی پوزولانها باعث متراکمتر شدن بتن و در نتیجه افزایش سرعت امواج میشود. اضافه کردن پوزولان تا مقداری مشخص در دراز مدت باعث بهبود فرآیند تشکیل ژل سیلیکات کلسیم هیدراته میشود و تراکم نمونه را نسبت به بتن بدون پوزولان افزایش میدهد. دستگاه آزمایش اولتراسونیک دارای دو پروب است که بر روی دو ضلع متقابل نمونه قرار میگیرند. این دو پروب امواج صوتی را از نمونه عبور می-دهند و زمان عبور امواج را ثبت میکند. هرچه زمان عبوری بیشتر باشد نمونه متراکمتر است و حفرات آن بهتر پر شده اند.

-2 فرآوری مواد و مصالح مورد استفاده
هالوزیت مورد استفاده برای این پروژه از معدنی در شهر بابک کرمان تامین شد و جهت افزایش عملکرد مثبت در محیط بتن توسط دستگاه لسآنجلس تا حد ممکن ساییده شد. پودر حاصل از سایش، در مرکز فرآوری مواد معدنی ایران (کرج)، در کوره تحت حرارت تدریجی (حداکثر(750°C به مدت 3 ساعت قرار گرفت. در این فرایند، ضمن کلسینه شدن هالوزیت به متاهالوزیت موجبات ریزتر شدن ذرات آن نیز فراهم گردید. همانطور که در شکل1 نمودار دانه بندی نشان می دهد، حدود 60 درصد ذرات متاهالوزیت اندازهای کوچکتر از 10 میکرون دارند و اکثریت ذرات هالوزیت از سیمان ریزترند.
سیمان معمولی بکار گرفته شده در ساخت نمونه های بتنی از نوع پرتلند تیپ 1- 425 تولید کارخانه سیمان تهران میباشد. سنگدانه های مصرفی در این تحقیق شامل شن و ماسهی طبیعی شسته شده است که از معادن اطراف تهران تهیه شده است. میکروسیلیس استفاده شده محصولی از شرکت ژیکا است. میکروسیلیس و متاهالوزیت به صورت دوغاب و همراه با آب در ساخت بتن مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج حاصل از آنالیز XRF بر روی نمونه متاهالوزیت (پس از اعمال حرارت) در جدول1 نشان داده شده است. ترکیب شیمیایی نمونه متاهالوزیت بیانگر درصدهای نسبتا بالایی از اکسیدهای آلومینیوم(17/51درصد) و سیلیسیم(46/29 درصد) میباشد.

آب مورد استفاده در ساخت نمونه ها آب شرب شهری است. ماده افزودنی فوق روان کننده نوعی افزودنی شیمیایی است که مقدار آب لازم را برای مخلوط بتنی به میزان قابل توجهی کاهش میدهد. ماده افزودنی مصرف شده در این تحقیق فوق روان کننده با نام تجاری LG Chem بوده که بر پایه پلیمرهای پلی کربکسیلیک اتر اصلاح شده قرار دارد.

-3 مشخصات طرحهای اختلاط
در این پروژه تحقیقاتی از 8 طرح اختلاط مختلف استفاده شد. این طرحها شامل دو نسبت آب به مواد سیمانی 0/4 و 0/45 میباشد. هرنسبت آب به مواد سیمانی شامل 4 طرح میباشد . درهر نسبت آب به مواد سیمانی یک طرح به عنوان طرح شاهد، بدون جایگزینی سیمان با میکروسیلیس و هالوزیت ساخته شد. در بقیهی طرحها به ترتیب با 0 و 7 درصد وزن سیمان، میکروسیلیس و 0 و 10 و 20 درصد وزن سیمان، هالوزیت جایگزین شده است. در کلیهی طرحها عیار سیمان 400 kg/m3 می-باشد. برای دست یافتن به کارایی یکسان در هر یک از طرحهای اختلاط و به منظور دستیابی به اسلامپی در حدود-80 120میلیمتر، به میزان لازم به هر یک از طرحها فوق روان کننده اضافه شد. مشخصات طرحهای اختلاط ساخته شده در جدول 2 آمده است. در این جدول مقدار تعیین شده برای شن، ماسه، آب، سیمان، هالوزیت و میکروسیلیس بر حسب kg/m3 میباشد.


-4 مراحل ساخت و نگهداری نمونه ها
در این تحقیق از قالبهای مکعبی با ابعاد 10 cmبرای ساخت نمونه های آزمایش مقاومت فشاری و آزمایش التراسونیک استفاده شده است. پس از ساخت هر طرح مخلوط بتن بلافاصله برای تعیین روانی بتن تازه، آزمایش اسلامپ انجام شد. در این تحقیق میزان فوق روان کننده به نحوی انتخاب شد تا میزان اسلامپ 10±2 سانتیمتر برای همه نمونه ها بدست آید. در صورت مناسب بودن اسلامپ بتن درون قالب ریخته میشد. پس از طی مدت زمان 24 ساعت قالبها باز شده و نمونه ها درون حوضچه آب به منظور عمل آوری مطابق استاندارد قرار داده شدند. جهت کسب اطمینان از صحت نتایج تستهای صورت گرفته و کاهش خطا، برای هر طرح اختلاط و برای هر سن سه نمونه مکعبی ساخته شد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید