مقاله بررسی تا ثیر میکروسیلیس و پودر شیشه بر عملکرد بتن خود تراکم

بخشی از مقاله

بررسی تا ثیر میکروسیلیس و پودر شیشه بر عملکرد بتن خود تراکم

چکیده

بتن خود متراکم (Self-Compacting Concrete) بتنی با روانی بسیار بالا است که می تواند بدون جداشدگی سنگدانه و هیچ گونه عملیات متراکم سازی مکانیکی، در محل بتن ریزی ریخته شود و تحت وزن خود قالب را پر کند و آرماتور را در بر گیرد. این نوع بتن به دلیل سهولت اجرائی، سرعت بیشتر اجرا و... بسیار مورد توجه دست اندرکاران بتن قرار گرفته است. در این تحقیق آزمایشگاهی اثر میکروسیلیس و پودر شیشه بر عملکرد این بتن ها مورد استفاده قرار گرفته است. میکروسیلیس ماده پوزولانی قوی است که دارای دو نقش عمده -1پرکنندگی - 2پوزولانی می باشد. فضاهای خالی در مخلوط بتن را می توان توسط میکروسیلیس پر کرد و باعث افزایش مقاومت و دوام بتن و کاهش نفوذ پذیری آن شد و در نتیجه خطر حمله سولفات وکلرید کمتر شده و خطر تخریب بتن به دلیل یخ زدن آب کاهش می یابد. نقش پوزولانی، ناشی از واکنش هیدروکسید کلسیم با میکروسیلیس است که نتیجه آن ترکیب پایدار سیلیکاتی می باشد که دارای خواص چسبندگی زیادی است. پودر شیشه، نیز از جمله مواد افزودنی می باشد که به عنوان محصول ضایعاتی، در تولید بتن رایج شده است و از آنجا که مهمترین وگران ترین بخش های بتن، سیمان است جهت کاهش قیمت نهایی بتن می خواهیم درصدی از آن را با مصالحی از قبیل پودر شیشه جایگزین کنیم، آنچه در مورد افزودنی شیشه باید کنترل شود واکنش های قلیایی-سیلیسی (ASR) Alkali-Silica.Reaction می باشد که باعث خرابی وسیع بتن می شود، بنابراین باید درصد افزودن آن کنترل شود. در این تحقیق آزمایشگاهی نتایج بدست آمده بیانگر این مطلب است که با استفاده از پودر شیشه و میکروسیلیس می توان واکنش قلیایی-سیلیسی را در بتن کنترل و بتنی با مقاومت و دوام بالا و نفوذ ناپذیر و ارزان تر تولید کرد.

واژه های کلیدی: بتن خود متراکم،واکنش قلیایی-سیلیسی،میکروسیلیس، پودر شیشه

-1 مقدمه

ترکیب ویژگیهای بتن خودمتراکم با پودر شیشه و میکروسیلیس میتواند نقطه عطفی برای کنترل و بهبود عواملی مانند واکنش های قلیایی-سیلیسی، مقاومت و دوام، نفوذناپذیری و هزینه کمتر در بتن خودمتراکم باشد.

به منظور دستیابی به ویژگیهای بتن خودمتراکم لازم است که در طرح اختلاط بتن از مقدار زیادی سیمان استفاده شود. مصرف مقدار زیاد سیمان ضمن افزایش جمع شدگی و کاهش دوام، هزینه تولید را نیز افزایش میدهد.[1]

صنعت سیمان یکی از پر مصرفترین صنایع تولیدی میباشد و مصرف انرژی یکی از بزرگترین نگرانیهای زیست محیطی در ارتباط با تولید بتن و سیمان است به گونهای که 11 درصد مصرف انرژی در صنعت مربوط به این ماده ساختمانی است. همچنین فرآیند تولید سیمان به نحوی است که در مراحل مختلف، انتشارآلودگی را نیز در محیط به دنبال دارد وتولید هر تن سیمان منجر به تولید حدود یک تن گاز دی اکسید کربن میگردد. در این راستا آلودگی هوا نیز از مهمترین مسائل زیست محیطی این صنعت به شمار میرود.[2]

بتن خود متراکم نخست، در سال 1986 توسط H.Okamura در ژاپن پیشنهاد گردید و در سال 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظرخواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد. مقاله ای در مورد این نوع بتن توسط K.Ozawa و همکارانش در سال 1989 منتشر گردید و تحقیقات بسیاری به منظور بررسی کارایی بتن خود متراکم توسط ازاوا Ozawa و مایی کاوا Maekawa در دانشگاه توکیو انجام شد.[3]

کارهای انجام شده توسط آقای samtur بر ASR بیان می کند که پودر شیشه رد شده از الک با سایز 200 می تواند مانند یک ماده پوزولانی و در جهت کاهش اثر واکنش سنگدانه ها (ASR) عمل کند .[4]

در سال 2015 آقایان Barluenga و Puentes مطالعه ای بر مواد افزودنی مبتنی بر سیلیکا در بتن خود متراکمی در زمانهای اولیه (EA) و تخلخل سخت و نفوذ پذیری آن ارزیابی کرده است. تبخیر آب، فشار مویرگی، انقباض خشک کردن آزاد، درجه حرارت و سرعت پالس فراصوتی (UPV) ، این چند پارامتر در طول 24 ساعت تحت نظر قرار گرفته است. همه مواد افزودنی مبتنی بر سیلیکا در EA براساس جابجایی آب، واکنش شیمیایی و توسعه ساختار سخت اصلاح شده است. برخی از اثرات مواد افزودنی مبتنی بر سیلیکا به اندازه ذرات بستگی دارد. بنابراین، تخلخل و نفوذپذیری بخار آب زیاد در کمتر از 28 روز به علت اثر پوزولانی همراه با اثر اندازه ذرات اندازه گیری شده است.[5]

با توجه به گسترش سازه های بتنی بررسی خواص بتن های خاص امری بدیهی می باشد. تراکم بتن عاملی است که در اجرای سازه های بتنی با بی دقتی، خستگی فکری و جسمی اپراتور لرزاننده امکان دارد به خوبی اجرا نشود و خواص مطلوب مورد انتظار از بتن-مقاومت فشاری، دوام و پایایی را به خوبی برآورده نسازد و یا کاهش عمر مفید سازه باعث بوجود آمدن هزینه های اضافی گردد. تراکم نامناسب باعث می شود که هوای بیشتری داخل بتن محبوس شده در بتن باعث کاهش مقامت بتن و افزایش نفوذپذیری آن می گردد. درصد هوای موجود در بتن حدود %55 از مقاومت بتن می کاهد. همچنین با افزایش نفوذپذیری، آب به داخل بتن نفوذ می کند ودر اثر یخ زدن افزایش حجم می دهد و باعث تخریب بتن می گردد.[6]

تراکم بتن خود متراکم حداقل 98 درصد و بسته به طرح اختلاط نزدیک به 100درصد می باشد. که باعث افزایش مقاومت ، دوام و پایایی بتن می گردد. در این میان استفاده از پوزلان های قوی برای دست یابی به خواص مورد انتظار از بتن مورد توجه می باشد. میکروسیلیس ماده پوزلانی قوی است که استفاده از آن برای دست یابی به مقاومت و دوام بیشتر از بتن بسیار مورد قبول دست اندکاران بتن می باشد. پودر شیشه نیزاز جمله مواد افزودنی است که به عنوان محصول ضایعاتی و قابل دسترس در تولید بتن رایج شده است. از آنجایی که مهم ترین و گران ترین بخش های بتن سیمان است، اگر بتوان درصدی از آن را با مصالحی از قبیل پودر شیشه جایگزین نمود علاوه بر کاهش قیمت نهایی با استفاده از ضایعات شیشه می توان در ایجاد یک محیط زیست سبز نیز کمک گردد.

در تحقیق حاضر، جایگزینی پودر شیشه و میکروسیلیس با بخشی از سیمان در بتن خودمتراکم، با هدف کنترل واکنش قلیایی-سیلیسی، داشتن بتنی با مقاومت و دوام بالا، نفوذ ناپذیر، ارزان تر و کاهش مقدار سیمان مصرفی در راستای کاهش اثرات سوء زیست محیطی و مصرف بی رویه سیمان به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است.

-2 برنامه آزمایش

-1-2مشخصات مصالح مصرفی

-1-1-2معرفی پودر شیشه

شیشه یک ماده منحصر به فرد است، که می تواند بدون تغییر زیاد درخواص به دفعات بازیافت شود و برای مصارف گوناگون به کار رود. بازیافت شیشه برای جلوگیری از مشکلات زیست محیطی که ناشی از ذوب و یا دفن آن می باشد، ضروری است. شیشه در محیط قلیائی غیر پایدار است ونگرانی بزرگی که در استفاده از آن در بتن وجود دارد، واکنش شیمیائی بین ذرات سیلیس اشباع شیشه و قلیائی های موجود در بتن است که واکنش قلیائی- سیلیسی (ASR) alkali-silica reaction نامیده می شود. این واکنش برای دوام بتن بسیار خطرناک و در صورت عدم پیشگیری باعث خرابی های وسیع در بتن می شود. برخی از محققین محدوده مشخصی را برای اندازه دانه های شیشه در راستای کنترل و حتی کاهش واکنش قلیایی-سیلیسی در بتن حاوی پودر شیشه مطرح نموده اند ولی نتایج این بررسی ها ناهماهنگ و پراکنده می باشد. در این پژوهش به بررسی محدوده مناسب ابعاد و درصد مصرف پودر شیشه جهت کنترل واکنش قلیائی- سیلیسی در بتن طبق استاندارد ASTM-C1260 پرداخته می شود.[7]

-2-1-2معرفی میکروسیلیس

میکروسیلیس ها مواد بسیار نرمی با قطر 0/1 تا 0/3 میکرون (حدود 100برابر نرم تر از سیمان )و جرم مخصوص 2/2 گرم بر سانتیمتر مکعب و سطح مخصوص 20 متر مربع در گرم می باشد. این مواد بصورت دوده همراه گازهای کوره الکتریکی کارخانجات سیلیس و آلیاژهای آن ایجاد می شود. ذرات فوق 50 تا 100 مرتبه از ذرات سیمان کوچکتر بوده و بعنوان پرکننده اجزای متشکله بتن و یک چسبنده موثر عمل می نماید. از آنجا که رسیدن به مقاومت بالا در بتن از اهداف دست اندرکاران کارهای بتنی در دو دهه اخیربوده است، ابتدا این نوع بتن با مقاومت بیش از 50 مگا پاسگال ساخته شد. با پایین آوردن نسبت آب به سیمان تا حد0/3 رسیدن به چنین مقاومتهایی بسیار آسان است. برای ساخت بتن هایی با مقاومت بیشتر و در حد 80 تا 110 مگا پاسگال و برای تقویت ناحیه فصل مشترک سنگدانه درشت و خمیر سیمان مواد سیلیسی فعال و غیر بلوری به نام دوده سیلیس به کار گرفته شد.

-3-1-2مزایای استفاده از بتن خود متراکم

-1 عدم نیاز به لرزاندن بتن، با توجه به اینکه در مقاطعی که تراکم آرماتور زیاد است لرزاندن بتن با مشکلاتی است و یا به دلیل کمبود نیروی فنی ماهر

-2 سرعت اجرای بیشتر

-3 شعاع عمل بیشتر در طراحی معماری و سازه ای

-4 کاهش سر وصدای ناشی از لرزاننده

-5 امکان اجرای مقاطع نازکتر بتنی

×

-6 پرداخت بهتر سطوح بتنی

-7 کاهش نفوذ پذیری که بعلت افزایش مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن پی در پی بتن می گردد

-8 ظرفیت کرنش کشش بیشتر

-9 کاهش دوره ساخت سازه بتنی

-10 کاهش خزش و نشست بتن[8]

-2-2بررسی آزمایش های بتن خود متراکم

پیش از آغاز اختلاط بتن کلیه اجزاءتشکیل دهنده بتن باید تحت آزمایش های لازم قرار گرفته و نتایج بدست آمده با حدود استانداردهایی که در آیین نامه های مربوط به هر ماده قابل دسترسی است، کنترل شود. برای تعیین اینکه بتن اساسا"خود متراکم است یا خیر و پس از اثبات خود متراکمی، اینکه بتن از لحاظ تغییر شکل پذیری ، لزجت و پرکنندگی در وضعیت مطلوبی بسر می برد، باید آزمایش های مخصوصی برای SCC در نظر گرفت. روش های مختلف پیشنهادی آزمایش SCC در جدول (1) زیر آورده شده است.

-3-2معرفی آزمایش های بتن خود متراکم

آزمایش )T50 SLUMP FLOWپهن شدگی اسلامپ-زمان 50سانتیمتر)

در جریان اسلامپ (پهن شدگی اسلامپ)، میزان پهن شدگی بتن در سطح افق مشخص می شود، برای بتن SCC مناسب است. در ابتدا این آزمایش در ژاپن و برای ارزیابی بتن های نرمی که در بتن ریزی آب مورد استفاده قرار می گیرد بکار رفت. انجام آزمایش مانند آزمایش اسلامپ است اما بجای اندازه گیری افت و فرو نشستن مخروط بتن، قطر بتن پهن شده در سطح زمین اندازه کیری می شود و قابلیت پر کردن (قابلیت سیلان وجریان) را نشان می دهد. آزمایش اسلامپ و T50 CM دو آزمایش است برای اندازگیری روانی و کارایی بتن خود متراکم که طبق استاندارد ASTM C 1611/C1611M انجام می گردد. روش انجام آزمایش مطابق این استاندارد در زیر آمده است.[9]
بتن بدون تردید مناسب ترین مصالح ساختمانی قرن بیستم و یکم است زیرا موارد کاربرد آن عملا زیاد و متناسب با هر کاربرد می توان مشخصه های آن را به دلخواه تغیر داد. مشخصات اصلی بتن عبارتند از :

الف- حالت تازه:وقتی که بتن تازه تهیه شده و خمیری است کارایی خوبی داشته باشد، راحت ریخته و جا داده شود بدون اینکه سنگدانه های ریز و درشت از هم و از دوغاب سیمان جدا شوند، گوشه و زوایای قالب را پر کند و میلگردهای آرماتور را (در صورت وجود ) احاطه نماید.

ب-حالت سخت شده:مقاومت لازم را داشته باشد، جمع شدگی آن کم باشد، بسته به مورد و نیاز قابلیت نفوذ آن کم یا بسیار زیاد باشد.

ج- مشخصه های خود را طول عمر مفید پیش بینی شده، در حد مطلوب حفظ نماید. هر بتنی که یکی یا تعدادی از این مشخصه ها را داشته باشد بتن با "عملکرد بالا" نامیده می شود. حتی امروزه متناسب با احتیاج و برای کابرد های ویژه، بتن هایی تهیه و مصرف می شوند که بر حسب نیاز، ویژگی های خاص دارند و " بتن توانمند" محسوب می شوند و از طرفی در سازه های بتنی برای رسیدن به مقاومت مورد نیاز و کاهش تخلخل و هوای درون بتن و حصول پایایی، بتن به روش های مختلف لرزاننده می شود. با توسعه روزافزون کارهای بتنی و کمبود نسبی کارگران ماهر ویا سهل انگاری های آنان در کارگاه ها ویا هزینه لرزاندن بتن در هنگام ریختن بتن در قالب، به ویژه در مواضعی که تراکم میلگرد وجود دارد، عمل لرزاندن به طور کامل و صحیح انجام نگرفته و در نهایت مشخصات مکانیکی مطلوب بتن حاصل نمی گردد. لذا ساخت بتنی بدون نیاز به لرزاندن همواره راه حلی برای این معضل به نظر می رسید و از این رو ساختن چنین بتنی با استفاده از مواد افزودنی شیمیایی مختلف و تغییر در مصالح طرح اختلاط، به این مهم دست یابند و بتن را از نقض اجرایی لرزاندن رها سازند.

-3 نتایج

-1-3آزمایش میکروسیلیس