سوالات تحقيق:
دراین مقاله اثرمصالح سنگی ریزدانه همجنس درحالت شکسته وگردگوشه برنفوذپذیری و مقاومت فشاری بتن مورد بررسی قرار گرفته است.
روش تحقیق:
کل مصالح سنگی گردگوشه از یک معدن تهیه شده و ماسه شکسته از شکستن شن همان معدن تولید گردید تا بدین صورت مصالح سنگی همجنس ایجاد گردد. طرح اختلاط های بتنی هرکدام حاوی درصد های مختلف 0،25، 50، 75 و 100 از مصالح سنگی ریزدانه شکسته و گردگوشه مورد ارزیابی قرار گرفته اند. اثر میکرو سیلیس نیز با جایگزین نمودن 15 درصد سیمان از نظر وزنی توسط میکروسیلیس و مقایسه آن با نمونه های بتنی فاقد این ماده پوزولانی بررسی گردیده است. پارامتر های مربوط به دوام بتن از قبیل درصد جذب آب و نفوذپذیری (در برابر آب) در 28 روز برای 30 نمونه بتنی استوانه ای و مقاومت فشاری 7 و 28 روزه و اسلامپ بتن برای 60 نمونه مکعبی بدست آورده شده و مقایسه گردید.
نتیجه گیری:
در نهایت با ارزیابی توأم ضریب نفوذپذیری و مقاومت فشاری و در نظر گرفتن اسلامپ بتن، استفاده از ماسه شکسته در طرح اختلاط های فاقد میکروسیلیس، تا 25 % و در طرح اختلاط های حاوی 15 % میکروسیلیس تا 50 % پیشنهاد می گردد.
كلمات كليدي: ماسه شکسته، ماسه گردگوشه،میکرو سیلیس، بتن،درصد جذب آب، نفوذپذیری، مقاومت فشاری
مخازن ذخیره آب شرب بتنی از لحاظ ساخت و نگهداری بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه می باشند. روند ساخت این مخازن بدلیل در دسترس بودن مصالح و مواد اصلی ساخت بتن ارزان تر بوده و از طرفی روش های ساخت سریع این توع مخازن امکان پذیر می باشد.در مخازن ذخیره آب شرب بتنی بررسی توأم خصوصیات مربوط به مقاومت و نفوذپذیری بتن به دلیل قرار گرفتن مستمر بتن در محیطی آبی از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. در واقع در این نوع سازه ها هدف، طرح و اجرای بتنی است که ضمن تأمین نمودن مقاومت فشاری مورد نظر از نفوذپذیری کمتری برخوردار باشد تا اینکه ضمن نگهداری آب شرب در مخزن، حداقل تراوش آب را نیز داشته باشد. از طرفی با توجه به درجه اهمیت بسیار زیاد مخازن آب شرب، دوام بلند مدت این نوع از سازه های بتن آرمه درکنار خصوصیات مقاومتی آن، عاملی بسیار اثرگذار می باشد. دوام بلند مدت سازه های بتنی تا حد بسیار زیادی تحت تاثیر نفوذپذیری بتن می باشد. بدین معنی که بتن با نفوذپذیری بالا امکان نفوذ آب و دیگر مواد مضر را تأمین می نماید که در نهایت منجر به تخریب بتن یا آرماتورهای تسلیح کننده و یا هر دوی آن ها می گردد. در مبحث نفوذپذیری این ساختار حفره ای بتن ( اعم از اندازه و اتصال حفره ها ) است که عامل تعیین کننده می باشد مصالح سنگی ریزدانه به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده بتن نقش بسیار مهمی در خصوصیات مکانیکی و نفوذپذیری بتن ایفا می نماید. امروزه با توجه به محدود شدن منابع مصالح سنگی طبیعی و رودخانه ای، استفاده از مصالح سنگی شکسته به عنوان راه حلی اساسی مطرح گردیده است. لذا بررسی تاثیر این مصالح سنگی شکسته بر خصوصیات مقاومتی و نفوذپذیری بتن از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. در این مقاله برآنیم تا به بررسی اثر مصالح سنگی ریزدانه شکسته و گردگوشه بر نفوذپذیری و مقاومت فشاری بتن بپردازیم. بدین منظور اختلاط های بتنی هرکدام حاوی درصد های مختلف 0، 25، 50، 75 و 100 از مصالح سنگی ریزدانه شکسته و گردگوشه طرح گردیدند. اثر میکرو سیلیس نیز با جایگزین نمودن 15 درصد سیمان از نظر وزنی توسط میکروسیلیس و مقایسه آن با نمونه های بتنی فاقد این ماده پوزولانی اعمال گردیده است.در نهایت 10 نوع طرح اختلاط بتنی هر کدام حاوی درصد های مختلفی از ماسه شکسته و گردگوشه در حضور ماده پوزولانی میکروسیلیس و همچنین عدم استفاده از آن مورد بررسی قرار گرفتند. در این نمونه های بتنی پارامتر های مربوط به دوام بتن از قبیل درصد جذب آب و نفوذپذیری در برابر آب و از طرفی مقاومت فشاری 7 و 28 روزه و اسلامپ بتن مقایسه گردید.
2-1- مواد و مصالح مصرفی
2-1-1- سیمان
سیمان پرتلند تیپ П کارخانه سیمان صوفیان مطابق با استاندارد [2] ASTM C150-04 با نرمی بلینs/ ²cm 2860 و مقاومت فشاری متوسط²cm/kg 370 در طرح اختلاط های بتنی مورد استفاده قرار گرفته است.
2-1-2- میکروسیلیس
میکرو سیلیس مورد استفاده در طرح اختلاط های بتنی از شرکت مشارکت آبادگران - بتن و ساختمان تهیه گردید. این ماده پوزولانی منطبق بر استاندارد ASTM C1240 ، حاوی 96 درصد SiO2 و دارای وزن مخصوص kg/m3500 می باشد.
2-1-3- مصالح سنگی
مصالح سنگی درشت دانه و ریز دانه رودخانه ای هر دو از معدن سرام، واقع در 5کیلومتری تبریز تهیه گردید. به منظور تولید ماسه 100% شکسته و همجنس با ماسه گردگوشه، شن درشت همین معدن در کارخانه آذرداش(آذرپودر) تبریز به روش سنگ شکنی چکشی خرد گردید. به منظور ایجاد مصالح با دانه بندی واقع در محدوده استاندارد، شن و ماسه قبلا به صورت دانه مجزا تفکیک شده و سپس منطبق با استاندارد 03-33C ASTM برداشت شده و دانه بندی گردید. در این تحقیق آزمایشگاهی ماگزیمم اندازه دانه، 19 میلی متر و مدول نرمی ماسه برابر با 3 انتخاب گردید. دانه بندی شن در جدول 3، دانه بندی ماسه در جدول 4 و منحنی دانه بندی آن ها در شکل 1 ارائه گردیده است. 5 نوع ماسه با درصد های مختلفی از شکستگی و گردگوشه گی مهیا گردید که عبارتند از : ماسه نوع یک (100% گردگوشه)، ماسه نوع دو (25% شکسته + 75% گردگوشه)، ماسه نوع سه (50% شکسته + 50% گردگوشه)، ماسه نوع چهار (75% شکسته + 25% گردگوشه) و ماسه نوع پنج (100% شکسته). درصد جذب آب و وزن مخصوص مصالح سنگی بترتیب %1.6 و 2.64 برای ماسه و %0.9 و 2.65 برای شن تعیین گردید . البته قابل ذکر است که درصد جذب آب و وزن مخصوص برای ماسه 100% گردگوشه و 100% شکسته بطور جداگانه بدست آورده شد که عددی ثابت حاصل گردید. این خود نشانگر آن است که ماسه گردگوشه و ماسه شکسته تولیدشده، کاملا همجنس می باشند .
2-2- طرح اختلاط
در این تحقیق آزمایشگاهی از طرح اختلاط حجمی به روش ACI 211.1 [4] استفاده نموده ایم. با توجه به انتخاب ماگزیمم اندازه دانه 19 میلی متر و مدول نرمی برابر با 3 ، اختلاط بتنی برای مقاومت فشاری ²cm/kg 300 طرح گردید. طرح اختلاط های بتنی هرکدام حاوی درصد های مختلف 25، 50، 75 و 100 از مصالح سنگی ریزدانه شکسته و گردگوشه می باشند. اثر میکرو سیلیس نیز با جایگزین نمودن 15 درصد سیمان از نظر وزنی توسط میکروسیلیس و مقایسه آن با نمونه های بتنی فاقد این ماده پوزولانی اعمال گردیده است.
2-3- ساخت مخلوط ها و تهیه نمونه ها
مصالح سنگی اعم از شن و ماسه بصورت شسته و دانه مجزا در طرح اختلاط های بتنی مورد استفاده قرار گرفته است . قبل از نمونه گیری، شن وماسه به مدت 24 ساعت در دمای 110-105 درجه سانتی گراد خشک گردیده و پس از رسیدن به دمای محیط آزمایشگاه مورد استفاده قرار گرفتند. تمامی اختلاط های بتنی با استفاده از میکسر افقی ELE به مدت 3 دقیقه مخلوط گردیدند. نمونه گیری برای قالب های استوانه ای 20×10 مکعبی 10×10×10 در دو لایه انجام شده و هر لایه به مدت 20 ثانیه بر روی میز لرزاننده با فرکانس ثابت متراکم گردید. نمونه های ساخته شده پس از 24 ساعت نگهداری در دمای آزمایشگاه از قالب ها خارج گردیده و در حوضچه عمل آوری آب با دمای ثابت 23 درجه سانتی نگهداری شدند.
2-4- آزمایش های انجام شده بر روی نمونه ها
2-4-1-آزمایش های مربوط به بررسی مشخصات بتن تازه
2-4-1-1- آزمایش تعیین اسلامپ بتن
به منظور بررسی مشخصات بتن تازه ، بلافاصله پس ا ز آماده شدن مخلوط بتنی، آزمون تعیین کارائی نسبی طبق استاندارد ASTM C143/C143M-03 [5] انجام شده و نتایج آن در جدول 6 ارائه گردیده است.
2-4-1-2- آزمایش تعیین وزن مخصوص بتن تازه
بلافاصله پس از قالب گیری و متراکم نمودن نمونه های بتنی بر روی میز لرزاننده، میانگین وزن مخصوص بتن تازه از نمونه هایقالبگیری شده بدست آورده شد که نتایج آن در جدول 6 نشان داده شده است.
2-4-2-آزمایش های مربوط به بررسی مشخصات بتن سخت شده
2-4-2-1- آزمایش تعیین مقاومت فشاری بتن
به منظور تعیین میانگین مقاومت فشاری بتن و بررسی آن در طول زمان، نمونه های مکعبی به ابعاد 10×10×10 سانتی متر مطابق با استاندارد BS 1881:Part 116 پس از 7 و 28 روز مورد آزمایش قرار گرفتند. برای شکستن نمونه های بتنی از جک بتن شکن ELE ADR2000 استفاده شده است. نتایج این آزمایش در جدول 6 ارائه گردیده است.
2-4-2-2- آزمایش تعیین مقاومت کششی بتن
به منظور بررسی مقاومت کششی بتن، از نمونه های استوانه ای به ابعاد 20×10 سانتی متر و روش دو نیم کردن برزیلی استفاده شده است. نتایج میانگین مقاومت کششی 7 و 28 روزه نمونه های بتنی در جدول 6 ارائه شده است.
2-4-2-3- آزمایش تعیین درصد جذب آب بتن
در این بررسی میانگین درصد جذب آب نمونه های بتنی مکعبی ، مطابق با استاندارد ASTM C642-97 [6] تعیین گردید. نتایج بدست آمده از این آزمایش در جدول 6 ارائه گردیده است.
2-4-2-4- آزمایش سنجش نفوذپذیری بتن در مقابل آب
این آزمایش امکان برآورد میزان نفوذپذیری نمونه بر اساس عمق نفوذ آب را مهیا می سازد. در دستگاه نفوذپذیری، تعیین نفوذپذیری بتن بر اساس عمق نفوذ مطابق با استاندارد DIN 1048, Part 1 تعیین می گردد. نمونه های استوانه ای 20×10 سانتی متری پس از 28 روز عمل آوری، از مخزن آب خارج شده و به مدت 24 ساعت در دمای 110-100 درجه سانتی گراد در گرمخانه نگهداری شده سپس مورد آزمایش نفوذپذیری آب قرار گرفتند. فشار آب وارد بر انتهای نمونه ها برابر با 5 بار انتخاب گردیده و از دایره ای به قطر 85 میلیمتر بر نمونه ها اعمال شد. نمونه ها به مدت 24 ساعت در دستگاه نفوذپذیری قرار گرفته و بلا فاصله پس از اتمام آزمایش به روش برزیلی شکسته شده و عمق نفوذ آب ثبت گردید. در نهایت مقدار میانگین اندازه گیری عمق نفوذ آب در سه نقطه مورد بررسی قرار گرفت.
ضریب نفوذپذیری با استفاده از رابطه (1) که توسط Valenta ارائه شده است محاسبه گردید.
که در آن d عمق نفوذ بر حسب سانتی متر، k ضریب نفوذپذیری بر حسب cm/s ، t زمان بر حسب ثانیه، h ارتفاع معادل ستون آب بر حسب سانتی متر و υ تخلخل بتن می باشدکه از رابطه (2) محاسبه می گردد :
که در آن Wa و Wb وزن نمونه قبل و بعد از انجام آزمایش بوده و Wb-Waهمان وزن آب ورودی به داخل نمونه ها می باشد و A که بر حسب cm² ارائه می شود سطحی است که آب تحت فشار به آن اعمال می گردد
3-1- اسلامپ و روانی بتن
نتایج ارائه شده در جدول 6 بیانگر این امر است که استفاده از ماسه شکسته در اختلاط های بتنی طرح شده برای مقاومت فشاری ²cm/kg 300، اسلامپ بتن را بطور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. بطوریکه اسلامپ بتن با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته، در نمونه های بتنی معمولی(بدون میکروسیلیس) تا 4.6 برابر و در نمونه های بتنی حاوی 15 % میکروسیلیس تا 3 برابر کاهش می یابد.
با توجه به یکسان بودن درصد جذب آب ماسه گرد گوشه و ماسه شکسته مورد آزمایش، این کاهش اسلامپ مربوط به اثر شکل ریزدانه(شکسته یا گردگوشه بودن) می باشد. شکل 2 تغییرات اسلامپ نمونه های بتنی فاقد میکروسیلیس را با تغییر نوع ماسه نشان داده و شکل 3 بیانگر تغییرات اسلامپ نمونه های بتنی حاوی میکروسیلیس با تغییر نوع ماسه می باشد.
3-2- مقاومت فشاری بتن
با توجه به نتایج ارائه شده در جدول 6 ، در بین نمونه های بتنی فاقد میکروسیلیس، مقاومت فشاری 7 و 28 روزه با افزایش مقدار جایگزینی ماسه گرد گوشه توسط ماسه شکسته و بالعکس با افزایش مقدار جایگزینی ماسه شکسته توسط ماسه گرد گوشه تا 50 % ، کاهش یافته و پس از آن با افزایش میزان درصد جایگزینی در هر دو حالت، افزایش می یابد. البته قابل ذکر است که با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته، تغییرات مقاومت فشاری با کاهش شدید اسلامپ بتن همراه می باشد. لذا جبران این افت اسلامپ ( با افزایش W/C، درحالیکه عیار بتن ثابت نگه داشته شده باشد ) منجر به کاهش هرچه بیشتر مقاومت فشاری بتن می گردد. لذا از لحاظ تأمین مقاومت فشاری، در اختلاط های بتنی فاقد میکروسیلیس طرح شده برای مقاومت فشاری ²cm/kg 300، استفاده از ماسه شکسته توصیه نمی گردد.
بیشتر بدانید : تاثير سرباره هاي کوره بلند و سرب به عنوان ماسه بر نفوذپذيري بتن
در بین نمونه های بتنی حاوی 15 % میکروسیلیس، مقاومت فشاری 7 روزه با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته تفاوت چندانی نمی کند اما مقاومت فشاری 28 روزه بتن با کامل شدن واکنش پوزولانی میکروسیلیس و با افزایش مقدار جایگزینی ماسه گرد گوشه توسط ماسه شکسته و بالعکس با افزایش مقدار جایگزینی ماسه شکسته توسط ماسه گرد گوشه تا 50 % ، افزایش یافته و پس از آن با افزایش میزان درصد جایگزینی در هر دو حالت، کاهش می یابد. قابل ذکر است که با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته، تغییرات مقاومت فشاری با کاهش اسلامپ بتن همراه می باشد. لذا از لحاظ تأمین مقاومت فشاری، در اختلاط های بتنی حاوی 15 % میکروسیلیس طرح شده برای مقاومت فشاری ²cm/kg 300، بکارگیری ماسه شکسته تا 50 % پیشنهاد می گردد.
شکل 5 تغییرات مقاومت فشاری 7 و 28 روزه نمونه های بتنی فاقد میکروسیلیس را با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته نشان داده و شکل6 بیانگر تغییرات مقاومت فشاری 7 و 28 روزه نمونه های بتنی حاوی 15 % میکروسیلیس با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته می باشد.
3-3- درصد جذب آب بتن
با توجه به نتایج ارائه شده در جدول 6 ، درصد جذب آب در نمونه های بتنی فاقد میکروسیلیس( از SP-1-0 تا SP-5-0 ) بترتیب با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته، افزایش یافته است. این افزایش درصد جذب آب در بیشترین حالت 34.6 % می باشد. برعکس، درصد جذب آب در نمونه های بتنی حاوی میکروسیلیس ( از SP-1-15 تا SP-5-15 ) بترتیب با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته، کاهش یافته است. این کاهش درصد جذب آب در بیشترین حالت 10.9 % می باشد.
3-4- نفوذپذیری بتن در مقابل آب
نتایج ارائه شده درجدول 6 بیانگر این امر است که ضریب نفوذپذیری بتن در بین نمونه های فاقد میکروسیلیس با افزایش مقدار ماسه شکسته تا 25 % ، کاهش یافته و پس از آن با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته افزایش می یابد. با مقایسه تغییرات اسلامپ و تغییرات ضریب نفوذپذیری بتن با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته برای نمونه های فاقد میکروسیلیس در می یابیم که تغییرات ضریب نفوذپذیری بتن همراه با افت شدید اسلامپ آن می باشد. از لحاظ تأمین نفوذپذیری، در اختلاط های بتنی فاقد میکروسیلیس طرح شده برای مقاومت فشاری ²cm/kg 300، استفاده از ماسه شکسته تا 25 % پیشنهاد می گردد.
ضریب نفوذپذیری بتن در نمونه های حاوی میکروسیلیس با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته،کاهش می یابد. این کاهش نفوذپذیری بتن در بیشترین حالت 56.5 % می باشد. لذا از لحاظ تأمین نفوذپذیری، در اختلاط های بتنی حاوی 15 % میکروسیلیس طرح شده برای مقاومت فشاری ²cm/kg 300، استفاده از ماسه شکسته به جای ماسه گرد گوشه پیشنهاد می شود. تغییرات ضریب نفوذپذیری نمونه های حاوی میکروسیلیس در مقایسه با نمونه های فاقد میکروسیلیس رفتاری کاملا متفاوت دارد. قابل ذکر است که ضریب نفوذپذیری بتن در نمونه های حاوی میکروسیلیس در مقایسه با نمونه های بتنی فاقد میکروسیلیس نظیر خود به طور قابل توجهی کاهش یافته است. همانطور که قبلا اشاره گردید، در مبحث نفوذپذیری این ساختار حفره ای بتن ( اعم از اندازه و اتصال حفره ها ) است که عامل تعیین کننده می باشد.لذا درنمونه های بتنی حاوی میکروسیلیس با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته، میزان حفره ها ی بتن کاهش یافته و در عین حال ساختار حفره ای آن بهبود می یابد.
بیشتر بدانید : بررسي خواص رئولوژيكي و مقاومت در برابر تهاجم اسيدسولفوريك
شکل 7 تغییرات ضریب نفوذپذیری نمونه های بتنی فاقد میکروسیلیس را با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته نشان داده و شکل 8 بیانگر تغییرات ضریب نفوذپذیری نمونه های بتنی حاوی 15 % میکروسیلیس با افزایش مقدار درصد ماسه شکسته می باشد.
منبع : سایت بتن پلاست
