نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

بررسی آزمایشگاهی افزایش مقاومت فشاری بتن الیافی با کارایی بسیار بالا (UHPFRC) ساخته شده در ایران با افزایش سن

خلاصه

بتن با کارایی بسیار بالا که به عنوان بتن توانمند با کارایی بالا نیز شناخته می‌شود دارای نسبت‌های مخلوط شامل آب، میکروسیلیس، الیاف فلزی، سیمان، ماسه ریزدانه، فوق روان کننده و پودر سنگ‌هایی مانند کوارتز می‌باشد که در این تحقیق با استفاده از مصالح محلی و بومی کشور ایران ساخته شده و افزایش مقاومت فشاری آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نکته اصلی در ساخت بتن UHPC بر این اساس استوار است که بتوان با کاهش ترک‌های ریز و مویی به نسبت‌های مخلوط‌هایی با چگالی بالا دست یافت. افزودن الیاف فولادی جهت بهبود رفتار پس از شکست بتن و مصالح پوزولانی برای افزایش مقاومت ناحیه‌ انتقالی کاربرد دارد. در این راستا الیاف برای پل زدن و بستن ترک‌ها در مراحل مختلف شروع تا رشد ترک و همچنین استفاده از میکروسیلیس با انرژی سطحی و واکنش‌پذیری بالا می‌تواند مورد توجه قرار گیرد. استفاده همزمان از افزودنی‌های ذکر شده نیز می‌تواند در صورت ترکیب مناسب به مزایای ذکر شده در توانمند سازی بتن بیانجامد. در این مقاله، 112 نمونه مکعبی در ابعاد 10*10*10 سانت بتن الیافی با کارایی بسیار بالا با درصدهای مختلف الیاف شامل 5،4،3،2،1،0 و 6 درصد ساخته شده و مورد ارزیابی قرار رفته است. نمونه‌های مکعبی در سنین مختلف از 28،26،24،21،20،18،16،14،12،10،8،7،6،4،2 و 42 روزه آزمایش تعیین مقاومت شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش درصد الیاف مقاومت فشاری نمونه‌ها افزایش یافتند و همچنین نمونه‌های ساخته شده با این نوع بتن در حدود سن 18 روزه به 90 درصد مقاومت نهایی خود رسیدند.

کلمات کلیدی: بتن با کارایی بسیار بالا، بتن توانمند، الیاف فولادی، سن بتن.

مقدمه

امروزه پیشرفتن شتابان و فزاینده تکنولوژی و دستیابی به نوآوری‌های روز در زمینه تکنولوژی بتن، تولید بتن با مقاومت بالا را میسر ساخته است. در اکثر موارد به بتن ماده‌ای مقاوم در برابر نیروهای فشاری نگریسته می‌شود. مقاومت فشاری به هیچ وجه تنها مشخصه اصلی بتن سخت شده نمی‌باشد، ولی عموماً مقاومت بتن مهم‌ترین عامل نشان‌دهنده کیفیت آن است. این موضوع بدان علت است که میزان مقاومت، مستقیماً به کیفیت خمیر سیمان سخت شده مربوط می‌‌شود، به عنوان مثال اگرچه مقاومت مستقیماً نشان دهنده میزان دوام بتن و یا ایستادگی آن در برابر تغییر شکل نیست، اما شدیداً به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، این نسبت نیز با کنترل میزان تخلخل بتن بر روی دوام و مقاومت در برابر تغییر شکل آن تأثیر می‌گذارد. بتن با کارایی بسیار بالا دارای مشخصات مکانیکی و دوام عالی بوده و یکی از پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی بتن محسوب می‌شود. این نوع بتن دارای مقاومت فشاری، مقاومت کششی، چسبندگی و شکل‌پذیری بسیار بالا و نسبت آب به سیمان و نفوذپذیری بسیار کم و در نتیجه دوام بسیار زیاد می‌باشد. معیار اصلی در ساختن بتن UHPC بر این اساس استوار است که بتوان با کاهش ترک‌های ریز و مویی به نسبت‌های مخلوط با چگالی بالا دست یافت. جهت رفع مشکل شکل‌پذیری پایین و افزایش مقاومت کششی معمولاً از انواع الیاف‌ها در بتن‌های با مقاومت بالا و بتن با کارایی بالا استفاده می‌گردد. و در این تحقیق از الیاف‌های فلزی مستقیم به طول 13 میلیمتر و قطر 0.16 میلیمتر استفاده شده است.

نسبت‌های مخلوط بتن UHPC اغلب شامل آب، میکروسیلیس، سیمان، ماسه ریزدانه، فوق روان کننده و پودر سنگ‌هایی مانند کوارتز می‌باشد. این نوع بتن دارای مقاومت فشاری بالایی می‌باشد ولی بالا بودن مقاومت فشاری دلیل بر عملکرد خوب بتن نبوده و این بتن از لحاظ شکل‌پذیری در مقایسه با سایر مشخصه‌های آن، دارای ضعف بوده و تردشکن می‌باشد. یکی از بهترین روش‌های جلوگیری از تردشکنی در بتن‌های UHPC، به کارگیری الیاف فولادی می‌باشد که منجر به ایجاد نسل دیگری از بتن به نام بتن الیافی با کارایی بسیار بالا یا UHPFRC شده است.

موضوعی که این مقاله به آن پرداخته، این است که مقدار الیاف مصرفی در نسبت‌های مخلوط بتن الیافی با کارایی بسیار بالا چه اثری بر مقاومت فشاری و نحوه رشد مقاومت فشاری در سنین مختلف به ازای مقدار الیاف دارد.

مصالح مصرفی

سیمان پرتلند

سیمان پرتلند، که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می‌باشند، به دست می‌آید و دارای انواع مختلفی می‌باشد. سیمان پرتلند نوع II، عمدتاً گرمای کمتری نسبت به نوع یک تولید می‌کند، استفاده از این نوع سیمان باعث کاهش بالا رفتن دمای بتن می‌شود و در این تحقیق از این نوع سیمان استفاده شده است.

میکروسیلیس

میکروسیلیس به کار رفته در این تحقیق از شرکت فروآلیاژ ایران تهیه شده و دارای پیشینه بعد 229 نانومتر میلی‌متر می‌باشد. این ماده که با نام‌های سیلیکا فوم و دوده سیلیس نیز شناخته می‌شود، محصول فرعی کوره‌های قوس الکتریکی صنایع فروآلیاژ و فروسیلیس بوده و ماده‌ای است با فعالیت پوزولانی بسیار شدید که بیش از 85 درصد سیلیس بلوری نشده دارد. شکل 1 الک کردن میکروسیلیس به منظور حذف کلوخه‌های جزئی موجود در آن، قبل از استفاده در ساخت بتن را نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که میکروسیلیس در حین دپو و نگهداری با جذب فوری رطوبت محیط به صورت کلوخه‌ای در می‌آید و حذف کلوخه‌های آن باعث ترکیب مناسب آن با دیگر مصالح ریز دانه می‌گردد که این مشکل با عبور آن از الک حل می‌گردد.

الک کردن میکروسیلیس

آب مصرفی

آب مصرفی در بتن می‌بایست دارای ویژگی‌های منحصر به فرد باشد و باید ph آب در بازه 6 تا 8 باشد. تقریباً تمام آب‌های طبیعی قابل آشامیدن و بدون طعم خاص، برای ساختن بتن قابل استفاده هستند.

فوق روان کننده

به دلیل نسبت آب به سیمان کم در بتن با کارایی بسیار بالا، استفاده از فوق روان کننده نقش تعین کننده‌ای در رسیدن به کارایی مورد نظر دارد به طوری که توسعه بتن UHPFRC بدون استفاده از فوق روان کننده امکان‌پذیر نمی‌باشد. در این پژوهش از فوق روان کننده AURAMIX 4450 استفاده شده است که از شرکت فروک تهیه شده، که در شکل 2 نشان داده شده است.

روان کننده مصرفی - افزایش مقاومت فشاری بتن الیافی - 1

سنگدانه

برای انتخاب نوع سنگدانه از مصالح بومی استان آذربایجان شرقی (ماسه سرام) استفاده شده است. به منظور دستیابی به ابعاد و دانه‌بندی مورد نظر از ماسه رد شده از الک استاندارد 16 و مانده بر روی الک استاندارد نمره 200 استفاده شده است.

پودر کوارتز

استفاده از پوزولان‌های طبیعی در سیمان یا بتن باعث ایجاد نتایج مفیدی در خواص آن می‌شود که برخی از آن‌ها عبارتند از کاهش هیدراسیون، افزایش مقاومت نهایی، کاهش نفوذپذیری، افزایش مقاومت در برابر سولفات و کاهش فعالیت قلیایی سیلیکا. در تحقیق حاضر در نسبت‌های مخلوط بتن الیافی با کارایی بسیار بالا از پودر کوارتز شرکت معادن اصفهان استفاده شده است.

الیاف فولادی

الیاف به کار رفته در این تحقیق از نوع الیاف فولادی مستقیم و بدون خم می‌باشد. الیاف فولادی دارای مدول الاستیسیته و کرنش بالایی می‌باشند که با توجه به قابلیت شکل‌پذیری مناسب و مقاومت کششی بالا از مناسب‌ترین و اقتصادی‌ترین نوع الیاف به شمار می‌آیند. این نوع الیاف به اشکال ظاهری گوناگون و در ابعاد مختلف جهت بهبود رفتار بتن ساخته می‌شوند. الیاف به کار رفته در این تحقیق از نوع مستقیم و در ابعاد میکرو (قطر 0/16 و طول 13 میلی‌متر) بوده و از کشور چین تهیه شده‌اند که در شکل 3 داده شده است.

الیاف فولادی - افزایش مقاومت فشاری بتن الیافی - 2

روند انجام آزمایش

مراحل اولیه این تحقیق به منظور ساخت بتن UHPFRC در ایران و با مصالح بومی انجام پذیرفته است. بر این اساس، تمامی مصالح مصرفی در بتن به غیر از الیاف فولادی و فوق روان کننده از مصالح بومی ایران تهیه شده است. نسبت‌های مخلوط اولیه براساس نسبت‌های مخلوط پیشنهادی گریبل و اصلاحی جغتایی و پوربابا درایران استفاده شده است. در این تحقیق به منظور بررسی رشد مقاومت فشاری نمونه‌ها در سنین 2 تا 42 روز در بتن با کارایی بسیار بالا، هفت نوع نسبت‌های مخلوط مختلف با درصدهای وزنی 5،4،3،2،1،0 و 6 درصد از الیاف فولادی استفاده شده است. هر یک از این طرح‌ها به ترتیب به نام نسبت‌های مخلوطی سری A تا F نامگذاری شده‌اند که در جدول 1 نشان داده شده‌اند. برای هر نسبت‌های مخلوط 16 نمونه مکعبی با ابعاد 10*10*10 سانتی متر مکعب (جمعاً 112 نمونه مکعبی) ساخته شده است.

مقاومت فشاری بتن الیافی - افزایش مقاومت فشاری بتن الیافی - 3

براساس توصیه‌های ویل و همکاران در سال 2011 و گزارش‌های گریبل در سال 2013 ابتدا میکروسیلیس و ماسه ریزدانه به مدت تقریبی 5 دقیق مخلوط می‌شوند. سپس قبل از افزودن آب، سیمان و پودر کوارتز اضافه شده و حداقل به مدت 5 دقیقه می‌شوند. سپس قبل از افزودن آب، سیمان و پودر کوارتز اضافه شده و حداقل به مدت 5 دقیقه در حالت کاملاً خشک با یکدیگر مخلوط می‌شوند. سپس به روش پیشنهادی تیو و همکاران در سال 2008 به منظور بهبود روانی و کارایی، فوق روان کننده مرحله به مرحله افزوده می‌شود. پس از اندازه‌گیری مصالح یاد شده در ظرف‌های تعیین شده مطابق شکل 4، مصالح با بهره‌گیری از توضیه‌های فوق الذکر در داخل دیگ میکسر قرار می‌گیرد. فوق روان کننده در ظرفی با آب محلول شده و در هنگام هم زدن میکسر مطابق شکل 5 به مصالح خشک اضافه می‌شود. با توجه به سعی خطاهای انجام گرفته در ساخت، بهترین حالت زمانی اتفاق می‌افتد که حدود 70 درصد آب و فوق روان کننده به مصالح اضافه می‌گردد. سپس مخلوط به حالت دانه‌های نخودی نیمه اشباع در می‌آید که در این وضعیت در حدود 5 دقیقه بدون اضافه کردن آب و فوق روان کننده، عمل اختلاط به وسیله میکسر صورت می‌گیرد، مابقی آب و فوق روان کننده به مخلوط اضافه شده تا بتن به حالت خمیری و چسبنده تبدیل گردد، میکرو الیاف در حین اختلاط با میکسر با الک کردن و یا پخش آرام دستی به بتن اضافه می‌گردد. همانگونه که در شکل 6 نشان داده شده است که برای ریختن میکرو الیاف حدود 5 دقیقه زمان صرف می‌شود سپس بتن در داخل قالب‌ها ریخته شده و عمل ویبره زدن به منظور قرارگیری بتن به صورت لرزش قالب با توجه به خصوصیت خود تراکمی این نوع از بتن انجام می‌پذیرد.

شکل 7 نحوه قرارگیری بتن در داخل نمونه‌های مکعبی 10 سانتی‌متری را نمایش می‌دهد.

نمونه‌های ساخته شده پس از عمل‌آوری مطابق شکل 8 در دستگاه پرس استاندارد طبق شکل 9 مورد بارگذاری فشاری قرار می‌گیرند و مقاومت فشاری در سنین مختلف به دست می‌آید.

ماکروسنتتیک میکرو الیاف برای ساخت بتن قرارگیری بتن درون قالب - افزایش مقاومت فشاری بتن الیافی - 4
بتن ساخته شده - افزایش مقاومت فشاری بتن الیافی - 5
نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

اثرات ضد یخ بتن در ساختمان‌سازی

اثرات ضد یخ بتن در ساختمان‌سازی

ضد يخ‌ها مواد افزودني مي‌باشند كه جهت جلوگيري از يخ زدن بتن در شرايط آب و هوايي سرد و به منظور اجتناب از توقف بتن‌ ريزي در اين شرايط آب هوايي در مخلوط‌ هاي بتني مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از اين مواد افزودني براي رساندن مقاومت بتن ريخته شده در شرايط آب و هوايي سرد، به مقاومت هاي مورد نظر طراحي استفاده مي‌شود. در اين تحقيق جهت بررسي صحت اين ادعا 15 سري مخلوط هاي مختلف بتني با طرح اختلاط هاي يكسان ولي با سيمان ها و ضديخ‌ هاي مختلف تهيه شده‌اند. سيمان هاي مصرفي از سه نوع سيمان پركاربرد در منطقه آذربايجان مي‌باشند و ضد يخ‌هاي مورد استفاده، از دو نوع ضد يخ مايع و ضد یخ پودري توليد شده توسط شركت هاي فعال در زمينه‌ي توزيع افزودني‌هاي بتني در داخل كشور هستند. نمونه‌هاي بتن سخت شده تحت آزمايشات تعيين مقاومت فشاري، تعيين درصد هواي موجود در مخلوط بتني، تعيين مقدار كلر موجود در نمونه‌ها قرار گرفتند. نتايج تحقيق نشان دهنده‌ي اين است كه به كار بردن ضد يخ‌ها در طرح اختلاط بتن عليرغم صرف هزينه‌ي اضافي در طرح، به تنهايي نمي‌تواند مقاومت پيش‌بيني شده‌ي طرح را برآورده كند و رسيدن به مقاومت مورد نظر مستلزم اجراي عمليات خاص نگهداري و عمل‌ آوري بتن در اين شرايط آب و هوايي خاص نيز مي‌باشد. ولي از نقطه‌ نظر خوردگي ميلگردهاي موجود در بتن، عليرغم اينكه هر دوي ضد يخ‌هاي مايع و پودري باعث انتقال يون كلر به داخل مخلوط بتن مي‌باشند، ولي به علت مقدار كم اين يون در بتن‌هاي تهيه شده با ضد يخ‌هاي مايع نمي‌توان به اين نتيجه رسيد كه باعث افزايش خوردگي ميلگردهاي موجود در بتن مي‌شوند. اما نتايج در مورد ضد يخ هاي پودري نشان مي‌دهد كه اين مواد مقدار يون كلر بيش از مقدار استاندارد به داخل مخلوط بتني انتقال مي‌دهند، كه باعث خوردگي ميلگردهاي موجود در بتن خواهد شد به نحوي كه حتي با قالب‌ فلزي بتن ريخته شده در آن نيز واكنش شيميايي نشان داد.

ادامهٔ «اثرات ضد یخ بتن در ساختمان‌سازی»
نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

بررسی و بهبود مشخصات مکانیکی بتن نیمه سبک مقاومت بالا با استفاده از الیاف پلی پروپیلن و مقایسه آن با بتن نیمه سبک معمولی با مصالح بومی کرمان

چکیده

امروز افزایش مقاومت و شکل‌پذیری هر چه بیشتر، مهم‌ترین و و پرکاربردترین مصالح ساختمانی یعنی بتن، دغدغه کثیری از محققان و پژوهشگران شده است و در این مقاله نیز براساس آزمایش‌های صوت گرفته تأثیر الیاف و تغییرات طول الیاف در بتن نیمه سبک مقاومت بالا تسلیح شده یا استفاده از الیاف پلی پروپیلن مورد بررسی و با بتن معمولی مقایسه گردیده است.

همچنین این مقاله در نظر دارد تا با معرفی بتن نیمه سبک مقاومت بالا با الیاف به منظور رفع یکی از بزرگترین معایب بتن نیمه سبک که خاصیت الاستیک پایین می‌باشد و منجر به مقاومت کششی پایین‌تر نبست به بتن معمولی می‌گردد، تأثیر بسزای آن در جلوگیری از ترک خوردگی و افزایش نرمی را نشان دهد. مهم‌ترین کاربردی که این نوع بتن ویژه نیمه سبک در تیرها، کف‌ها، شیب‌ها و محل‌های خوردگی و فرسایش می‌باشد. نتایج آزمایشات نشان داد که برای رسیدن به مقاومت بالای کششی و بالا بردن حداکثر تنش در بتن نیمه سبک با الیاف، تغییر طول الیاف تأثیر بسزایی دارد. همچنین استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن موجب بهبود مشخصات مکانیکی بتن سبک مقاومت بالا نسبت به بتن معمولی می‌گردد.

کلمات کلیدی: بتن نیمه سبک، مواد حباب زا، مقاومت فشاری، پودر سنگ

ادامهٔ «بررسی و بهبود مشخصات مکانیکی بتن نیمه سبک مقاومت بالا با استفاده از الیاف پلی پروپیلن و مقایسه آن با بتن نیمه سبک معمولی با مصالح بومی کرمان»
نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

بررسی آزمایشگاهی تأثیر جایگزین بتن الیافی توانمند در رفتار خمشی و شکل‌پذیری تیرهای بتن مسلح سراسری دو دهانه

چکیده

در یک تیر سراسری بتن آرمه، با رسیدن لنگر در مقطع بحرانی به حد نهایی، تیر دچار خرابی نمی‌شود، بلکه اگر سازه از شکل‌پذیری کافی برخوردار باشد پس از تشکیل مفصل پلاستیک در نقطه بحرانی، باز توزیع تنش و لنگر به وقوع پیوسته و سبب می‌شود که سایر نقاط سازه نیز به مقاومت و ظرفیت نهایی خود برسند. رفتار سخت شوندگی کرنش تحت کشش، از بتن الیافی توانمند یک مصالح توانمند با قابلیت جذب انرژی بالا و قابلیت ترک خوردگی‌های زیاد قبل از شکست، ساخته است. هدف از این تحقیق، بررسی رفتار خمشی، الگوی ترک‌خوردگی، شکل‌پذیری تیرهای سراسری دو دهانه ساخته شده با مصالح بتن الیافی توانمند حاوی 2% الیاف فولادی در مقایسه با تیرهای ساخته شده با بتن معمولی می‌باشد. بدین منظور دو عدد تیر بتن آرمه که نمونه اول به عنوان تیر مرجع و نمونه دوم با بتن الیافی توانمند به طور کامل دارای بتن الیافی توانمند می‌باشند ساخته شدند. ابعاد هر یک از تیرها 4000*250*200 میلی‌متر و فاصله مرکز به مرکز هر یک از تیکه‌گاه‌های تیر از یکدیگر 1800 میلی‌متر می‌باشد. طول آزاد هر یک از دهانه‌ها به دو قسمت مساوی تقسیم و نیروی متمرکز در وسط و به صورت متقارن و به صورت افزاینده اعمال گردید. نتایج تحقیق نشان داد که استفاده از مصالح بتن الیافی توانمند با 2% الیاف فولادی در نمونه‌ها باعث افزایش شکل‌پذیری جابجایی و انرژی به ترتیب به میزان 2.5 و 1.76 گردیده و بارهای ترک خوردگی و نهایی تیر دارای بتن الیافی توانمند به ترتیب 50 و 27 درصد نسبت به تیر ساخته شده با بتن معمولی افزایش یافته نشان می‌دهد. با به کارگیری بتن الیافی توانمند به جای بتن معمولی در ساخت تیرهای سراسری، ظرفیت باربری در تیرهای ساخته شدهب ا بتن الیافی توانمند به طور کامل به میزان 35% نسبت به تیرهای سراسری ساخته شده با بتن معمولی افزایش داشته است. سطح زیر منحنی نیرو- تغییر مکان که نشان دهنده میزان جذب انرژی می‌باشد؛ در تیرهای ساخته شده با بتن معمولی را نشان می‌دهد.

کلمات کلیدی: بتن الیافی، تیر سراسری، شکل‌پذیری، باز توزیع لنگر، الیاف فولادی.

ادامهٔ «بررسی آزمایشگاهی تأثیر جایگزین بتن الیافی توانمند در رفتار خمشی و شکل‌پذیری تیرهای بتن مسلح سراسری دو دهانه»
نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

مطالعه پارامترهای دوام و مقاومت بتن مسلح با الياف ماكروسنتتيک پلي اولفين

چکیده

در سال‌های اخیر در دنیا کاربرد الیاف مصنوعی به منظور بهبود خواص مکانیکی و کاهش جمع شدگی بتن تازه و سخت شده، افزایش جذب انرژی و مقاومت در برابر ضربه بتن و جایگزینی آرماتورهای حرارتی و الیاف فلزی بسیار گسترش یافته است. ولی در مورد پارامترهای دوام بتن الیافی تحقیق کاربردی صورت نگرفته است. در این مقاله تأثیر الیاف ماکروسنتتیک پلی اولفین با سه شکل ظاهری فورتا فرو و کورتا بلند و بارچیپ در درصدهای حجمی مختلف بر روی نفوذپذیری تحت فشار آب و مقاومت الکتریکی و جذب آب کل بتن بررسی شده است. همچنین مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌ها در سن 28 روزگی نسبت به نمونه‌های شاهد سنجیده شده است. آزمونه‌های مکعبی جهت انجام آزمون نفوذپذیری، جذب آب، مقاومت الکتریکی و مقاومت فشاری و آزمونه‌های منشوری (تبر) جهت انجام آزمون خمشی (کشش غیر مستقیم) بتن الیافی و بتن شاهد در آزمایشگاه ساخته شدند. به این منظور 10 طرح اختلاط با مکعب‌هایی به ابعاد 150*150*150 میلی‌متر و تیرهایی به ابعاد 150*150*600 را مطابق استانداردهای ASTM و BS که مجموعاً 170 نمونه مورد آزمون قرار گرفتند. نتایج نشان داد افزایش الیاف ماکروسنتتیک پلی اولفین در بیشتر درصدها باعث افزایش خواص مکانیکی و همچنین باعث افزایش دوام کوتاه مدت است.

کلمات کلیدی” دوام، مقاومت، بتن الیافی، پلی اولفین، کورتا بلند، بارچیپ، خمش، نفوذ

ادامهٔ «مطالعه پارامترهای دوام و مقاومت بتن مسلح با الياف ماكروسنتتيک پلي اولفين»