بتن سبک حاوی دانه های اسفنجی، شامل خاکستر بادی(fly ash)

نوشته شده توسط 
رای دادن به این مورد
(0 آرا)

- خلاصه:

بتن های سبک با جایگزین کردن کامل یا غير کامل سنگدانه های نرمال و طبیعی در بتن یا آهک بسته به نوع احتیاج، میزان چگالی و قدرت بتن ساخته می شوند. تحقیق پیش رو موارد استفاده سنگ دانه های پلی استیرن اسفنجی EPS را به عنوان سنگدانه های سبک هم در بتن و هم در آهک پوشش می دهد. هدف اصلی این برنامه، مطالعه ویژگی های مکانیکی بتن های EPS حاوی خاکستر بادی و مقایسه آنها با بتن های تنها حاوی OPC بعنوان ماده چسبنده می باشد. تاثیرات سنگ دانه های EPS بر ویژگی های بتن تازه گرفته شده (شل) و بتن سخت شده که هر دو حاوی خاکستر بادی بودند، به صورت عملی آزمایش شد. برای مقاومت فشاری بتن های حاوی خاکستر بادی افزایش مستمری تا 90 روز بر خلاف چیزی که برای OPC گزارش شده بود مشاهده می شود، همچنین مشاهده شد که شکست این بتن ها، هم در کشش و هم در فشار تدریجی بود که هر دو در بتن های حاوی سنگدانه های خورد شده پلاستیکی زودتر رخ دادند. روابط تنش- کرنش و مدول های الاستیسیته نیز به دست آمدند.

- معرفی

از مدت ها پیش، بتن سبک، هم برای عملیات سازه ای و هم غیر سازه ای مورد استفاده قرار

می گیرد. مصالح سازه ای باید ویژگی های خاصی داشته باشند تا به آن میزان مقاومت و قابلیت اجرایی مورد احتیاج برای عملیات سازه ای برسند. بنابراین طبیعتاً قبل از هر معرفی مصالحی برای کاری بخصوص (چه سازه ای و چه غیر سازه ای)، برای اینکه مفید بودن و مناسب بودن آن را تایید کنیم نیازمند مطالعه ویژگی های مکانیکی آن هستیم. در مورد بتن های سبک توصیه می شود که مقاومت فشاری بتن بالای Mpa 17 باشد تا بتواند بعنوان مصالح سازه ای مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین اگر بتن بعنوان عایق مورد استفاده قرار می گیرد چگالی آن باید کمتر یا مساوی  باشد.

پلی استیرن اسفنجی، نوعی اسفنج پایدار، کم چگالی، ضد آب، با ساختار سلولی بسته است و نتایج نشان می دهند که بعنوان سنگدانه ی فوق سبک , مناسب برای ساختن بتن، هم در عملیات سازه ای و هم غیر سازه ای،  با تغییری که در درصد جرمی آن در بتن و آهک بوجود می آید، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این ها استفاده از حجم زیادی خاکستر بادی  بعنوان ماده سیمانی مضاعف در عملیات بتنی، سوای مزایایی که مربوط به وجوه محیطی آن

می شوند، از لحاظ اقتصادی و استحکام پایداری نیز ترجیح داده می شود. صنایع بلوک سازی کنونی به طور کلی به خاکستر بادی  زیادی برای اقتصادی شدن نیازمندند ولی بلوک هایی با حجم زیاد خاکستر بادی، شکننده و سنگین تر با چگالی زیاد در حدود  می باشند که موانع فوق با استفاده از بتن سبک EPS، در این صنایع، بر طرف می شوند.

در حال حاضر تحقیقی جامع در مورد رفتار مکانیکی بتن های EPS حاوی ترکیبات معدنی کم ارزش چون خاکستر بادی، خصوصاً در مورد طیف وسیعی از چگالی های بتن، در دست نیست. در این مطالعه، بتن های EPS با حجم زیاد، 50% خاکستر بادی  و درصد حجم های متغیر EPS، برای دستیابی به بتن های با چگالی مختلف  تولید شدند.

همچنین مقاله بیان می کند که خاصیت آب گریزی دانه های EPS در این ترکیبات را می توان از طریق اضافه کردن ترکیباتی و یا از طریق سنگدانه های اصلاح شده، متعادل کرد. هر چند در این پژوهش،از هیچ ترکیب اضافه ای استفاده نشد. پژوهش حاضر، اطلاعات جدیدی را در باره ویژگی های مقاومتی بتن هایی با چگالی بین 550 تا  که از طریق جایگزینی EPS به جای سنگدانه (با وزن) معمولی بدست آمده اند، را به دست می دهد.

-نسبت های اختلاط:

     مواد: سیمان، مطابق ASTM، نوع 1، که مطابق ,IS:12269 درجه C53 است و خاکستر بادی  کلاس F به عنوان ماده ی سیمانی چسبنده در ترکیبات بتن مورد استفاده قرار گرفته ویژگی های شیمیایی سیمان و خاکستر بادی  در جدول1 داده شده اند.

 ماسه ریزتر از 2.36 mm با مدول ریز دانگی 2.8 استفاده شده همچنین از سنگدانه ای با درشتی  نرمال [گرانیت آبی خرد شده] که دانه هایش از الک 8mm رد شده و روی الک 2.36mm باقی مانده اند [قطر دانه ها بین 8 mm و 2.36 mm است ] در بتن های چگال استفاده شد. دانه های معمولی، هم به تنهایی ماسه و هم ترکیبی از شن و ماسه با درشتی نرمال بودند. دو نوع دانه، نوع A (4.75 mm – 8mm) با اکثراً 6.3mm و نوع B (1mm-4.75mm)با اکثراً دانه های 4.75mm در بتن استفاده شد. چگالی توده ای و وزن مخصوص این دانه ها به ترتیب  و 0.014 برای نوع A ،20 و0.029 برای نوع B بودند. از یک فوق روان ساز با بنیان نفتالینی و یک ترکیب هواساز نیز برای رسیدن به کارایی بهتر، جلوگیری از آب انداختن و جداشدگی در ترکیب تازه و همچنین به منظور ساختن ترکیب هایی نرم و جاری و فرم پذیر با دست، استفاده شد.

   نحوه ی اختلاط:

بتن ها در ابتدا مطابق نسبت های ارائه شده در ACI:211.2 طراحی و سپس با اضافه کردن خاکستر بادی دست کاری شدند. تمام بتن های EPS با جایگزین کردن %50 کل مواد سیمانی با خاکستر بادی ساخته شدند. توضیحات مطالعات اختلاط بتن در جدول2 آمده است .بتن ها در گستره ی وسیعی از چگالی، بین  و  که 50تا 95% کل دانه ها با EPS جایگزین شده بودند, طراحی و ساخته شدند. همچنین، ترکیبات E22 , E13 نسبت اختلاط مساوی دارند (با 50% خاکستر بادی) به جز اینکه E22 ، 0%  EPS دارد، که بعنوان بتن مبنا که تنها حاوی خاکستر بادی است، برای مقایسه مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر آن، برای مقایسه، از بتن نرمال، (NC) که از سنگدانه های 20mm با درشتی نرمال و بدون خاکستر بادی، ساخته شده نیز برای مقایسه استفاده گردید.

    تولید و قالب ریزی:

تمامی بتن ها در مخلوط کننده ای (mixer) چرخان، با ظرفیت 1001 در آزمایشگاه ساخته شدند. اختلاط مواد با ترتیبی خاص انجام شد: قسمتی از آب با فوق روان کننده در mixer قرار داده شد پس از اضافه کردن دانه های خشک EPS، برای مدت دقیقاً 2 دقیقه مواد به شکل دقیقی مخلوط شدند تا دانه ها باآب و روان کننده مخلوط شوند. سپس مصالح باقی مانده به mixer  اضافه و نهایتاً باقی مانده آب نیز در حین اختلاط، به تدریج اضافه شد. اختلاط تا هنگامی که یک مخلوط یک دست و جاری به دست آمده ادامه یافت. برای تمامی بتن ها، چگالی بتن تازه و میزان سیالیت آن بلافاصله پس از اختلاط اندازه گیری شد.

میزان سیالیت برای تمام بتن های بین 45cm تا 61cm  متغیر بود. نمونه های آزمایش تنها به وسیله دست فشرده شدند و پس از قالب ریزی با کیسه هایی به مدت 10 ساعت پوشانده شدند, پس از 24  ساعت از قالب بیرون آورده و برای نگهداری تا زمان آزمایش در آب قرار داده شدند.

- روند آزمایش:

از قالب های 100mm بتن های 1 روزه 90 , 88 , 7 . 3 روزه، مقاومت فشاری تک محوری تحت باری که با سرعت  وارد می شد، به دست آمد. بازگشت ضربه و سرعت برخورد ما فوق صوت (UPV) روی قالب های 100mm بتن 90 روزه انجام شد. استوانه های

mm 200 × mm 100 برای آزمایشات مقاومت کششی شکافت روی بتن 28 روزه صورت گرفت. رفتار در مقابل تنش کرنش و اندازه گیری  مدول الاستیسیته روی بتن های 60 روزه توسط سیلندرهای با قطر 150mm و ارتفاع 300mm انجام گرفت. نمونه ها توسط فشار سنجی طولی ثابت شده و بطور عمودی بین قاب ها (صفحات) ماشین تست فشار قرار گرفته, آزمایش شدند.

این آزمایش مطابق استاندارد C496 – 94 , ASTM برای مدول الاستیسیته پایدار بتن در فشار بود. تمام نمونه ها در آب تا زمان آزمایش نگهداری می شدند تمام آزمایش ها روی سطح اشباع نمونه های خشک انجام می گرفتند.

- نتایج و بحث:

 یک نتیجه جامع در مورد رفتار مقاومت فشاری، مقاومت کششی، تنش کرنش و مدول های الاستیسیته در تمام این بتن ها در جدول 3 آمده و نمایش رفتار این بتن ها در جای دیگر گزارش شده است.

    بتن تازه:

تمامی بتن های EPS در مقایسه با بتن های معمولی، با همان نسبت آب، سیالیست بیشتری از خود نشان دادند و حتی در مواردی هم که هیچ مایه چسبنده ای در بتن مورد استفاده قرار نگرفته بود، هیچ گسستگی در هیچ ترکیبی مشاهده نشد. در ترکیب E25 هیچ سیالیتی دیده نشد، که این پدیده ممکن است بخاطر نبودن مواد سیمانی (خمیر سیمانی) در این ترکیب باشد. همچنین مشاهده شد که دانه های EPS در حین عمل اختلاط فشرده می شوند که این پدیده باعث می شود چگالی نتیجه شده از آزمایش در مجموع بیشتر از چگالی مورد انتظار که بین  بوده باشد. این تاثیر بیشتر در ترکیباتی که حاوی شن با درشتی نرمال بودند، مشاهده شد. سیالیست این بتن ها در جدول 2 آمده است.

    مقاومت فشاری:

تغییرات مقاومت فشاری با زمان (عمر بتن) یک افزایش مستمر را در مقاومت فشاری تا 90 روز نشان می دهد. مقایسه ای بین تغییرات مقاومت فشاری با درصدهای حجمی مختلف از EPS در بتن های 90 , 28 , 7 روزه در نمودار 1 نشان داده شد. باید توجه داشت، در ترکیباتی با 50% خاکستر بادی رشد درصدی مقاومت در بتن 7 روزه پنجاه درصد (نصف ) درصد رشد مقاومت 28 روزه ( در روز هفتم و بیست هشتم 50% و 75% مقاومت بتن 90 روزه) می باشد.

برعکس ,Cook (در 1983) گزارش داد که بتن های EPS در طول 7 روز، 95% مقاومت 28 روزه را به دست می آورند، در مقابل بتن معمولی که % 70 را بدست می آورد. همان طور که برای بتن های OPC توسط Cookگزارش شده، سرعت به دست آوردن مقاومت بر حسب گذشت زمان برای بتن حاوی دوده ی سیلیسیم، همراه با افزایش میزان درصد خاکستر سیلیسیم، افزایش می یابد. این سرعت پایین تر کسب مقاومت ممکن است بخاطر سرعت کند واکنش دادن خاکستر بادی در روزهای اولیه باشد.

ترکیبات کم چگالی سرعت کسب مقاومت بالاتری را در روزهای نهایی (بین 28 تا 90 روز) نشان دادند در حالیکه در ترکیبات چگالی روند افزایش مقاومت در روزهای اولیه (7 تا 28 روز) بیشتر است. این اختلاف ممکن است بخاطر ظرفیت و مقدار بیشتر سیمان در ترکیبات چگال در مقایسه با ترکیبات کم چگال باشد.

همچنین مشاهده شد با افزایش درصد EPS در بتن و همچنین با افزایش نسبت آب به سیمان همچون بتن معمولی، مقاومت کاهش می یابد. تغییرات چگالی در 90 روز بر حسب مقاومت فشاری در fig .2 نشان داده شده است. مشاهده می شود که مقاومت فشاری با افزایش جرم مخصوص، افزایش می یابد و این بتن ها رابطه ای نمایی را برخلاف  رابطه مخصوص بتن های EPS حاوی دوده ی سیلیس نشان دادند.

     مقاومت فشاری در مقابل سرعت برخورد مافوق صوت و عدد برجهندگی:

تغییرات مقاومت فشاری سیلندر( که fcy = 0.8 بار مقاومت فشاری قالب فرض می شود.) و (V) UPV در Fig . 3 نشان داده شده است رابطه ی  بین مقاومت فشاری و UPV برای بتن های EPS ( با چگالی بین 1150تا 1350 و دامنه مقاومتی از Mpa 3.5 تا

12 Mpa ) با روکش سنگدانه ای BST (رابطه  ) ارائه شده توسط Ravindrarajah Tuck , Sri  در همان شکل نشان داده شده است.

مشاهده می شود که به طور کلی معادله پیشنهادی, تقریباً مقدار سرعت برخورد را، به ازای یک مقاومت خاص، بیشتر به دست می دهد، به خصوص در مورد بتن های چگال در مقایسه با بتن های EPS حاوی 50% خاکستر بادی. معادله پیشنهادی بر پایه این مطالعه، رابطه بین مقاومت فشاری و 0.973)  UPV (r= به این صورت است:                      

همچنین تغییرات مقاومت فشاری و دفعات برجهندگی نیز در Fig . 3 آمده.

معادله پیشنهادی بین مقاومت فشاری و عدد بر جهندگی (r = 0.989) به صورت زیر است:

نتایج نشان می دهند که با افزایش مقاومت بتن هم UPV و هم عدد بر جهندگی افزایش

 می یابند.

     مقاومت کششی شکافت:

تغییرات مقاومت کششی شکافت)( با مقاومت فشاری در fig .4آمده مشاهده می شود که با افزایش مقاومت فشاری، مقاومت کششی نیز افزایش می یابد. همچنین مشاهده می شود که معادله پیشنهادی برای رابطه ی  بین مقاومت کششی شکست و مقاومت فشاری در بتن معمولی )(و بتن سبک ( ) برای بتن های EPS، مقاومت کششی شکست را کمتر برآورده می کنند. معادله مورد انتظار برای اینگونه بتن ها (r = 0.995) به این صورت است:                                                    

در حین آزمایش مشاهده شد که بتن هایی که درصد بالای EPS دارند به هیچ روی مانند بتن های معمولی گسیخته و دچار شکست نشدند بلکه فقط به صورت ناحیه ای دچار این پدیده شدند، در حین آزمایش، نمونه بتن های معمولی پس از شکست به دو قسمت جدا تفکیک شدند در حالی که در بتن های EPS هیچ جدا شدنی مشاهده نشد.

     رفتار تنش کرنش:

نتایج مطالعات روی تنش و کرنش در Fig . 5 آمده است. تغییرات نشان می دهند، هر چقدر میزان مقاومت بالاتر می رود، بتن ها در کرنش پایین تری گسیخته می شوند. (یعنی تغییر شکل این مصالح کمتر است) همچنین تقعر نمودار تنش-کرنش، با کاهش حجم درصدی EPS، بیشتر می شود.در حین آزمایش مشاهده شد که بسته به ظرفیت دانه های EPS، گسیختگی به تدریج رخ می دهد. در مورد بتن ها با دانه های EPS بیشتر (بتن های کم چگال تر) گسیختگی در مقایسه با بتن های با EPS، کم تر، نرم تر اتفاق می افتد.

همچنین مشاهده شد که بار نهایی، در برخی موارد توسط نمونه، با کرنش زیاد، تحمل شد.

طریقه شکست برای بتن های حاوی EPS با درصدهای مختلف این ماده در Fig . 6 آمده. مشاهده می شود که بتن E22 با%0در کل ارتفاع 300mm خود دارای ترک است. در حالیکه E 95 که 50% حاوی دانه های EPS است تنها 82mm  ارتفاعش از بالای نمونه متأثر از ترک شده است. مشاهده می شود که با کاهش حجم EPS طول گسترش ترک ها افزایش

می یابد. در جدول 3 طول میانگین گسترش ترک ها در بتن های مختلف آمده است. طریقه ی شکست این بتن ها بیان می کند که بتن های حاوی دانه های EPS تنها گسیختگی ناحیه ای دارند(نه در کل نمونه)،مانند مصالح نرم و جاذب انرژی. هنگام آزمایش، برآمدگی و تحدب در حوزه شکست در کنار نمونه ها دیده شد.

 در آزمایش های فشار و کشش شکافت و تنش و کرنش در حالتی که درصد دانه های EPS بیشتر می شد، همانطور که پیشتر در مورد بتن های EPS و بتن های حاوی دانه های پلاستیک گزارش شد، گسیختگی نتیجه شده از آزمایش نرم تر و قابل انعطاف تر می نمود.

    مدول های الاستیسیته:

رابطه بین مدول های الاستیسیته و مقاومت فشاری سیلندر بتن های EPS در Fig . 7 نشان داده شده است. مشاهده می شود که مدول الاستیسیته با افزایش مقاومت سیلندر افزایش

می یابد، به ازای هر 15% اضافه شدن به حجم EPS حدوداً 40% از مدول شکست، کاسته

می شود.

Pauw معادله جامعی را برای مدول سکانت، هم برای بتن های سبک و هم معمولی به این صورت ارائه داده:

  که γw چگالی خشک هوا  و fcy مقاومت سیلندر فشار است (Mpa). بعدها Tuck , Sri Ravindrarajah , Perry et . al  گزارش دادند که برای بتن های با دانه های EPS فرمول فوق، مدول ها را کم تر از میزان واقعی به دست

می دهد و دو معادله را به صورت برای بتن سبک و برای بتن معمولی ارائه دادند.

مدول های سکانت بتن ها در تحقیق حاضر (که از طریق محاسبه مقاومت فشاری سیلندر و چگالی هوای خشک بدست آمده اند). در Fig . 7 نشان داده شده اند. مشاهده شد که معادلات ارائه شده توسط Pauw , Prey et . al برای بتن های EPS حاوی خاکستر بادی، مدول های سکانت را کم تر از حد معمول به دست می دهند. مقدار مدول های سکانت در تحقیق حاضر تقریباً مشابه و منطبق بر معادلات تجربی ارائه شده توسط Tuck , Sri Ravindrarajah برای بتن حاوی دانه های پلی استیرن (عایق شده با BST) بودند. بنابراین معادله مذکور برای بتن های EPS، با 50% خاکستر بادی (و با ترکیبات سیمانی کم تاثیر) قابل قبول بود. همچنین در تحقیق حاضر مشاهده شد که مدول های بتن های EPS حاوی خاکستر بادی مقداری بیشتر از مقدار گزارش شده توسط Yannas , Bagon در خصوص بتن های با چگالی یکسان دارند. (بتن های مذکور با سیمان بیشتر و دانه های EPS کوچکتر ساخته شده بودند).

5-نتایج:

تمام ترکیبات EPS، سیالیت بهتری از خود نشان دادند و هیچ جداشدگی در هیچکدام از ترکیبات، حتی مواردی که بدون افزودنی های چسبنده ساخته شده بودند، دیده نشد. همچنین فشردگی دانه های EPS باعث این می شود که چگالی به دست آمده از چگالی مورد انتظار در  بیشتر باشد. این اثر در ترکیبات حاوی شن با درشتی نرمال، بیشتر نمایان

می شود. درصد رشد تقریباً تمامی ترکیبات بتن 7 تا 28 و بین 28 تا 90 روز حتی از 35% بیشتر بود.

با افزایش درصد EPS ، قدرت بتن کاهش می یابد ( چون قدرت با چگالی به صورت خطی تغییر می کند.) تغییرات Upv و میزان برجهندگی با افزایش مقاومت فشاری، افزایش می یابند. معادلات پیشنهادی برای رابطه بین Upv و بر جهندگی با مقاومت فشاری سیلندر به ترتیب به صورت:  و  می باشند.

با افزایش درصد حجم EPS، گسیختگی کشش بیشتر بصورت تدریجی رخ می دهد، در حالیکه با حجم کمتر EPS، گسیختگی، البته نه به صورت بتن معمولی، یکباره و ناگهانی است. رابطه بین مقاومت کشش شکافت و مقاومت فشاری به صورت  می باشد.

کرنش نهایی در ترکیبات کم چگال و سبک بالاتر است و روابط تنش- کرنش تقعر بیشتری را در درصدهای پایین EPS دارند. با کاهش حجم EPS طور گسترش ترک ها بیشتر وسیع تر می شود.

مقادیر مدول های الاستیسیته با افزایش مقاومت فشاری، افزایش و با افزایش درصد حجم EPS کاهش می یابد که این کاهش 40% به ازای هر 10% افزایش حجم EPS می باشد.

_________________________________________________________

جداول:

جدول 1:ویژگی های سیمان و خاکستر بادی

خاکستر بادی سیمان ویژگی های شیمیایی
58.29 21.78
31.74 6.56
5.86 4.13
1.97 60.12
0.14 2.08
0.76 0.36
0.76 0.42
0.15 2.16
0.31 2.39 کمبود ناشی از اشتعال
میزان جاری شدن((cm اندازه  دانه ها با مدول نرمی نرمال mm درصد  EPS در حجم کل درصد دانه ها نسبت به کل دانه ها

خاکستر بادی)(

f

سیمان

)(

c

اسم

S

چگالی

EPS(%) دانه ها با مدول نرمی نرمال(%) ماسه(%)
- - 66.5 94.5 - 5.5 0.651 142 142 E57 1
45 - 58 90 - 10 0.487 190 190 E76 2
53 - 49 80 - 20 0.413 224 224 E95 3
61 8 38 64 16 20 0.434 247 247 E124 4
55 8 28.5 50 30 20 0.412 274 274 E153 5
54 8 16.3 30 50 20 0.396 309 309 E182 6
56 8 0 0 80 20 0.455 247 247 E220 7
43.5 20 0 0 69 31 0.58 0 0 NC 8

 جدول2 :جزئیات به دست آمده از مخلوط های خاکستر بادی و   :  EPS

جدول 3 :ویژگی های مقاومتی بتن های EPS

E (a نشانگر مخلوط EPS  است.

E

(Mpa)

عمق فشار از سطح بالا((mm

  RN

(دفعات برگشت)

UPV

Km/s

28روزه

مقاومت فشاری((Mpa جرم واحد حجم بتن تازه اسم

S

چگالی

90روزه 28روزه 7روزه 3روزه 1روزه
- - - - - 1.5 1.1 0.62 - - 582 E57 1
2.100 - - 2.29 0.64 3.6 2.3 1.9 1.50 - 779 E76 2
4.33 82 16.8 2.67 0.89 5.9 3.83 2.9 2.30 - 984 E95 3
8.45 151 20.4 2.84 1.15 7.4 6 3.7 2.60 1.00 1304 E124 4
9.00 200 24.6 2.968 1.40 11.6 7.8 4.2 2.70 1.30 1484 E153 5
16.00 260 27.8 3.257 2.04 16 12.5 5.96 4.20 1.60 1723 E182 6
23.43 300 30.2 3.61 2.34 23.4 18.4 11.6 5.20 4.00 2215 E220 7
- - 42.6 3.84 3.63 44.5 43 31 21.8 12.6 2578 NC 8
خواندن 2195 بار

لطفاً این مطلب را به اشتراک بگذارید

Submit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to TwitterSubmit to LinkedIn

ارسال نظر

کادرهایی که با علامت (*) مشخص شده اند وارد کردن اطلاعات در آنها الزامی می باشد. کد HTML مجاز نیست.

عضویت در خبرنامه

تماس با ما

  • قاسمپور 0060167933913
  • greatmemar@yahoo.com
  • فرم تماس با ما
  • آیدی یاهو: greatmemar آیدی اسکایپ: greatmemar8570