دانشگاه اصفهان
دانشکده فنی و مهندسی
گروه عمران
پایاننامهی کارشناسی ارشد رشتهی مهندسی عمران گرایش سازه
تأثیر الیاف فولادی بر خصوصیات مکانیکی و عملکرد درمقابل حرارت و یخزدگی بتن سبک خودمتراکم
آبانماه 1392
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده و استاد راهنما در سایت درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
بتن خودمتراکم بتنی است که بدون نیاز به لرزاننده و متراکم کننده، به راحتی در میان فضای بین میلگردها تحت اثر وزن خود جریان مییابد. امروزه استفاده از بتن خود متراکم با داشتن ویژگیهایی مانند دوام و پایایی، در سازه های بتن آرمه به طور قابل ملاحظهای افزایش یافته است. از سویی، یکی از مشکلات مهم در طراحی و اجرای ساختمانها، به خصوص ساختمانهای مرتفع، وزن و بار مرده زیاد به کار رفته در آنها میباشد که استفاده از بتن سبک سبب کاهش وزن و بار مرده قابل توجهی در این سازهها میگردد. لذا استفاده از بتن سبک خودمتراکم ایدهای برای ارضای هر دو خاصیت فوق میباشد.
در این تحقیق سعی شده است تا تأثیر 3 مقدار مختلف الیاف فولادی بر روی مشخصههای مکانیکی و مقاومت حرارتی بتن سبک خودمتراکم حاوی لیکا و ژل میکروسیلیس، در سنین 7، 28 و 90 روزگی بررسی شود. برای این منظور ابتدا 10 طرح اختلاط، با تغییر در مقدار آب، میکروسیلیس، پودرسنگ و لیکا تهیه شده، سپس آزمایشهای مربوط به بتن تازه خودمتراکم شامل اسلامپ، حلقهJ، جعبه U، جعبه L و قیفV بر روی آنها انجام گرفته است. در نهایت با توجه به نتایج این آزمایشها و نتایج مقاومت فشاری در سنین 7 و 28 روزگی، و مقاومت کششی در 28 روزگی، طرحی به عنوان طرح شاهد انتخاب شده است. در ادامه آزمایشهای تکمیلی بر روی این طرح انتخاب شده صورت گرفته است. این آزمایشها شامل تأثیر الیاف بر مقاومت فشاری، کششی و خمشی بتن میباشد. همچنین برای بررسی اثر الیاف بر مقاومت حرارتی و یخزدگی و آبشدگی بتن، آزمایشهای مقاومت فشاری، کششی و خمشی قبل و بعد از اعمال حرارت و یخزدگی روی بتن انجام شده است. چنانچه انتظار میرفت، استفاده از الیاف فولادی بتنخودمتراکم را از لحاظ رئولوژیکی تحت تأثیر قرار داد و سبب کاهش کارایی بتن شد. تا جایی که افزودن 1% الیاف به بتن، خاصیت تراکمپذیری آن را از بین برد. بنابراین باید در استفاده مناسب از این الیاف، دقت کافی را داشت. همچنین این الیاف سبب بهبود رفتار مکانیکی بتن از لحاظ کششی و خمشی شده و در سنین کم بتن، موجب بهبود مقاومت مکانیکی تا درصد مشخصی نیز شده است. به علاوه استفاده از این الیاف برای بهبود وضعیت دوام در برابر حرارت نیز نتایج رضایت بخشی داده و نشان داده است که به علت ایجاد درگیری مصالح با یکدیگر، از ترکخوردگی و پوستهای شدن بتن در حرارت جلوگیری کرده است. مشاهدات حاکی از آن است که افزایش درصد الیاف، مدت زمان دوام بتن در برابر حرارت را، بالا برده است. به علاوه استفاده از الیاف فولادی تا میزان 1% حجمی بتن، سبب افزایش مقاومت فشاری و دوام بتن و افزودن 5/0% الیاف سبب جلوگیری از افت مقاومت خمشی تیر بتنی در برابر سیکلهای یخزدگی و آبشدگی شده است.
کلمات کلیدی: بتن سبک خودمتراکم، الیاف فولادی، لیکا، مقاومتهای مکانیکی، آزمایش حرارتی، آزمایش یخزدگی و آبشدگی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-2- اهداف تحقیق.. 4
1-7- دلایل گسترش بتن خودمتراکم.. 10
1-8- کاربردهای بتن خودمتراکم.. 10
1-9- بررسی ویژگیهای بتن خودمتراکم.. 11
1-9-1- رئولوژی بتن خودمتراکم.. 11
1-9-2- کارایی بتن خودمتراکم.. 12
1-10- معرفی بتن سبک خودمتراکم.. 13
1-11- نحوه سبک سازی بتن خودمتراکم.. 14
1-11-1- استفاده از دانههای منبسط شده پلی استایرن.. 15
1-11-2- استفاده از ساختار سلولی (فوم) 15
1-11-3- استفاده از انواع سنگدانههای سبک با منشأ طیبعی و مصنوعی.. 17
1-11-4- معرفی سبکدانه لیکا 18
1-11-4-1- فرآیند تولید لیکا 18
1-11-5- معرفی سبکدانه اسکریا و پومیس…. 20
عنوان صفحه
فصل دوم: معرفی مواد پوزولانی، مواد جایگزینی و مصالح
2-2- میکروسیلیس و نانوسیلیس (دودهای سیلیسی) 26
2-2-2- خصوصیات شیمیایی میکروسیلیس…. 27
2-2-3- تأثیر میکروسیلیس بر خواص بتن.. 28
2-2-3-5- مقاومت در برابر آب دریا و اثرات جزر و مد ………………………………………………………………………………………….31
2-4- تأثیر مس باره بر بتن خود متراکم.. 34
2-5- تاثیر ضایعات لوله های PVC بر بتن خود متراکم.. 36
2-6- تاثیر خاکستر بادی بر بتن خودمتراکم.. 40
2-7- تاثیر ضایعات خرده لاستیک بر بتن خود متراکم.. 42
عنوان صفحه
2-9-1- آزمایش دانهبندی مصالح سنگی.. 45
2-13-2- ویژگیهای فیزیکی الیاف… 53
2-13-3- شیوه قرار گرفتن و توزیع الیاف در ماتریس…. 54
2-13-4- موارد مصرف محصولات سیمانی تقویت شده با الیاف… 55
2-13-5- ضرورت استفاده از الیاف… 55
2-13-6- انواع الیاف از لحاظ شکل و اندازه قطری آنها 57
2-14- بتن مسلح به الیاف فولادی.. 58
2-14-1- مزایا و خواص بتن الیافی مسلح به الیاف فولادی.. 59
4-14-2- نحوه ساخت الیاف فولادی.. 61
2-14-3- کاربردهای بتن مسلح به الیاف فولادی.. 61
2-14-4- تاریخچه الیاف فولادی و تحقیقات انجام شده در این زمینه. 62
فصل سوم: آزمایشهای بتن تازه و سخت شده
عنوان صفحه
3-5- آزمایش قیف V شکل و زمان 5 دقیقه. 72
3-10- آزمایش پایداری الک GTM…. 81
3-11- آزمایش جعبه پرکنندگی (Fill). 81
عنوان صفحه
3-12- آزمایش سنگدانه و ملات… 82
3-13- محدودههای ارائه شده و توصیه شده در EFNARC… 82
3-14- آزمایشهای بتن سختشده…………………………………………………………………………………………………………………………..85
3-14-1-1- آزمایش نمونههای مکعبی.. 87
3-14-1-2- شکست نمونههای فشاری.. 88
3-14-4- آزمایش حرارتی بتن.. 94
3-14-4-1- اثر دمای بالا بر مصالح.. 96
3-14-4-2- اثر دمای بر بتن.. 97
3-14-4-3- تحقیقهای پیشین صورت گرفته. 102
3-14-7- تست یخزدگی و آبشدگی بتن.. 104
فصل چهارم: طرح اختلاط بتن خودمتراکم معمولی و سبک
4-3- روش طرح اختلاط Void –Bulk Density.. 113
4-4- روشی ساده برای ارائه طرح اختلاط بتن خود متراکم.. 115
4-5- ارائه طرح اختلاط با توجه به نتایج حاصل شده از تحقیقات پایاننامه. 119
فصل پنجم: ایجاد طرحهای اختلاط و شروع آزمایشها
عنوان صفحه
5-3- بررسی کلی طرحهای اختلاط و انتخاب طرح شاهد. 142
5-4- انتخاب طرح شاهد و ادامه آزمایشها 150
5-4-1- افزودن الیاف فولادی به طرح شاهد. 150
5-4-1-1- افزودن الیاف به میزان 5/0% حجمی بتن.. 151
5-4-1-2- افزودن الیاف به میزان 1% حجمی بتن.. 152
5-4-1-3- افزودن الیاف به میزان 5/1% حجمی بتن.. 153
5-4-1-4- تفسیر نتایج اثر الیاف بر خصوصیات بتن تازه. 153
5-4-1-5- تفسیر نتایج اثر الیاف بر خصوصیات مکانیکی بتن.. 160
5-6- آزمایش یخزدگی و آبشدگی بتن.. 179
عنوان صفحه
6-2- اثر الیاف بر رفتار بتن تازه. 183
6-3- اثر الیاف بر رفتار مکانیکی بتن.. 183
6-4- اثر الیاف بر مقاومت حرارتی بتن.. 185
6-5- اثر الیاف بر یخزدگی و آبشدگی بتن.. 185
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل1-1- پل معلق Akashi-Kaiko ژاپن.. 5
شکل 1-2-دیواره های مخازن LNG… 6
شکل 1-3- برج Landmark یوکوهاما – ژاپن.. 6
شکل 1-4- بازار midsummer در لندن.. 7
شکل 1-5- سر در دانشگاه علم و صنعت… 7
شکل 1-6- تصاویری از روان سنجهای با صفحههای موازی و استوانهای هممحور. 11
شکل 1-7 وزن مخصوص تقریبی و طبقهبندی استفاده از بتنهای سبکدانه. 17
شکل 1-9- ابعاد سبکدانه اسکریا 22
شکل 1-10- شکل سبکدانه اسکریا 23
شکل 1-11- سبکدانه اسکریا با چگالی پایین.. 23
شکل 1-12- شکل سبکدانه پومیس…. 24
شکل 1-13- ابعاد سبکدانه پومیس…. 24
شکل 1-14- انواع سبکدانههای مورد استفاده در بتن.. 25
شکل 2-1- درصدهای استفاده از مسباره و اثر آن بر اسلامپ مرجع.. 35
شکل 2-3- اثر افزودن PVC بر جریان اسلامپ… 38
شکل 2-4- اثر افزودن PVC بر جریان اسلامپ با گذر زمان.. 38
شکل 2-5- اثر افزودن PVC بر زمان جریان اسلامپ T50 با گذر زمان.. 39
شکل 2-6- تصاویر میکروسکوپیک از خاکستر بادی.. 40
شکل 2-7- نتایج مقاومت فشاری با افزایش ددرصد خاکستر بادی مرجع.. 42
عنوان صفحه
شکل 2-8- نسبت استفاده از فوقروانکننده به ازای افزایش خرده لاستیک…. 43
شکل 2-9- کاهش مقاومت بتن با افزایش درصد خرده لاستیک 43
شکل 2-10- فوقروانکننده مصرفی در این تحقیق.. 45
شکل 2-11- منحنی دانهبندی و محدودههای مشخص شده دانهبندی ASTM…. 47
شکل 2-14- انسداد بتن توسط لیکای درشت… 50
شکل 2-15- بروز پدیده جداشدگی در بتن ناشی از مصرف لیکای درشت… 51
شکل 2-16- مصالح بهکار رفته در طرح اختلاط.. 52
شکل 2-17- انواع الیاف از لحاظ شکل فیزیکی.. 57
شکل 2–18- الیاف فولادی دوپا 58
شکل3-1- آزمایش جریان اسلامپ… 68
شکل 3-2– آب انداختگی و جداشدگی ذرات بتن.. 69
شکل 3-3- شکل اسلامپ کوچک 70
شکل 3-4- تصاویری از حلقه J. 72
شکل 3–7- تصاویری از آزمایش جعبه L.. 76
شکل 3–8- انسداد جعبه L توسط دانهها 77
شکل 3–10- تصاویری از آزمایش جعبه U… 79
شکل 3–11- آزمایش جداشدگی بتن.. 80
شکل 3-12- آزمایش پایداری الک…. 81
عنوان صفحه
شکل 3– 13- نحوه شکسته شدن صحیح بتن در آزمایش مقاومت فشاری.. 88
شکل 3– 14- نحوه شکسته شدن ناصحیح بتن در آزمایش مقاومت فشاری.. 89
شکل 3-15- شکسته شدن صحیح نمونه فشاری مکعبی در تست مقاومت فشاری.. 89
شکل 3–16- شکست نمونههای مردود مقاومت فشاری.. 89
شکل 3–18- آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم.. 91
شکل 3–19- مقاومت خمشی بتن با یک نقطه بارگذاری در وسط تیر. 93
شکل 3–20- مقاومت خمشی بتن با چهار نقطه بارگذاری.. 93
شکل 3–21- مقاومت خمشی بتن با یک و دو نقطه بارگذاری در وسط تیر، استانداردهای مختلف… 94
شکل 3-22- منحنیهای مختلف زمان- دما در استانداردهای مختلف… 95
شکل 3-23- انواع منحنیهای زمان- دما 96
شکل 3-24- هدایت گرمایی بتن با مصالح مختلف… 97
شکل 3-25- مقایسه آنالیز حرارتی بتن با عملکرد بالا و بتن خودمتراکم.. 99
شکل 3-26- مقایسه کاهش وزنی بتن با عملکرد بالا و بتن خودمتراکم طی آنالیز حرارتی.. 100
شکل 3-27- سرعت کاهش آب بتن با عملکرد بالا و خودمتراکم.. 101
شکل 3-28- خطوط سیاه نشان دهنده جداشدن سنگدانهها 102
شکل 3-29- کرنش حاصله در شوک حرارتی.. 105
شکل 3 -30- ترکهای ایجاد شده در اثر سیکل حرارتی 105
شکل 4-1- تخمین اولیه نسبت آب به مواد پودری.. 110
شکل 4-2- اسلامپ و قیف V به کار رفته برای طرح اختلاط.. 110
شکل 4-3- عوامل تأثیرگذار بر طرح اختلاط.. 112
شکل 4-4- تفاوت عمده بتن معمولی و بتن خودمتراکم.. 112
شکل 4-5- اثر خمیر سیمان بر سنگدانهها 113
عنوان صفحه
شکل 4-6- تخمین فضای بین سنگدانهها با نسبت درشتدانه به کل سنگدانه. 114
شکل 4-7- نمودار اثر نسبت روانکننده به قوامدهنده بر جریان اسلامپ… 119
شکل 4-8- اثر نسبت روانکننده به قوامدهنده بر اختلاف ارتفاع جعبه U… 120
شکل 4-9- تخمین اولیه مصالح از روی جریان اسلامپ… 120
شکل 4-10- تخمین اولیه مصالح از روی اختلاف ارتفاع جعبه U… 121
شکل 4-11- تخمین اولیه مصالح از روی مقاومت فشاری 28 روزه. 122
شکل 5-1- طرح اختلاط 1………………………………………………………………………………………………………………………. 126
شکل 5-2- نمونههای طرح اختلاط 1 و بروز جداشدگی……………………………………………………………………………… 127
شکل 5-3- طرح اختلاط 2 و بروز بلوکاژ……………………………………………………………………………………………………. 128
شکل 5-4- طرح اختلاط 2 و بروز جداشدگی…………………………………………………………………………………………….. 128
شکل 5-5- بتن طرح اختلاط 3……………………………………………………………………………………………………………….. 130
شکل 5-6- آزمایش جعبه U و نمونه ساخته شده طرح اختلاط 3……………………………………………………………….. 130
شکل 5-7- آزمایش حلقه J و جعبه L طرح اختلاط 4……………………………………………………………………………….. 131
شکل 5-8- نمونه¬های طرح اختلاط 4…………………………………………………………………………………………………….. 132
شکل 5-9- بتن طرح اختلاط 5 و آزمایش جعبه L……………………………………………………………………………………. 133
شکل 5-10- آزمایش حلقهJ و نمونه فشاری طرح اختلاط 5………………………………………………………………………. 133
شکل 5-11- آزمایش جعبه L و جریان اسلامپ طرح اختلاط 6………………………………………………………………….. 135
شکل 5-12- نمونههای فشاری طرح اختلاط 6………………………………………………………………………………………….. 135
شکل 5-13- آزمایش حلقه J و بتن طرح اختلاط 7………………………………………………………………………………….. 137
شکل 5-14- نمونه فشاری و آزمایش جعبه L طرح اختلاط 7…………………………………………………………………….. 137
شکل 5-15- آزمایش جریان اسلامپ و حلقه J ………………………………………………………………………………………… 138
شکل 5-16- آزمایش جعبه L و قیف V طرح اختلاط 8…………………………………………………………………………….. 139
شکل 5-17- آزمایش حلقه J و قیف V طرح اختلاط 9………………………………………………………………………………. 140
عنوان صفحه
شکل 5-18- نمونه فشاری و جریان اسلامپ طرح اختلاط 9. 140
شکل 5-19- آزمایش حلقه J و جریان اسلامپ طرح اختلاط 10. 141
شکل 5-20- آزمایش جعبه L و قیف V طرح اختلاط 10. 142
شکل 5-21- نتایج آزمایش جریان اسلامپ… 143
شکل 5-22- زمان تخلیه بتن از قیف V.. 144
شکل 5-23- اختلاف ارتفاع آزمایش حلقه J. 144
شکل 5-24- اختلاف ارتفاع آزمایش جعبه U.. 145
شکل 5-25- نتایج آزمایش جریان اسلامپ… 146
شکل 5-26- روند تغییرات اختلاف ارتفاع حلقه J در برابر قطر اسلامپ… 147
شکل 5-27- روند تغییرات اختلاف ارتفاع جعبه U در برابر نسبت آب به پودر. 147
شکل 5-28- روند تغییرات اختلاف ارتفاع جعبه U در برابر جریان اسلامپ 148
شکل 5-29- مقاومتهای مکانیکی طرحها 149
شکل 5-30- روند افزایش مقاومت فشاری 7 روزه به 28 روزه. 149
شکل 5-32- تأثیر الیاف بر زمان T50 بتن.. 154
شکل5 -33- تأثیر افزایش درصد الیاف بر قطر جریان اسلامپ… 154
شکل 5-34- تأتیر الیاف بر اختلاف ارتفاع در آزمایش حلقه J. 155
شکل5–35- اثر افزایش الیاف بر زمان تخلیه آزمایش قیف V.. 155
شکل 5-36- بتن حاوی 5/0% حجمی الیاف فولادی.. 156
شکل 5-37- آزمایش جعبهU بتن 5/0% الیافی.. 157
شکل 5-38- آزمایش حلقهJ برای بتن 1% الیافی.. 157
شکل 5-39- بروز پدیده انسداد برای بتن 1% الیافی.. 158
شکل 5-40- بتن حاوی 5/1% الیاف فولادی.. 158
عنوان صفحه
شکل 5-41- انسداد بتن دارای 5/1% الیاف… 159
شکل 5-42- الیاف فولادی مصرفی در طرحها 159
شکل 5-43- الیاف فولادی مصرفی در طرحها 160
شکل 5-44- روند افزایش مقاومت فشاری درصدهای مختلف الیاف… 161
شکل 5-45- مقایسه مقاومت فشاری 7 روزه بتنهای الیافی.. 161
شکل 5-46- مقایسه مقاومت فشاری 28 روزه بتنهای الیافی.. 162
شکل 5-47- مقایسه مقاومت فشاری 90 روزه بتنهای الیافی.. 162
شکل 5-48- مقایسه مقاومتهای فشاری بتنهای الیافی در سنین مختلف… 163
شکل 5-49- روند افزایش مقاومت کششی درصدهای مختلف بتن الیافی.. 164
شکل 5-50- مقایسه مقاومت کششی 7 روزه بتنهای الیافی.. 164
شکل 5-51- مقایسه مقاومت کششی 28 روزه بتنهای الیافی.. 165
شکل 5-52- مقایسه مقاومت کششی 90 روزه بتنهای الیافی.. 165
شکل 5-53- مقایسه مقاومت کششی بتنهای الیافی در سنین مختلف… 166
شکل 5-54- اثر الیاف بر تحمل نیروی وارده در آزمایش خمشی تیر بتنی.. 167
شکل 5-55- تیرهای بتنی الیافی با شکست نرم در آزمایش خمش…. 168
شکل 5-56- نمونه بتن الیافی مقاومت فشاری بعد از اعمال بار. 168
شکل 5-57- نمونه بتن الیافی مقاومت کششی بعد از اعمال بار. 168
شکل 5-58- آنالیز حرارتی بتن خودمتراکم و بتن با عملکرد بالا.. 169
شکل 5-59- منحنی زمان- دمای نمونه منفجر شده 170
شکل 5-60- نمونه منفجر شده در منحنی زمان – دمای شکل 5-59. 170
شکل 5-61- نمودار زمان- دمای اعمال شده. 171
شکل 5-62- مقاومت فشاری نمونهها پس از آزمایش حرارت… 174
شکل 5-63- مقاومت فشاری نسبی نمونهها و نسبت رطوبت پس از آزمایش حرارتی.. 174
عنوان صفحه
شکل 5-64- وزن نسبی نمونههای فشاری پس از آزمایش حرارتی.. 175
شکل 5-65- مقاومت کششی نمونهها پس از آزمایش حرارتی.. 176
شکل 5-66- مقاومت کششی نسبی نمونهها و نسبت رطوبت پس از آزمایش حرارتی.. 176
شکل 5-67- وزن نسبی نمونههای کششی پس از آزمایش حرارتی.. 177
شکل 5-68- مدت زمان دوام بتن در برابر حرارت ناگهانی C○ 950. 178
شکل 5–69- نتایج آزمایش فشاری نمونههای تحت سیکل حرارتی و طبیعی.. 180
شکل 5-70- مقایسه نیروی وارده در آزمایش خمشی نمونههای تحت سیکل حرارتی و طبیعی.. 181
شکل 5-71- نیروی وارده در آزمایش خمشی نمونههای تحت سیکل حرارتی و نمونههای طبیعی.. 182
شکل 5-72- نیروی نسبی وارده در آزمایش خمش نمونههای تحت سیکل حرارتی به نمونههای طبیعی.. 182
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- مشخصات مکانیکی بتن فوم متناسب با چگالی.. 16
جدول 1-2- کاربردهای بتن فوم متناسب با چگالی.. 16
جدول 1-4- تجزیه شیمیایی اسکریا 22
جدول 2-1- تجزیه شیمیایی میکروسیلیس…. 28
جدول 2-2- طرحهای بتنی مرجع.. 29
جدول 2-3- مقاومت طرحهای بتنی مرجع…………………………………………………………………………………………………. 29
جدول 2-4 ترکیبات شیمیایی متاکائولین…………………………………………………………………………………………………… 33
جدول 2-5- نتایج بتن تازه طرح اختلاطهای منبع………………………………………………………………………………………. 33
جدول 2-6- اکسیدهای موجود در سرباره مس……………………………………………………………………………………………. 35
جدول 2-7- آنالیز شیمیایی خاکستر بادی…………………………………………………………………………………………………… 41
جدول 2-8- مدول نرمی ماسه مصرفی………………………………………………………………………………………………………… 48
جدول 2–9- مشخصات مکانیکی انواع الیاف………………………………………………………………………………………………… 54
جدول 2–10- موارد استفاده از انواع الیاف……………………………………………………………………………………………………. 55
جدول 2–11- محدوده قطر انواع الیاف……………………………………………………………………………………………………….. 58
جدول 3-1 نتایج جریان اسلامپ بتن تازه طبق طبقهبندی مؤسسه EFNARC…………………………………………… 69
جدول 3–2- دستهبندی بتن بر اساس نتایج T50……………………………………………………………………………………….. 74
جدول 3– 3- مشخصههای آزمایشهای بتن تازه…………………………………………………………………………………………. 82
جدول 3– 4- محدوده مجاز آزمایشهای بتن تازه خودمتراکم……………………………………………………………………….. 83
جدول 3-5- محدوده مجاز آزمایشهای بتن تازه خودمتراکم.. 83
جدول 3–6- نقص بتنهای خارج از محدوده مجاز. 84
عنوان صفحه
جدول 3–7- نقص بتنهای خارج از محدوده مجاز. 84
جدول 3-8- راهکارهای رفع نقصهای بتن تازه خودمتراکم.. 85
جدول 4-1- طرح اختلاطهای به کار رفته در آمریکا، کانادا و ژاپن.. 111
جدول 4-2- وزن مخصوص مصالح سنگی.. 114
جدول 4-3- طرح اختلاط بر اساس مقاومت 28 روزه. 118
جدول 5-1- طرح آزمایشها…………………………………………………………………………………………………………………….. 124
جدول 5-2- طرح کلی اختلاطها……………………………………………………………………………………………………………… 125
جدول 5-3- طرح اختلاط 1…………………………………………………………………………………………………………………….. 125
جدول 5-4- نتایج آزمایشهای بتن تازه……………………………………………………………………………………………………. 125
جدول 5-5- نتایج آزمایشهای بتن سختشده………………………………………………………………………………………….. 126
جدول 5-6- طرح اختلاط 2…………………………………………………………………………………………………………………….. 127
جدول 5-7- نتایج آزمایشهای بتن تازه……………………………………………………………………………………………………. 127
جدول 5-8- نتایج آزمایشهای بتن سختشده………………………………………………………………………………………….. 128
جدول 5-9- طرح 3 اختلاط…………………………………………………………………………………………………………………….. 129
جدول 5-10- نتایج آزمایشهای بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 129
جدول 5-11- نتایج آزمایشهای بتن سختشده………………………………………………………………………………………… 129
جدول 5-12- طرح اختلاط 4…………………………………………………………………………………………………………………… 130
جدول 5-13- نتایج آزمایشهای بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 131
جدول 5-14- نتایج آزمایشهای بتن سختشده. 131
جدول 5-16- نتایج آزمایشهای بتن تازه. 132
جدول 5-17- نتایج آزمایشهای بتن سختشده. 132
عنوان صفحه
جدول 5-18- ششمین طرح اختلاط.. 134
جدول 5-19- نتایج آزمایشهای بتن تازه. 134
جدول 5-20- نتایج آزمایشهای بتن سختشده. 134
جدول 5-21- طرح اختلاط 7…………………………………………………………………………………………………………………… 136
جدول 5-22- نتایج آزمایشهای بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 136
جدول 5-23- نتایج آزمایشهای بتن سختشده………………………………………………………………………………………… 136
جدول 5-24- طرح اختلاط 8…………………………………………………………………………………………………………………… 137
جدول 5-25- نتایج آزمایشهای بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 138
جدول 5-26- نتایج آزمایشهای بتن سختشده………………………………………………………………………………………… 138
جدول 5-27- طرح اختلاط 9…………………………………………………………………………………………………………………… 139
جدول 5-28- نتایج آزمایشهای بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 139
جدول 5-29- نتایج آزمایشهای بتن سختشده………………………………………………………………………………………… 139
جدول 5-30- طرح اختلاط 10………………………………………………………………………………………………………………… 140
جدول 5-31- نتایج آزمایشهای بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 141
جدول 5-32- نتایج آزمایشهای بتن سختشده………………………………………………………………………………………… 141
جدول 5-33- نتایج آزمایشها بتن تازه همه طرحها………………………………………………………………………………….. 142
جدول 5-34- نتایج آزمایشهای بتن سختشده همه طرحها 143
جدول 5-35- مقادیر پیشنهادی بتن سبک خودمتراکم.. 148
جدول 5-36- طرح اختلاط منتخب… 150
جدول 5-37- محدوده آزمایشهای بتن تازه. 150
جدول 5-38- مقاومتهای مکانیکی طرح منتخب… 150
جدول 5-39- مشخصات الیاف به کار رفته. 151
عنوان صفحه
جدول 5-40- نتایج آزمایشهای بتن تازه با 5/0% الیاف… 151
جدول 5-41- نتایج آزمایشهای مکانیکی بتن با 5/0% الیاف… 151
جدول 5-42- نتایج آزمایشهای بتن تازه با 1% الیاف… 152
جدول 5-43- نتایج آزمایشهای مکانیکی بتن با 1% الیاف… 152
جدول 5-44- نتایج آزمایشهای بتن تازه با 5/1% الیاف… 153
جدول 5-45- نتایج آزمایشهای مکانیکی بتن با 5/1% الیاف… 153
جدول 5-46- درصد تغییرات پارامترهای خودتراکمی درصدهای مختلف الیاف… 156
جدول 5-47- مقاومت فشاری سنین مختلف بتن الیافی.. 161
جدول 5-48- درصد تغییرات مقاومت فشاری بتن الیافی.. 163
جدول 5-49- درصد تغییرات مقاومت کششی بتن الیافی.. 166
جدول 5-50- درصد تغییرات نیروی وارده در آزمایش خمشی تیر بتنی با درصدهای مختلف الیاف… 167
جدول 5–51- مقاومت نمونهها پس از آزمایش حرارتی.. 172
جدول 5–52- درصد کاهش وزن نمونهها در اثر آزمایش حرارتی.. 173
جدول 5–53- زمان مقاومت بتن الیافی در برابر حرارت ناگهانی C○ 950. 178
جدول 5-54- درصد کاهش وزن نمونهها در اثر آزمایش یخزدگی و آبشدگی.. 179
جدول 5-55- تغییرات مقاومت فشاری نمونههای تحت سیکل حرارتی.. 180
فصل اول
معرفی بتن خودمتراکم
مقدمه
بتن به عنوان پر مصرفترین مصالح ساختمانی در تمامی دنیا شناخته میشود که استفاده از آن همچنان در حال افزایش است. با گسترش استفاده از بتن، اقتصاد و دوام و کیفیت آن اهمیت ویژهای مییابد. در سازههای بتنی برای رسیدن به مقاومت مورد نیاز و کاهش تخلخل و هوای درون بتن، همچنین حصول پایایی، بتن به روشهای مختلف لرزانده میشود. با استفاده روزافزون از بتن و کمبود کارگران ماهر ساختمانی و مشکلات عدیده در اجرا و متراکم سازی بتن، از جمله سروصدا و هزینه بالای امور اجرایی، بالأخص در موارد با تراکم بالای آرماتور، تراکم بتن به طور کامل و رضایت بخش صورت نگرفته و سبب ایجاد مشکلاتی در مقاومتهای مکانیکی بتن میگردد. لذا ساخت بتنی بدون نیاز به امور اجرایی برای متراکم کردن، رویای تکنولوژیستهای بتن بوده تا بتوانند با استفاده از مواد افزودنی مختلف و تغییر در درصدهای مصالح به کار رفته، به این مهم دست یابند و با ایجاد بتن خودمتراکم این نقیصه را رفع کنند [1].
ایده بتن خودمتراکم اولین بار در سال 1986 در ژاپن توسط شخصی به نام Okamura مطرح گردید [2] و به تدریج از ژاپن به اروپا و سایر نقاط جهان توسعه یافت. برای بهبود کارایی بتن خودمتراکم، ناگزیر از فوقروانکنندهها استفاده میشود. استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی روانکننده برای روانی بتن میتواند سبب ایجاد جداشدگی در ذرات بتن و عدم کارایی آن شود. استفاده از فوقروانکنندههای نسل جدید و فیلر در بتن، ضمن ایجاد روانی لازم در بتن، از جداشدگی ذرات بتن جلوگیری کرده و بتنی کارا را به ارمغان میآورد.
از سویی هزینههای بالای ساخت و ساز، به خصوص هزینههای تحمیل شده از سوی بار مرده، طراحان و مجریان را به فکر کاهش بار مرده به کار رفته در سازهها، به خصوص سازههای مرتفع، و به تبع آن کاهش هزینههای ساخت و ساز انداخته است. ایجاد و استفاده از بتن سبک با استفاده از سنگدانههای سبک، راهی برای کاهش این بار مرده میباشد که تلفیق این خاصیت با خاصیت خودتراکمی، سبب ایجاد بتن سبک خودمتراکم میشود. از مزایای استفاده از بتن خودمتراکم میتوان به موارد زیر اشاره کرد [3]:
1- افزایش سرعت اجرای سازههای بتنی
2- اطمینان از تراکم کافی در مناطق با تراکم بالای آرماتور
3- کاهش آلودگی صوتی
4- بالا رفتن کیفیت محصول نهایی
5- صرفهجویی اقتصادی ناشی از کاهش نیروی انسانی اجرایی و کاهش بار مرده سازه
علیرغم تحقیقات انجام شده در مورد بتن خودمتراکم متأسفانه تاکنون استانداردی برای استفاده حداکثر از مزیت خودتراکمی بتن، تهیه نگردیده است [3]. هر چند در برخی مناطق جهان، آییننامههایی برای استفاده از این نوع بتن وجود دارد که از جمله عبارتند از EFNAC در اروپا، AFGC در فرانسه و NCS در نروژ. امروزه در بسیاری از پروژههای بزرگ دنیا از بتن [1]SCC استفاده میشود. به همین سبب حصول اطمینان از مقاومت بالای این نوع بتن بسیار حائز اهمیت میباشد. یکی از روشهای بالا بردن مقاومت بتنهای خودمتراکم، استفاده از مواد پوزولانی میباشد. یکی از مواد پوزولانی مورد استفاده در بتن SCC غبار حاصل از دودکشهای کارخانجات تولید فروسیلیسیم، تحت عنوان میکروسیلیس میباشد. استفاده از این غبار، علاوه بر جلوگیری از ورود این مواد مضر به محیط زیست، باعث افزایش چشمگیری در مقاومتهای مکانیکی بتن سخت شده و بهبود خواص بتن تازه، میگردد [3]. خواص کاربردی میکروسیلیس در سال 1940 شناخته شد. اما به علت ایجاد چسبندگی بالای آن در بتن، و نیاز به افزایش چشمگیر آب در مخلوط بتن، استفاده از این محصول تا عرضه روانکنندهها و فوقروانکنندهها به بازار، به تعویق افتاد [4].
تحقیقات بسیاری توسط محققان پیرامون کاربرد و استفاده از میکروسیلیس در مخلوط بتن با سیمان صورت گرفته است که نتایج حاصله، این محصول را به عنوان یکی از بهترین مواد پوزولانی با خاصیت کاهش نفوذپذیری و افزایش دوام بتن، معرفی میکند. برای ساخت بتن خودمتراکم میتوان با استفاده از فوقروانکنندههای نسل جدید ضمن به دست آوردن روانی زیاد از جداشدگی نیز جلوگیری نمود. برای این منظور با استفاده از مقادیر مناسبی از پودرها و پر کنندههای معدنی میتوان لزجت را اصلاح و مخلوط بتن همگنی تهیه نمود.
دوام سازههای بتنی شدیداً وابسته به نفوذپذیری لایه سطح بتن است. استفاده از مواد پرکنندهای که اثرات مثبتی در خصوصیات مکانیکی بتن دارند در کنار استفاده از الیاف و مواد معدنی که خصوصیات فیزیکی بتن SCC را بهبود بخشد ضروری می باشد [3]. نتایج آزمونهای آتش، تفاوتهای عمدهای را در رفتار و مقاومت حرارتی، بین بتن خودمتراکم و بتن معمولی نشان میدهد که نتیجه مقدار تراکم، درصد آب به سیمان، پودرها و مواد افزودنی در این بتنها میباشد [5]. یکی از مهمترین معایب و نواقص بتن خودمتراکم، مقاومت کم آن در برابر آتش و حرارت میباشد و از اینرو تحقیق و پژوهش در این زمینه، با توجه به نقش تعیین کننده این مقاومت در عملکرد سازه، امری ضروری بوده و استفاده از سنگدانهها و مواد پرکننده برای بهبود خواص حرارتی بتن SCC امری مهم میباشد.
یکی از دلایل مهم شکست اجزای بتنی در آتش پدیده پوسته شدن[2] است. سه مکانسیم اصلی تنشهای حرارتی، فشار بخار و تغییرات ساختاری سنگدانهها را میتوان عوامل اصلی پدیده پوسته شدن نام برد. ساختار متراکم بتنهای SCC باعث می شود تا انتقال بخار و رطوبت در آن دشوارتر شود و فشار بخار بالایی در نزدیکی سطح بتن ایجاد شود و زمینه پوسته شدن فراهم گردد [6]. فشار گازهای متصاعد شده از بتن، چه فشار بخار آب به علت نسبت بالای آب به مواد سیمانی و چه بخارهای متصاعد شده به علت تجزیه مواد و مصالح موجود در بتن، در هنگام آزمون آتش، سبب ایجاد فشارهای درونی در بتن میشود و این فشارها سبب جدا شدن قسمت خارجی بتن میگردد که در اصطلاح پوستهای شدن میباشد. استفاده از الیافهای گوناگون با خصوصیات فیزیکی مختلف، و سنگدانههای متخلخل، یک راه حل مناسب و اساسی برای رفع این نقیصه مهم بتن SCC میباشد تا در برابر آتشسوزی و تنشهای حرارتی و فشار بخار آب، بتواند دوام کافی را از خود نشان دهد. در سالهای اخیر تحقیقات زیادی درباره اثر انواع الیاف در برابر حرارت صورت گرفته است. یکی از این الیاف که با موفقیت امتحان خود را پس داده است، الیاف پلیمری پلیپروپیلن میباشد. این الیاف در دماهای بالا، تحت حرارت ذوب شده و خلأ ایجاد شده در اثر این ذوبشدگی، فضای لازم برای گازهای متصاعد شده از بتن خودمتراکم را ایجاد کرده و در نتیجه تا حد زیادی از میزان فشارهای وارده و تنش درونی ایجاد شده توسط این گازها میکاهد [3].
اما عملکرد الیاف فولادی در برابر حرارت مسئلهای مجهول است که در این تحقیق به اثر این نوع الیاف بر مقاومت حرارتی بتن پرداخته میشود. غیر از مسئله الیاف، سنگدانهها نیز میتوانند اثر مهمی بر مقاومت حرارتی بتن ایفا کنند. وجود سنگدانههای متخلخل در بتن، تا حد زیادی میتواند سبب بهبود عملکرد بتن در برابر حرارت گردد. سنگدانههای متخلخل با هوای موجود در خود، هم با ایفای نقش عایقی مانع از رسیدن حرارت به لایههای درونی شده و هم با ایجاد فضای کافی برای گازهای متصاعد شده، مانع از ایجاد تنشهای درونی حاصل از این گازها میشود. اما وجود سنگدانه اشباع متخلخل در بتن میتواند نتیجهای عکس از خود نشان داده و با وجود مقدار رطوبت بالای خود، فشار گازهای داخلی را بیشتر کند و در نتیجه بتن را آسیبپذیرتر از قبل کند. در این تحقیق با ساخت بتن سبک خودمتراکم الیافی حاوی الیاف فولادی و سنگدانه لیکا، به بررسی اثر این مواد پرداخته میشود.
علاوه بر عملکرد حرارتی الیاف در برابر بتن، عملکرد آنها در برابر یخزدگی و آبشدگیهای مکرر و پیدرپی نیز میتواند موضوع مهمی میباشد. وجود الیاف فولادی در بتن خودمتراکم، میتواند با حفظ انسجام و یکپارچگی بتن، مانع از آسیب بتن در برابر این سیکلها شود. رطوبت موجود در بتن در اثر یخزدگی و افزایش حجم ژل سیمان، باعث وارد شدن تنشهای داخلی به بتن شده و با آبشدگی و از بین رفتن این تنش و یخزدگی مجدد و اعمال مجدد تنش داخلی، نوعی خستگی در بتن ایجاد کرده و سبب ایجاد ترکهای مویین در بتن میشود که این ترکها میتواند مقاومتهای مکانیکی بتن را کاهش دهد. در این تحقیق سعی شده تا با افزودن درصدهای مختلف الیاف فولادی به بتن، اثر این الیاف بر عملکرد بتن در برابر یخزدگی و ذوبشدگی مورد بررسی قرار گیرد.
جدا از تأثیر الیاف بر خصوصیات مکانیکی بتن، این الیاف بر کارایی بتن نیز اثرگذار خواهند بود. الیاف فولادی به دلیل وزن مخصوص بالای خود نسبت به سایر مصالح به کار رفته در بتن سبک خودمتراکم، تمایل زیادی به جداشدگی و تهنشین شدن در ترکیب بتن دارند که این یک مشکل بسیار اساسی میباشد. همچنین به علت شکل مخصوص خود، این الیاف پدیدهای به نام گلوله شدن را به وجود میآورد که طی آن مقدار زیادی از الیاف در یک نقطه باهم جمع شده و بتن را از حالت یکپارچگی خود درخواهد آورد.
در این تحقیق پس از معرفی بتن خودمتراکم معمولی و سبک، به بیان شیوه سبکسازی با انواع سنگدانهها و بیان نحوه تولید سبکدانه لیکا، که در این تحقیق از این سبکدانه استفاده شده است، پرداخته میشود. در ادامه با انجام آزمایشهای بتن تازه خودمتراکم، اثر الیاف بر خواص خودتراکمی بتن مورد ارزیابی قرار میگیرد و در ادامه به بررسی اثر این الیاف بر عملکرد حرارتی و یخزدگی و آبشدگی بتن و انتخاب درصدی مناسب پرداخته میشود.
قیمت :37500 تومان