وبلاگ

بتن به عنوان پر مصرف­ترین مصالح ساختمانی در تمامی دنیا شناخته می­ شود 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 می­ شود. 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 بهره گرفتن 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 می­ شود. استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی ­روان­کننده برای روانی بتن می ­تواند سبب ایجاد جداشدگی در ذرات بتن و عدم کارایی آن شود. استفاده از فوق­روان­کننده­ های 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 هزینه­ های بالای ساخت و ساز، به خصوص هزینه­ های 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 هزینه­ های ساخت و ساز انداخته است. ایجاد و استفاده از بتن سبک با بهره گرفتن از سنگ­دانه­ های سبک، راهی برای کاهش این بار مرده می­باشد که تلفیق این خاصیت با خاصیت خودتراکمی، سبب ایجاد بتن سبک خودمتراکم می­ شود. 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، آیین­نامه­ هایی 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 پروژه­ های بزرگ دنیا از بتن SCC استفاده می­ شود. 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 می­ کند. برای ساخت بتن خودمتراکم می­توان با بهره گرفتن از فوق­روان­کننده­ های نسل جدید ضمن به دست آوردن روانی زیاد از جداشدگی نیز جلوگیری نمود. برای این منظور با بهره گرفتن از مقادیر مناسبی از پودرها و پر کننده­ های 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 پرکننده ­ای 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 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 می­ شود 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 سنگدانه­ های 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 می­ شود. غیر از مسئله الیاف، سنگدانه­ها نیز می­توانند اثر مهمی بر مقاومت حرارتی بتن ایفا کنند. وجود سنگدانه­ های متخلخل در بتن، تا حد زیادی می ­تواند سبب بهبود عملکرد بتن در برابر حرارت گردد. سنگ­دانه­ های متخلخل با هوای موجود در خود، هم با ایفای نقش عایقی مانع از رسیدن حرارت به لایه ­های درونی شده و هم با ایجاد فضای کافی برای گازهای متصاعد شده، مانع از ایجاد تنش­های درونی حاصل از این گازها می­ شود. اما وجود سنگ­دانه اشباع متخلخل در بتن می ­تواند 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 می­ شود.
علاوه بر عملکرد حرارتی الیاف در برابر بتن، عملکرد آنها در برابر یخ­زدگی و آب­شدگی­های مکرر و پی­درپی نیز می ­تواند موضوع مهمی می­باشد. وجود الیاف فولادی در بتن خودمتراکم، می ­تواند 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 می­ شود که این ترک­ها می ­تواند 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 می­ شود. 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 می­ شود.
1– Self Compact Concrete
2-­ Explosive Spalling