بررسی تاثیر میزان ماده ی پوزولانی میکروسیلیس بر مقاومت فشاری بتن

//بررسی تاثیر میزان ماده ی پوزولانی میکروسیلیس بر مقاومت فشاری بتن

بررسی تاثیر میزان ماده ی پوزولانی میکروسیلیس بر مقاومت فشاری بتن

1.مقدمه

امروزه بتن به عنوان یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی، اهمیت زیادی چه در صنعت ساخت و ساز و چه در زمینه های تحقیقاتی دارد. پیداکردن رابطهای مناسب بین پارامترها و ویژگی های مختلف بتن، باعث سهولت در نحوهی گزینش بتن مورد نظر می شود.همچنین استفاده از بتن های با مقاومت بالا به مقدار قابل توجهی در نقاط مختلف جهان افزایش یافته است. مواد افزودنی معدنی متفاوتی برای بالا بردن خواص مکانیکی این بتن ها به کار برده شده است [5]. در حال حاضر میکروسیلیس به عنوان یکی از بهترین مواد افزودنی معدنی و به عبارت دیگر یک سوپر پوزولان است که در صورت کاربرد درست

از آن، تأثیر بسیار قابل توجهی در افزایش مقاومت و دوام سازه های بتنی دارد

میکروسیلیس یا دوده سیلیسی که به عنوان ماده پرکنندهیاجزای تشکیل دهندهیبتن عمل میکند، مادهی سیلیسی ریزی است که ذرات آن 15 تا 555 برابر از ذرات سیمان کوچکتر بوده و باعث چسبندگی ذرات بین سیمان می شود. همچنین این ماده چسبندگی بین سیمان و سنگدانه را تا حد قابل قبولی افزایش میدهد. میکروسیلیس مادهای بسیار نرم و به شکل پودر می باشد و حاوی مواد غیربلوری با قطرهای بین 5.8 تا 5.1 میکرون است. میزان سیلیس در این ماده معمولاً مقداری بین 21 تا 82 درصد است که میزان دقیق آن بستگی به نوع محصول کوره و کارخانهیسیلیس دارد. در کوره هایی که مجهز به سیستم بازیابی حرارتی می باشند اگر دمای گاز خروجی حدود 255 درجه سانتیگراد باشد، آنگاه میکروسیلیس یا دوده سیلیسی حاصل دارای رنگ روشن است. در صورتیکه دمای گاز خروجی حدود 855 درجه سانتیگراد باشد مقداری کربن سوخته در آن باقی می ماند و در نتیجه سیلیس خاکستری رنگ

تولید می شود[ 3و4و1]. در این مقاله، برای ساخت ترکیبات مختلف بتن، از میکروسیلیس دارای رنگ روشن استفاده میشود. مقاومت بتن معمولا مهمترین معیار برای ارزیابی کیفیت بتن به کار برده می شود. افزایش مقاومت به مرور زمان بر اساس تداوم آبگیری سیمان وکاهش

درصد تخلخل و فضای خالی بین مواد متشکله در مرحله ایجاد چسبندگی می باشد[6]. میکروسیلیس موجود در بتن که یک مادهی پوزولانی محسوب می شود، با هیدروکسیدکلسیم ناشی از هیدراتاسیون سیمان ترکیب شده و ترکیبی ژلمانند میسازد. این ترکیب، عامل اصلی افزایش مقاومت و کاهش تخلخل ذرات تشکیلدهنده بتن می باشد. کریستال های بزرگ هیدروکسیدکلسیم در فصل مشترک سنگدانه و خمیر، مانع افزایش مقاومت می شود که میکروسیلیس تحت واکنش پوزولانی با هیدروکسید کلسیم آن را به اجزاء مقاومی به نام سیلیکات کلسیم هیدراته تبدیل می کند و بدین ترتیب باعث افزایش مقاومت

فشاری بتن می شود[7]. خواص مکانیکی مختلف بتن، همانند مقاومت و دوام، متأثر از پارامترهای زیادی است [2]. گرایش عمومی محققان این است که تأثیر پارامترهای

مختلف بطور همزمان روی مقاومت بتن را بررسی کرده تا درنهایت مقادیر بهینه آنها برای مقاومتفشاری ماکزیمم بدست آید[55-8]. تحقیق آزمایشگاهی حاضر اثر میکروسیلیس روی مقاومت فشاری بتن مورد بررسی قرار میگیرد. همچنین به بررسی تأثیر نسبت آب به سیمان روی مقاومت فشاری بتن برای یک دامنهی وزنی خاص مواد تشکیل دهنده پرداخته می شود. برای این منظور، برای بدست آوردن مقاومت های فشاری بتن با درصدهای مختلف میکروسیلیس، دامنهی نسبتا وسیعی از طرح های اختلاط بتن در نظر گرفته میشود. به عبارت دیگر، تغییر میزان میکروسیلیس برای نسبت های مختلف آب به سیمان و

همچنین درصدهای مختلف شن و ماسه به منظور دستیابی به نتیجه ای جامعتر، در نظر گرفته میشود.

2-روش آزمایش 1-2- مصالح مصرفی

مقدار مصرفی هریک از مواد سازنده بتن از جمله آب، سیمان، شن، ماسه و میکروسیلیس بدون شک از فاکتورهای اصلی تأثیرگذار بر میزان مقاومت فشاری بتن به حساب می آیند. مطابق با جدول 5، دامنهی تغییرات وزن پارامترهای تشکیل دهندهی طرح های مختلف اختلاط مورد مطالعه نشان داده شده است.

جدول 1- چگالی و دامنه ی تغییرات پارامترهای تشکیل دهنده ی درصدهای اختلاط

دامنه ی تغییرات جرم)Kg/m3(

page3image9486912

page3image24124752

پارامترهای درصد اختلاط

page3image9490752

515 الی 855

page3image9492096

آب

page3image9498048

855 الی 455

page3image9499392

سیمان

4الی65

میکروسیلیس

page3image9501120

5555 الی 5515

page3image9479744

شن

655 الی 855

ماسه

2-2- نحوهی مخلوط کردن و شرایط ساخت بتن

در این مطالعه 36 طرح مختلف اختلاط بتن مورد بررسی قرار میگیرد. 6 نسبت مختلف آب به سیمان5.37،5.38 ،5.45، 5.48، 5.43، 5.42 برای ساخت نمونهها استفاده میشود. در هر کدام از نسبت های آب به سیمان، شش نسبت مختلف میکروسیلیس به سیمان در نظر گرفته میشود. به منظور دقت بهتر در بدست آوردن نتایج، از هر طرح دو نمونه ساخته شده و سپس از مقدار میانگین مقاومتها استفاده میشود. به منظور داشتن شرایط یکسان برای تمامی طرح

اختلاط ها، از قالب های مکعبی (51*51*51) سانتی متر استفاده میشود. طرح اختلاط ها در میزان سیمان، آب، شن، ماسه، و میکروسیلیس متفاوت هستند. بتن ها در یک مخلوطکن عمودی حاوی درب تخلیه ی بالایی قرار داده میشوند. شایان ذکر است که قبل از ریختن هر طرح اختلاط در مخلوط کن، مخلوطکن با آب کاملا شسته میشود تا موجب بالابردن دقت نتایج نهایی کار شود. پس از هربار تمیز کردن کامل مخلوط کن، شن و ماسه به همراه 15 درصد از آب کلی درنظر گرفته شده، در مخلوط کن ریخته میشود. بعد از دو دقیقه مخلوط شدن، سیمان و میکروسیلیس به همراه بقیهی آب، به مخلوط

اضافه می شود. زمان چرخش کلی مخلوط کن برای هر بار مخلوط کردن 6 دقیقه است. قابل ذکر است آب مورد استفاده برای بتن باید تمیز و عاری از هرگونه مواد زیان آور از جمله روغن، اسید، قلیا، مواد آلی و یا سایر مواد مضر برای

بتن و یا فولاد باشد[55]. بعد از مخلوط کردن مواد در مخلوطکن، مطابق با

تصویر نشان داده شده در شکل 5، محصول بدست آمده در قالب بتنی در سه لایه ریخته شده و در هربار لایه ریزی کوبیده میشود. دلیل ریختن بتن در سه لایه این است که اگر بتن فقط در یک لایه کوبیده شود، بتن هایی که ابتدا در زیر ریخته شده اند، خوب کوبیده نخواهند شد. بنابراین پس از بیرون آوردن آن ها از قالب، مقاومت فشاری مطلوب حاصل نمیشود.84 ساعت پس از ریختن بتن در قالب، بتن از قالب بیرون آورده میشود و به مدت 82 روز برای بدست آوردن مقاومت فشاری

page4image7461376

82 روزه در آب قرار داده میشود (شکل 5).

3-2- انجام تست مقاومت فشاری

بعد از بیرون آوردن نمونههای بتنی از آب پس از 82 روز نگهداری، مطابق با شکل 8، نمونه ها در دستگاه اندازه گیری مقاومت فشاری قرار داده میشوند تا مقاومت فشاری 82 روزه هر نمونه تعیین شود. دستگاه اندازهگیری مقاومت فشاری، حاوی دو اهرم، یکی در بالا و دیگری در پایین برای اعمال نیرو بر روی نمونهی مکعبی می باشد. هنگامیکه دستگاه شروع به کار می کند، اهرم ها نمونه را تحت فشار قرار میدهند. این فشار تا جایی ادامه دارد که بتن شروع به ترک خوردن کند. در این هنگام، دستگاه از حرکت باز داشته میشود. صفحهی نمایشگر موجود در دستگاه اندازهگیری، مقاومت

شکل 1- طرح های اختلاط کوبیده شده در سه لایه و جای گرفته در قالب های مکعبی

page4image7461584

شکل 2- نمونه ی مکعبی قرار گرفته در دستگاه اندازه گیری مقاومت فشاری

فشاری نهایی بدستآمده برای هر نمونه ی بتنی ترک برداشته و همچنین نیروی اعمال شده بر هر نمونه ی بتنی را نشان میدهد.

3- ارائه نتایج و بحث

نتایج بدستآمده از تست مقاومت فشاری نمونهها در شکل 3 نشان داده شده است. همان طور که در این شکل دیده می شود، 36 طرح اختلاط مختلف بتن، در شش گروه مختلف بر اساس میزان نسبت آب به سیمان طبقه بندی شدهاند. در هر گروه، میزان تأثیر افزایش میکروسیلیس بر مقاومت فشاری بتن به وضوح دیده میشود.

شکل 3- تغییرات مقاومت فشاری بتن بر حسب میزان میکروسیلیس موجود در بتن برای نسبت های مختلفW/C

همانطور که در شکل پیداست، برای نسبت آب به سیمان مشخص، با افزایش میزان میکروسیلیس، مقاومت فشاری بتن نیز افزایش مییابد. در این تحقیق میزان میکروسیلیس به سیمان تا حداکثر مقدار 51 درصد در نظر گرفته شد. با توجه به شکل 3 هرچه میزان میکروسیلیس به سیمان به 51 درصد نزدیک تر می شود، تغییرات افزایش مقاومت فشاری نیز کمتر می شود. تحقیقات قبلی نیز مؤید نتیجه بدست آمده در این مطالعه هستند]17-12[. به عنوان نمونه برای نسبت آب به سیمان 5.37، مقاومت فشاری بتن با افزایش درصد میکروسیلیس از 5.4 درصد به 8.3 درصد از 85.74 به 86.65 مگاپاسکال افزایش مییابد (بطور متوسط 5.74 مگاپاسکال افزایش مقاومت بازای هر درصد افزایش میکروسیلیس). در حالیکه با افزایش درصد میکروسیلیس از 8.3 به 54 درصد مقاومت فشاری به 87.8 مگاپاسکال افزایش می یابد (بطور متوسط 5.82 مگاپاسکال افزایش مقاومت بازای هر درصد افزایش میکروسیلیس).

page5image7462416

28
26
24
22
20
18
16
14
12
10

w/c=0.37 w/c=0.39 w/c=0.41 w/c=0.42 w/c=0.43 w/c=0.48

page5image7462624page5image24810976page5image7462832page5image7463040page5image24810864page5image7463248page5image7463456page5image7463664page5image7463872page5image24810528page5image7464080page5image7464288page5image7464496page5image7464704page5image7464912page5image7465120page5image7465328page5image7465536page5image7465744page5image7465952page5image7466160page5image24810640page5image7466368page5image7466576page5image7466784page5image7466992page5image7467200page5image7467408page5image7467616page5image7467824page5image7468032page5image7468240page5image7468448page5image7468656page5image7468864page5image24810752page5image7469072page5image7469280page5image7469488page5image7469696page5image7469904page5image7470112page5image7470320page5image7470528page5image7470736page5image7356416page5image7356624page5image7356832page5image7357040page5image24810416page5image7357248page5image7357456page5image7357664page5image7357872page5image7358080page5image7358288page5image7358496page5image7358704page5image7358912page5image7359120page5image7359328page5image24810304page5image7359536page5image7359744page5image7359952page5image7360160page5image7360368page5image7360576page5image7360784page5image7360992page5image7361200page5image7361408page5image7361616page5image7361824page5image7362032page5image7362240page5image7362448page5image7362656page5image9843648page5image9843840page5image9844032page5image9844224page5image9844416page5image9844608page5image9844800page5image9844992page5image9845184page5image9845376

16 14 12 10 8 6 4 2 0

درصد میکروسیلیس بر حسب نسبت میکروسیلیس به سیمان

مقاومت فشاری بتن بر حسب مگاپاسکال

شکل4- تغییرات مقاومت فشاری بتن بر حسب نسبت های مختلفW/Cبرای میزان میکروسیلیس های مختلف

شکل 4 تغییرات مقاومت فشاری بتن بر حسب نسبتهای مختلف آب به سیمان را برای گروههای مختلف میزان میکروسیلیس نشان میدهد. با توجه به شکل 4، با افزایش نسبت آب به سیمان، مقاومت فشاری بتن برای مقدار ثابت نسبت میکروسیلیس به سیمان کاهش مییابد. در این نمودار، 6 گروه وجود دارد که هر گروه مختص به یک میزان ثابت نسبت میکروسیلیس به سیمان می باشد. هر گروه تشکیل شده از 6 نقطه است که هر یک از نقاط بیانگر نسبت آب به

سیمان متفاوت است. علت کمشدن مقاومت فشاری با افزایش نسبت آب به سیمان اینست که با افزایش نسبت آب به سیمان، خاصیت مویینگی و میکروترک ها در نمونه ی بتنی زیاد شده که در نهایت منجر به شکست زودتر نمونهها میشود [18و19]. همچنین شکل 4 نشان می دهد نرخ افزایش مقاومت فشاری بتن با افزایش نسبت آب به سیمان نیز افزایش می یابد به نحوی که فاصله قائم خطوط با درصد میکروسیلیس های مختلف از چپ به راست با افزایش نسبت آب به سیمان زیاد می شود. بهطور نمونه برای نسبت آب به سیمان 5.37 مقاومت فشاری بتن برای درصد میکروسیلیس به سیمان 8 درصد 85.74 مگاپاسکال است و مقاومت فشاری برای درصد میکروسیلیس به سیمان 54 درصد 87.8 مگاپاسکال است (7.56 مگا پاسکال افزایش معادل 31 درصد). در حالیکه برای نسبت آب به سیمان 5.42 مقاومت فشاری بتن برای درصد میکروسیلیس به سیمان 8 درصد 55.51 مگاپاسکال است و مقاومت فشاری برای درصد میکروسیلیس به سیمان 54 درصد 85.8 مگاپاسکال است (8.21 مگاپاسکال افزایش معادل 28 درصد).

نتیجه گیری

در این پژوهش تأثیر میزان میکروسیلیس روی مقاومت فشاری بتن مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس نتایج این مطالعه برای یک نسبت آب به سیمان مشخص با افزایش میزان میکروسیلیس، مقاومت فشاری بتن افزایش مییابد. البته نرخ افزایش مقاومت فشاری بتن با افزایش میکروسیلیس کم میشود. در این مطالعه، نقطهی بهینه نقطهای تعریف می شود که بهترین مقدار قابل دستیابی برای مقاومت فشاری را برای یک دامنهی معین از مقادیر ارائه دهد. به عبارت دیگر، هدف حداکثر سازی مقاومت فشاری طرح های اختلاط با انتخاب نظاممند مقادیر حقیقی از یک مجموعه از مقادیر ممکن است. با توجه به نتایج بدستآمده، هر چه میزان میکروسیلیس بیشتر و نسبت آب به سیمان کمتری استفاده شود، برای این دامنه از تغییرات مقاومت فشاری بالاتری حاصل خواهد شد. بنابراین

page6image9874496page6image7373216page6image7373424page6image24717600page6image7373632

26
24
22
20
18
16
14
12
10

M/C=2%

M/C=4% M/C=7%

M/C=10% M/C=13% M/C=15%

page6image7373840page6image7374048page6image7374256page6image9876608page6image7374464page6image7374672page6image7374880page6image7375088page6image7375296page6image7375504page6image7375712page6image7375920page6image7376128page6image7376336page6image9877184page6image7376544page6image7376752page6image7376960page6image7377168page6image7377376page6image7377584page6image7377792page6image7378000page6image7378208page6image7378416page6image7378624page6image7378832page6image9876992page6image7379040page6image7379248page6image7379456page6image7379664page6image7379872page6image7380080page6image7380288page6image7380496page6image7380704page6image7380912page6image7381120page6image7381328page6image7381536page6image7381744page6image9876800page6image7381952page6image7382160page6image7382368page6image7382576page6image7382784page6image7382992page6image7383200page6image7383408page6image7383616page6image7383824page6image9877376page6image7384032page6image7384240page6image7384448page6image7384656page6image7384864page6image7385072page6image7385280page6image7385488page6image7385696page6image7385904page6image9877568page6image7386112page6image7386320page6image7386528page6image7386736page6image7386944page6image7387152page6image9877760page6image7387360page6image7387568page6image9877952page6image7387776page6image7387984page6image9878144page6image9878336page6image9878528page6image9878720page6image9878912page6image9879104page6image9879296

0.38 0.33

0.48 0.43

نسبت آب به سیمان (w/c(

0.53

مقاومت فشاری بتن(مگاپاسکال)

نقطهی بهینه در نمودارموجود در شکل 3، نقطه ای با بالاترین میزان میکروسیلیس و کمترین نسبت آب به سیمان است. دلیل این امر تشکیل یک ماده متراکم تر است که منجر به بهبود خواص ناحیه ی مشترک بین سنگدانه وخمیر سیمان شده و در نتیجه مقاومت فشاری بتن را افزایش می دهد[20]. اگر چه با افزایش بیشتر میکروسیلیس مقاومت فشاری بتن افزایش می یابد اما با منظورکردن ملاحظات اقتصادی بنظر می رسد نسبت میکروسیلیس به سیمان حدود51 درصد نسبت بهینه ای برای طرح های مختلف اختلاط بتن باشد. علاوه بر اینها نتایج این مطالعه نشان داد نرخ افزایش مقاومت فشاری بتن نسبت به افزایش میزان میکروسیلیس با افزایش نسبت آب به سیمان نیز افزایش می یابد.

2019-01-27T19:35:22+03:3026th ژانویه, 2019|مقاله ها|بدون دیدگاه

دیدگاه خود را بنویسید