مطالعه تجربی ارزیابی بتن خود متراکم حاوی پوزولان (زئولیت، متاکائولین و فوم سیلیس) و الیاف پلی پروپیلن در برابر حملات سولفات با پ هاش مختلف
بتن خود تراکم (SCC) یکی از محبوب ترین انواع بتن در صنعت ساختمان به شمار می رود. در دهه های اخیر، بررسی عملکرد بتن در مواجهه با عوامل خورنده مانند اسیدپاشی یکی از مهمترین چالش های مهم در حوزه فناوری بتن است. ازسوی دیگر برای رسیدن به توسعه پایدار، صنعت ساختمان به استفاده از پوزولان به جای سیمان روی آورده است. با این حال، هدف از این مطالعه بررسی رفتار SCC حاوی سه پوزولان مختلف (زئولیت، متاکائولین و فوم سیلیس) و الیاف پلی پروپیلن (به طور جداگانه و ترکیبی) در شرایط پخت با آب و اسید سولفوریک (H₂S0₄) است. مخلوط ها در 4 گروه مختلف پخت شدند. برهمین اساس، 15 درصد زئولیت، 20 درصد متاکائولین و 10 درصد فوم سیلیس به وزن بتن اضافه شد. همچنین 3 درصد از الیاف پلی پروپیلن (PP) با طول 6 میلیمتر به مخلوط اضافه شد. مخلوطهای گروه A در آب پخت شدند و مخلوطهای گروههای B، C و D به ترتیب در محلول اسید سولفوریک با پ هاش 6، 4 و 2 پخت شدند. اسلامپ، T₅₀، تونل V، مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت خمشی، جذب آب، UPV، پیری، انقباض، از دست دادن جرم و تستهای مقاومت الکتریکی روی مخلوطها به منظور بررسی عملکرد مخلوطهای SCC مختلف انجام شد. بررسی نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که هرچه محیط پخت اسیدی تر باشد (یعنی با پ هاش کمتر)، استحکام مواد بیشتر کاهش مییابد. مخلوط حاوی ترکیب فوم سیلیس و الیاف PP بالاترین مقاومت فشاری، کششی و خمشی را داشت. بررسی مورفولوژیکی مخلوطهای SCC مختلف نشان میدهد که چسبندگی الیاف PP با خمیر سیمان و پراکندگی الیاف PP در مخلوطهای حاوی فوم سیلیس بهتر از سایر مخلوطها است.
بتن خود تراکم (SCC) با جریان پذیری بالا اولین بار در سال 1988 باهدف دستیابی به سازه بتنی پایدار معرفی شد و مطالعات اولیه درمورد عملکرد SCC در سال 1989 و 1993 در دانشگاه توکیو انجام شد. SCC با وزن خود بدون اعمال انرژی خارجی و داخلی، به سطح بسیار مطلوبی از تراکم دست مییابد. با این حال، میتوان به صرفه جویی قابل توجهی در هزینههای نیروی انسانی و زمان ساخت رسید. برای داشتن خواص فشرده سازی مطلوب در بتن، باید 3 ویژگی را درنظر گرفت: توانایی پر کردن، مقاومت در جداسازی و نفوذپذیری در حالت خمیری. به منظور دستیابی به قابلیتها و ویژگیهای ذکر شده، آزمایشات متعدیی برای بررسی بتن جریان پذیر در حالت خمیری به منظور تایید خود تراکمی بتن انجام شد. درهنگام وقوع زلزله، انرژی لرزشی به سازه ازطریق حرکت زمین منتقل میشود و سازه تحت بارگذاری دینامیکی قرار میگیرد که باعث آسیب به بتن میشود. بنابراین، انرژی لرزشی باید برای جلوگیری از فروریختن سازه پراکنده شود. ریزش و فرسایش بتن به شدت به تشکیل ریزترکها و ترکهای ناشی از بارگذاری یا اثرات زیست محیطی بستگی دارد. ایجاد ریزترک درنتیجۀ تغییرات حرارتی و رطوبت در خمیر سیمان موجب میشود تا روی سطح دانههای درشت متمرکز شوند. با افزایش تاثیر بارگذاری و سایر مسائل زیست محیطی، ریزترکها در بدنه بتن پراکنده میشوند. استفاده از الیاف مختلف در ساخت بتن مقاومت کششی بتن را بهبود بخشیده و گام موثری در جلوگیری از پراکندگی ریزترکها و ترکها است. امروزه ،استفاده از الیاف در ساخت SCC توجه محققان را به خود جلب کرده و مطالعاتی نیز در این زمینه آغاز شده است. SCC مهار شده با الیاف به دلیل دارا بودن ویسکوزیته مناسب، سیالیت بالا، دوام بهبود یافته، پایداری و خواص مکانیکی همچون انقباض کرنشی و فشاری، کششی و خمشی، و افزایش انعطاف پذیری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، از این نوع بتن در اهداف مختلف ازجمله نوسازی و بهبود. استفاده می شود. به همین دلیل، این بتن نقش مهمی در پیشرفت تکنولوژی بتن امروزه ایفا کرده و ماده ای جدید و مقرون به صرفه در صنعت ساختمان به شمار می رود. در سال های اخیر، محققان SCC حاوی الیاف مختلف را مطالعه کردند. در جدول زیر یافته های حاصل از این مطالعات ارائه شده است که شامل نسبت درصد به وزن، نوع الیاف، درصد جایگزینی الیاف، پوزولان به کار رفته، آزمایشات بتن تازه و سخت شده می شود.
جدول 1:
با بررسی بتن SCC حاوی الیاف پلی پروپیلن و پوزولان های مختلف در چهار شرایط مختلف نتایج زیر حاصل شد.
خواص ترکیب جدید SCC:
- استفاده از الیاف PP موجب کاهش اسلامپ و افزایش T₅₀ و تونل V در همه مخلوط ها شد.
- در تمام مخلوط های باینری سیمان مخلوط افزایش اسلامپ، T₅₀ و تونل V درمقایسه با مخلوط کنترل مشاهده شد.
مقاومت فشاری:
- الیاف مقاومت فشاری را در اکثر مخلوط های پخت شده در آب و اسید را کاهش می دهند.
- پوزولان ها مقاومت فشاری را در اکثر مخلوط های پخت شده در آب را افزایش می دهد.
- با افزایش اسیدیته محیط، کاهش مقاومت فشاری مشاهده می شود.
- استفاده از فوم سیلیس به عنوان مواد سیمانی مکمل با و بدون الیاف PP حداکثر مقاومت فشاری را درمقایسه با مخلوط کنترل نشان می دهد. افزایش اسیدیته محیط پخت منجر به روند افزایشی میزان کاهش مقاومت فشاری می شود.
- در مخلوط های حاوی پوزولان و الیاف، نرخ کاهش مقاومت فشاری درطول زمان و در یک محیط پخت اسیدی تر افزایش می یابد. اما استفاده از الیاف به تنهایی منجر به بهبود کنترل عملکرد مخلوط درطول زمان و در یک محیط اسیدی می شود.
استحکام کششی:
- الیاف PP استحکام کششی پوزولان و مخلوط های بدون پوزولان را تقویت می کند.
- مخلوط های حاوی فوم سیلیس و زئولیت به ترتیب دارای بالاترین و کمترین استحکام کششی هستند.
استحکام خمشی:
- نتایج تجربی نشان می دهد که استفاده از الیاف در مخلوط های پخت شده با آب منجر به افزایش قدرت خمشی آنها شد. فوم سیلیس و متاکائولین استحکام خمشی را افزایش می دهند درحالی که زئولیت آن را کاهش می دهد.
- نتایج تجربی نشان می دهد که استحکام خمشی مخلوط های اسیدی تحت تاثیر وجود الیاف قرار گرفت.
- در مخلوط های سیمانی ترکیبی باینری، میزان کاهش قدرت خمشی با پخت در محیط اسیدی تر افزایش یافت که می توان آن را به حضور الیاف نسبت داد.
- ترکیب فوم سیلیس و متاکائولین منجر به افزایش مقاومت خمشی می شود و اثبات اینکه چگونه استفاده از زئولیت اثرات نامطلوبی در استحکام خمشی دارد.
جذب آب:
- الیاف PP مخلوط های FC، FZ و FM و جذب آب اولیه و نهایی در مخلوط های SCC را افزایش می دهد.
- الیاف موجود در مخلوط FS زئولیت جذب آب اولیه و نهایی را کاهش داد.
- زئولیت افزایش جذب آب اولیه و نهایی را به ترتیب تا 2.67 و 2.04 درصد افزایش داد.
- متاکائولین جذب آب اولیه و نهایی را به ترتیب تا 4.49 و 3.10 درصد کاهش داد.
- فوم سیلیس نیز جذب آب اولیه و نهایی را تا 15.19 و 10.25 درصد کاهش داد.
UPV:
- الیاف PP توانستند UPV را در مخلوط های FC و FS به ترتیب 0.97 و 0.68 درصد افزایش دهند.
- این الیاف همچنین UPV را در مخلوط های FZ و FM به ترتیب 6.07 درصد و 3.58 درصد کاهش می دهند.
- استفاده از پوزولان ها افزایش میزان UPV را نشان داد.
- زئولیت، متاکائولین و فوم سیلیک نیز UPV را به ترتیب 3.20، 4.64 و 2.11 درصد افزایش دادند.
