بررسی پودر پومیس به عنوان پر کننده بتن خود متراکم

مطالعه تجربی خواص رئولوژیکی و مکانیکی بتن خود متراکم با استفاده از پودر پومیس به عنوان افزودنی پرکننده ارائه می‌گردد. بتن خود متراکم (SCC) در حالت تازه می‌تواند ویژگی‌های خاص خود را نشان دهد و بسیاری از تحقیقات در خصوص ویژگی‌های رئولوژیکی آن و با توجه ویژه به تکنیک ارزیابی خواص خود تراکمی توسعه یافته است. یکی از مهمترین ویژگی‌ها در طرح اختلاط بتن، نوع و مقدار مواد پرکننده نسبت به آب و سیمان است: این میزان اثر زیادی هم بر خواص خود تراکمی (سیالیت، جداشدگی و غیره) و هم بر خواص مکانیکی مخلوط دارد. مواد آتشفشانی مانند پومیس سفید دارای خواص پوزولانی هستند، به نحوی که امکان استفاده از پودر پومیس در ساخت SCC با اثر دوگانه وجود دارد: از یک طرف به عنوان ماده پرکننده و از طرف دیگر به عنوان عنصر پوزولانی در مخلوط. اقدامات تجربی زمانی خواص SCC را بررسی می‌کنند که پودر پومیس سفید به عنوان پرکننده به همراه میکرو سیلیس یا خاکستر بادی و یا بجای آنها استفاده گردد. بر اساس مدل رئولوژیکی خمیر، تغییر اجزای مخلوط، تعیین میزان پودر پومیس و پیامدهای آن در مورد خواص رئولوژیکی SCC بررسی می‌گردد. SCC به همراه پودر پومیس با سایر مخلوط‌های دارای میکرو سیلیس و پودر مرمر به عنوان ماده پرکننده، از طریق آزمایش بر روی بتن تازه و سخت شده، مقایسه می‌گردد. آزمایش مقاومت فشاری و کششی همراه با ارزیابی انرژی شکست به منظور توصیف قانون ساختاری SCC با پودر پومیس انجام گرفته است. نتایج تست افت (انقباض) در روزهای اولیه عمل آوری گزارش شده و مقایسه با بتن معمولی ساخته شده با همان اجزای پایه به منظور ارزیابی تناسب و اثربخشی پودر پومیس افزوده شده به عنوان ماده پرکننده در طرح اختلاط بتن خود متراکم نشان داده می‌شود. خاصیت پوزولانی پومیس شدیداً بر خواص مکانیکی اثر گذاشته و افزایش قابل توجه مقاومت فشاری پس از 28 روز عمل آوری مشاهده می‌شود.

واژه‌های کلیدی

بتن خود متراکم، ماده پرکننده، پومیس، رئولوژی بتن، خواص مکانیکی

1. مقدمه

استفاده از بتن خود متراکم (SCC) امروزه در پروژه‌های سازه و زیرساخت‌ها متداول می‌باشد. ویژگی زیبایی بتن ریزی در معماری بسیار شناخته شده است و خصوصیات مربوط به کارایی و دوام موجب افزایش محبوبیت آن شده است. از طرفی دیگر، خاص بودن این ماده منجر به مسائلی در یافتن طرح اختلاط بهینه برای کاربرد مورد درخواست و نیز پیچیدگی در بتن ریزی در سایت، مانند قالب بندی ویژه به دلیل سیال بودن در حالت تازه، شده است. علاوه بر این، تغییرات بسیار زیاد مخلوط دارای پیامدهای مستقیم بر خواص بتن در حالت تازه و سخت شده و بخصوص بر خواص مکانیکی نهایی آن می‌باشد.

کاملاً شناخته شده است که به منظور کاهش سهم مصالح درشت دانه و پرهیز از افزودن مقادیر بسیار زیاد سیمان، بتن خود متراکم حاوی درصد مهمی از سنگدانه‌های بسیار کوچک با نام پرکننده می‌باشد. رایج ترین ماده پرکننده استفاده شده، میکرو سیلیس، خاکستر بادی و پودر مرمر می‌باشد. در بخش‌های زیر، نتایج مطالعه تجربی بر روی بتن خود متراکم گزارش شده است که مخلوط در آن حاوی پودر پومیس به عنوان ماده پرکننده بوده و با سایر مخلوط‌ها با ماده پرکننده متفاوت مقایسه می‌شود. خصوصیات در حالت تازه از طریق تغییر اجزای اصلی مخلوط و مقدار و نوع ماده پرکننده بررسی می‌شود؛ پس از آن، سه مخلوط مقایسه شده و تست آزمایشگاهی خواص مکانیکی آنها در حالت سخت شده بدست می‌آید. به دلیل اینکه پودر پومیس دارای منشأ آتشفشانی می‌باشد، خاصیت پوزولانی مخلوط به همراه آزمایش خواص شیمیایی و فیزیکی و بررسی میکروسکوپی بررسی می‌شود.

در ساخت بتن خود متراکم، قوانین کلاسیک معین شده برای طرح اختلاط بتن معمولی باید به منظور معرفی اثرات ماده پرکننده اصلاح شود که ممکن است واکنش پذیر بوده و یا نباشند و در خواص مکانیکی نهایی نقش داشته و یا نداشته باشند. همچنین، ویژگی کارایی و جداشدگی در یافتن طرح اختلاط بهینه حائز اهمیت ویژه می‌باشد. در بسیاری از موارد، این نشان دهنده روند آزمون و خطا است که نسبت هر یک از اجزاء آن در مخلوط چند بار تغییر می‌یابد تا اینکه نتیجه نهایی حاصل گردد [1]. مهمترین ویژگی‌های بتن خود متراکم عبارتند از: قابلیت جریان، ضد انسداد، قابلیت پرکنندگی و مقاومت به جداشدگی. موارد اول به قابلیت بتن برای عبور از آرماتور بدون نیاز به ارتعاش (ویبره) مربوط است؛ مورد آخر در عوض به یکنواختی خواص درون قالب و پرهیز از جدا شدگی ذرات ریز نسبت به سنگدانه‌های بزرگ ارتباط دارد که ممکن است در ته قالب نشست کند [2].

در طرح اختلاط، قابلیت جریان از طریق افزودن فوق روانساز (HRWRA، افزودنی کاهنده آب به مقدار زیاد) و محدود کردن درشت دانه با بکارگیری دانه سنجی مناسب حاصل می‌گردد. قابلیت پرکنندگی و جدا شدگی کاملاً با لزجت مخلوط در حالت تازه ارتباط دارند و این خاصیت اغلب باید از طریق افزودن یک افزودنی اصلاح کننده لزجت (VMA) اصلاح گردد.

قابلیت جریان مستقیماً از طریق تست جریان مخروط آبرامز ارزیابی می‌شود، اگرچه این خاصیت به طور غیرمستقیم از طریق همه آزمایش‌های انجام گرفته در حالت تازه بتن ارزیابی می‌گردد. قابلیت پرکنندگی به ظرفیت مصالح درشت دانه برای جابجا شدن در بین آرماتورهای فولادی با پرهیز از ایجاد مانع و تسهیل در پرکنندگی کامل قالب مربوط می‌باشد [3]. افزودن مصالح ریزدانه به عنوان پرکننده، اصلاح دانه سنجی مورد استفاده برای طرح اختلاط بتن معمولی، به دستیابی به این خصوصیات کمک می‌کند.

آزمایش‌های قابل اجرا در حالت تازه برای قابلیت جریان و پرکنندگی، تست جعبه U، جعبه L، حلقه J است، در حالی که لزجت از طریق تست قیف V بررسی می‌گردد.

در این مطالعه، اثر افزودن پودر پومیس (حاصل از جزایر ائولین در سیسیل ایتالیا) به عنوان ماده پرکننده در مخلوط با اثرات منتسب به انواع دیگر مواد پرکننده مقایسه می‌شود. آزمایش رفتار فشاری و کششی، انرژی شکست و افت اجرا شده و نتایج مشاهده و تفسیر می‌گردند تا ارزیابی شود که آیا پودر پومیس می‌تواند برای ساخت SCC مناسب باشد، و پیامدهای وجود آن در بین اجزای مخلوط بررسی می‌شود.

2. پیشینه تحقیق

برای طرح اختلاط مقدماتی بتن خود متراکم، اوکامورا و اوزاوا [4,5] قوانین عملی انتخاب مقادیر و نسبت‌های اجزای مختلف مخلوط عمل کننده بر روی میزان مصالح ریزدانه و درشت دانه، بر نسبت حجمی بین آب و چسب (سیمان و ماده پرکننده) و بر میزان مواد افزودنی را نشان دادند.

مطابق با مطالعات گزارش شده توسط آجیکل و همکاران [6] و انور و همکاران [7]، پومیس اغلب برای مخلوط بتن سبک وزن استفاده شده است و از مزایای کاهش وزن آن در مقایسه با سنگدانه‌های دیگر بهره گرفته شده است؛ در این موارد، پومیس در طرح اختلاط به صورت مصالح درشت دانه یا ریزدانه وارد می‌شود. از طرفی دیگر، پومیس قابل پودر شدن بوده تا اندازه ذرات هم اندازه با سایر مواد پرکننده معروف بدست آید و سپس در طرح اختلاط بتن پر مقاومت یا بتن خود متراکم وارد گردد. در این ارتباط، خاستگاه پومیس که محصولی آتشفشانی است، به دلیل دارا بودن خواص پوزولانی، می‌تواند بر خواص مکانیکی بتن سخت شده تاثیر بگذارد. به تازگی یک مطالعه اولیه در مورد خواص حالت تازه مخلوط SCC با افزودن پودر پومیس توسط گونیسی و همکاران [8] ارائه شده است، در حالی که مطالعه بر روی بتن سخت شده در متون همچنان نادر می‌باشد. از پودر پومیس همچنین در تصفیه آبهای زیرزمینی آلوده، به دلیل خواص ویژه عامل فیلتر آن مربوط به ریز حفرات داخلی استفاده شده است [9].

اگرچه پودر پومیس مورد استفاده در این مطالعه مستقیماً از طریق فرایند پودر شدن مکانیکی ذرات پومیس استخراج شده از معدن سنگ واقع در جزایر ائولین سیسیل (ایتالیا) بدست آمده است، مواد آتشفشانی در طبیعت و یا به صورت ضایعات دفع شده پس از فوران آتشفشان یافت می‌شوند. در حالت دوم، استفاده از محصولات آتشفشانی مانند پودر پومیس می‌تواند در مدیریت ضایعات سودمند باشد. بسیاری از مخلوط‌های بتن معمولی و پرمقاومت، با سنگدانه بازیافتی یا مواد پسماند مانند بتن لاستیکی [10,11] ساخته می‌شوند و نقش مؤثر در دفع مواد پسماند و موضوعات زیست محیطی دارند. علاوه بر این، پومیس به دلیل دارا بودن توان پوزولانی، با سنگدانه بازیافتی مرتبط می‌باشد، زیرا افزایش مقاومت ناشی از خواص پوزولانی (مربوط به سیمان پرتلند معمولی) می‌تواند تضعیف خواص مکانیکی منتسب به لاستیک یا دیگر سنگدانه‌های بازیافتی را خنثی کند. در مقاله حاضر، تست بر روی مقاومت فشاری SCC با پودر پومیس نشان دهنده افزایش قابل توجه مقاومت شکست برای مدت طولانی عمل آوری (90 یا 120 روز) نسبت به بتن با مواد پرکننده دیگر است که مقدار شکست را پس از 28 روز نسبتاً بدون تغییر حفظ می‌کند.

3. مواد و روش‌ها

در این بخش، تحلیل اجزای مختلف فیزیکی مخلوط به همراه نتایج تست صورت گرفته بر روی حالت تازه گزارش می‌شود.

3-1. مدل رئولوژیکی خمیر سیمان

مدل رئولوژیکی بکار رفته در مطالعه حاضر به طراح امکان می‌دهد تا تعیین کند که حداقل الزامات خمیر سیمان برای مقدار ثابت سنگدانه با خواص معلوم چه چیزی است. این مدل بر مبنای مطالعه بویی و همکاران [12] است. خمیر به صورت یک سیال لزج در نظر گرفته می‌شود که با دو پارامتر توصیف می‌گردد: لزجت پلاستیک و تنش برشی اولیه (تنش تسلیم)، به پیروی از مدل موسوم به بینگام [13,14]. این دو پارامتر از طریق معیارهای d_ss و d_av برای استفاده در مخلوط بتن با سنگدانه همبستگی دارند (d_ss میانگین فاصله بین دو ذره و d_av میانگین قطر ذرات است). در نتیجه، عوامل اساسی تأثیر گذار بر رفتار بتن تازه عبارتند از:

– حجم خمیر در واحد حجم مخلوط؛

– توزیع مصالح درشت دانه و ریزدانه؛

– نسبت مصالح درشت دانه به ریزدانه؛

– شکل و خواص ظاهری ذرات سنگدانه.

به منظور دستیابی به مخلوطی که دارای قابلیت بازتولید بالا باشد، یک مطالعه مقدماتی در مورد خمیر جهت توصیف خواص رئولوژیکی انجام گرفت.

ابتدا تعداد زیادی خمیر با نسبت‌های مختلف آب به چسب، نسبت متفاوت اجزای چسباننده و انواع مختلف ماده پرکننده بررسی شدند. هدف از این کار، ارزیابی تأثیر این اجزا بر رفتار رئولوژیکی خمیر سیمان بود.

پس از آن، بررسی در خصوص مخلوط‌های مختلف بتن خود متراکم، تعیین روابط اولیه و ایجاد تغییرات جزئی در آن انجام شد. هر مخلوط از طریق تست توصیه شده در مقررات UNI 11040–11045 ایتالیا و مقررات EN 12350 اروپا احراز صلاحیت گردید. به منظور مقایسه نتایج بدست آمده، تست بر روی مخلوط بتن معمولی با اجزای اولیه یکسان انجام گرفت.

جهت دانلود ادامه مقاله کلیک کنید

بررسی پودر پومیس به عنوان پر کننده بتن خود متراکم (0 دانلود ها )