تأثیر الیاف فولادی بر مقاومت مکانیکی و عملکرد بتن خودمتراکم در برابر گرما و یخ زدگی

تأثیر الیاف فولادی بر مقاومت مکانیکی و عملکرد بتن خودمتراکم در برابر گرما و یخ زدگی

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 ۳ مقدار مختلف الیاف فولادی بر روی مشخصه­های مکانیکی و مقاومت حرارتی بتن سبک خودمتراکم حاوی لیکا و ژل میکروسیلیس، در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزگی بررسی شود. برای این منظور ابتدا ۱۰ 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 ۷ و ۲۸ روزگی، و مقاومت کششی در ۲۸ 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 ۱% 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 ۱% حجمی بتن، سبب افزایش مقاومت فشاری و دوام بتن و افزودن ۵/۰% 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

فصل اول: معرفی بتن خودمتراکم

۱-۱- مقدمه. ۱

۱-۲- اهداف تحقیق.. ۴

۱-۳- تاریخچه. ۴

۱-۴- تعریف بتن خودمتراکم.. ۸

۱-۵- مشخصات بتن خودمتراکم.. ۸

۱-۶- محاسن بتن خودمتراکم.. ۹

۱-۷- دلایل گسترش بتن خودمتراکم.. ۱۰

۱-۸- کاربرد­های بتن خودمتراکم.. ۱۰

۱-۹- بررسی ویژگی­های بتن خودمتراکم.. ۱۱

۱-۹-۱- رئولوژی بتن خودمتراکم.. ۱۱

۱-۹-۲- کارایی بتن خودمتراکم.. ۱۲

۱-۱۰- معرفی بتن سبک خودمتراکم.. ۱۳

۱-۱۱- نحوه سبک سازی بتن خودمتراکم.. ۱۴

۱-۱۱-۱- استفاده از دانه­های منبسط شده پلی استایرن.. ۱۵

۱-۱۱-۲- استفاده از ساختار سلولی (فوم) ۱۵

۱-۱۱-۳- استفاده از انواع سنگدانه­های سبک با منشأ طیبعی و مصنوعی.. ۱۷

۱-۱۱-۴- معرفی سبک­دانه لیکا ۱۸

۱-۱۱-۴-۱-  فرآیند تولید لیکا ۱۸

۱-۱۱-۵- معرفی سبک­دانه اسکریا و پومیس…. ۲۰

فصل دوم: معرفی مواد پوزولانی، مواد جایگزینی و مصالح

۲-۱- مقدمه  ۲۶

۲-۲- میکروسیلیس و نانوسیلیس (دودهای سیلیسی) ۲۶

۲-۲-۱-  تعریف… ۲۷

۲-۲-۲- خصوصیات شیمیایی میکروسیلیس…. ۲۷

۲-۲-۳- تأثیر میکروسیلیس بر خواص بتن.. ۲۸

۲-۲-۳-۱- مقاومت فشاری.. ۲۸

۲-۲-۳-۲- دوام بتن.. ۳۰

۲-۲-۳-۳- نفوذ آب… ۳۰

۲-۲-۳-۴- نفوذ یون کلراید. ۳۱

۲-۲-۳-۵- مقاومت در برابر آب دریا و اثرات جزر و مد ….۳۱

۲-۲-۳-۶- نتیجه­گیری.. ۳۲

۲-۳- متاکائولین.. ۳۲

۲-۴- تأثیر مس باره بر بتن خود متراکم.. ۳۴

۲-۴-۱- نتیجه­گیری.. ۳۶

۲-۵- تاثیر ضایعات لوله های PVC بر بتن خود متراکم.. ۳۶

۲-۵-۱- نتیجه­گیری.. ۴۰

۲-۶- تاثیر خاکستر بادی بر  بتن خودمتراکم.. ۴۰

۲-۶-۱- نتیجه­گیری.. ۴۲

۲-۷- تاثیر ضایعات خرده لاستیک بر بتن خود متراکم.. ۴۲

۲-۷-۱- نتیجه­گیری.. ۴۴

۲-۸- فوق­روان­کننده ۴۴

۲-۹- مصالح سنگی.. ۴۵

۲-۹-۱- آزمایش دانه‌بندی مصالح سنگی.. ۴۵

۲-۹-۲- مدول نرمی ماسه. ۴۷

۲-۱۰- سیمان مصرفی.. ۴۸

۲-۱۱- پودر سنگ آهک… ۴۸

۲-۱۲- لیکا ۴۹

۲-۱۳- الیاف و کاربرد آن.. ۵۲

۲-۱۳-۱- مقدمه. ۵۲

۲-۱۳-۲- ویژگی­های فیزیکی الیاف.. ۵۳

۲-۱۳-۳- شیوه قرار گرفتن و توزیع الیاف در ماتریس…. ۵۴

۲-۱۳-۴- موارد مصرف محصولات سیمانی تقویت شده با الیاف.. ۵۵

۲-۱۳-۵- ضرورت استفاده از الیاف.. ۵۵

۲-۱۳-۶- انواع الیاف از لحاظ شکل و اندازه قطری آنها ۵۷

۲-۱۴- بتن مسلح به الیاف فولادی.. ۵۸

۲-۱۴-۱- مزایا و خواص بتن الیافی مسلح به الیاف فولادی.. ۵۹

۴-۱۴-۲- نحوه ساخت الیاف فولادی.. ۶۱

۲-۱۴-۳- کاربردهای بتن مسلح به الیاف فولادی.. ۶۱

۲-۱۴-۴- تاریخچه الیاف فولادی و تحقیقات انجام شده در این زمینه. ۶۲

فصل سوم: آزمایش­های بتن تازه و سخت شده

۳-۱- مقدمه. ۶۷

۳-۲- آزمایش جریان اسلامپ… ۶۷

۳-۲-۱- وسایل مورد نیاز ۶۸

۳-۲-۲- روش انجام. ۶۸

۳-۲-۳- تفسیر نتایج.. ۶۹

۳-۳- آزمایش اسلامپ کوچک… ۷۰

۳-۴-  آزمایش حلقه J. 70

۳-۴-۱- وسایل مورد نیاز ۷۱

۳-۴-۲- روش انجام. ۷۱

۳-۴-۳- تفسیر نتایج.. ۷۱

۳-۵- آزمایش قیف V شکل و زمان ۵ دقیقه. ۷۲

۳-۵-۱- وسایل مورد نیاز ۷۳

۳-۵-۲- روش انجام. ۷۳

۳-۵-۳- تفسیر نتایج.. ۷۳

۳-۶- آزمایش جعبه L شکل.. ۷۴

۳-۶-۱- وسایل مورد نیاز ۷۵

۳-۶-۲- روش انجام. ۷۵

۳-۶-۳- تفسیر نتایج.. ۷۵

۳-۷- آزمایش جعبه U… 77

۳-۷-۱- وسایل مورد نیاز ۷۷

۳-۷-۲- روش انجام. ۷۷

۳-۷- تفسیر نتایج.. ۷۸

۳-۸- اسلامپ T₅₀. 80

۳-۹- آزمایش جداشدگی ستون.. ۸۰

۳-۱۰- آزمایش پایداری الک GTM…. 81

۳-۱۱- آزمایش جعبه پرکنندگی (Fill). 81

۳-۱۲- آزمایش سنگدانه و ملات… ۸۲

۳-۱۳- محدوده­های ارائه شده و توصیه شده در EFNARC.. 82

۳-۱۴-۱- مقاومت فشاری بتن.. ۸۶

۳-۱۴-۱-۱- آزمایش نمونه­های مکعبی.. ۸۷

۳-۱۴-۱-۲- شکست نمونه­های فشاری.. ۸۸

۳-۱۴-۲- مقاومت کششی بتن.. ۹۰

۳-۱۴-۳- مقاومت خمشی بتن.. ۹۱

۳-۱۴-۴- آزمایش حرارتی بتن.. ۹۴

۳-۱۴-۴-۱- اثر دمای بالا بر مصالح.. ۹۶

۳-۱۴-۴-۲- اثر دمای بر بتن.. ۹۷

۳-۱۴-۴-۳- تحقیق­های پیشین صورت گرفته. ۱۰۲

۳-۱۴-۷- تست یخ­زدگی و آب­شدگی بتن.. ۱۰۴

فصل چهارم: طرح اختلاط بتن خودمتراکم معمولی و سبک

۴-۱- مقدمه. ۱۰۸

۴-۲- توصیه­های EFNARC  ۱۰۸

۴-۳- روش طرح اختلاط Void –Bulk Density.. 113

۴-۴- روشی ساده برای ارائه طرح اختلاط بتن خود متراکم.. ۱۱۵

۴-۵- ارائه طرح اختلاط با توجه به نتایج حاصل شده از تحقیقات پایان­نامه. ۱۱۹

فصل پنجم: ایجاد طرح­های اختلاط و شروع آزمایش­ها

۵-۱- مقدمه. ۱۲۳

۵-۲- طرح­ها و آزمایش­ها ۱۲۳

۵-۲-۱- طرح اختلاط۱٫ ۱۲۵

۵-۲-۲- طرح اختلاط۲٫ ۱۲۷

۵-۲-۳- طرح اختلاط ۳٫ ۱۲۹

۵-۲-۴- طرح اختلاط ۴٫ ۱۳۰

۵-۲-۵- طرح اختلاط ۵٫ ۱۳۲

۵-۲-۶- طرح اختلاط ۶٫ ۱۳۴

۵-۲-۷- طرح اختلاط ۷٫ ۱۳۶

۵-۲-۸- طرح اختلاط ۸٫ ۱۳۷

۵-۲-۹- طرح اختلاط ۹٫ ۱۳۹

۵-۲-۱۰- طرح اختلاط ۱۰٫ ۱۴۰

۵-۳- بررسی کلی طرح­های اختلاط و انتخاب طرح شاهد. ۱۴۲

۵-۴- انتخاب طرح شاهد و ادامه آزمایش­ها ۱۵۰

۵-۴-۱- افزودن الیاف فولادی به طرح شاهد. ۱۵۰

۵-۴-۱-۱- افزودن الیاف به میزان ۵/۰% حجمی بتن.. ۱۵۱

۵-۴-۱-۲- افزودن الیاف به میزان ۱% حجمی بتن.. ۱۵۲

۵-۴-۱-۳- افزودن الیاف به میزان ۵/۱% حجمی بتن.. ۱۵۳

۵-۴-۱-۴- تفسیر نتایج اثر الیاف بر خصوصیات بتن تازه ۱۵۳

۵-۴-۱-۵- تفسیر نتایج اثر الیاف بر خصوصیات مکانیکی بتن.. ۱۶۰

۵-۵- آزمایش حرارتی.. ۱۶۹

۵-۶- آزمایش یخ­زدگی و آب­شدگی  بتن.. ۱۷۹

فصل ششم: نتیجه­گیری

۶-۱- مقدمه. ۱۸۳

۶-۲- اثر الیاف بر رفتار بتن تازه ۱۸۳

۶-۳- اثر الیاف بر رفتار مکانیکی بتن.. ۱۸۳

۶-۴- اثر الیاف بر مقاومت حرارتی بتن.. ۱۸۵

۶-۵- اثر الیاف بر یخ­زدگی و آب­شدگی بتن.. ۱۸۵

پیشنهاد­ها ۱۸۷

منابع و مآخذ. ۱۸۸