تحقیق رایگان درباره فشار بخار آب، بهبود عملکرد

دانلود پایان نامه ارشد

ي بتن دارند در کنار استفاده از الياف و مواد معدني که خصوصيات فيزيکي بتن SCC را بهبود بخشد ضروري مي باشد [3]. نتايج آزمونهاي آتش، تفاوتهاي عمدهاي را در رفتار و مقاومت حرارتي، بين بتن خودمتراکم و بتن معمولي نشان ميدهد که نتيجه مقدار تراکم، درصد آب به سيمان، پودرها و مواد افزودني در اين بتنها ميباشد [5]. يکي از مهمترين معايب و نواقص بتن خودمتراکم، مقاومت کم آن در برابر آتش و حرارت ميباشد و از اينرو تحقيق و پژوهش در اين زمينه، با توجه به نقش تعيين کننده اين مقاومت در عملکرد سازه، امري ضروري بوده و استفاده از سنگدانهها و مواد پرکننده براي بهبود خواص حرارتي بتن SCC امري مهم ميباشد.
يکي از دلايل مهم شکست اجزاي بتني در آتش پديده پوسته شدن2 است. سه مکانسيم اصلي تنشهاي حرارتي، فشار بخار و تغييرات ساختاري سنگدانهها را ميتوان عوامل اصلي پديده پوسته شدن نام برد. ساختار متراکم بتنهاي SCC باعث مي شود تا انتقال بخار و رطوبت در آن دشوارتر شود و فشار بخار بالايي در نزديکي سطح بتن ايجاد شود و زمينه پوسته شدن فراهم گردد [6]. فشار گازهاي متصاعد شده از بتن، چه فشار بخار آب به علت نسبت بالاي آب به مواد سيماني و چه بخارهاي متصاعد شده به علت تجزيه مواد و مصالح موجود در بتن، در هنگام آزمون آتش، سبب ايجاد فشارهاي دروني در بتن ميشود و اين فشارها سبب جدا شدن قسمت خارجي بتن ميگردد که در اصطلاح پوستهاي شدن ميباشد. استفاده از اليافهاي گوناگون با خصوصيات فيزيکي مختلف، و سنگدانههاي متخلخل، يک راه حل مناسب و اساسي براي رفع اين نقيصه مهم بتن SCC ميباشد تا در برابر آتشسوزي و تنشهاي حرارتي و فشار بخار آب، بتواند دوام کافي را از خود نشان دهد. در سالهاي اخير تحقيقات زيادي درباره اثر انواع الياف در برابر حرارت صورت گرفته است. يکي از اين الياف که با موفقيت امتحان خود را پس داده است، الياف پليمري پليپروپيلن ميباشد. اين الياف در دماهاي بالا، تحت حرارت ذوب شده و خلأ ايجاد شده در اثر اين ذوبشدگي، فضاي لازم براي گازهاي متصاعد شده از بتن خودمتراکم را ايجاد کرده و در نتيجه تا حد زيادي از ميزان فشارهاي وارده و تنش دروني ايجاد شده توسط اين گازها ميکاهد [3].
اما عملکرد الياف فولادي در برابر حرارت مسئلهاي مجهول است که در اين تحقيق به اثر اين نوع الياف بر مقاومت حرارتي بتن پرداخته ميشود. غير از مسئله الياف، سنگدانهها نيز ميتوانند اثر مهمي بر مقاومت حرارتي بتن ايفا کنند. وجود سنگدانههاي متخلخل در بتن، تا حد زيادي ميتواند سبب بهبود عملکرد بتن در برابر حرارت گردد. سنگدانههاي متخلخل با هواي موجود در خود، هم با ايفاي نقش عايقي مانع از رسيدن حرارت به لايههاي دروني شده و هم با ايجاد فضاي کافي براي گازهاي متصاعد شده، مانع از ايجاد تنشهاي دروني حاصل از اين گازها ميشود. اما وجود سنگدانه اشباع متخلخل در بتن ميتواند نتيجهاي عکس از خود نشان داده و با وجود مقدار رطوبت بالاي خود، فشار گازهاي داخلي را بيشتر کند و در نتيجه بتن را آسيبپذيرتر از قبل کند. در اين تحقيق با ساخت بتن سبک خودمتراکم اليافي حاوي الياف فولادي و سنگدانه ليکا، به بررسي اثر اين مواد پرداخته ميشود.
علاوه بر عملکرد حرارتي الياف در برابر بتن، عملکرد آنها در برابر يخزدگي و آبشدگيهاي مکرر و پيدرپي نيز ميتواند موضوع مهمي ميباشد. وجود الياف فولادي در بتن خودمتراکم، ميتواند با حفظ انسجام و يکپارچگي بتن، مانع از آسيب بتن در برابر اين سيکلها شود. رطوبت موجود در بتن در اثر يخزدگي و افزايش حجم ژل سيمان، باعث وارد شدن تنشهاي داخلي به بتن شده و با آبشدگي و از بين رفتن اين تنش و يخزدگي مجدد و اعمال مجدد تنش داخلي، نوعي خستگي در بتن ايجاد کرده و سبب ايجاد ترکهاي مويين در بتن ميشود که اين ترکها ميتواند مقاومتهاي مکانيکي بتن را کاهش دهد. در اين تحقيق سعي شده تا با افزودن درصدهاي مختلف الياف فولادي به بتن، اثر اين الياف بر عملکرد بتن در برابر يخزدگي و ذوبشدگي مورد بررسي قرار گيرد.
جدا از تأثير الياف بر خصوصيات مکانيکي بتن، اين الياف بر کارايي بتن نيز اثرگذار خواهند بود. الياف فولادي به دليل وزن مخصوص بالاي خود نسبت به ساير مصالح به کار رفته در بتن سبک خودمتراکم، تمايل زيادي به جداشدگي و تهنشين شدن در ترکيب بتن دارند که اين يک مشکل بسيار اساسي ميباشد. همچنين به علت شکل مخصوص خود، اين الياف پديدهاي به نام گلوله شدن را به وجود ميآورد که طي آن مقدار زيادي از الياف در يک نقطه باهم جمع شده و بتن را از حالت يکپارچگي خود درخواهد آورد.
در اين تحقيق پس از معرفي بتن خودمتراکم معمولي و سبک، به بيان شيوه سبکسازي با انواع سنگدانهها و بيان نحوه توليد سبکدانه ليکا، که در اين تحقيق از اين سبکدانه استفاده شده است، پرداخته ميشود. در ادامه با انجام آزمايشهاي بتن تازه خودمتراکم، اثر الياف بر خواص خودتراکمي بتن مورد ارزيابي قرار ميگيرد و در ادامه به بررسي اثر اين الياف بر عملکرد حرارتي و يخزدگي و آبشدگي بتن و انتخاب درصدي مناسب پرداخته ميشود.
اهداف تحقيق
هدف از انجام اين تحقيق، بررسي تأثير الياف فولادي بر بتن سبک خودمتراکم در برابر حرارت و يخزدگي ميباشد. براي اين هدف درصدهاي مختلف الياف به بتن بايد افزوده شده و اثر آن بر عملکرد حرارتي، مقاومتهاي مکانيکي پس از اعمال حرارت، زمان مقاومت بتن در برابر حرارت و مقاومتهاي مکانيکي پس از سيکلهاي يخزدگي و آبشدگي، مورد مطالعه قرار گيرد. براي بررسي اثر الياف بر رفتار بتن تازه نيز، آزمايشهاي مربوط به بتن تازه خودمتراکم بر روي طرحهاي اختلاط انجام ميشود. انتظار ميرود که با مسلح کردن اين نوع بتن به الياف فولادي، اين الياف بتوانند قسمتي از نقصهاي مکانيکي بتن را از بين ببرند.
تاريخچه
اولين بار نظريه بتن خودمتراكم براي رفع محدوديتهاي بتن معمولي توسط Okamura [2] در ژاپن مطرح گرديدو به تدريج از ژاپن به اروپا و ساير نقاط جهان توسعه يافت تا جايي که امروزه تحقيقات و پژوهشهاي زيادي در جهان در زمينه تکنولوژي بتن، به اين موضوع اختصاص يافته است. در مقايسه با ژاپن، تحقيقات در اروپا و آمريكا اخيراً آغاز گرديده و در حاليكه اكنون در ژاپن به بتن خودمتراكم از نقطه نظر بتن با مقاومت بالا نگاه ميشود، در اروپا بتن خودمتراكم با مقاومت متوسط همچنان مورد نظر ميباشد [7]. سازههاي مختلفي در جهان به سبب همين خواص و مزيتهاي بتن خودمتراکم، از اين نوع بتن ساخته شدهاند. از جمله اين سازهها ميتوان به موارد زير اشاره کرد.
1- پل معلق Akashi-Kaiko در Awaji-Shima و Kobe ژاپن در شکل 1-1، به طولm 3910 و با حجم بتنريزي قابل توجه m3 290000. در اين پروژه بتن تا فاصله m 200 به وسيله پمپاژها، براي بتنريزي پمپاژ شده که چنين مسافتي براي پمپاژ، تنها براي بتنخودمتراکم ميسر خواهد بود. همچنين استفاده از بتن خودمتراکم در اين پروژه، سبب صرفهجويي زماني 20 درصدي (حدود 2 سال) در ساخت، نسبت به بتن معمولي گرديده است که اين نيز از مزاياي استفاده از بتن خودمتراکم ميباشد [8].

شكل1-1- پل معلق Akashi-Kaiko ژاپن [8]

2- ديوارههاي مخازن عظيم LNG شرکت Osaka در شکل 1-2، با حجم بتنريزي بالغ برm3 12000 و صرفهجويي 67 درصدي در هزينه امور اجرايي و صرفهجويي 18 درصدي در زمان ساخت، نسبت به حالتي که از بتن معمولي براي ساخت اين پروژه استفاده ميشد. همچنين استفاده از بتن خودمتراکم اليافي در بخشهايي از قسمتهاي تأسيساتي اين سازهها، سبب افزايش مقاومت خمشي مطابق استاندارد ASTM C78 [9] شده است.

شکل 1-2-ديواره هاي مخازن LNG[2]
3- برج 70 طبقهاي Landmark يوکوهاماي ژاپن در شکل 1-3، که طبقات اوليه اين برج به علت تراکم بالاي آرماتورها در ستونها، با حجم بتنريزي بالغ بر حدود m3 900، با بتن خودمتراکم بتنريزي شدهاند [10].

شكل 1-3- برج Landmark يوكوهاما – ژاپن [10]

4- بازار Midsnmmer place در انگلستان که در شکل 1-4 ملاحظه ميگردد.

شکل 1-4- بازار midsummer در لندن [2]
5- سر در دانشگاه علم وصنعت در شکل 1-5. اين سازه، از نمونههاي استفاده بتن خودمتراکم در ايران ميباشد.

شکل 1-5- سر در دانشگاه علم و صنعت [2]

1-4- تعريف بتن خودمتراکم
بتن خودمتراكم همان گونه كه عنوان شده است، بتني است كه تحت اثر وزن خود و با رواني بالا و بدون نياز به ويبره كردن، قالب را به طور كامل پر كرده و تمامي منافذ موجود بين آرماتورها را ميپوشاند. اين بتن بايد سه مشخصهي زير را داشته باشد:
رئولوژي بتن خودمتراكم (قابليت پركنندگي و خود تراكمي) كه تابعي از تنش تسليم و لزجت پلاستيك بتن ميباشد. براي ارضاي اين مشخصه، بتن بايد بتواند تحت اثر وزن گرانشي خود بر تنش تسليمي خود غلبه كند و حالت خود تراكمي بگيرد. همان گونه كه عنوان شد، تنش داخلي در بتن، به قابليتهاي رئولوژيكي بتن مربوط مي شود [11].
مقاومت در برابر جداشدگي كه به ويسكوزيته خمير مربوط ميشود.
توانايي عبوركنندگي كه تمهيدات خاصي براي آن بايد صورت گيرد از جمله : بالابردن قوام به منظور كاهش جداشدگي، نسبت W/P پايين، استفاده از عوامل لزجكننده در كنار مواد فوقروان كننده و ساير اقدامات ديگر [11].
همان گونه كه از تعريف بالا مشخص شد، اين نوع بتن بسياري از نارسايي هاي بتن معمولي را برطرف ميكند. اين نارسايي ها عبارتند از: جداشدگي دانهها، آب انداختن، جذب آب، نفوذپذيري در برابر يونها و … همچنين اين بتن به علت داشن خواص مذكور براي استفاده در قالبهايي با آرماتور فشرده و جاهايي كه دسترسي به آنها مشكل است و يا امكان ويبره نمي باشد، مناسب ميباشد.
H.Okamura [10] نيز خاصيت ويژه خودتراکمي اين بتن را وابسته به مصالح و نسبت اختلاط ميداند و در تحقيقات خود، توانست با ثابت نگهداشتن مقدار سنگدانههاي درشت در حدود 50% حجم مواد جامد و سنگدانههاي ريز در حدود 40% حجم ملات، و با تنظيم نسبت آب به سيمان، و افزودن مواد فوقروانکننده، بتن خودمتراکم را توليد کند.
1-5- مشخصات بتن خودمتراکم
همانگونه که ذکر شد، براي بتن خودمتراکم، سه مشخصه زير لازم و ضروري ميباشد:
الف)- كارايي:
براي بتن خودمتراكم، محققان مشخصات كلي زير را براي اطلاق كارايي مناسب توصيه ميكنند:
در حالت معمولي جريان اسلامپي بيش ازmm 600 و بدون جداشدگي
حفظ رواني به مدت حداقل min 90
توانايي مقاومت در شيب 3% در سطح افقي آزاد
قابليت پمپاژ شدن در لولهها به طول حداقل m 100 و به مدت min 90
ب)- خصوصيات مكانيكي:
بتن خودمتراكم بايد از لحاظ خصوصيات مكانيكي و مقاومت فشاري دو پارامتر زير را ارضا كند:
مقاومت فشاري 28 روزه حدودMPa 25 تا MPa 60
مقاومت فشاري اوليه براي بتنهاي مصرفي در ساخت مسکن، حدود MPa 5 تا MPa 20 در 12 تا 15 ساعت اوليه و در دماي C ○ 20
ج)- مقاومت در برابر عوامل محيطي:
مقاومت در برابر خوردگي تهاجم سولفاتها و كلريدها
مقاومت در برابر انجماد و ذوب مطابق استانداردها
كاهش خطر تركهاي حرارتي در مقايسه با بتن معمولي لرزانده شده [12]
علاوه بر مشخصات بالا كه نوعي مشخصات كاربردي بتن خودمتراكم ميباشد، آزمايشهاي مختلفي كه در فصول بعد گفته ميشود، محدودهاي را براي بتن خودمتراكم ارائه ميدهند.
1-6- محاسن بتن خودمتراكم
بتن خودمتراكم بنا به خواصي كه ذكر شده برتريها و محاسني نسبت به بتن معمولي پيدا ميكند. يكي از اين محاسن، كاهش آلودگي صوتي ناشي از ويبره كردن ميباشد. همچنين اطمينان از تراكم كامل و جلوگيري از خطاهاي انساني در ويبره كردن، قرارگرفتن و پركردن راحتتر سطح قالب و اجراي سازههاي ويژه به خصوص زير آب كه امكان ويبره كردن دشوار ميباشد. مقاومت فشاري بهتر نسبت به بتن معمولي، افزايش دوام در مقايسه با بتن معمولي و … از ديگر مزاياي اين بتن مي باشد [13].
يكي از محاسن ذكر شده، افزايش دوام بتن خودمتراكم در مقايسه با بتن معمولي ميباشد. عواملي كه دوام بتن را در معرض خطر قرار ميدهند عبارتند از:
سيكل تر و خشك شدن متوالي
سيكل يخ زدن و آب شدن متوالي
حضور يون هاي مهاجم مثل يون كلريد و سولفات و ساير

پایان نامه
Previous Entries تحقیق رایگان درباره آزمايش، اسلامپ، الياف، جريان Next Entries تحقیق رایگان درباره سبکدانه، ○، چگالي، توليد