تحقیق رایگان درباره فشار بخار آب

دانلود پایان نامه ارشد

به سرعت افزايش مييابد. به علت وجود تعداد اندک روزنههاي مويين، آب هيدراته نشده بتن، در فضاي داخل بتن محبوس شده و همزمان با تبديل شدن به بخار آب، امکان خروج از روزنههاي مويين نيز نخواهد داشت که در نتيجه منجر به ايجاد تنش داخلي شده و به همين علت باعث ايجاد ترک در سطح بتن ميشود. در اين فرآيند حتي مولکولهاي آبي که درگير پيوند شيميايي شدهاند نيز، ميتوانند تبخير شوند [3].
وجود سبکدانههاي اشباع با درصد جذب رطوبت بالا، وضعيت حاصل شده را حادتر و شديدتر ميکند. فشار بخار توليد شده در بتنخودمتراکم معمولي در دماي C○ 300 در حدود MPa 8 و در دماي C○ 350 حدود MPa 17 ميباشد و اين مقادير در بتنسبکخودمتراکم به مراتب بيشتر ميباشند [78]. بتن اگر قادر به تحمل تنشهاي حاصل شده نباشد، با پديده پوستهاي شدن همراه با انفجار همراه خواهد بود که در المانهاي سازهاي، اين رفتار سبب آسيب به مقاومت خود بتن و آرماتور شده و در نهايت منجر به انهدام المان ميشود.
همانگونه که گفته شد، يکي از بدترين پديدههاي مشهود در واکنش بتن به حرارت بالاي ايجاد شده در آتش، انفجار بتن همراه با لايهاي شدن بتن ميباشد. در اين پديده تکهاي از بتن شکسته شده و از روي سطح بتن پرتاب ميشود که اين پرتاب با سرعت بالايي همراه بوده و حالت انفجاري دارد. انبساط حرارتي و ديهيدراسيون بتن بر اثر اعمال حرارت بالا، موجب شکافته شدن و پوستهاي شدن انفجاري بتن ميشود [78]. اصليترين نظريه در مورد علت پوستهاي شدن انفجاري بتنخود متراکم و بتن پرمقاومت، نفوذپذيري پايين آنها است که بخار آب را براي خروج از سوراخهاي مويينه بتن محدود ميکند و در نتيجه منجر به انفجار نمونه ميشود. افزايش دماي بتن، سبب افزايش فشار بخار آب درون منافذ بتن تا جايي ميشود که منجر به انفجار بتن ميشود. آزمايشها نشان ميدهد که در دماي بالاتر از C○ 450، تغييرات مقاومت فشاري بسيار فاحش ميباشد [79].
تقريباً در اکثر بتنها، تا دماي C○ 150 آب آزاد نمونهها تبخير شده و از دماي C○ 300 و بالاتر، علاوه بر تبخير آب اضافي، مقاومت بتن نيز کاهش مييابد [80]. بتنهاي با مقاومت نرمال، وقتي تحت C○ 300 قرار ميگيرد،10% تا 20% درصد از مقاومت فشاري اوليه بتن، و وقتي تحت C○ 600 قرار ميگيرد،60% تا 75% مقاومت اوليه بتن کاسته ميشود. نمونههاي بتن با مقاومت بالا نيز، وقتي تحت C○ 450 قرار ميگيرد،تا 40% مقاومت اوليه بتن کاسته ميشود. مهمترين نکته در مورد بتن با مقاومت بالا نيز، پوستهاي شدن با حالت انفجاري در دماي بتن C○ 300 تا C○ 650 ميباشد [79].
تمامي استانداردهاي ذکر شده براي آزمايش آتش، براي تعيين مقاومت المانهاي سازهاي با ابعاد واقعي در برابر حرارت حاصل شده از آتش ميباشد. در آزمايشهاي مربوطه به اين استانداردها، المانهاي سازهاي با ابعاد واقعي (حداقل ابعاد ذکر شده در آييننامهها، مثلاً حداقلm2 9 براي دال) ساخته شده و متناسب با آييننامه و نوع المان سازهاي، تحت شرايط خاص ذکر شده در آييننامه، تحت تأثير آتش قرار ميگيرد. فضاي آزمايش اتاق آتش ناميده ميشود. به عنوان مثال در ASTM E119 [81] براي آزمايش آتش، دال و ديوار از يک طرف، تير از زير و طرفين، و ستون از کليه جهات در معرض آتش قرار ميگيرد. در برخي از آييننامهها، المانهاي سازهاي در حين تست حرارت، تحت بار واقعي که در سازه به آن واقع ميشود، قرار ميگيرند و مدت زماني که المان تحت اعمال حرارت مطابق با نمودار زمان- دماي آييننامه دوام ميآورد، به عنوان زمان مقاومت در برابر آتش در نظر گرفته ميشود.
طبق مرجع [82] وجود رطوبت و تراکم بالاي بتن خودمتراکم و افزايش مکانيزم فشار منفذي تجمعي، عامل اصلي و مهم انفجار بتن و سنگدانه ميباشد. شکل 3-25 آناليز حرارتي ناهمسان دو بتن خودمتراکم و بتن با عملکرد بالا را نشان ميدهد.

شکل 3-25- مقايسه آناليز حرارتي بتن با عملکرد بالا و بتن خودمتراکم [82]

اين نمودار براي دو بتن خودمتراکم و بتن با عملکرد بالا رسم و قابل مقايسه ميباشد. در شکل 3-25، افتهاي ناگهاني نمودار، واکنشهاي گرماگيري را نشان ميدهند که به ترتيب 1 تا 4 شامل موارد زير ميباشند:
1- اولين قسمت از افت ناگهاني شکل 3-25، تبخير آب قابل دسترس و قابل تبخير بتن را در دمايي حدود C ○ 100 نشان ميدهد.
2- دومين افت يا اکسترمم نسبي که در نمودار به صورت يک پله ميباشد، شروع مرحله ديهيدراسيون خمير بتن را در دمايC ○ 180 نشان ميدهد.
3- سومين نقطه افت نمودار، تجزيه (Ca(OH)2→ CaO + H2O) Ca(OH)2 موجود در خمير سيمان در دماي حدود C ○ 500 را نشان ميدهد.
4- چهارمين نقطه افت، تجزيه CaCo3 (CaCo3 → CaO + CO2) موجود در خمير بتن خودمتراکم را در دماي C ○ 700 نشان ميدهد. چنانچه از نمودار مشخص است، اين تغيير ناگهاني تنها براي بتن خودمتراکم ميباشد که با آزاد شدن گاز CO2 قابل توجه، سبب ايجاد تنش دروني شديد ميشود که يکي از علتهاي پوستهاي شدن و انفجار بتن خودمتراکم در دماي بالا ميباشد [82].
مقايسه آناليز حرارتي بتن معمولي و بتنخودمتراکم در نمودار، نشاندهنده آسيبپذير بودن بتن خودمتراکم در برابر بتن معمولي ميباشد.

شکل 3-26- مقايسه کاهش وزني بتن با عملکرد بالا و بتن خودمتراکم طي آناليز حرارتي [82]

شکل 3-26 نيز، نشان دهنده افت شديد و ناگهاني وزن بتنخودمتراکم در دماي C○ 700 ميباشد که نشاندهنده خروج و تبخير شديد آب بتنخودمتراکم در اين دما ميباشد. بتن خودمتراکم به علت تراکم بالا و عدم وجود خلل و فرج براي خروج بخار آب، همواره کاهش وزن متناظر کمتري نسبت به بتن معمولي دارد که در دماي C○ 700، به علت ايجاد ترکها و خروج بخار آب هسته نمونه بتني، اين کاهش وزن شديد مشاهده ميشود.
توجه به نمودار کاهش وزن نمونهها در برابر افزايش حرارت، باعث حصول نتايج زير ميشود:
– کاهش وزن بتن در دماي زير C○ 100، به علت خروج آب از سوراخهاي مويينه سطح بتن، متناظر با مرحله 1 نمودار آناليز حرارتي ميباشد.
– در بازه دمايي C○ 100 تا C○ 200، سرعت اين کاهش وزن افزايش يافته که علت آن ادامه خروج آب از منافذ ميباشد که براي هر دو نوع بتن در حدود 12% ميباشد.
– در بازه دمايي C○ 200 تا C○ 400، به علت از بين رفتن و کاهش آب منفذي ژل بتن، سرعت کاهش وزن کمتر شده است. اين بازه دمايي شروع مرحله 2 آناليز حرارتي يا مرحله ديهيدراسيون ميباشد.
– در بازه زماني C○ 500 تا C○ 600، سرعت کاهش وزن دوباره بيشتر ميشود که اين افزايش به علت تجزيه CaCo3 در خمير سيمان ميباشد. اين قسمت با مرحله 3 آناليز حرارتي متناظر است.
– در بازه دمايي C○ 600 تا C○ 800، کاهش وزن بتنخودمتراکم به صورت ناگهاني افزايش مييابد که علت آن فرآيند ديکربوناسيون مواد فيلر آهکي است (CaCo3 → CaO + CO2). اين مرحله از نمودار، مطابق قسمت 4 آناليز حرارتي ميباشد. براي بتن معمولي که فاقد فيلر آهکي ميباشد، اين کاهش شديد و ناگهاني وزني رخ نخواهد داد.
شکل 3-27 نيز سرعت کاهش آب در دو نوع بتن با عملکرد بالا و بتنخودمتراکم در حرارت کوره را نشان ميدهد که نشان ميدهد تقريباً سرعت کاهش آب باهم برابرند.

شکل 3-27- سرعت کاهش آب بتن با عملکرد بالا و خودمتراکم [82]

طبق نتايج حاصل شده از آزمايشها، در حرارت بالاي C○ 130، قسمتهاي بيرونيتر بتن شروع به جداشدن از قسمتهاي داخليتر ميکنند که در شکل 3-28 اين قضيه با خطوط سياه قابل مشاهده ميباشد.اين پديده تا C○ 200 ادامه مييابد.

شکل 3-28- خطوط سياه نشان دهنده جداشدن سنگدانهها [82]

بعد از دماي C○ 300، قسمتهاي دروني شروع به جدا شدن از سيمان هيدراته نشده موجود در مغز بتن ميکند. اين فرآيند تا C○ 500 ادامه مييابد. در دماي بالاي C○ 500، ترکهاي کوچک شروع به ايجاد و گسترش ميکنند و تکههاي بزرگ بتن قابل جداشدن ميباشند.
طبق منبع [82]، دو عامل ميتواند مسبب اصلي جدا شدن قسمتهاي بيروني، قسمتهاي دروني و سيمان هيدراته شده هسته بتن باشد. يک عامل وقوع پديده Shrinkage بين وجوه مختلف بتن پس از از دست دادن آب و ايجاد شکست بين سطوح مختلف، و عامل ديگر تغيير شکلهاي مختلف بين سطوح مختلف بتن بعد از اعمال حرارت ميباشد. همچنين نتايج نشاندهنده افزايش ناگهاني تعداد ترکها و خلل و فرجها بعد از دماي C○ 400 ميباشد که علت آن کاهش ميزان آب بتن و تجزيه CaCO3 بعد از C○ 400 است.
3-14-4-3- تحقيقهاي پيشين صورت گرفته
با توجه به اهميت مقاومت حرارتي بتن و بالأخص بتنخودمترکم، آزمايشها و پژوهشهاي بيشماري انجام شده است و نتايج آن در دسترس است. Harmathy [83] تغييرات خواص مختلف بتنهاي معمولي و سبك در شرايط آتشسوزي و دماي بالا را مورد مطالعه قرار داده است. نتايج آزمون هاي آتش، تفاوتهاي قابل توجهي را بين رفتار بتنهاي معمولي با بتنهاي خودمتراكم در دماي بالا نشان داده است. تفاوتهاي مهمي نظير مقادير مختلف پودر، مقدار تراكم و وجود مواد افزودني، باعث ميشود تا بتنهاي خودمتراكم داراي خواص بسيار متفاوتي از ساير بتنها در برابر آتش باشد.
همانگونه که قبلاً گفته شده، يكي از دلايل مهم شكست اجزاي بتني در برابر آتش، پديده پوسته شدن است. پوسته شدن بتن در شرايط آتش سوزي، به معناي جدا شدن تكههاي كوچك و بزرگ بتن از سطح آن در دماي بالا است كه در اين صورت پوشش بتني روي ميلگردهاي فولادي تقويت نيز از بين ميرود. اين موضوع منجربه گرمايش مستقيم ميلگردها شده و باعث كاهش سريع ظرفيت باربري بتن ميشود. گاهي اوقات ابعاد پوسته شدن بسيار وسيع است و شكست فوري سازه را موجب ميشود [3].
Fang و همکاران [84 ] براي تعيين مقاومت بتن در برابر حرارت، 3 اتصال تير به ستون با ابعاد کاملاً واقعي و طراحي شده توسط مقررات زلزله ACI 318 [18] را به مدت h 3 تحت آزمايش آتش ذکر شده در استاندارد ISO 834 [85 ] قرار دادهاند که 2 نمونه از بتنخودمتراکم و يک نمونه از بتن معمولي تهيه شده بود. min 25 پس از شروع آزمايش، پوستهاي شدن انفجاري بتن براي نمونهها رخ داده است. پس از اتمام تست حرارت نيز، خيز محاسبه شده در تيرها،10 برابر حالت معمولي را نشان داده است.
Heiza و همکاران [86] نيز در تحقيقي به بررسي اثر حرارت بر بتنخودمتراکم پرداختهاند و براي اين امر، پس از بررسي ويژگيهاي دو نوع بتنخودمتراکم (يکي حاوي ميکروسيليس و ديگري حاوي خاکستر بادي)، به بررسي اثر حرارت آنها تحت اثر دمايي C○ 25 تا C○ 600 پرداخته است. نتايج نشان داده که بهترين مقاومت حرارتي براي بتن حاوي 5% ميکروسيليس و 5% خاکستر بادي جايگزين سيمان بوده است. همچنين بتن حاوي10% ميکروسيليس جايگزيني سيمان داراي بيشترين و بتن حاوي 10%خاکستر بادي جايگزين سيمان، داراي کمترين ترک و ريزش در برابر حرارت بوده است.
کردي و همکاران [87] در تحقيقي تغييرات مقاومت فشاري بتن مقاومت بالا در دماهاي مختلف را مورد ارزيابي قرار داده است. در اين تحقيق، نمونههاي حاوي الياف پروپيلن، تحت دماهاي C○ 100، C○ 200، C○ 400، C○ 600 و C○ 800 قرار گرفتهاند. آزمايشها نشان دادهاند که با افزايش دما، مقاومت فشاري به شدت شروع به کاهش کرده، تا جايي که در دماي C○ 800، مقاومت فشاري به 18/0 مقاومت اوليه رسيده است.
در مرجع [88] براي بررسي اثر حرارت بر خصوصيات بتن، نمونههايي از 4 طرح اختلاط انتخاب و تحت دماهاي متغير C○ 100، C○ 200، C○ 300 و C○ 450 قرار گرفتهاند. نتايج آزمايشها نشان دادهاند که افزايش حرارت باعث کاهش مقاومت فشاري نمونهها شده و سرعت کاهش مقاومت بعد از دماي C○ 300 شديدتر شده و در دماي C○ 450، تقريباً تمامي نمونهها به ميزان درصد يکساني مقاومتشان کاسته شده و به 50% مقاومت اوليه رسيده است.
مرجع [89] نيز با بررسي نمونههاي مختلف بتني با درصدهاي مختلف نسبت آب به مواد پودري، با اعمال حرارت C○ 200، C○ 400، C○ 600 و C○ 800، مشاهده کردند که نمونههاي فاقد الياف درmin 15 اوليه آزمايش، دچار پوستهاي شدن شدهاند. همچنين، علاوه بر رسيدن به اين نتيجه که با افزايش حرارت، مقاومت بتن کاسته ميشود، به اين نتيجه نيز رسيدهاند که با افزايش نسبت آب به مواد پودري، درصد کاهش نسبي وزن نمونهها، کاهش يافته

پایان نامه
Previous Entries تحقیق رایگان درباره آزمايش، قابليت، ميشود.، جداشدگي Next Entries تحقیق رایگان درباره آزمون و خطا