چکیده:

رشد روز افزون استفاده از بتنهای رنگی در کشور ضرورت انجام تحقیق بر روی این نوع بتن تزیینی را توجیح میکند. استفاده از رنگدانههای داخلی یکی از متداولترین شیوههای رنگبخشی به المانهای بتنی بشمار میرود. هدف از انجام این تحقیق، بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی رنگدانهها و همچنین بررسی اثر استفاده از رنگدانه بر خواص خمیر سیمان، ملات و بتن میباشد. تمامی آزمایشها مطابق با استانداردهای معتبر داخلی و بینالمللی و در آزمایشگاه مصالح ساختمانی دانشگاه تهران انجام گرفتهاند. آزمایشهای صورت گرفته بر روی رنگدانهها شامل آزمایشهای تعیین قابلیت تر شوندگی، مقاومت در برابر محیطهای قلیایی، میزان سولفات موجود در رنگدانه و میزان انحلال رنگدانه در آب میباشد. برای خمیر سیمان حاوی رنگدانه، آزمایشهای خمیر نرمال و زمان گیرش و برای ملات سیمان، آزمایش مقاومت فشاری انجام شده است. آزمایشهای مربوط به نمونههای بتنی رنگی نیز شامل آزمایش مقاومت فشاری و عمق نفوذ آب بوده است. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که اکثر رنگدانههای داخلی الزامات آیین نامهها را برآورده نمیکنند. افزودن رنگدانهها به خمیر سیمان سبب ایجاد تغییرات محسوس در خواص آن نمیگردد، اما مقاومت فشاری ملات را کاهش میدهد. همچنین استفاده از رنگدانهها باعث بهبود جزئی خواص مکانیکی نمونههای بتنی میگردد.

واژههای کلیدی: بتن رنگی، رنگدانه، خواص مکانیکی و دوام

-۱ مقدمه

بتن تزئینی نوعی بتن در معرض دید است که با افزودن رنگ و بافت به نمای آن، برای کاربریهای معماری مورد استفاده قرار میگیرد. بنابراین باید در انتخاب مصالح، قالببندی، بتنریزی و پرداخت سطح آن دقت و توجه لازم اعمال شود تا ظاهر معماری مورد نظر بدست آید. بتن رنگی یکی از انواع بتن تزئینی میباشد. در این نوع بتن رنگ خاکستری بافت و یا کل حجم بتن به رنگهای مختلف تغییر پیدا میکند. از روشهای تغییر رنگ خاکستری بتن میتوان به استفاده از رنگدانههای داخلی در طرح اختلاط برای رنگآمیزی حجم بتن، رنگآمیزی رویه بتن سخت شده با رنگهای اسیدی و یا شیمیایی و استفاده از روکشهای رنگی اشاره نمود .[۱]

نخستین کاربرد رنگدانههای داخلی در بتن به اوایل قرن بیستم میلادی باز میگردد. در سال ۱۹۱۵ میلادی نخستین کارخانه تولید رنگدانههای مورد استفاده در بتن با نام تجاری Scofield در شهر شیکاگو احداث گردید .[۲] رنگدانهها مواد جامد ریزدانهای هستند که در گروه افزودنیهای معدنی طبقهبندی میشوند، اگرچه میزان افزودن آنها به مخلوط به مراتب کمتر از سایر افزودنیهای معدنی است .[۳] رنگدانههای مورد استفاده در بتن و محصولات سیمانی باید دارای ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی خاصی باشند. الزامات اساسی رنگدانههای مورد استفاده در بتن در استاندارد ASTM C 979 آورده شده است .[۴]
بزرگترین مزیت استفاده از رنگدانههای داخلی و رنگ کردن تمام حجم بتن این است که در صورت خراشیده شدن، ساییده شدن
æ حتی قلوهکن شدن بخشی از سطح بتن، رنگ بتن تغییر نکرده و تفاوت قابل ملاحظهای با سایر مناطق رنگی مشاهده نمیشود. همچنین ساخت و اجرای بتنهای رنگیکاملاً مشابه بتنهای معمولی خاکستری رنگ بوده و به ماشینآلات و افراد آموزش دیده نیازی ندارد .[۱]

استفاده از رنگدانهها بر روی خواص بتن تازه و سخت شده تأثیر میگذارد. در تحقیق حاضر خواص فیزیکی و شیمیایی رنگدانهها،
æ تأثیر آنها بر خواص مکانیکی بتن مورد بررسی قرار میگیرد. لازم به ذکر است که تمامی آزمایشها بر اساس آییننامههای معتبر داخلی و یا خارجی و در آزمایشگاه مصالح ساختمانی دانشگاه تهران انجام شده است.

-۲ روند آزمایشگاهی و نتایج بدست آمده

-۱-۲ مصالح مصرفی

برای ساخت نمونههای بتنی، از سیمان پرتلند سفید کارخانه ساوه مطابق با استاندارد ملی ایران به شماره ISIRI 2931 و از سنگدانه درشت شکسته شده با حداکثر اندازه ۱۹ میلیمتر و سنگدانه ریز طبیعی استفاده گردید . برای رسیدن به کارایی مطلوب از فوق روانکننده با پایه پلیکربوکسیلات در حد نیاز و برای ساخت و عملآوری نمونههای بتنی از آب شرب شهر تهران استفاده شد. رنگدانه مورد استفاده به رنگهای سبز و قرمز اخری بود که از نوع رنگدانههای مصنوعی و تولید شده در داخل کشور میباشد.

-۲-۲ آزمایشهای انجام شده بر روی رنگدانهها

آزمایشهای تر شوندگی، حلالیت رنگدانه در آب، میزان سولفات و مقاومت در برابر محیط قلیایی بر روی دو رنگدانه داخلی بر اساس الزامات ASTM C 979 انجام پذیرفت. بر اساس نتایج بدست آمده میتوان گفت این دو رنگدانه الزامات استاندارد مربوطه را رعایت میکنند. نتایج مربوط به آزمایشهای رنگدانه در جدول شماره ۱ آورده شده است.

جدول -۱ نتایج آزمایشهای رنگدانه

نوع رنگدانه معیار تر شوندگی میزان انحلال در آب میزان SO3 (بر حسب مقاومت در برابر
(درصد) درصد از کل اجزاء) محیطهای قلیایی

سبز در محدوده مجاز ۰/۴ نا چیز دارای مقاومت مناسب
قرمز اخری در محدوده مجاز ۰/۶ نا چیز دارای مقاومت مناسب

-۳-۲ آزمایشهای خمیر سیمان

برای بررسی تأثیر رنگدانهها بر خواص ملات سیمان آزمایشهای تعیین میزان غلظت طبیعی سیمان به روش سوزن ویکات مطابق با استاندارد ASTM C 187، تعیین زمان گیرش مطابق با استاندارد ASTM C 191 و تعیین مقاومت فشاری ملات سیمان مطابق با استاندارد ASTM C 109 انجام پذیرفت. بدین منظور میزان رنگدانه بر اساس درصد وزن سیمان برابر ۲، ۴ و ۶ درصد در نظر گرفته و جایگزین سیمان گردید. همچنین یک نمونه بدون رنگدانه به عنوان نمونه شاهد نیز ساخته شد.

نتایج آزمایش تعیین غلظت نرمال نشان میدهد که وجود این رنگدانهها تأثیر خاصی بر میزان رطوبت لازم برای رسیدن به خمیر نرمال ندارد. بنابراین در صورت اضافه نمودن رنگدانه به ملات سیمان، میزان آب مورد نیاز برای دستیابی به مقدار غلظت طبیعی یکسان میباشد. نتایج مربوط به این آزمایش در جدول شماره ۲ ارائه شده است.

جدول -۲ نتایج آزمایشهای بررسی مقدار رنگدانه بر میزان غلظت طبیعی ملات سیمان

رنگ و درصد استفاده از رنگدانه شاهد – ۰ قرمز – ۲ قرمز – ۴ قرمز – ۶ سبز – ۲ سبز – ۴ سبز – ۶
بر حسب وزن سیمان

میزان آب لازم برای رسیدن به ۲۵/۵ ۲۵/۵ ۲۵/۵ ۲۵/۵ ۲۵/۵ ۲۵/۵ ۲۵/۵
خمیر نرمال (%)

میزان نفوذ میله ویکات در ۳۰ ۱۰ ۱۰ ۹/۵ ۹/۵ ۱۰ ۹/۵ ۹
ثانیه

بر اساس نتایج بدست آمده برای تعیین زمان گیرش ملات سیمان تغییرات موجود در زمان گیرش اولیه و نهایی بسیار جزئی میباشد و از آنجا که این تغییرات روند خاصی را دنبال نمیکنند وجود آنها میتواند به علت خطاهای جزئی در آزمایش باشد. عدم تغییر در زمان گیرش سیمانهای حاوی رنگدانه به معنای عدم تأثیر رنگدانهها بر میزان زمان گیرش اولیه و نهایی ملات سیمان میباشد. نتایج مربوط به آزمایش تعیین زمان گیرش در جدول شماره ۳ ارائه داده شده است.