چکیده

از آنجایی که سنگدانهها در حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد حجم بتن را تشکیل میدهند، بررسی خواص و نحوهی عملکرد آنها حائز اهمیت است. سنگدانه ها یا بصورت شکسته از کارخانجات سنگ شکن و یا بصورت گردگوشه از بستر رودخانه ها بدست می آیند. البته در بعضی مناطق به علت دور بودن از منابع تولید سنگدانهها، تخریب طبیعت برای تولید سنگدانهها و همجنین آلودگیهای کاخانجات سنگشکن، نیاز به یافتن موادی برای جایگزین کردن این مصالح، امری مهم تلقی میشود. سرباره مس یکی از این مواد جایگزین است که به علت عدم کاربرد خاص، بخصوص در کشورمان، همچنین تولید زیاد آن و آثار مخرب زیست محیطی ناشی از دپوی این ماده، در چند سال اخیر در صنعت بتن به عنوان جایگزینی برای سیمان، درشتدانهها و ریزدانه مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق با جایگزینی ۰، ۱۰، ۲۰، ۳۰، ۴۰، ۵۰ درصد از ریزدانههای بتن خودتراکم با سرباره مس خواص رئولوژی این نوع بتن مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشاندهندهی بهبود خواص رئولوژی بتن

خودتراکم با افزایش درصد سرباره مس است.

واژههای کلیدی: بتنخودتراکم، ریزدانهها، سرباره مس، رئولوژی، اسلامپ

.۱ مقدمه

بتن شامل سنگدانههای ریز و درشت است که به وسیلهی ژل خمیری چسبندهای که توسط اختلاط سیمان و آب بدست میآید به یکدیگر چسبیده و مخلوطی تقریبا همگن و سیال را به وجود میآورد. سالهای زیادی است که بتن به عنوان یک ماده ساختمانی مهم در ساخت و سازهایی چون ساختمانها، سدها، پلها، تونلها، راهها، اسکلهها و برجها مورد استفاده قرار می گیرد. در اکثر موارد به بتن به عنوان مادهای مقاوم در برابر نیروهای فشاری نگرسته میشده است. توسعه پایدار یک چالش جهانی است که حفاظت محیط زیست به عنوان جزء لاینفک آن در نظر گرفته می شود. امروزه فرآیندهای بازیابی با دو نگرش مهم، استفاده بهینه از منابع موجود مصرف شده و

پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه ۳ و ۴ اردیبهشت ماه۱۳۹۳ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

حفاظت از محیط زیست، به طور جدی مورد توجه کشورهای جهان و در محدوده برنامههای توسعه آنان قرار گرفته است.

بتن خودتراکم یکی از انواع بتنهای توانمند است. این بتن یک فناوری نوپا در عرصه ساخت و ساز دنیا محسوب میشود. نظریه بتن خودتراکم توسط پروفسور اوکامورا از دانشگاه کوچی ژاپن در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد گردید. اوکامورا در خلال تحقیقات خود دریافت که علت اصلی ض عف دوام و کارایی بتن در سازههای ساخته شده در ژاپن عدم یکپاچگی بتن در هنگام بتنریزی میباشد و با توسعه بتن خودتراکم این نقاط ضعف را در ژاپن برطرف نمود .[۱] از محاسن این بتن میتوان به طول عمر بیشتر قالبها، ساخت در زمان کوتاهتر، سطوح کار تمام شدهی بهتر، کاهش آلودگی صوتی، کاهش نیروی انسانی، محیط کار ایمن تر و آزادی عمل بیشتر برای طراحی

مقاطع اشاره کرد. با توجه به تفاوت اجزاء بتن خودتراکم با اجزاء بتن معمولی که این تفاوت در کاربرد مواد سیمانی، استفاده از پودر سنگ به منظور ماده اصلاحکننده ویسکوزیته با حضور دیگر مواد افزودنی به ویژه ماده فوقکاهنده آب بروز مییابد، خواص بتن تازه و مشخصات رئولوژی آن میتواند متفاوت از بتن معمولی باشد، اما به هر نحوی هردوی بتن معمولی و خودتراکم در صورتی که برای درجات مقاومتی مشابه به کار روند، خواص مکانیکی تقریبا مشابهی را نشان خواهند داد . [۲] بتن خودتراکم در عین دارا بودن کارپذیری و روانی زیاد،

مقاومت کافی در برابر جداشدگی و آب انداختگی داشته و میتواند مخلوطی همگن و متراکم فراهم نماید. انجام پروژههای وسیع تحقیقاتی بروی مواد مختلف تشکلدهندهی بتن و آزمایش بتنهای مختلف با مواد

جدید در سالهای آخر قرن اخیر منجر به پیدایش بتن هایی شده است که علاوه بر تامین مقاومت، خواص دیگری از این ماده نظیر دوام، کارایی، نرمی و مقاومت در برابر عواملی چون آتش و محیط و هوازدگی را دستخوش تغییرات اساسی نموده است. در این میان از یک سو، با پیشرفت علم و تکنولوژی و پیدایش سیستمهای پیچیدهتر ساختمانی و از سوی دیگر با روند رو به گسترش ساخت و ساز های عمرانی در سطح کلان، نیاز به بکارگیری مصالح ساختمانی جدیدتر با کارایی بیشتر، احساس میشود. در دهههای اخیر، برای رفع و کاهش نواقص بتن و رسیدن به بتن بادوام ، استفاده از مواد مضاف پوزلانی مانند میکروسیلیس، سرباره ها، خاکستر بادی و شیشه به عنوان جایگزین قسمتی از سنگدانه ها و یا سیمان مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است که، ضمن کاهش مصرف

انرژی، موجب کاهش آلودگی و کمک به حفظ محیطزیست نیز میکند.

مس یکی از عناصر فلزی نرم و انعطافپذیر است که، هدایت الکتریکی و حرارتی بالایی داشت و در حالت خالص رنگی نارنجی مایل به قرمز دارد. فرآیند استخراج مس از سنگ معدن مس با توجه به نوع سنگ معدن و خلوص موردنظر برای محصول نهایی متفاوت است. هر فرآیند شامل مراحل مختلفی است که مواد غیر لا زم از نظر فیزیکی و شیمیایی به تدریج حذف شده و غلظت مس بالا میرود .[۳] در این مراحل با ذوب کردن سنگ معدن مس و انجام مراحل خالصسازی، در انتها، فلزات و عناصر جداشده بصورت سرباره از کورهها خارج شده که آنها را با آب و یا قرار دادن در هوای آزاد سرد می کنند. سپس به وسیله آسیابهایی این سربارهها را خرد کرده و دانهبندی میکنند. سرباره مس دارای خواص مکانیکی مطلوب مانند سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و

۲

پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه ۳ و ۴ اردیبهشت ماه۱۳۹۳ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

جذب آب کمتر است .[۴] در ایران به علت وجود معادن و منابع زیاد، این ماده به مقدار نسبتا زیادی در دسترس بوده و قیمت آن نسبت به سیمان نیز کمتر است. استان کرمان دارای معادن بزرگ مس بوده و سرباره کورههای آن بصورت یک ماده زائد جداسازی میشود. سرباره مس یکی از موادی است که طی چند سال اخیر از کورههای مس در ایران جداسازی می شود و معمولا برای زنگ زدایی از قطعات فولادی یا همان سندبلاست استفاده می شود و قبل از آن مصرف عمدهای نداشته است . این ماده میتواند به عنوا ن یک پوزولان مصنوعی در بتن استفاده شود. به طور متوسط برای تولید هر تن مس حدود ۲/۲ تا ۳ تن سرباره مس ایجاد می شود .[۵]

از کاربردهای دیگر سرباره مس، مخلوط کردن با خاکهایی است که از لحاظ ثبات و پایداری در ساخت سدها و بستر بزرگراه ها مشکل دارند، استفاده از این ماده این نقص را برطرف میکند. دلیل اصلی این امر وزن مخصوص بالای این ماده است. از طرفی وجود مقدار سیلیس در حدود ۲۶ درصد در سرباره مس، این ماده را به عنوان جایگزین مناسبی برای استفاده به عنوان سنگدانهها معرفی کرده است.

Brindha و همکاران در تحقیق خود به بررسی مشخصات دوام و خوردگی بتنهای حاوی سرباره پرداختند. آنها دریافتند که مقاومت فشاری و مقاومت دو نیمشدگی بتنهای حاوی سرباره نسبت به نمونه شاهد بیشتر شده است Sudarvizhi .[6] و Ilangovan نیز در بررسی های خود بر روی بتنهای حاوی سرباره به این نتیجه رسیدند که رفتار سربارههای مس در بتن مثل رفتار سنگدانه ها است. آنها بیان کردند که استفاده از سرباره مس حدود ۲۰ درصد چگالی را افزایش می دهد و باعث افزایش کارپذیری بتن در مقایسه با طرح شاهد میشود Al-Jabri .[7] و همکاران عملکرد بتنهای با مقاومت بالا، ساخته شده از سرباره مس به عنوان ریزدانهها، را مورد بررسی قرار دادند. آنها اعلام کردند که در جایگزینی ۱۰۰ درصد ریزدانه ها با سرباره مس میزان نیاز به آب بتن حدود ۲۲ درصد کاهش می یابد. افزایش مقاومت و دوام با افزایش درصد جایگزینی نیز یکی دیگر از نتایج آنها بود Wu .[8] و همکاران نیز با مطالعه بتنهای با مقاومت بالا که با جایگزینی سنگدانهها با سرباره مس ساخته شده بودند، توانستند جایگزینی ۴۰ درصد را به عنوان بهنیهترین حالت جایگزینی معرفی کنن د Al-Jabri . [9] و همکاران با بررسی اثر سرباره مس به عنوان سنگدانهها روی خواص ملاتهای سیمانی و بتن متوجه شدند که با افزایش درصد جایگزینی چگالی کمی افزایش می یابد، ولی کارپذیری افزایش قابل ملاحظهای مییابد. آنها نیز ۴۰ تا ۵۰ درصد جایگزینی را بهینهترین حالت معرفی کردند .[۱۰]