طراحی و ساخت انواع بتن و شناخت مصالح ان

بتن

پيش بيني تغييرات خصوصيات فيزيکي بتن:

واضح است که جداسازي بخشهايي مانند کاهش ميزان تخلخل و تضعيف قدرت در هنگاميکه بتن در تماس با آب قرار مي گيرد به اين دليل اتفاق مي افتند که مواد تحت اين شرايط در اثر جدا شدن از هم و يا ترکيب شدن با هم مبادله مي شوند. هر چند که تا کنون روش خاصي براي اندازه گيري مقدار تغييرات خواص يافت نشده است . نويسنده در اين مقاله سعي دارد تا کارايي آزمايشات

سيمان در شرايط مايع ودقت سازه هاي بتني ۳۴ تا ۱۰۴ ساله را مورد مطالعه قرار دهد و مدلي براي تضعيف خصوصيات فيزيکي به دليل نشت مواد هيدراته و بر اساس نتايج اين مطالعات طراحي کند.

سازه هاي بتني مانند مخازن ، تانکرها ، سدها ، لوله هاي ذخيره آب در طولاني مدت در تماس با آب مي باشند و به همين خاطر ممکن است بخشي از مواد آن جدا شده و شسته شود همانند مشکلات محيطي بنابراين نشت مواد هيدراته دليل اصلي افزايش تحقيقات در اين زمينه بوده است. بخشي از اطلاعاتي که اکنون درباره افزايش غلظت مايع به خاطر نشت موادي مانند کلسيم از

هيدراتهاي سيماني بدست آمده نتيجه تحقيقات گذشته مي باشد ، همچنين تحقيقات بسياري براي مدل سازي و اندازه گيري تغييرات شيميا يي حاصل از نشت مواد صورت گرفته است. هرچند که تاکنون روش و راه حل خاصي براي اندازه گيري کاهش غلظت مواد شيميايي و تحليل اين تغييرات بدست نيامده است که اين مسئله حاصل روند بسيار کند واکنشهاي تجزيه حاصل از نشت مواد مي باشد. به همين ترتيب نتايج بدست آمده از آزمايش خمير در آب و رزين عايق و تغييرات

خصوصيات فيزيکي حاصل از نشت مواد هيدراته سيمان مورد مطالعه قرار گرفتند و به طورهم زمان اين نتايج با داده هاي سازه هاي حقيقي در بازه سني ۳۴ تا ۱۰۴ سال مقايسه شدند. حاصل اين تحقيقات شايان توجه مي باشد زيرا کارآمدي و وسعت روشهاي مطرح شده را در تخمين و اندازه گيري تغييرات خواص فيزيکي در اثر نشت مواد نشان مي دهد ، افزون بر آنکه مدلي براي پيش بيني کمي اين تغييرات وبر اساس نتايج اين اکتشافات ابداع شد.

نمونه هاي خمير مورد آزمايش در ۴ نوع که از نظر ميزان آب سيمان با يکديگر متفاوتند آماده شده و همانطور که مشاهده مي شود نتايج آزمايشات کيفيت سيمان به کار برده شده در نمونه آورده شده است.

سيمان معمولي پورتلند (Portland) که براي اين تحقيق در نظر گرفته شده است داراي ۱۰۰ % OPC مي باشد و هيچ ماده زائدي مانند کربنات کلسيم همراه خود ندارد ، از اين سيمان براي تهيه نمونه استفاده شده است وآب يونيزه شده براي مخلوط کردن آن به کار برده شده است.

براي تهيه اين مخلوط از مخلوط کن چرخشي استفاده شد و دماي حفره و رطوبت فضاي مخلوط کن برابر با ۳۰ ºC و ۶۰ %RH مي باشد. بعد از يک روز که خمير مورد نظر در شرايط آزمايش قرار داده شد مدت ۵۶ روز زير آب و در دماي ۴۰ ºC قرار مي گيرد اين کار به جهت افزايش ميزان

هيدراتاسيون آن در شروع آزمايش و در طول انجام ان مي باشد و پس از اين مدت آزمايشات انجام شده جهت تثبيت خواص نمونه تکميل شده است. سرانجام شش نمونه يک اندازه ازقسمت هسته قطعه اصلي جدا شده و براي آزمايش کنار گزارده مي شوند.
در آزمايشهاي اوليه سعي در تثبيت خواص فيزيکي است و اين آزمايشها بر اساس JIS R5210 انجام شده اند. در تمامي اين آزمايشها سختي آب به صورت تصادفي در نقاط مختلف اندازه گيري شده و براي هر نمونه ايت کار ۳۰ بار انجام گرفته است . همچنين آزمايشهاي خمير در مايع و در دماي ۲۰ºC انجام شده است و آب حاصل از تبادل يونها و کاتيونها با ميزان غلظت اسيدي بالا در واکنش با سولفات کلسيم با کمترين خسارت در مقايسه با يونهاي سيليس قرار داده شده و بر اين اساس تمام کلسيم موجود در خمير نمونه داراي يونهاي تغيير يافته بود براي آماده سازي آب در

تهيه خمير نمونه و سرانجام پس از مدت زياد وبا ادامه اين آزمايشات ميزان سختي و خوردگي را مي توان در کنار هم بدست آورد. از نتايخ اين آزمايشات مشاهده شد که درجه هيدارات F را مي توان ۹٫۷۷ در نظر گرفت ودر اينصورت نتايج آزمايش فرقي نخواهد کرد. همچنين مشاهده شد که به طور تجربي تغييرات خطي در ميان درصد آب سيمان است.

همانگونه که از نتايج بر مي آمد ، نيروي قوي در اين آزمايشها وجود دارد و واکنشي که سبب تضيف بود به جهت نشت مواد بسيار کند پيش رفته و به همين خاطر تعيين نيروي پس از تضعيف دشوار است.
در مطالعه سازه هاي نمونه و در پيش بيني ميزان تخلخل روشهاي به کار برده شده ، اين تحقيقات بر روي مجموع ۵ سازه متفاوت انجام شده اند که ازحدود ۳۴ تا ۱۰۴ ساله و در تماس با آب بوده اند و به همين ترتيب ۹ نمونه متفاوت از ملات و سيمان که ميزان تخلخل در نظر گرفته شده براي سازه اصلي همان ميزان تخلخل ملات مي باشد . هرچند به طور معمول هرگاه ميزان اين مقادير

اندازه گيري شده افزايش ميابد مقادير پيش بيني شده نيز افزوده مي شوند و اين در حاليست که کاملا واضح است که مقاديراندازه گرفته شده از مقادير پيش بيني شده بزرگتر هستند . بنابراين پيش بيني هاي انجام شده با در نظر گرقتن کليه احتمالات ممکن انجام مي گيرد. بر اساس نمودارهاي بدست آمده مقادير پيش بيني شده و اندازه گيري شده به خوبي با هم مطابقت داشته و نقطه شاخص آنها نشاند هنده ضرورت توجه به ميزان خلل پذيري و شدت آن در ملات و سيمان وهمچنين تثبيت تاثيرات زياد اين روش مي باشد.

به همين ترتيب يک سري آزمايشهاي انجام شده در شرايط مطلوب آزمايشگاه نيز وجود دارند که به بررسي ارتباط ميزان تمرکزخمير سفت کلسيم در آزمايشهاي ياد شده مي پردازند. با کمک ميزان آب سيمان مشاهده مي شود که ميزان تمرکزخمير سفت کلسيم کاهش ميابد و ميزان سختي رو به افزايش مي گذارد و به اين ترتيب مي توان در يک نمودار اين روند را نمايش داد. دليل اين امر مي تواند اين باشد که تمرکز يونهاي موجود در آب در طي آزمايشها زياد شده وسرعت تجزيه و تخلخل تا حد زيادي افزايش ميابد همانطور که قبلا هم ذکر شد. و بر اساس منحني ها مي بينيم که در يک طيف ±۵۰ %
از محدوده نمودار اين شرايط قابل پيش بيني هستند .

بر همين اساس نتايج نشان مي دهند که در سازه هاي حقيقي ميان دو فاکتور تمرکز خمير جامد کلسيم و ميزان سختي ارتباطي وجود دارد و اين رابطه کاملا پايدار و ثابت است وهمينطور مشاهده شد که ميزان سختي قابل پيش بيني است در صورتيکه تمرکز کلسيم در ملات يا سيمان مشخص باشد. هرچند منحنيهاي مشابهي در مورد نتايج آزمايشهاي تبادل يون درشرايط آزمايشگاه و

همچنين در مورد سازه هاي اصلي ديده مي شوند اما نتايج آزمايش در شرايط آزمايشگاه از تنوع يکنواخت تري برخوردار است و هرچند تفاوتهايي ميان ملات ، سيمان و خمير مورد آزمايش مشاهده مي شود اما ارتباط يافت شده در بررسيها آنها را از نظرکاربردي مشابه نشان مي دهد. بر اين اساس هدف يافتن ارتباط اوليه و ريشه اي ميان ميزان تمرکز خمير جامد کلسيم و ميزان سختي مطابق اطلاعات داده شده و تبادل يونهاي رزين در آزمايشگاه با تنايج حاصل از سازه هاي اصلي

مي باشد. هرچند شرايط مخلوط را مي توان ناديده گرفت و بدين ترتيب ميزان سختي را در طيف ±۵۰ % بر اساس اين تناسب پيش بيني نمود. همانطور که از مقايسه نمونه ها بدست آمده است قبل و بعد از تجزيه اي که به دليل نشت مواد اتفاق مي افتد هيچگونه تغييري در ارتباط ميان تخلخل و سختي رخ نمي دهد و اگر هم چنين چيزي مشاهده شود به دليل تشابه تغييرات سختي و ارتباط آن با قدرت خلل پذيري مي باشد و به هر حال براي اين سري از نتايج نمونه ها و ؛آزمايشهاي جداگانه اي لازم است .

نتايج بدست آمده از اين سري آزمايشها و بررسيها به اين شرح مي باشند ،
۱٫ هيچگونه تفاوت قابل توجهي در مکانيسم واکنشها ميان آزمايشهاي داخل آبي که بر روي رزين با تبادل کاتيونهاي با شدت اسيدي بالا و همچنين بدون رزين مشاهده نشد. و از آنجا که بيشترين ميزان تجزيه در آزمايشات داخل آب اتفاق مي افتد ، مي توان اين آزمايش را به عنوان يک روش کارآمد آزمايش درمورد نست مواد در نظر گرفت.

۲٫ ميزان خلل پذيري خمير مورد آزمايش پس از تجزيه حاصل از نشت را مي توان بوسيله مدل سازي پيش بيني نمود و همچنين مدلي که نشان دهنده کاهش خلل پذيري در طول نشت است.
۳٫ در شرايطيکه که سيمان يا ملات را نيز منظور مي کنيم پيش بيني ها را مي توان بر اساس استانداردهاي آئين نامه در نظر گرفت.
۴٫ مدلي که براي مشخص کردن درجه سختي از ميزان پراکندگي شلخص تمرکز خمير جامدکلسيم و همچنين مدل جدا کننده درجه سختي از تخلخل با يکديگر مقايسه شده اند و مدل دوم طبق مشاهدات بسيار دقيق تر مي باشد.
۵٫ ميزان تخلخل را مي توان با محاسبه ميزان نغوذ خميرجامد کلسيم بدست آورد ، و تغييرات قدرت تحمل فشار ، قدرت تطبيق و شدت تجزيه را مي توان براي تک تک مواد حاصل از تجزيه در اثر نشت محاسبه نمود

۳-۴- آزمايش فروننيني بتن
۱-۳-۴- اصول
بتن تازه در قالب بشكل مخروط ناقص فشرده مي شود زماني كه مخروط بطرف بالا عقب كشانده مي شود ، فاصله اي كه بتن سقوط كرده است مقدار درجه سفتي بتن را بدست مي دهد .
آزمايش فرونشيني بتن قابل اعمال براي دامنه اي از درجه سفتي بتن است كه مطابق با افت هاي بين ۵/۰ و ۵/۲ ميلي متر مي باشد . خارج از اين دامنه ، اندازه گيري افت ممكن است نامناسب باشد و روش هاي ديگر تعيين درجه سفتي بايستي در نظر گرفته شوند .

اگر افت طي مدت ۱ دقيقه بعد از خروج از قالب به تغيير كردن ادامه دهد ، اين آزمايش مناسب نيست توجه براي بتن سياليت بالا ، آزمايش افت – جريان توصيف شده در ۷-۴ آزمايش مناسبتر مي باشد .

۲-۳-۴ تجهيزات
به ضروريتهاي تنظيم همرابه ا هر يك تجهيزات توجه كنيد
۱-۲-۳-۴- قالب ، مناسب شكل دهي نمونه آزمايش ، ساخته شده از فلز كه به راحتي با خمير سيمان از بين نمي رود و نازكتر از ۵/۱ ميلي متر نمي باشد .
قالب ممكن است با درز يا بدون درز ساخته شود . داهل قالب صاف و عادي از برجستگي ها مثل پرچهاي برجسته خواهد بود و عاري از فرورفتگي ها خواهد بود . قالب بشكل مخطرو ناقص تو خالي خواهد بود و داراي ابعاد دروني ذيل خواهد بود .

• قطر پايه
• قطر بالا فوقاني
• ارتفاع

پايه و فوقاني باز و موازي با يكديگر و در زاويه قائمه نسبت به محور مخروط خواهند بود . در قسمت بالايي ، دو دستگيره در دو سوم ارتفاع و در كف گيره هاي نگهدارنده يا تكه هاي پايي براي يكنواخت نگهداشتن قالب براي ان فراهم مي شوند . قالبي كه مي تواند به پايه با گيره بسته شود قابل قبول مي باشد بشرطي كه ترتيب بست مي تواند بدون حركت قالب يا تداخل با بتن در حال سقوط كاملا باز گردد.

براي تضمين كردن اينكه قالب تميز مي باشد و اسيب ديده يا داراي حفره نمي باشد ان قبل از هر يك استفاده بطور چشمي چك خواهد شد . براي تضمين كردن اينكه ابعاد و وضعيتهاي مخروط در داخل خطاهاي مجاز هستند مخروط بطور دستي چك خواهد شد .

۲-۲-۳-۴- ميله كوبه ، راست ، ساخته شده از فولاد ، داراي سطح مقطع دايره اي با قطر … در طول و انتهاهاي گرد مي باشد . لوله ممكن است با گيره لوله پلاستيكي فويل گردد بشرطي كه طول كلي از ۱۰۰۰ ميلي متر تجاوز نكند .
براي تضمين كردن اينكه ابعاد و وضعيتهاي ميله كوب در داخل خطاهاي مجاز هستند ميله بطور دستي چك خواهد شد .

۳-۲-۳-۴- قيف ( اختياري ) ، ساخته شده از ماده غير جاذبه كه براحتي با خمير سيمان از بين نمي رود مي باشد قيف متشكل از دو مخروط ناقص هم محور داراي قطر مشترك ۱۰۰ ميلي متر كه انتها ها قطر بزرگتر مي باشند است و يك مخروط ناقص بعنوان قيف پر كننده و ديگري بعنوان طوقه براي توانا ساختن قيف جهت قرار گرفتن بر روي سطح بيروني قالب عمل مي نمايند .
براي تضمين كردن ابعادو وضعيتهاي قيف در داخل خطاهاي مجاز هستند ان بطور دستي چك خواهد شد .

۴-۲-۳-۴- قاعده ، داراي درجه بندي از ۵ ميلي متر تا ۳۰۰ ميلي متر در فواصل كه از ۵ ميلي متر تجاوز نمي كنند كه نقطه صفر در انتهاي نهايي قاعده مي باشد .
۵-۲-۳-۴- صفحه / سطح پايه ، صفحه سفت ، غير جاذب و ممكن يا سطح ديگري كه بر روي آن قالب قرار مي گيرد .
۶-۲-۳-۴- بيل داراي تيغه مربعي
۷-۲-۳-۴- طشت ( سيني ) مخلوط سازي مجدد ، داراي ساختمان محكه و ساخته شده از ماده غير جاذب مي باشد كه براحتي با خمير سيمان خراب نمي گردد.
ان داراي ابعاد مناسب خواهد بود بطريقي كه بتن مي تواند با استفاده از بيل داراي تيغه مربعي كاملا مخلوط مجدد شود .

۸-۲-۳-۴- چمچمه پيمانه داراي پهناي تقريبا ۱۰۰ ميلي متر
۹-۲-۳-۴- تايمر يا ابزار زمان سنج مشابه ، براي مقدور ساختن اندازه گيري زمان تا ۱ ثانيه ديد كه آيا در زمان تست بطور مناسب تنظيم مي باشد .
۱۰-۲-۳-۴- پارچه رطوبت

۳-۲-۴- روش
قالب و صفر پايه را مرطوب سازيد . آب اضافي را از سطوح با استفادهاز پارچه جاذب پاك كنيد . قالب را بر روي صفحه / سطح پايه افي قرار دهيد . در خلال پر كردن قالب را با نستب به بندديد يا با ايستادن بر روي تكه هاي پايي بطور محكمه در جا نگاهداريد .
بلافاصله بعد از بدست اوردن نمونه بر طبق ۲-۴ قالب را در سه لايه هر يك تقريبا يك سوم ارتفاع قالب زماني كه فشرده يم شود پر كشيد . زمان افزودن بتن تضمين كنيد كه ان بطور متقارن در اطراف قالب پخش مي گردد .

هر يك لايه را با ۲۵ ضربه ميلع كوبه بكوبيد . ربه ها را بطور يكنواخت بر روي سطح مقطع هر يك لايه توزيع كنيد .
براي لايه كف اين مايل سازي بطور اندك ميله و بطور مارپيچ قرا ردادن تقريبا نصف ضربه ها در جهت مركز را ضروري خواهد ساختن . لايه دوم و لايه بالايي را هر يك سر تا سر عمقش بكوبيد ، بنابراين ضربه ها درست بداخل لايه زيري نفوذ نمايد . در پر كردن و كوبيدن لايه بالايي قبل از اينكه كوبيدن شروع شود بتن را بالاي قالب پر نمائيد .
اگر عمليات كوبش لايه بالايي نشست بتن را در زير لبه بالايي قالب ببار اورد براي نگهداشتن اضالي در فوق بالاي قالب در تمام زمان بتن بيشتر اضافه كنيد . همچنين تضمين كنيد كه افزودن بتن به لايه بالايي تراكم اضافي بتن را فراهم نمي سازد . بعد از اينكه لايه بالايي كوبديه شده است بوسيله حركت اره كردن و غلتيدن ميله كوبش روي سطح بتن با بالاي قالب را بخراشيد .
بتن پاشيده شده را از صفحه سطح پايه برداريد . قالب را در ۲ + ۵ ثانيه با بنلد كردن بطرف بالاي يكنواخت بدون اينكه حركت جانبي يا پيچش به بتن وارد گردد برداريد . زمان برداشتن ممكن است كوتاهتر باشد زماني كه با ضميمه ملي لازم باشد .

كل عمليات از شروع پر كردن تا برداشتن قالب بدون وقفه انجام خواهد شد و در عرض Pos تكميل خواهد گرديد .
بلافاصله بعد از برداشتن قالب افت h را با اندازه گيري فرق بين ارتفاع قالب و فرق ارتفاع بالايرين نقطه نمونه ازمايش فرونشيني تعيين كنيد شكل را نگاه كنيد بجزء جايي كه ضميمه ملي براي اين قسمت ۲۰ و ۲۰۱ اندازه گيري فرق بين ارتفاع قالب و نقطه مركزي يا ارتفاع متوسط بتن فرو نشسته را مي طلبد تا نزديكترين ۱۵ ميلي متر اندازه گيري كنيد بجزء جايي كه ضميمه ملي براي اين قسمت iso 1920 اندازه گيري تا نزديكترين ۵ ميلي متر را مي طلبد .

 

۴-۳-۴- نتايج آزمايش
ازمايش تنها در صورتيكه ان افت درستي را ببار مي اورد معتبر ميب شاد . اين افتي است كه در ان بتن بطور اساسي دست نخورده و متقارن قبل نشان داده شده در شكل ۲a باقي مي ماند . اگر نمونه مثل نشان داده شده در شكل ۲b برش مي نمايد ، نمونه گيري را برداريد و روش را تكرار كنيد .

افت درست h را مثل نشان داده شده در شكل ۱ تا نزديكترين ۱۰ ميلي متر يا ۵ ميلي متر زماني كه با ضميمه ملي طبيده مي شود ثبت كنيد .
اگر دو تست متوالي نشان دهند كه قسمتي از بتن از توده نمونه تست برش مي نمايد ، تست را بعنوان يغر معتبر گزارش كنيد زيرا بتن فاقد شكل پذيري و چسبندگي لازم براي اينكه تست فرونشيني مناسب باشد مي باشد .

۵-۳-۴- گزارش ازمايش
علاوه بر اطلاعات لازم در بند ۷ گزارش ازمايش موارد ذيل را شامل خواهد بود .
۱- افت ، اگر افت درستي ، اندازه گيري شده تا نزديكترين ۱۰ ميلي متر يا ۵ ميلي متر زماني كه با ضميمه ملي خواسته شود وجود داشته باشد ۶ يا ۶
۲- نشانه گذاري كه تست افت برشي ارايه كرد .