كاربرد عملي و تجربي افزونه‌ها معدني در بتن سبك وزن كه داراي مقاومت و كارآيي بالا مي‌باشد

چكيده:
تأثيرات افزونه‌هاي معدني كه شامل خاكسترباني (FA) تفاله كوره‌هاي مرتفع يا روباره كوره بلند (CBS)، بخار سيليكار (SF) روي بتن سبك وزن با قدرت و كارايي بالا مي‌باشد، بررسي و مورد تحقيق قرار گرفت.

نتايج نشان داد كه هر دوي BS و SF به طور موثر مي‌توانند باعث بهبود و بهتر شدن چسبيدن تركيبات با هم شوند و بنابراين مي‌توانند باعث بهتر شدن قدرت بتن در سال‌هاي اوليه و اخير شوند.
با وجود اين جايگزيني كارآيي تركيبات وجود دارد. FA مي‌تواند به طور نسبتا زياد باعث بهبود آرايي تركيب شود. با وجود اين عرق كردن بتني مربوط باعث خراب شدن همگني و يكجوري تركيب مي‌شود. با تركيب FA و BS مي‌توانيم به HSLC مناسب و بهينه‌اي دسترسي پيدا كنيم كه داراي قدت و كارآيي خوبي مي‌باشد.

۱- مقدمه:
بنابر پيشرفت قابل تحمل جهاني، استفاده از مصالح سيماني مكمل به جاي سيمان در صنعت سيمان ضروري و لازم‌الاجرا مي‌باشد. ]۱[ جهاني‌ترين مصالح سيماني مكمل موجود و در دسترس شامل SF (محصول فرعي فلزسيليكون)، FA (محصول فرعي جايگاه‌هاي گرد و پودر گرمايي) و BS (محصول فرعي ذوب آهن) مي‌باشد. به طور تقريبي تخمين زده شده است كه در حال حاضر ۶۰۰

ميليون تن FA در سرتاسر جهان موجود مي‌باشد اما در حال حاضر ميزان موجود كاربرد جهاني FA در بتن، در حدود ۱۰ درصد مي‌باشد ]۲[ با وجود اين، پيشرفت و بهبود اخير بتن كارايي بالا (Gracn) (GHPC)، باعث كاربرد فراوان اين تركيبات معدني شده است. ]۳[ يكي از ويژگيهاي اصلي GHPC شامل استفاده‌ي انواع مختلف افزونه‌هاي معدني (FA، BS يا SF) براي جايگزيني اندك و نسبي سيمان Portland مي‌باشد.

زمانيكه اين افزونه‌هاي واكنش‌پذير مختلف در يك زمان به بتن اضافه مي‌شوند، همراه با اين بهبود، ويژگيهاي خودشان نيز بهبود پيدا مي‌كند. SF مي‌تواند به طور چشمگير باعث افزايش قدرت بتن شود، با اين وجود بر كارآيي بتن تازه به نسبت زياد تأثير مي‌گذارد. اضافه شدن مقدار زيادي FA به بتن، براي كارآيي بتن مفيد مي‌باشد و نه براي قدرت و مقاومت آن. علاوه بر اين افزونه‌هاي معدني مختلف به دليل واكنش‌ها و فعل و انفعالات پورلاني (سيمان طبيعي) مختلف، تأثيرات مختلفي بر روي مقاومت بتن در طي سنين مختلف نشان مي‌دهند. ]۶٫ ۴[

سيمان داراي مواد سنگي و با وزن سبك (LWAC) به طور موفقيت‌آميز استفاده شد و به سبب مزيت‌هاي زيادش براي اهداف ساختاري در طي سالها استفاده شده است. اين مزيت‌ها شامل نسبت وزن مقاوم و استحكام بالاتر، ظرفيت تغيير شكل نسبي كششي بهتر، ضريب انبساط حرارتي پايين‌تر، ويژگي‌هاي عايق‌بندي صوتي و حرارتي بالاتر ناشي از محفظه‌ها و حفره‌هايي هوايي در مصالح ريزدانه‌ي سبك وزن مي‌باشد ]۱۳٫ ۷[

.
مصالح ريزدانه‌ي سبك وزن به دليل حفره‌هاي داخلي (منافذ) و سبك مي‌توانند به آساني آب را جذب كنند و در طي مخلوط كردن و تركيب كردن خمير سيمان شناور شوند كه اين عمل كارآيي تركيب و مقاومت بتن سبك وزن را از بين مي‌برد. بعضي از تحقيقات نشان داده‌اند كه افزونه‌ها معدني مي‌تواند، كارآيي تركيب بتن و قدرت آن را افزايش دهد. ]۶٫ ۴[.

با وجود اين، تحقيقات كمي بر روي LWAC كه داراي افزونه‌هاي معدني است انجام شده است و از اين تحقيقات براي ذكر تركيب شدن چندين نوع افزونه‌ي معدني نمي‌باشد. از اين رو، در اين مطالعه و بررسي سعي شده است كه افزونه‌هاي معدني به LWAC اضافه شود. ويژگي‌هاي مقاومتي و تغيير شكل ماده‌اي آزمايش شد و تأثيرات افزونه‌هاي معدني مختلف بر روي ويژگي‌ها و خصوصيات LWAC مورد بررسي و تحقيق قرار گرفت ۲- جزئيات عملي و آزمايشي: ۱٫ ۲ مصالح و نسبت‌هاي  براي همه تركيبات بتني استفاده شد. SF به كار رفته، عبارت از پودر يا خاك غيرفشرده‌ي خشك گرفته شده از Elkem Materiab با ضريب و محتواي نودود و مميز چهار درصدي بود. مقدار باقي‌مانده و حفظ شده بر روي الك mm45، ۶/۱ درصد بود FA و BS به ترتيب توسط مراكز توليد نيروي شانگ‌هاي و وجينگ و كارخانه سيمان شاافنگ در هونان فراهم شد. تركيبات شيميايي و

ويژگي‌هاي فيزيكي سيمان ، FA و BS در جدول ۱- نشان داده شده است.
جدول ۱- تركيبات شيميايي افزونه‌هاي معدني
FA SL SF OPC
تركيبات شيميايي
۵۴٫۹ ۲۶٫۴ ۹۲٫۴ ۲۱٫۶
۲۵٫۸ ۸٫۰ ۰٫۸۰ ۴٫۱۳
۶٫۹ ۱٫۶ ۰٫۵۰ ۴٫۵۷
۸٫۷ ۴۰٫۳ ۰٫۹۱ ۶۴٫۴۴
۱٫۸ ۴٫۶ ۰٫۲۷ ۱٫۰۶
۰٫۳ – – ۰٫۱۱
۰٫۱ ۰٫۶ – ۰٫۵۶

۰٫۶ ۳٫۲ – ۱٫۷۴
۰٫۲ ۰٫۴ ۲٫۰ ۰٫۷۶

مصالح ريزدانه‌ي سبك وزن استفاده شده در اين مطالعه باعث گسترش خاك رس توليد شده‌ي نوع تجاري شد. وزن مخصوص حقيقي مصالح ريزدانه‌اي خشك، ۴۶/۱ و چگالي حجمي يا چگالي توده‌اي آن ۲۵+۷۰۰ بود.
اندازه‌ي ذره‌اي از ۵ تا ۱۵ ميلي‌متر و داراي شكل گرد (مدور) اما بيقاعده بود. مصالح ريزدانه در ۱ ساعت، ۲۴ ساعت و ۷ روز به تركيب داراي جذب آب%۶ و %۹ و %۱۰ بودند. از ماسه‌ي متوسط با مدول‌ريزي و نرمي ۸۰/۲ و نيروي ثقل ويژه‌ي مشهود و ظاهري ۶۴/۲ استفاده شد و همچنين از نرم‌كننده‌ي سوپر مبني بر نفتالين استفاده شد. نسبت‌هاي تركيب در اين مطالعه در جدول ۲ نشان داده شده است. همه تركيبات بنا بر وزن سيمان داراي ۵/۱ درصد نرم‌كننده سوپر بودند.

جدول ۲- نسبت‌هاي تركيب
پلاستيك سوپر ماسه مصالح ريزدانه‌ي سبك (وزن) آب افزونه‌هاي معدني سيمان شماره
روش تستي و آزمايشي درصد رطوبت مصالح ريزدانه‌ي سبك وزن قبل از تركيب، اندازه‌گيري شد. قبل از قالب‌گيري نمونه‌ها، آزمايشات جريان فرو نشست و نشست تركيب انجام شد. جريان

فرونشست تا عبارت از قطر متوسط جريان افقي (بزرگترين قطر و جريان قائم بر آن) بعد از ليفتينگ مخروط ابرام مي‌باشد. مكعب‌هاي مقدار mm150 براي تست‌هاي تاب فشردگي استفاده شد. دستگاههاي تستينگ با ظرفيت KN2000 و ميزان بارگيري KN/S 5/20، به منظور انجام اين آزمايشات استفاده شد. نتايج، مطابق با مقادير ميانگين حداقل ۳ آزمايش مي‌باشد.
۳- نتايج:
۱٫ ۳ – تأثير FA بر روي LWAC عملي:
جدول ۳- ارائه دهنده‌ي تأثير مقدار FA بر روي LWAC مي‌باشد. مي‌توانيم ببينيم كه با افزايش مقدار FA، هر دوي نشست و جريان فرونشست بتن به طور تدريجي افزايش پيدا مي‌كند. FA باعث بهبود كارآيي بتن به سبب و تأثير شكل مي‌باشد، عرق‌ريزي بتن رخ مي‌دهد.

مصالح ريزدانه شاهد به سمت بالا منجر به يكنواختي ضعيف مخلوط و تركيب شد. علاوه بر اين بتن در زمان ول كردن تركيب، تلفات و خسارات نشستي مختلفي همراه با مقادير مختلف FA نشان داد. بتن داراي ۲۰ درصد FA، كوچكترين تلفات نشستي را نشان داد كه اين شامل %۷/۲۹ از تلفات بعد از ۶۰ دقيقه بود، در حاليكه بتن داراي ۴۰ درصد FA داراي بيشترين تلفات نشستي بود و شامل ۱/۳۶ درصد از تلفات بعد از ۶۰ دقيقه بود. داده‌هاي مقاومتي و استحكامي LWAC داراي FA در ۷ روز و ۲۸ روز در شكل ۱ نشان داده شده است. مي‌توانيم ببينيم كه مقاومت بتن در سالهاي

اوليه بعد از افزودن FA كاهش پيدا كرد. در حاليكه اين مقاومت با افزايش مقدار FA، برجسته‌تر شد. اين اساسا به اين دليل بود كه واكنش فعل و انفعال پوزااون FA (سيمان طبيعي) در دماي نرمال و طبيعي، يك جريان كند و آهسته بود. با در نظر گرفتن ويژگيهاي مقاومتي و ت

 

جدول ۳- تأثير درصد خاكستر بادي بر روي كارآيي LWC
جريان فرونشست نشست درصد شماره

۲٫ ۳- تأثيرات BS بر روي LWAC عملي و قابل اعمال: صرفا اضافه: جدول ۴ نشان دهنده‌ي ويژگي‌هاي تغيير شكل ماده‌اي LWAC همراه با BS مي‌باشد. مي‌توانيم مشاهده كنيم كه با افزايش مقدار BS، كارآيي و جريان فرونشست بت ن بهبود يافته است. LWAC همراه با BS در مقايسه با FA با همان محتواي حجمي، كارآيي كمتري نسبت به LWAC همراه با FA نشان داد و اين احتمالا به دليل بافت درشت BS مي‌باشد. با وجود اين ، در طي آزمايش، BS مي‌تواند باعث

افزايش ويسكوزيته (چسبندگي مايعات) شود. مي‌تواند در مقابل شناور شدن مصالح دانه‌‌ريز به سمت بالا مقاومت كند. عرق‌ريزي بتني معني ‌دار و برجسته‌اي براي بتن همراه با BS اتفاق نيفتاد.

شكل ۱-

علاوه بر اين، بتن همراه با BS نسبت به بتن همراه با FA، ضايعات نشستي كمتري نشان داد. ضايعات نشستي براي بتن داراي ۴۰ درصد BS بعد از ۶۰ دقيقه، تنها ۲/۲۰ درصد بود. شكل ۲- تأثير مقدار BS را بر روي مقاومت و استحكام LWAC نشان مي‌دهد.
شكل ۲-

مقاومت بتن همراه با BS در سالهاي اوليه نسبت به مقاومت بتني همراه با FA، به سبب واكنش پوزالوني بالاتر BS با همان مقدار، بالاتر بود. علاوه بر اين، با همان سطح مقدار، مقاومت بتن در ۲۸ روز، بالاتر از مقاومت بتن در ۷ روز بود.

با مقايسه شكل ۲ و جدول ۴ مي‌توانيم ببينيم كه هر دوي كارآيي و مقاومت بتن در زمانيكه محتواي BS 30 درصد بود، بالاترين مقدار مي‌باشد. مقاومت‌هاي بتن همراه با BS در ۷ روز و ۲۸ روز نسبت به مقاومت‌هاي بتن همراه با FA به ترتيب تا %۳۶۰۴ و %۴ بالاتر بود. از اين رو، با در نظر گرفتن هر دوي ويژگيهاي مقاومتي و تغيير شكل ماده‌اي، اضافه كردن BS به LWAC براي اهداف مقاومتي و كارآيي بالا، عملي و امكان‌پذير مي‌باشد.

جدول ۴- تأثير ضريب تفاله‌ي كوره‌هاي مرتفع بر روي كارآيي LWC
جريان فرونشست نشست درصد BS شماره
۶۰ دقيقه ۳۰ دقيقه ۰ ۶۰ دقيقه ۳۰ دقيقه ۰
۴۴

تأثير SF بر روي LWAC عملي و قابل اعمال: جدول ۵ نشان دهنده‌ي تأثير SF بر روي ويژگي تغيير شكل ماده‌اي بتن مي‌باشد.

جدول ۵- تأثير درصد بخار سيليكات بر روي كارآيي LWC
جريان فرونشست نشست درصد SL شماره
۶۰ دقيقه ۳۰ دقيقه ۰ ۶۰ دقيقه ۳۰ دقيقه ۰

مي‌توانيم مشاهده كنيم كه اضافه كردن SF منجر به كاهش سريع كارآيي LWAC شده است. درجه كاهش همراه با افزايش مقدار، افزايش پيدا كرد. علاوه بر اين، بتن در زمان ول كردن مخلوط، ضايعات نشستي برجسته و معني‌داري را نشان داد.