Effect of Silica Fume in Concrete on Mechanical Properties and Dynamic Behaviors under Impact Loading
ادامه خواندناثرات دوده سیلیسی بر مقاومت مکانیکی و نرخ کرنش بتن
الیاف پلی پروپیلن در استحکام بتن
الیاف پلی پروپیلن در استحکام بتن
CivilBeton
Polypropylene Fiber in Concrete strength
از جمله محاسن بتن های مسلح و دارای مقاومت بالا، بهبود خواص مکانیکی و کاهش نفوذپذیری ،مقاومت شیمیایی بالا در برابر عوامل مخرب و مقاومت در برابر ضربه های مکانیکی شدید می باشد. در کنار محاسن یاد شده ، شکنندگی و مقاومت کم در برابر حرارت و آتش از معایب بارز این گونه بتن ها محسوب می شود.از آنجایی که مقاومت و نرمی ، دارای نسبت عکس می باشند، بتن های با استحکام بالا از بتن های معمولی شکننده ترند.
شکست ناگهانی و شدید بتن بخاطر این مساله می باشد که انرژی جذب شده در فاز الاستیک بتن صرف ایجاد ترک و پخش شدن ترک ها نمی شود در نتیجه رشد ثابت ترک که منجر به شکست بتن می شود ، اتفاق نمی افتد.
ویژگی نفوذ ناپذیری بتن های با استحکام بالا مشکلاتی را در رابطه به مقاومت بتن در برابر آتش به همراه خواهد داشت.به هنگام آتش سوزی ،دمای بتن به سرعت افزایش می یابد. به علت وجود تعداد اندک روزنه های موئین ، آب که هنوز در بتن هیدراته نشده ،در فضای داخل بتن محبوس می شود. بدین ترتیب فشار بخار آب تولید شده از روزنه های موئین خارج نمی شود و منجر به تنش کششی داخلی شده، بدین ترتیب در سطح بتن ترک ایجاد خواهد شد.حتی مولکول های آبی که درگیر پیوند شیمیایی هستند نیز می توانند بخار شوند.
الیاف پلی پروپیلن باعث کاهش شکنندگی و افزایش مقاومت در برابر آتش خواهند شد. الیاف پلی پروپیلن در دمای 160 درجه سانتیگراد ذوب می شوند و در نتیجه به هنگام آتش سوزی کانال هایی را در بتن ایجاد می کنند. بدین ترتیب مایعات و بخار آب امکان خروج از داخل بتن را پیدا می کنند و فشار داخلی کاهش می یابد.
افزودن مقادیر اندک وزنی از الیاف پلی پروپیلن به بتن سبب بهبود خواص مکانیکی بتن می گردد. با توجه به استحکام کششی بالای این دسته از الیاف می توان ظرفیت بتن را با گذشت زمان بهبود بخشید و از تغییرات حجمی جلوگیری کرد.همچنین الیاف پلی پروپیلن از پیشرفت ترک ها جلوگیری به عمل آورده و همچون پلی در برابر انتشار آنها مقاومت می کند.با افزودن الیاف پلی پروپیلن به مخلوط بتن ، شاهد افت اسلامپ و کارایی بتن خواهیم بود.این مشکل با استفاده از انواع فوق روان کننده ها در کنار الیاف پلی پروپیلن قابل حل خواهد بود.
الیاف پی پروپیلن دارای سطح مخصوص بالایی بوده لذا باعث تقویت مکانیکی خمیر سیمان می شوند و بتن را اصطلاحا نگه می دارند.این امر در کنترل و جلوگیری از جداشدگی بتن های با کارایی بالا در زمان شوت از ارتفاع زیاد بسیار موثر می باشد.
میکروسیلیس در بتن و محیط زیست
میکروسیلیس در بتن و محیط زیست
CivilBeton
Green Concrete Structures
گسترش ساخت و ساز و احداث سازه‌های بتنی در مجاورت رودخانه‌ها و تالاب‌ها باعث تغییرات اقلیمی و اکوسیستمی در طبیعت گردیده است. ورود مواد زیان آور، انباشتگی رسوبات، فرار آبزیان و تغییرات شیمیایی آب از جمله مشکلاتی می‌باشد که در اثر احداث سازه‌های بتنی در تالاب‌ها به وجود می‌آورد.
در سمت مقابل، افزایش مقاومت و دوام بتن مورد استفاده قرار گرفته نیز به جهت نوع بهره برداری از سازه بسیار حائز اهمیت می باشد.بتن سازه هایی مانند پایه پل ها در مجاورت تالاب ها ، در معرض حمله انواع یون سولفات‌ها، نفوذ آب و اکسیداسیون شبکه آرماتور و کاهش دوام بتن قرار دارد.
جهت کاهش میزان تغییرات شیمیایی آب پیرامون سازه بتنی و همچنین افزایش دوام سازه بتنی در مجاورت آب، استفاده از مواد پوزولانی همچون میکروسیلیس بسیار تأثر گذار خواهد بود.معمولاً جهت سهولت مصرف میکروسیلیس، از محصول ژل میکروسیلیس الیافی که در کنار میکروسیلیس حاوی فوق روان کننده و الیاف پلی پروپیلن نیز می‌باشد استفاده می‌گردد.
طی آزمایشات انجام شده ، پس از مصرف ژل میکروسیلیس در بتن و جایگزینی بخشی از سیمان مصرفی با استفاده از ژل میکروسیلیس الیافی در ساختار پایه های بتنی پل مستغرق در آب ، ضمن افزایش مقاومت و دوام بتن ، شاهد کاهش تغییرات شیمیایی آب در محیط پیرامون پایه های بتنی بوده ایم.این تفاوت کیفی، در مقایسه با بتن حاوی سیمان پرتلند و بدون استفاده از ژل میکروسیلیس الیافی به دست آمده است.
این نتایج در شرایط کاهش 8 درصدی سیمان مصرفی در بتن و جایگزینی آن با ژل میکروسیلیس الیافی حاصل گردیده و می بایست مقدار بهینه کاهش سیمان و استفاده از مواد افزودنی کاملا مورد توجه قرار گیرد.
استفاده از بتن بدون میکروسیلیس در پایه پل‌ها، سبب افزایش pH آب و تغییر کیفیت شیمیایی آب شامل سولفات، کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، سیلیسیم، آلومینیوم و آهن گردیده است. استفاده از ژل میکروسیلیس الیافی در بتن، باعث بروز تغییرات کمتری در ساختار شیمیایی آب نسبت به بتن تهیه شده با سیمان می‌گردد و تنها به خاطر وجود سیلیس، مقدار سیلیسیم در ساختار آب افزایش می‌باشد.
نکته قابل تامل مضر بودن میکروسیلیس در حالت پودر برای محیط زیست می باشد اما وجود این ماده در بتن سبب سازگاری بیشتر بتن با محیط زیست می گردد.در نمودار زیر مقایسه تغییرات شیمیایی آب در مجاورت بتن های مختلف رو می توانید مشاهده کنید:
بتن خود ترمیم شونده
بتن خود ترمیم شونده
CivilBeton
Self-Healing Concrete
بتن خود ترمیم شونده اصطلاحاً به بتنی اطلاق می‌گردد که با وجود رطوبت و طی گذشت زمان، با توجه به استفاده از مواد افزودنی خاص در ساختار خود، از بروز ترک‌های سطحی و افزایش آنها جلوگیری به عمل می‌آورد.
وجود ترک در بتن جز لاینفک این متریال می‌باشد و تمامی تمهیدات صرفاً جهت کاهش این پدیده در بتن می‌باشد. دلایل مختلفی از جمله آب رفتگی، خزش، تنش‌های حرارتی و شرایط جوی می‌تواند باعث بروز ترک در سطح بیرونی بتن گردد.
جهت دستیابی به بتن خودترمیم شونده در گام اول، استفاده از بتن با نسبت و ابعاد سنگدانه های صحیح و همچنین رعایت میزان بهینه سیمان بسیار مهم می‌باشد. در گام بعد کنترل نسب آب به سیمان و جلوگیری از ورود آب اضافی به بتن می‌تواند در تعیین ویژگی‌های بتن مؤثر باشد. استفاده از فوق روان کننده‌های مرغوب پایه پلی کربوکسیلات جهت کاهش نسبت آب به سیمان و افزایش کارایی بتن و در ادامه افزایش مقاومت فشاری آن توصیه می‌گردد.
استفاده از میکروسیلیس ترجیحاً به صورت ژل شده در بتن، در مرحله اول سبب کاهش کسری فیلر بتن و افزایش نفوذناپذیری و مقاومت فشاری بتن خواهد شد. این بتن پس از گیرش نیز در ساختار خود شاهد واکنش‌های شیمیایی میکروسیلیس با آهک آزاد بتن می‌باشد. ماده حاصل از این واکنش که به عنوان کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H) شناخته می‌شود در طول زمان سبب افزایش مقاومت بتن و پر شدن برخی لوله‌های مویینه و ترک‌های بتن می‌گردد. این واکنش ثانویه میکروسیلیس در بتن به نوعی عامل خودترمیم شوندگی بتن می‌باشد.
جلوگیری از باز شدن ترک‌ها در بتن با استفاده از انواع الیاف بتن صورت می‌پذیرد. افزودن الیاف موجب بسته ماندن دهانه ترک‌ها و افزایش سطح خود ترمیمی در بتن می‌گردد.افزایش کنترل ترک‌ها در بتن خودترمیم شونده در صورت استفاده از چندین الیاف اعم از پلی پروپیلن، ماکروسنتتیک پلیمری و توئیست میکس به صورت ترکیبی بهتر اتفاق خواهد افتاد. این موضوع به خاطر اثر سینرژیک ترکیب الیاف با یکدیگر با توجه به نوع عملکردشان در بتن می‌باشد.
طی آزمایش‌های انجام شده، استفاده از الیاف به میزان 1 الی 2 درصد وزن سیمان و استفاده از میکروسیلیس به میزان 5 الی 10 درصد وزن سیمان مصرفی در بتن و با بررسی مدت زمان لازم برای ترمیم بتن شاهد بودیم که مقدارترمیم وابسته به شرایط محیطی است. در نبود رطوبت میزان ترمیم ناچیز و کمتر از 1.5 درصد در طول 90 روز اولیه عمر بتن خواهد بود.به طور کلی بتن خود ترمیم شونده به صورت اصطلاحی به بتنی گفته می شود که در طول مدت زمان طولانی در ساختار خود دچار واکنش های شیمیایی مثبتی گردد که نتایج حاصل از این واکنش ها سبب کاهش و کنترل ترک ها بتن گردد.
تأثیر پلیمرها بر ملات سیمان
تأثیر پلیمرها بر ملات سیمان
CivilBeton
Effect of polymers on cement mortar
ملات های پایه سیمانی دارای موارد کاربرد بسیار زیادی در صنایع ساختمانی می‌باشد و این مسئله در کلیه سازه‌های صنعتی و غیر صنعتی و حتی سازه‌های سنتی نیز صدق می‌کند.علیرغم کاربردهای فراوان ملات سیمانی، این متریال دارای نقاط ضعف بسیاری می‌باشد که این موضوع در سازه‌های صنعتی خاص، مخازن و رویه‌ها در شرایط خاص محیطی و اقلیمی مشهودتر خواهد بود.
از جمله ضعف های ملات سیمان می توان به تمایل زیاد متریال به ترک خوردن ، نیاز به کیورینگ و قدرت جذب آب بالا و همچنین چسبندگی نه چندان مناسب ملات به سطح زیرین خود می باشد.
بدین ترتیب نیاز به اصلاح ویژگی های ملات های سیمانی بیش از پیش در صنایع ساختمانی احساس می شود و یکی از راه های اصلاح خواص ملات سیمان ، استفاده از مواد پلیمری در ساختار مخلوط می باشد.
از مهم ترین تأثیر پلیمرها بر ملات سیمان ، می توان به افزایش میزان چسبندگی بین ذرات و اجزای سیمان به یکدیگر و همچنین بهبود مقاومت سطح اتصال به سطوح زیرین اشاره نمود.با افزایش چسبندگی ساختار ملات ، می توان انتظار ریباند کمتری در هنگام اجرا داشت و میزان پرت و دور ریز ملات مقدار کمتری خواهد بود.
از تاثیرات ثانویه افزایش چسبندگی ملات و تشکیل فیلم نازک در ساختار سیمان ، می توان افزایش نفوذناپذیری و پر شدن منافذ مخلوط را نیز انتظار داشت.این ویژگی مثبت باعث بهبود کارایی ملات سیمان در رویه سازه های آبی سنتی مانند استخرها می گردد.
مواد پلیمری به دلیل داشتن Surfactant ها در ترکیب ساختاری خود ، باعث به وجود آوردن حباب های ریز هوا در مخلوط تازه ملات شده و این مسئله باعث افزایش مقاومت ملات در برابر سیکل های ذوب و انجماد می گردد.
پلیمر های مختلفی در ملات های پایه سیمانی جهت رسیدن به ویژگی های متفاوت مورد مصرف قرار می گیرند.به عنوان مثال برخی از این پلیمرها سبب افزایش تغییر طول و جمع شدگی ملات و برخی سبب کاهش این ویژگی ها می گردد.
به طور کلی تأثیر اصلاح مواد پلیمری بر روی مخلوط‌های سیمانی وابسته به نوع و درصد ماده پلیمری مصرفی می‌باشد، طی آزمایش هایی که انجام پذیرفته ، مشاهده گردیده که افزایش نسبت پلیمر به سیمان در انواع پلیمرهای آکریلیک استایرن و اتیلن وینیل استات ، شاهد تأخیر در واکنش هیدراتاسیون سیمان به دلیل جذب آب محیط توسط ذرات پلیمری خواهیم بود.از دیگر نتایج افزایش میزان پلیمر در سیمان می توان به افزایش خاصیت جذب انرژی ، مقاومت ضربه ای و بهبود رفتار ارتجاعی ملات سیمان اشاره نمود.همچنین بهبود جمع شدگی مخلوط و کاهش نفوذ یون کلر به داخل ملات ، از دیگر تاثیرات مثبت استفاده از پلیمرهایی نظیر آکریلیک استایرن می باشد.
