تاثیر روان کنندها بر خواص مکانیکی بتن
تاثیر روان کنندها بر خواص مکانیکی بتن
تاثیر روان کنندها بر خواص مکانیکی بتن 159967 -۷ مرداد ۱۳۹۲
مقاله ای که در پی می آید مقایسه تاثیر استفاده از روان کننده با پایه های پلی کربوکسیلات و نفتالین بر روی خواص مکانیکی بتن های سبک تولیدی با سنگدانه اسکوریا می باشد که توسط واحد تحقیق و توسعه شرکت ساختمانی، تولیدی و تحقیقاتی آپتوس ایران به همت مهندس امینیان تهیه شده است.
- مقایسه تاثیر استفاده از روان کننده با پایه های پلی کربوکسیلات و نفتالین بر روی خواص مکانیکی بتن های سبک تولیدی با سنگدانه اسکوریا
چکیده
رشد روزافزون استفاده از بتن های سبک تولیدی از سنگدانه ی طبیعی اسکوریا و عواملی چون کاهش قیمت تمام شده بتن تولیدی با این سنگدانه در مقایسه با دیگر سنگدانه های سبک و ویژگی در دسترس بودن آن از جمله عواملی است که ما را برای استفاده از این سنگدانه ترغیب می نماید. در گذشته در آزمایش های متعددی که توسط محققین مختلف انجام شده به بررسی عواملی هم چون نسبت آب به سیمان و منحنی دانه بندی بر روی خواص مکانیکی این بتن ها پرداخته شده است، اما متاسفانه توجه کمتری به تاثیرات احتمالی استفاده از افزودنی هایی با پایه های مختلف شیمیایی شده است؛ لذا در این مقاله تلاش شده است تا به بررسی تاثیر استفاده از افزودنی هایی با پایه های پلی کربوکسیلات و نفتالینی در یک طرح اختلاط مشخص و با دانه بندی ثابت، به مقایسه نتایج حاصله در اسلامپ های متفاوت (استفاده از درصدهای مختلف افزودنی) بر روی خواص مکانیکی بتن های حاصله پرداخته شود.
واژه های کلیدی: روان کننده، پلی کربوکسیلات، نفتالین، خواص مکانیکی، بتن سبک، سنگدانه اسکوریا مقدمهامروزه با توجه به پیشرفت علم ساختمان و نیاز به استفاده از بتن هایی با ویژگی های منحصر به فرد برای شرایط محیطی متفاوت آب و هوایی و کارکردی که سازه های بتنی با آن مواجه هستند، استفاده از افزودنی هایی که بتواند خواص بتن را متناسب با شرایط محیطی مختلف ارتقا بخشد، یا منجربه کاهش مصرف مواد تشکیل دهنده بتن (سیمان وغیره) گردد، ویا به هرنحوی ویژگی مثبتی در خواص بتن ایجاد نماید لازم و ضروری می باشد.
مواد افزودنی بتن با توجه به کاربردشان در دودسته کلی طبقه بندی می شوند:
1- مواد افزودنی معدنی (میکروسیلیکا، دوده سیلیسی و غیره) که معمولا موادی هستندکه جایگزین بخشی از سیمان مصرفی می شوند و یکی از راهکارهای کاهش مصرف سیمان می باشند]1.[
2- مواد افزودنی شیمیایی (زودگیرکننده، دیرگیرکننده، حباب زا ویا ترکیبی از آن ها و غیره) این مواد معمولا با درصدهای مجاز (توسط شرکت سازنده توصیه می گردد) نسبت به وزن مواد سیمانی موجود در طرح اختلاط مورد استفاده قرار می گیرند.
یکی از مواد افزودنی شیمیایی پرکاربرد روان کننده وکاهنده آب می باشدکه با حفظ روانی بتن، نسبت آب به سیمان را که از اصلی ترین عوامل موثر در بهبود خواص مکانیکی بتن می باشد راکاهش می دهد.
پیشرفت علم شیمی و نیاز روزافزون صنعت ساختمان به مواد افزودنی شیمیایی جدید، منجر به تحول در صنایع تولید کننده مواد افزودنی شیمیایی بتن گردیده است به نحوی که در حال حاضر این صنعت در خصوص روان کننده ها پیشرفت های بسیاری را داشته است و افزودنی هایی با قدرت روان کنندگی بیشتری را به مرور زمان وارد بازار نموده است:
1- روان کننده با پایه ملامین
2- روان کننده با پایه لیگنوسولفات
3- فوق روان کننده با پایه نفتالین
4- با نام ابرروان کننده با پایه پلی کربوکسیلات وارد بازار شده است]2.[با توجه به نیاز روزافزون استفاده از بتن های سبک تولیدی از سنگدانه طبیعی اسکوریا و عواملی چون کاهش قیمت تمام شده بتن تولیدی با با این سنگدانه در مقایسه با سنگدانه های دیگر و همچنین ویژگی در دسترس بودن آن و با توجه به این امر که آزمایش هایی که تا کنون بر روی تاثیرات مواد افزودنی شیمیایی بر روی این بتن ها شده بود محدود به تاثیرات یک ماده افزودنی خاص بود، در این مقاله سعی شد تا به مقایسه تاثیرات دو ماده افزودنی شیمیایی کاهنده آب با پایه های متفاوت
(پلی کربوکسیلاتی و نفتالینی) بر خواص مکانیکی بتن های سبک ساخته شده با سنگدانه طبیعی اسکوریا پرداخته شود.
با توجه به ماهیت رفتاری متفاوت این دو ماده افزودنی و نیز توان عملکردی این دو ماده، به جهت قابل استناد بودن نتایج برای مقایسه عملکرد، نمونه هایی با درصد های متفاوت افزودنی نفتالینی ساخته شده و پس از اندازه گیری اسلامپ این نمونه ها مجددا نمونه هایی با افزودنی پلی کربوکسیلاتی با درصد هایی متفاوت که اسلامپی یکسان با نمونه های نفتالینی ایجاد می کردند، ساخته و به بررسی ویژگی های مکانیکی این نمونه ها پرداخته شده است.مصالح مصرفیدر ساخت آزمونه های آزمایشی مورد نیاز برای این مقاله از مصالح مصرفی زیر استفاده شد:
سبکدانه اسکوریا
پرلیت
میکروسیلیس
سیمان پرتلند تیپ 2
فوق روان کننده با پایه پلی کربوکسیلات
فوق روان کننده با پایه نفتالین
سبکدانه (اسکوریای) مصرفی در این آزمایش براساس استاندارد ASTM C-33 ]2 [با تغییرات جزئی برروی شماره الک های مورد استفاده (افزایش تعدادالک ها) تحت آزمایش دانه بندی قرارگرفت که نتایج حاصله در جدول 1 قابل مشاهده می باشد.
پرلیت مورد استفاده از معادن سبزوار تهیه شده و سیمان مصرفی، سیمان تیپ 2 تولیدی کارخانه آبیک با چگالی (kg/m3
3018.9) بوده و آب مصرفی نیز از آب شرب شهری تامین شده است. افزودنی های شیمیایی مورد استفاده در این آزمایش نیز از نوع Power Plast – ES(پایه پلی کربوکسیلات) و S.P.A.Plast -403 (پایه نفتالین) هردو محصول شرکت آبادگران می باشند.
جدول 1- نتایج دانه بندی اسکوریا (درصدعبوری)
طرح اختلاططرح اختلاط مرجع برای این آزمایش براساس آزمونه های آزمایشی ساخته شده در آزمایشگاه بتنی باعیار 400 کیلوگرم بر مترمکعب وبا حداقل مقاومت مشخصه 280 کیلوگرم بر سانتی مترمربع بااستفاده از سنگدانه اسکوریا، پرلیت و میکروسیلیس به عنوان آزمونه مرجع در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفت.
از آنجا که هدف آزمایش بررسی اثرات استفاده از درصد های مختلف روان کننده با پایه پلی کربوکسیلات و نفتالین بر خواص مکانیکی بتن بود، لازم بود تا نمونه هایی با درصد های مختلف این روان کننده ها از روی طرح اختلاط نمونه مرجع ساخته شود که بدین ترتیب ابتدا نمونه هایی با مقادیر مختلف 4/0، 6/0 ، 8/0 درصد وزن مواد سیمانی با افزودنی نفتالینی ساخته شد و سپس برای ایجاد شرایط یکسان برای مقایسه عملکرد نمونه های ساخته شده با افزودنی کربوکسیلات (با توجه به متفاوت بودن قدرت عمل این افزودنی در مقایسه با افزودنی نفتالینی) با افزودن درصد های 13/0، 28/0 و 4/0 به ترتیب به آزمونه هایی با اسلامپی برابر با سه آزمونه نفتالینی رسیده شد. همچنین مقدار و نوع مواد سیمانی و سنگدانه ها و همچنین نسبت آب به سیمان در کلیه نمونه ها مقدار ثابت 38/ 0 در نظر گرفته شد.
نامگذاری آزمونه ها بر اساس حرف اول نام و درصد ماده افزودنی مصرفی در آزمونه ها می باشد که به طور مثال طرح PC-0.4 معرف طرحی با نسبت 4/0 درصدی افزودنی پلی کربوکسیلات و یا C-0 آزمونه ای فاقد ماده افزودنی (شاهد) بوده که طرح اختلاط آزمونه ها در جدول شماره 2 قابل مشاهده می باشد. همچنین به جهت همسان سازی و راحت تر نمودن مقایسه آزمونه ها در مورد درصد آزمونه های پلی کربوکسیلاتی از درصد هم ارز نفتالینی این آزمونه ها در روانی برابر استفاده شده است.
جدول 2-طرح اختلاط آزمونه های آزمایشی
آزمایش ها و نتایج حاصلهجذب آب وزنی
جذب آب وزنی آزمونه های ساخته شده توسط قالب های مکعب 10 ×10 سانتی متر و با تغییراتی در استانداردBS 1881 Part 122 ]3 [ و اندازه گیری جذب آب آزمونه های خشک در دو زمان غوطه وری 30 دقیقه و 24 ساعت اندازه گیری شد که نتایج آن در جدول 3 قابل رویت می باشند.
جدول 3-نتایج آزمایش بررسی جذب آب وزنی کوتاه مدت برروی آزمونه ها
شکل 1- نتایج آزمایش بررسی جذب آب وزنی نیم ساعته برروی آزمونه ها
شکل 2- نتایج آزمایش بررسی جذب آب وزنی بیست و چهار ساعته برروی آزمونه ها
مقاومت الکتریکیمقاومت الکتریکی آزمونه ها طبق روش Impedance Spectroscopy(IS)و با اندود کردن سطح بالا و پائین آزمونه های مکعبی 10×10 سانتی متربا خمیر سیمان و با فرکانس KHZ 1 انجام شد و همچنین مقاومت ویژه الکتریکی آزمونه ها با استفاده از فرمول شماره (1) بدست آمد.
r=(R×A)/L (1)
که در آن R مقاومت الکتریکی، A سطح مقطع آزمونه و L ارتفاع آزمونه می باشند.
نتایج حاصل شده از آزمایش مقاومت الکتریکی در جدول4 قابل مشاهده می باشند:
جدول 4-نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برروی آزمونه ها
شکل 3- نتایج آزمایش مقاومت الکتریکی برروی آزمونه ها
مقاومت فشاری
آزمایش مقاومت فشاری بر طبق استاندارد BS1881 روی آزمونه ها انجام پذیرفت که نتایج آن در جدول شماره5 قابل دسترسی است.
جدول 5-نتایج آزمایش مقاومت فشاری بر روی آزمونه ها (kg/cm2)
شکل 4- نتایج آزمایش مقاومت فشاری بر روی نمونه ها (kg/cm2)
نتیجه گیری1. با توجه به نتایج مربوط به جذب آب نیم ساعته و 24 ساعته چنین نتیجه می شود که حضور این افزودنی ها باعث افزایش جزئی جذب آب نیم ساعته آزمونه ها نسبت به آزمونه شاهد می شوند که این مقدار در آزمونه هایNC-0.4 ماکزیمم، و برابر4.32% بوده است. همچنین درآزمایش مربوط به جذب آب 24 ساعته آزمونه ها مشاهده گردید که جذب آب آزمونه های حاوی افزودنی پلیکربوکسیلات تقریبا مشابه و بعضا کمتر از آزمونه شاهد بوده و تنها در آزمونه های حاوی افزودنی نفتالینی شاهد افزایش جذب آب می باشیم که مجددا این مقدار برای آزمونه های NC-0.4 ماکزیمم و برابر با 4.88 % بوده است.
2. با توجه به رابطه عکس میان جذب آب و نیز مقاومت الکتریکی، نتایج مربوط به آزمایش تعیین مقاومت الکتریکی در مورد آزمونه های نفتالینی و پلی کربوکسیلاتی جز در مورد نمونه های PC -0.4 و PC -0.8 که با کاهش جزئی مقاومت همراه بوده است تقریبا از روند تغییرات در جذب آب آزمونه ها پیروی می کند.
3. روند مقاومت فشاری کسب شده توسط آزمونه ها، با افزودن افزودنی های مورد آزمایش روند کاهشی داشته که با توجه به استاندارد های موجود ]4 [ جز در آزمونه PC -0.4که کاهش زیاد مقاومتی خارج از محدوده استاندارد را داشته، باقی نمونه ها در محدوده مجاز و قابل قبول قرار دارند که دلیل کاهش مقاومت زیاد آزمونه یاد شده را با توجه به بررسی آزمونه ها بعد از شکست و تخلخل آنها به دلیل خطای آزمایشگاهی دانست.در مجموع با درنظر گرفتن تاثیرات این دو افزودنی بر خواص مکانیکی بتن های سبک تولید شده با سنگدانه اسکوریا فارغ از مسائل اقتصادی که خارج از محدوده این مقاله می باشد به نظر می رسد در شرایطی که منعی از نظر طراحی برای انتخاب این افزودنی ها نباشد، استفاده از افزودنی های پایه پلی کربوکسیلات به رغم تاثیرات سوء و اندک این افزودنی بر روی خواص مکانیکی بتن های یاد شده برای تولید بتن های سبک سازه ای با توجه به مقدار مصرف مورد نیاز برای حصول شرایط مشابه در مقایسه با افزودنی های نفتالینی، مطلوب به نظر می رسد و البته برای استفاده از این افزودنی در پروژه های ساختمانی نیاز است دقت عمل بیشتری لحاظ شده و آزمایش های تکمیلی به جهت تعیین درصد بهینه استفاده از این افزودنی برای پاسخگو بودن نیاز های پروژه انجام پذیرد.6. مراجع
1. حاجی کریمی، پ. کیوان آرا، م. (1387)، «مقاومت الکتریکی بتن، » اولین کنفرانس بین المللی تکنولوژی بتن، تبریز، ایران
2.کریمی نیا، م. پیروی، م. (1391)، «بررسی تاثیرات درصدهای مختلف ابر روان کننده با پایه پلی کربوکسیلات بر خواص مکانیکی بتن های سبک سازه ای ساخته شده با اسکوریا»، اولین کنفرانس ملی صنعت بتن، مرکز بین¬المللی علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی،
کرمان- ایران
2. ASTM C 330 – 04, "Lightweight Aggregates for Structural Concrete". [7] ACI Committee 211, "(ACI 211.1-Reapproved 1997)
3. BS 1881-122 Methods of Testing Concrete Part 122: Method for Determination of Water Absorption (AMD 6108) July 31, 1989.
4.استانداردشماره 2930 مؤسسه استانداردوتحقیقات صنعتی ایران، بتن – موادافزودنی شیمیایی – ویژگیها، تجدیدنظراول