بررسی اثرات افزایش دما بر عملکرد بتن سبک سازه‌ای حاوی درصدهای مختلفی از نانو سیلیس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه اراک

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک

چکیده

رفتار بتن سبک در درجه حرارت‌های بالا از نظر تأمین ایمنی سازه تحت بارهای مشخص ویا بارهای  بهره‌برداری خاص از درجه اهمیت بالایی برخوردار است. این مطالعه به بررسی اثرات حرارت بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن سبک حاوی لیکا از قبیل مقاومت فشاری، جذب حجمی آب ، افت وزن و خرده و پوسته شدن سطح بتن می‌پردازد. بدین منظور با بهره‌گیری از روش طراحی آزمایشات تاگوچی برای دستیابی به طرح اختلاط بهینه از نظر مقاومت فشاری، نمونه‌های ساخته شده با درصدهای مختلفی از نانوسیلیس بعد از سن ٢٨ روز در معرض حرارت ٢٠٠، ٤٠٠ و ٦٠٠ درجه سانتیگراد قرار گرفتند و با بتن عمل‌آوری شده در دمای محیط مقایسه شدند. نتایج حاکی از افت شاخصه‌های فیزیکی بتن سبک همچون نفوذپذیری تا درجه حرارت ٦٠٠ درجه سانتیگراد و بعضاً بهبود در برخی از شاخصه‌های مکانیکی بتن سبک مانند مقاومت فشاری در دماهای اولیه بعد از قرارگیری در معرض حرارت است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

High Temperatures and Nano-Silica Effects on Mechanical Properties of Structural Lightweight Concrete

نویسندگان [English]

  • Seyed Hamid Hashemi 1
  • Ali Noroozi Arkavini 2
چکیده [English]

The behavior of light weight concrete at elevated temperature is of significant importance in providing safety of structures in response to certain accidents or particular service conditions. This paper deals with the physical and mechanical properties of light weight concrete “containing leca” such as: compressive strength, water absorption, mass loss and spalling. Specimens with different amount of Nano Silica by applying the Taguchi method for an optimal mix design had been made and after curing for 28 days and being subjected to 200, 400 and 600˚C specimens had been compared with the specimen without Nano silica and cured at room temperature. It was found that by increase temperature to 600˚C physical properties of light weight concrete like water absorption   goes bad and in some condition an improvement in mechanical properties like compressive strength had been emerged surprisingly.

- مقدمه

بتن به عنوان یکی از مصالح ساختمانی قرن حاضر و از پر مصرف­ترین آن­ها است. سبک­سازی و تولید مصالح سبک و در عین­حال مقاوم، تحول عظیمی در صنعت ساختمان ایجاد نموده­ است. ­­­­بتن­های سبک غیرسازه­ای و سازه­ای توانسته­اند با داشتن خواص مناسب نظیر سبکی، عایق حرارتی، هزینه­های کمتر تولید و حمل و نیز مقاومت کافی در مقابل نیرو­های زلزله جایگاه ویژه­ای در صنعت ساختمان داشته باشند. ساخت این گونه بتن­ها در کشورمان از چند دهه گذشته شروع شدکه از پوکه سنگ­های طبیعی نظیر پرلیت و برخی توف­ها در ساخت بتن­های سبک استفاده شد ]١[.

در واقع بتن به واسطه­ی برخورداری از توانایی بالقوه در تحمل درجه حرارت بالا وآتش، به علت کم بودن هدایت حرارتی وگرمای ویژه مشهور است. این امر در مورد بتن سبک نیز صادق

است. اما این بدان معنی نمی­باشد که دمای بالا بدون هر گونه اثر بر روی بتن سبک است. دمای بالا ممکن است باعث تغییر رنگ شدید، تغییر در مقاومت فشاری بتن، مدول الاستیسیته و تغییر در ظاهر بتن گردد ]٦-٢[.

در تحقیقات صورت گرفته در سال ٢٠٠٢ نشان داده شد، خواص و رفتار مهندسی بتن با مقاومت بالا [1] (HSC)نسبت به بتن معمولی تحت شرایط یکسان در برابر درجه حرارت بالا کاملاً متفاوت می­باشد و دو تفاوت عمده بین این دو وجود دارد: 1-­ از دست دادن مقاومت نسبی دردرجه حرارت ١٠٠ تا ٤٠٠ درجه سانتیگراد. 2-­  میزان خرد شدن و کسر وزن در معرض حرارت ٢٠٠ تا ٤٠٠ درجه سانتیگراد. از لحاظ از دست دادن مقاومت درحرارت متوسط بین ١٠٠ و ٤٠٠ درجه سانتیگراد، مقاومت فشاری HSC نزدیک به ٤٠ درصد کاهش می­یابد در حالیکه این کاهش مقاومت در بتن معمولی  با همان شرایط ٢٠ تا ٣٠ درصد را به خود اختصاص می‌دهد ]٧ .[

در آزمایشی در سال ٢٠٠٨ با ساخت نمونه­هایی از بتن سبک و قرار دادن آن­ها در دماهای ٢٠٠، ٤٠٠، ٦٠٠ و ٨٠٠ درجه سانتیگراد، مشاهده کردند با افزایش درجه حرارت کاهش مقاومت مشهود است که دلیل آن تبخیر و آبگیری از بتن بوده که باعث کاهش استحکام و مدول الاستیسیته و افزایش ضریب انبساط حرارتی و هدایت حرارتی می­گردد، در نتیجه با ضعیف شدن ساختار بتن همراه می­شود ]٨[. از طرفی با انجام تحقیقاتی روی خصوصیات حرارتی بتن سبک اسفنجی نیز، مشاهده گردید که درجه حرارت بالا بر روی آب آزاد در منافذ و نیز بر آب پیوند شیمیایی در سیمان هیدراته اثر می­گذارد ]٩.[

بسطامی و همکاران عملکرد بتن پرمقاومت در درجه حرارت­های بالا را مورد بررسی قرار دادند. آنان به این نتیجه رسیدند که کاهش مقاومت فشاری یکی از مهمترین تغییرات خواص است که در هنگام حرارت­دهی بالا بعلت خروج آب فیزیکی و شیمیایی حادث می­شود. مقاومت فشاری بتن پر مقاومت در دمای ٨٠٠  درجه سانتیگراد فاجعه­آمیز است که تا حدود ۸٠ درصد کاهش می­یابد ]١٠[. Won و همکاران با بررسی ترکیبات پلیمری سیمانی با سنگدانه­های مختلف سبک حاوی الیاف پلی­پروپیلن متوجه شدند که مخلوط حاوی پرلیت منبسط شده در دمای بالا کمترین کاهش وزن و ورمیکولیت بیشترین کاهش وزن را در بر داشته­اند. همچنین ­ بیشترین مقاومت فشاری سن ٧ روزه متعلق به طرح حاوی پرلیت با ٢/٠ درصد الیاف پلی­پروپیلن است ]١١[.

در آزمایشی در سال ٢٠١٢ به بررسی اثرات حرارت بر بتن خود­متراکم سبک پرداخته شد. مدول الاستیسیته نمونه­ها بطور قابل ملاحظه­ای تحت تاثیر نوع سنگدانه­ها قرار گرفت. در حضور مصالح متخلخل، رفتار نفوذپذیری نمونه­های بتنی با کاهش نسبت آب به سیمان کنترل می­شوند و با افزایش درجه حرارت برای کلیه نمونه­ها از دست دادن وزن نیز رخ می­دهد که علت آن تشکیل بخار در داخل دانه­ها و حفره­ها و از دست رفتن آب استنباط می­شود ]١٢[. Siddique و Kaur با آزمایش بتن حاوی روباره کوره­های بلند متوجه شدند تا دمای ١٠٠ درجه سانتیگراد کاهش وزن ناچیز می­باشد، ولی بیش از ١٠٠ درجه کاهش وزن محسوس بوده و دما بر مدول الاستیسیته اثر­گذار می­باشد. در بین نمونه­های حاوی روباره، نمونه­های حاوی ٢٠درصد [2]GGBFS بیشترین مقاومت  فشاری در دمای ٢٧ درجه و­همین­طور پایان آزمایش و در دمای ٣٥٠درجه دارند، در این دماها بتن فاقد GGBFS مقاومت فشاری بیشتری را از خود نشان می­دهد. در بین نتایج حاصل افزایش در مقاومت فشاری نمونه­ها باوجود افزایش دما توجه بیشتری را به خود جلب کرده است ]١٣[. Morsy و همکاران نیز با آزمایش بر روی رفتار سیمان آمیخته شده در ملات حاوی متاکائولن در دمای بالا نیز پس از مشاهده­ی یک افزایش اولیه در مقدار مقاومت فشاری در دمای 250 درجه کاهش قابل ملاحظه­ای در مقدار مقاومت فشاری نمونه­ها را گزارش کردند ]١٤[.

 

 

2- برنامه آزمایشگاهی

٢-١- مصالح مصرفی و ویژگی­های آن‌ها

در این تحقیق برای ساختن نمونه­های بتنی از سیمان پرتلند نوع دو دلیجان با چگالی دانه­ای (gr/cm3) ١/٣ و مشخصات شیمیایی مندرج در جدول ١، دوده سیلیس ساخت کارخانه صنایع فروآلیاژ ازنا با چگالی دانه­ای (gr/cm3)٢ و مشخصات مندرج در جدول ٢، نانوسیلیس مورد استفاده از نوع کلوئیدی محلول در آب با غلظت 50 درصد ساخت شرکت وند شیمی با مشخصات مندرج در جدول 3، فوق­روان کننده نسل سوم نوع M63 بر پایه ملامین سولفونات با وزن مخصوص ٠٩٨/١، همچنین از ماسه شسته شده طبیعی عبوری از الک ٧٥/٤ میلیمتر با وزن مخصوص (gr/cm3)٧٠٤/٢ استفاده شده است. لیکای استفاده شده از نوع سازه­ای محصول شرکت لیکای ساوه بوده است و از آنجاکه جذب آب سنگدانه­ها در بتن حدوداً بعد از ٣٠ دقیقه متوقف می­گردد از جذب آب نیم­ساعته در محاسبه طرح اختلاط استفاده شده است. مشخصات فیزیکی دانه­های لیکا در جدول 4 ارائه شده است.

 

 

جدول١- مشخصات شیمیایی سیمان مصرفی ]١5[.

درصد تشکیل دهنده

ترکیب شیمیایی سیمان

درصد تشکیل دهنده

ترکیب شیمیایی سیمان

٠/٦

K2O

9/20

SiO2

016/0

Cl

٥

Al2O3

٠/٩٣

LOI

03/4

Fe2O3

٦٠/٨

C3S

02/65

CaO

٦

C3A

8/1

SO3

١٣

C4AF

02/1

MgO

1/14

C2S

32/0

Na2O

 

جدول ٢- مشخصات دوده سیلیس مصرفی]١5[.

شکل

ظاهری

افت سرخ شدن(%)

درصد کربن

حداقل سطح ویژه(m2/gr)

SiO2

(%)

پودر

خاکستری

٤٤/١

٥/٠

٢٠

٠٤/٩٤


 

جدول3- مشخصات نانوسیلیس مورد استفاده ]١5[.

 

شکل ظاهری

وزن مخصوص

درصد وزنی SiO2

PH

ویسکوزیته

 

میانگین اندازه ذرات

درصد سیلیس در فاز جامد

سطح ویژه )

مایع سفید رنگ

1.403

49.515

9.1

15 MAX

34mm

99.7%

70-100

 

 

جدول4- مشخصات فیزیکی سبکدانه لیکا ]١5[.

 

شماره الک

اندازه دانه­ها (mm)

چگالی­دانه­ای

درصد جذب آب (ساعت)

5/0

24

 

٥/١٢-٥/٩

٧٤/٠

٥/٩

٥٢/١٢

٤

٥/٩-٧٥/٤

٧٥/٠

٨

٧/٤-٣٨/٢

٩٧/٠


 


 


2-2- روش اختلاط بتن

به منظور یکسان نمودن شرایط ساخت و افزایش دقت نتایج آزمایش­ها، روش اختلاط ثابتی برای ساخت طرح­های اختلاط به کار گرفته شد. برای ساخت بتن بعد از وزن­کشی دقیق مصالح، ابتدا سیمان و میکروسیلیس به خوبی با هم مخلوط شدند. سپس این مخلوط همگن به دانه­های لیکا که به مدت ٣٠ثانیه  با ماسه در داخل مخلوط­کن مخلوط شده بودند اضافه گردید،  ٥/١ دقیقه بعد آب و فوق­روان کننده به خوبی باهم مخلوط گشته و نیمی از آن ابتدا به کل مصالح در حال اختلاط اضافه شد و ٢ دقیقه بعد نیمی دیگر به همراه نانوسیلیس اضافه ­گردید و عمل اختلاط ٢ دقیقه دیگر ادامه ­یافت و به خاتمه رسید.

 

 

٢-٣- نحوه عمل­آوری نمونه­های بتنی

به منظور عمل­آوری نمونه­های بتنی پس از ساخت، به مدت ٢٤ساعت در قالب و زیر پوشش نایلونی جهت حفظ رطوبت و سپس داخل حوضچه آب با دمای ٢٣-١٩ درجه سانتیگراد قرار گرفتند. پس از رسیدن نمونه­ها به سن ٢٨ روزه، از حوضچه آب خارج شدند و پس از خشک شدن در محیط آزمایشگاه در کوره حرارتی که با نرخ حرارت­دهی ٣ درجه بر دقیقه تنظیم شده بود قرار گرفتند و نمونه­ها  به دماهای ٢٠٠ ، ٤٠٠  و 600 درجه سانتیگراد رسانده شدند و جهت رسیدن به حالت پایداری حرارتی هریک به مدت یک ساعت در دماهای مشخص شده نگهداری شدند، سپس جهت سرد شدن با همان نرخ به دمای محیط برده شدند و در محیط آزاد قرار گرفتند.

 

٢-٤- روش تعیین نسبت­های طرح اختلاط

تعیین طرح­های اختلاط با روش حجمی [3] می­باشد. در این روش حجم بتن تازه تهیه شده با جمع حجم­های مطلق مواد سیمانی، سنگدانه­ها، آب مؤثر، هوای محبوس و سایر مواد افزودنی مساوی در نظر گرفته می­شود. تعیین نسبت­های اختلاط با استفاده از این روش نیازمند تعیین میزان جذب آب و چگالی دانه­ای سنگدانه­ها با اندازه­های متفاوت است]١6[. برای به­کارگیری طرح اختلاط بهینه، هم از نظر وزنی و هم از نظر مقاومت­ فشاری از روش طراحی آزمایش­های تاگوچی بهره گرفته شد. بدین منظور ابتدا با استفاده از روش تاگوچی پارامترها و سطوح مختلف آنها تعیین گردید و سپس تمامی آزمایش­ها برای همه طرح­ها انجام شد. با معرفی متغیرهای موثر بر مقاومت  فشاری بتن سبک که عبارتند از:

١- نسبت آب به مواد سیمانی ٢- عیارسیمان ٣- درصد میکروسیلیس به سیمان  ٤- نسبت لیکا به کل سنگدانه­ها، چهار کمیت سه­سطحی درنظر گرفته شد. مقادیر مناسب برای متغیر نسبت آب به مواد سیمانی طبق مطالعات صورت گرفته اعداد ٣٠/٠، ٣٥/٠ و ٤٠/٠ همچنین برای متغیر عیار سیمان اعداد ٣٥٠، ٤٠٠ و ٤٥٠ کیلوگرم در مترمکعب و نیز برای متغیر درصد نسبت میکروسیلیس به سیمان اعداد ٠%، ٥% و ١٠% است که جای­گزین بخشی از سیمان مصرفی می­گردد و در نهایت نسبت حجمی لیکا به کل سنگدانه که مقادیر ٥/٠، ٦٥/٠ و ٨٥/٠را شامل می­شود، استفاده می­کنیم. مقدار فوق­روان کننده نیز به میزان ٢% وزن مواد سیمانی برای ثابت نگه­ داشتن روانی در تمام طرح­ها اضافه می­شود.

پس از وارد کردن سطوح متغیرهای فوق به نرم­افزار Qualitek-4 ]١7[ که بر پایه روش آماری تاگوچی استوار است، نرم افزار آرایه 9-L را که مخصوص حالت ٤ کمیت ٣سطحی است، انتخاب می­کند. در نهایت نتیجه­ی پیشنهادی نرم افزار٩ طرح اختلاط بود که با حفظ اسلامپ ١٢-٧ سانتی متر در شرایط یکسان از هر یک از این 9 طرح ٣  نمونه مکعبی cm١٠×١٠×١٠ ساخته و در سن ٧ روز مقاومت فشاری آنها اندازه گیری شد. با انجام تحلیل واریانس ANOVA، نرم افزار طرح بهینه پیشنهادی خود را برای بدست آوردن بالاترین مقاومت فشاری ارائه می­کند.

با بررسی تاثیر سطوح پارامترهای مختلف در بهینه شدن طرح از نظر مقاومت فشاری  بیشتر مشخص گردید که برای داشتن بالاترین مقاومت فشاری درصد میکروسیلیس بیشترین تاثیر را از خود بر جای می­گذارد. چنین روندی در تحقیقات هاشمی وصدیقی، با مشاهده­ی افزایش مقاومت فشاری 7 و 28 روزه در طرح حاوی  45 میکروسیلیس (که بیشترین مقدار میکروسیلیس نسبت به سایر طرح­ها را داراست) گزارش گردید ]18[. از طرح پیشنهاد شده توسط نرم افزار برای مقاومت حداکثر(T10)، که در جدول 5 آمده است، تعداد ٣ نمونه مکعبی cm١٠×١٠×١٠ درآزمایشگاه ساخته شد و در سن ٧ روز مقدار میانگین مقاومت فشاری  ٣٠٢ و البته با میانگین وزن  gr٥/١٧٦١ بدست آمد، که با مقدار پیشنهادی ٦/٥% اختلاف داشته و نسبت مقاومت به وزن ١٤/١٧% دارد.

 

جدول5- مقادیر اجزای تشکیل دهنده  طرح اختلاط پیشنهادی نرم افزار برای مقاومت فشاری حداکثر(kg/m3) طرح T10

٣٦٠

سیمان

٤٠

میکروسیلیس

١٤٠

آب

١٠

فوق­روان کننده

٧/٥٩

 لیکا

٦٦/١٩٩

لیکا 4

٢٢/١٥٦

لیکا 8

٢٢/٧٣٤

ماسه

 

همچنین طرح پیشنهادی تاگوچی برای وزن حداقل نیز به مقاومت ٧ روزه  ٢٠٥  با وزن gr١٥١٢ رسید که با مقدار پیشنهادی ٧٩/٠% اختلاف داشته و نسبت مقاومت به وزنی ٥٥/١٣% دارد، با توجه به نسبت مقاومت به وزن که پارامتری مهم در بتن سبک  سازه­ای محسوب می­شود، برای ادامه این مطالعه طرح اختلاطT10  مطابق باتحقیقات هاشمی ومیرزایی مقدم به عنوان نمونه شاهد در نظر گرفته شد ]15[. جدول 5 جزئیات طرح اختلاط بتن سبک سازه­ای با مقاومت انتظاری ٣٢٠ مورد استفاده در این پژوهش را نشان می­دهد.

با مشخص شدن طرح اختلاط اولیه ٦ دسته طرح اختلاط مورد آزمایش قرار گرفتند که مقادیر اجزای آنها در جدول 6 ارائه شده است لازم به ذکر است LWplain  معرف بتن سبک شاهد فاقد نانوسیلیس و N1.5  و N3  و N5 و N10 به ترتیب بیانگر حضور ٥/١ و ٣ و ٥ و ١٠ درصد نانوسیلیس هستند که جایگزین بخشی از سیمان مصرفی می­شوند و برای بررسی اثر نانوسیلیس به هرطرح در معرض ­حرارت اضافه می­گردند. در طرح LWN10M0 به منظور بررسی اثرات حضور میکروسیلیس، میکروسیلیس از طرح اختلاط به طور کامل حذف شده است.

 

 

جدول6-  مقادیر هر یک از اجزای تشکیل­دهنده هر طرح اختلاط( )

 

شماره طرح

نوع طرح

سیمان

میکرو

سیلیس

نانو

سیلیس

آب

فوق روان کننده

لیکا

لیکا4

لیکا8

ماسه

1

LWplain

٣٦٠

٤٠

-

١٤٠

١٠

٧/٥٩

٦٦/١٩٩

٢٢/١٥٦

٢٢/٧٣٤

2

LWN1.5

٦/٣٥٤

٤٠

٤/٥

١٤٠

١٠

٧/٥٩

٦٦/١٩٩

٢٢/١٥٦

٢٢/٧٣٤

3

LWN3

٢/٣٤٩

٤٠

۸/١٠

١٤٠

١٠

٧/٥٩

٦٦/١٩٩

٢٢/١٥٦

٢٢/٧٣٤

4

LWN5

٣٤٢

٤٠

١٨

١٣١

١٠

٧/٥٩

٦٦/١٩٩

٢٢/١٥٦

٢٢/٧٣٤

5

LWN10

٣٢٠

٤٠

٤٠

١٢٠

١٠

٧/٥٩

٦٦/١٩٩

٢٢/١٥٦

٢٢/٧٣٤

6

LWN10M0

٣٦٠

-

٤٠

١٢٠

١٠

٧/٥٩

٦٦/١٩٩

٢٢/١٥٦

٢٢/٧٣٤

 

 

 

3- نتایج آزمایش­ها و تجزیه و تحلیل آنها

٣-١-بررسی مقاومت فشاری و وزن نمونه فاقد نانو سیلیس

آزمایش مقاومت فشاری مطابق با استاندارد[4] BS1881-88 در دماهای ٢٠،  ٢٠٠، ٤٠٠ و ٦٠٠ درجه سانتیگراد بر روی نمونه­ها انجام شد که نتایج آن در شکل 1 ارائه شده است. همان­طورکه آشکار است با افزایش دما شاهد کاهش مقاومت فشاری نمونه­های بتن سبک هستیم. در دمای ٢٠٠ درجه شاهد 7% کاهش مقاومت نسبت به دمای ٢٠­­ درجه هستیم. این افت مقاومت در دماهای ٤٠٠ و ٦٠٠ درجه به ترتیب ٢٨% و ٣٩% می­رسد.آب فیزیکی در دمای ١٢٠ درجه کاملاً متصاعد شده و خارج می­گردد، در دمای بین ١٨٠ تا ٣٠٠ درجه سانتی­گراد آب پیوند شیمیایی از بین خواهد رفت. درجه حرارت بالا در محدوده ٤٠٠-٦٠٠ سانتیگراد منجر به تجزیه محصولات هیدراتاسیون و شروع تخریب ژل C-S-H خواهد شد که این خود سبب افت مقاومت فشاری می­گردد ]١9[. اگر بخواهیم با بیانی دقیق­تر کاهش مقاومت بتن همراه با افزایش دما را توجیه کنیم، می­توان گفت چنین کاهشی در مقاومت متأثر از کاهش نیروهای واندروال بین لایه­های C-S-H می­باشد. این امر سبب کاهش در انرژی سطحی C-S-H وشکل­گیری گروههای سیلانول Si-OH:OH-S می­شود که دارای انرژی پیوند کمتری هستند.

 

 

 

شکل1-نمودار تغییرات مقاومت فشاری بتن سبک فاقد نانو سیلیس با افزایش دما

 

شکل 2- تغییرات وزن بتن سبک فاقد نانوسیلیس با افزایش دما

 

تبخیر آب سبب کاهش وزن نمونه­های بتنی نیز می­گردد که این موضوع نیز در شکل ٣ مشهود است. با افزایش دما از ٢٠ به٢٠٠ درجه شاهد ٤% کاهش وزن نسبت به دمای محیط هستیم که این کاهش در دماهای ٤٠٠ و ٦٠٠ درجه به ترتیب به مقادیر ٥/٩%  و ١٢% می­رسد.

 

3-2- بررسی  مقاومت فشاری  و افت وزن بتن  با درصد­های گوناگون  نانو سیلیس

نتایج حاصل از آزمایش مقاومت فشاری و چگالی بتن خشک شده در دماهای ٢٠، ٢٠٠، ٤٠٠ و ٦٠٠  درجه سانتی­گراد در جداول 7 و 8  ارائه شده­اند.

 

جدول7- نتایج آزمایش مقاومت فشاری در دماهای مختلف

دما (˚c)

نوع طرح

٢٠

٢٠٠

٤٠٠

٦٠٠

مقاومت فشاری

Lwplain

٣١٣/٥

٢٥٧/٦

٢٢٦

١٩١

LWN1.5

٣٤٠

٣١١/٩

٢٧٦

١٩٢/٥

LWN3

٣١٥

٢٦٤/٩

٢٣٢/٣

٢٠٤/٣

LWN5

٢٩٠

٢٤٤/٥

٢١٢/٧

٢٢٨/٧

LWN10

٢٨٠

٢٥٢/٧

٢١٦

٢١٩/٣

LWN10M0

٢٦٤/٤

٢٠٧/١

١٧٤

١٦٢/٧

 

جدول8- وزن نمونه­ها در دماهای مختلف

دما (˚c)

نوع طرح

٢٠

٢٠٠

٤٠٠

٦٠٠

وزن

Lwplain

5/1785

١٧١٥

5/1615

١٥٧١

LWN1.5

١٧٠٥

١٦٥٥

١٥٨٩

١٥٤٤

LWN3

١٧١٥

١٦٥٠

١٥٨٠

١٥٦٩

LWN5

١٧٢٠

١٦٥٥

١٥٧٠

١٥٥٨

LWN10

١٧٣٠

١٦٦٠

١٥٨٨

١٥٧٣

LWN10M0

1740

١٦٦٥

1/1588

1555

 

با تأملی در جداول 7 و8، می­توان گفت در دمای معمولی وزن­مخصوص ٢٨ روزه بتن خشک شده و مقاومت فشاری ٢٨ روزه تمامی طرح­ها برای احراز  مشخصات بتن سبک سازه­ای طبق[5]  قابل پذیرش است. همچنین حفظ مقاومت فشاری بالای ١٧ مگاپاسکال تا دمای ٦٠٠ درجه برای همه طرح­ها بجز طرح LWN10M0 رخ داده است. این امر مؤید این نکته است که با افزایش دما ممکن است بتن سبک سازه­ای از رده­ی سازه­ای خارج شود و مهم­تر آن که افزایش نانوسیلیس در طرح­های فاقد میکروسیلیس چندان سودمند نخواهد بود، نتیجه­ای که در تحفیقات هاشمی وصدیقی نیز با مشاهده­ی افزایش مقاومت فشاری فقط به هنگام افزایش توأمان مقدار نانوسیلیس و میکروسیلیس بکار رفته در طرح­های اختلاط  مورد تأیید قرار گرفته است ]18[. همان­طورکه از جدول 7 مشخص است افزایش دما سبب کاهش مقاومت فشاری تمام نمونه­های بتنی می­گردد، اما این افت مقاومت در طرح­های مختلف بسته به درصد افزودن نانوسیلیس متفاوت است. برای بررسی بهتر افت مقاومت فشاری هر طرح در شکل 3، درصد کاهش مقاومت فشاری تمام نمونه­ها در دماهای مختلف نسبت به دمای ٢٠درجه، در کنار یکدیگرآورده شده است. با توجه به شکل 3 که به مقایسه درصد کاهش مقاومت هر طرح در دمای محیط با مقاومت همان طرح در دماهای بیشتر می­پردازد، هویداست که در دمای ٢٠٠ و ٤٠٠ درجه سانتیگراد کمترین افت مقاومت نسبت به طرح پایه به ترتیب با مقادیر ٢/٨ % و ۸/١۸% متعلق به طرح LWN1.5 است. در دمای ٦٠٠ درجه طرح LWN5 با ١/٢١%  کمترین افت مقاومت را دارد.

اما در همین دما اتفاق متفاوتی می­افتد و درصد افت مقاومت در طرح­های LWN5 و LWN10 کاهش مقاومت کمتری نسبت به دمای ٤٠٠ درجه نشان می­دهد.

 

 

شکل 3- نمودار درصد کاهش مقاومت فشاری هر طرح نسبت به دمای ٢٠ درجه سلسیوس

 

 

 

با توجه به نمودار شکل 4 کاملاً واضح است که کمترین مقاومت در طول آزمایش مربوط به طرح فاقد میکروسیلیس می­باشد، که خود نشان دهنده تاثیر خوب این ماده در بهبود دوام بتن است. تا دمای ٤٠٠ درجه بیشترین مقاومت فشاری مربوط به طرح LWN1.5 است. در نگاه اول شاهد وجود یک روند در کاهش مقاومت فشاری با افزایش دما هستیم که همانند آنچه برای نمونه فاقد نانوسیلیس ذکر شد می­توان گفت چنین کاهشی متاثر از کاهش نیروهای واندروال بین لایه­های C-S-H است. این امر انرژی سطحی C-S-H را کاهش داده و سبب شکل‌گیری گروه­های سیلانول Si-OH:OH-S می­شود که دارای انرژی پیوند کمتری هستند. از طرفی مطابق تحقیقات صورت گرفته می­توان گفت: آب فیزیکی در دمای ١٢٠ درجه سانتیگراد کاملاً متصاعدشده و خارج می­گردد، در دمای بین ١٨٠ تا ٣٠٠ درجه سانتیگراد آب پیوند شیمیایی از بین خواهد رفت و در درجه حرارت بالا در محدوده ٤٠٠-٦٠٠ سانتیگراد تجزیه محصولات هیدراتاسیون و شروع تخریب ژل C-S-H را داریم، که این خود سبب افت مقاومت فشاری می­گردد ]٩[. نکته مهم در این نمودار تغییر در روندکاهش می­باشد که مقاومت فشاری آنها در ٦٠٠ درجه از دمای ٤٠٠ درجه بیشتر است و این با بقیه طرح­ها هم­خوانی ندارد. در نتایج تحقیقات Siddique و  Kaurروی بتن­های حاوی روباره کوره آهن‌گدازی نیز افزایش مقاومت فشاری در دماهای ٣٥٠ و ٢٠٠ درجه سلسیوس نسبت به دمای ١٠٠ درجه مشاهده می­شود ]١٣[.

 

 

 

شکل4- نحوه تغییرات مقاومت فشاری با افزایش دما

 

در تحقیقاتMorsy  و همکاران نیز افزایش مقاومت فشاری در دمای ٢٥٠ درجه همزمان با افزایش نانومتاکائولن نسبت به دمای محیط دیده می­شود. اما در توجیه این افزایش مقاومت باوجود افزایش دما با تأملی در تحقیقات مذکور می­توان به این نتیجه رسید که دلیل این­گونه افزایش مقاومت در هیدراته  شدن دانه­هایی از سیمان است که  تاقبل از رسیدن به چنین دمایی در هیدراسیون شرکت نکرده­اند]١٤[. نتایج تحقیقات مذکور را می‌توان مترادف با این موضوع دانست که به دلیل انتقال آب میان حفره­ها هیدراته شدن دوباره ملات را خواهیم داشت. همچنین می­توان گفت گروههای سیلانول در مجاورت  آب بخشی از پیوندهای خود را از دست داده و باعث شکل­گیری عناصر Si-O-Si کوتاه­تر و قوی­تر می­شوند. از طرفی نباید از اثرهرچند کم ولی مثبت، بوجود آمدن ترک­ها که با کاهش در تنش­های حرارتی متناظر با افزایش دما همراه هستند چشم­پوشی کرد. با درنظر گرفتن نتایج آزمایش مقاومت فشاری در دمای ٦٠٠ درجه می­توان به تأثیر مثبت افزودن نانوسیلیس پی برد. افزودن ٥/١% نانوسیلیس سبب افزایش ٨/٠% مقاومت فشاری گشته است. به همین ترتیب افزودن ٣%، ٥% و ١٠% نانوسیلیس به ترتیب سبب افزایش ٧%، ٧/١٩% و ٨/١٤% نسبت به طرح پایه گشته است. شکل 5 نیز موارد مذکور را مورد تایید قرار می­دهد.

 

 

 

 

 شکل 5-  نمودار میله ای تغییرات مقاومت فشاری در دماهای مختلف

 

چنین تأثیر مثبتی از افزودن نانوسیلیس در افزایش مقاومت فشاری در تحقیقات هاشمی و صدیقی نیز مورد تایید قرار گرفته است ]17[. اما اینکه چرا افزایش مقاومت در طرح LWN10M0 همانند آنچه که در طرح LWN10 اتفاق افتاد رخ نداد ناشی از حذف میکروسیلیس بوده که این امر مؤید نتیجه­ی حاصل از روش تاگوچی است که به نوعی بیانگر اثر بسزای میکروسیلیس در افزایش مقاومت فشاری است.از اثرات  مثبت مواد پوزولانی در مقیاس میکرو و نانو در بهبود مقاومت فشاری باقی­مانده بتن در معرض حرارت می­توان به نتایج تحقیقات صورت گرفته بر روی بتن سبک حاوی میکروسیلیس اشاره کرد. با بررسی مقاومت­های بدست آمده در نمونه­های آن تحقیق، این نتیجه بدست آمد که بیشترین مقاومت نمونه حاوی ٢٠ درصد میکروسیلیس در تمام دماهای مورد نظر( از ٢٠ تا ٨٠٠ درجه سانتیگراد ) رخ می­دهد ]٨[. در مجموع می­توان گفت که نانوسیلیس با مصرف Ca(OH)2 وتبدیل آن به ژل C-S-H موجب استحکام و دوام بیشتر بتن در درجه حرارت­های بالا می­گردد و رشد بلورهای C-S-H طولانی و نازک و اشغال فضای کمتر درماتریس بتن در درجه حرارت بالا می­شود و درنتیجه تراکم ریزساختار کاهش میکرو ترک­ها در زمان تنش­های حرارتی را در پی دارد. مورد دیگری که در طول انجام این آزمایش مشاهده شد، کاهش وزن نمونه­های بتنی با افزایش دما بود که این تغییرات نیز در نمودار شکل 6 آورده شده است.

 

 

 

شکل6- روند تغییرات وزن نمونه­ها با افزایش دما

 

 

همان­گونه که در نمودارهای شکل 6 نمایان است افزایش دما باعث تبخیر آب موجود در نمونه­ها شده است که در پی آن کاهش وزن اتفاق افتاده است. بیشترین وزن در طول آزمایش مربوط به طرح شاهد است. کمترین وزن نیز در ابتدا و انتهای آزمایش مربوط به طرح LWN1.5 است. از بررسی شکل 6 می­توان به این موضوع پی برد که با جای­گزین کردن سیمان با نانوسیلس کاهش وزن محسوسی در نمونه­های بتنی رخ می­دهد و با افزایش دما تا ٦٠٠ درجه نیز این روند ادامه دارد که این اختلاف بسیار کم می­شود. نکته مهم در نمودارهای این شکل، تغییر شیب نمودار تمام طرح­ها در افزایش دما از ٤٠٠ به ٦٠٠ درجه سانتیگراد می­باشد، به جز طرح­های LWN3، LWN5 و LWN10 که با شیب بسیار ملایم­تری افت وزن از خود نشان می­دهند. بیشترین افت وزن در دماهای ٤٠٠ و ٦٠٠ درجه مربوط به نمونه طرح شاهد به ترتیب با ٥/٩% و ١٢% است. بیشترین افت وزن در دمای ٢٠٠ درجه با مقدار ٣/٤% متعلق به طرح LWN10M0 می­باشد. مشخص است که به دلیل وجود ترکیبات کلوییدی بیشتر نسبت به سایر طرح­ها و تبخیر آب، این طرح بیشترین افت وزن را نشان می­دهد. کمترین افت وزن در دماهای ٢٠٠ و ٤٠٠ مربوط به طرح LWN1.5 با ٩/٢% و ٨/٦% است. در دمای ٦٠٠ درجه کمترین افت را نمونه LWN3 با ٥/٨% دارد.

 

3-٣-آزمایش پراش اشعه ایکس

طیف­های مورد بررسی در این آزمایش به وسیله دستگاه پراش اشعه ایکس مدل Xpert-pw3373 در دانشگاه اراک­ با تابش   ( cu-kαλ=1.54056A )گرفته شده است. در تمامی طیف­ها ولتاژ دستگاه 40Kv و جریان آن برابر 35mA بود. همچنین طول گام­ها برای تغییر زاویه ٠٢/٠ درجه و زمان توقف در هر گام برابر ١/٠ ثانیه در نظر گرفته شده است. جهت انجام این آزمایش ابتدا قطعاتی از مرکز نمونه­های فشاری ١٠×١٠ جدا شده و این نمونه­ها کاملاً به صورت پودری یکنواخت و همگن درآمده و مورد آزمایش قرار گرفتند. این آزمایش روی هر ٦ طرح اختلاط که میزان نانوسیلیس در آنها از ٠% تا ١٠% متغیر بود در دمای ٦٠٠ درجه انجام گرفت. در این مطالعه تمرکز روی تغییرات کریستال­های هیدروکسید کلسیم است و حداکثر پیک حاصل از کریستال Ca(OH)2 در زوایای ϴ٢ برابر ˚٥/٣٣، ˚٥/٤٤، می­باشد که با استفاده از پایگاه­های اطلاعاتی بدست آمده است. در شکل­های 7 تا ١2 طیف­های حاصل از آنالیز آزمایش XRD بر روی نمونه­های حاوی درصد­های متفاوت نانوسیلیس قرار گرفته در معرض ٦٠٠ درجه حرارت ارائه شده است.

 

 

 

 

شکل 7- نمونه شاهد(LWplain)

 

 

شکل8- نمونه حاوی %٥/١ نانوسیلیس(LWN1.5)

 

 شکل9- نمونه حاوی ٣% نانوسیلیس(LWN3)

 

 

شکل10- نمونه حاوی ٥% نانوسیلیس(LWN5)

 

 

شکل11- نمونه حاوی ١٠% نانوسیلیس(LWN10)

 

 

شکل12- نمونه حاوی ١٠% نانوسیلیس و فاقد میکروسیلیس

(LWN10M0)

 

 

 

3-3-1- بررسی طیف­های حاصل از آزمایش XRD[6]

همان­طورکه در نمودار­ شکل­های 7 تا ١2 مشاهده می­گردد، افزایش نانوسیلیس در درجه حرارت­های بالا نیز درکاهش پیک­های هیدروکسیدکلسیم موجود در ساختار خمیر سیمان مؤثر بود، چنین کاهشی در تعداد پیک­های هیدروکسیدکلسیم در پژوهش هاشمی و صدیقی همزمان با افزایش نانوسیلیس از%5/1 به  3%  نیزگزارش شد ]18[.

حذف میکروسیلیس با افزایش مجدد پیک­های هیدروکسید­کلسیم همراه است. این مطلب با مطالعه پیک حاصل شده در زاویه θ٢ برابر ٥/٣٣ درجه در نمونه LWN1.5 به میزان ٩٥ مرتبه مشاهده می­گردد که در نمونهLWN3   و نیز در نمونه LWN5 به میزان ١٧ مرتبه محدود می­گردد، البته مشخص گردید که افزودن نانوسیلیس به میزان ١٠ درصد و حذف­ میکروسیلیس باعث بالارفتن مجدد پیک هیدروکسیدکلسیم تا ٧٦ مرتبه می­گردد، که این امر خود توجیه کننده­ی کاهش مقاومت رخ داده در این طرح به دلیل حذف میکروسیلیس می­باشد. در زاویه θ2 برابر ٥/٤٤ درجه در نمونه­های LWplain و LWN1.5 حداکثر پیک هیدروکسیدکلسیم 83 مرتبه مشاهده می­گردد که با افزایش نانوسیلیس به میزان ٣ و ٥ درصد این پیک ایجاد شده به ترتیب به ٤٢ و ٥٢ مرتبه کاهش می­یابد. باز هم مشاهده می­گردد حذف میکروسیلیس از طرح حاوی ١٠ درصد نانوسیلیس سبب افزایش این پیک تا ٥٨ مرتبه می­شود.

 

٣-٤- اثرات حرارت بر ظاهر بتن سبک

با بررسی تصاویر سطح نمونه­ها بعد از قرارگیری در معرض حرارت که در شکل­های ١3 الی ١5 ارائه شده­اند، اولین نکته­ای که به چشم می­خورد تغییر رنگ نمونه­های شاهد است. در دمای ٢٠٠ درجه سانتیگراد نمونه­ها تغییر رنگ خاصی ندارند، اما با بالاتر رفتن دما در ٤٠٠ درجه سانتیگراد رنگی مایل به زرد به خود می­گیرند و در ٦٠٠ درجه به رنگ سفید میل می­کنند. بررسی تغییر رنگ نمونه­ها همزمان با فزایش دما در تحقیقات در سال 2008 ]۸[ و بسطامی و همکاران ]١٠[ نیز مد نظر قرار گرفته است و نتایج مشابهی در پی داشته است. نکته دوم رشد ترک­هاست، همزمان با افزایش دما رشد ترک­ها نیز افزایش می­یابد که در نمونه­های حاوی نانوسیلیس بسیار کمتر است. شکل 15-الف تغییرات ظاهری نمونه LWN3 در دمای ٤٠٠ درجه سانتیگراد می­باشد که در مقایسه با نمونه شاهد (شکل 13) ترک و تغییر رنگ کمتری را از خود نشان می­دهد. شکل ١5 تغییر رنگ و ظاهر نمونه­های حاوی نانوسیلیس در دماهای بالا را نشان ­می­دهد.

 

 

 

 

شکل13- سطح ظاهری بتن LWplain  در دمای ٤٠٠درجه سانتیگراد

 

 

شکل ١4- سطح ظاهری بتن LWplain  در دمای ٦٠٠ درجه سانتیگراد

 

 

شکل ١5- الف- بتن LWN3 در دمای400 درجه سانتیگراد

 

 

شکل١5-ب- بتن LWN1.5 در دمای ٦٠٠ درجه سانتیگراد

 

شکل15-ب نیز نشان دهنده عملکرد بهتر بتن حاوی ٥/١% نانوسیلیس نسبت به نمونه شاهد در دمای ٦٠٠ درجه است. با تأملی در روند حادث شده در سطح ظاهری بتن استنتاج این امر که با افزایش درجه حرارت بتن سبک درمقابل پدیده  خرد و پوسته شدن (Spalling) از خود ضعف نشان می دهد قابل پذیرش است و می‌توان به این نتیجه­ رسید که با افزودن درصد نانوسیلیس در ترکیب می‌توان تا حدودی  رخداد این ضعف را تحت کنترل قرار داد.

 

3-5- آزمایش جذب حجمی آب

آزمایش جذب حجمی آب بر روی نمونه­های مکعبی ١٠×١٠ سانتیمتری در دماهای مورد نظر انجام گرفت و نتایج حاصل از میانگین­گیری بین ٣ نمونه در جداول 9 الی 11 ارائه شده­اند. در ابتدا با نگاهی دوباره به نتایج آزمایشXRD و یادآوری کاهش تعداد پیک­های Ca(OH)2  از آنجایی که این کاهش یعنی تولید بیشتر ژل متراکم C-S-H و به دنبال آن متراکم­تر شدن ساختمان ملات، در نهایت می­توان انتظار داشت که نفوذپذیری هم کاهش یابد. حال با تأمل  در نتایج جداول 9 تا ١1 مشخص می­شود که افزایش دما سبب افزایش چشمگیر تخلخل و نفوذپذیری و در نتیجه افزایش جذب حجمی آب نمونه­ها می­شود. این افزایش نفوذپذیری در ٢٤ ساعت از دمای  ٢٠  تا ٤٠٠ درجه به ٥/٦ برابر نیز می­رسد. پیداست که در دماهای ٢٠ و ٤٠٠ درجه طرح LWN1.5 کمترین نفوذپذیری را دارد. از طرفی افزودن نانوسیلیس در درصدهای بالا و حذف میکروسیلیس از طرح اختلاط سبب ضعف عملکرد بتن سبک در برابر حرارت­های بالا می­گردد. در دمای ٢٠ درجه افزودن تنها ٥/١ نانوسیلیس سبب کاهش ٢٧% جذب حجمی آب می­گردد ولی افزودن ١٠% نانوسیلیس در حضور میکروسیلیس موجب افزایش ٩% جذب حجمی­آب می­گردد و چنانچه میکروسیلیس نیز از طرح اختلاط حذف شود این افزایش به ٦/١٨% هم می­رسد.

با تامل بیشتر در جداول مشخص می­گردد که با گذشت ٥/٠ ساعت از شروع آزمایش در دمای ٢٠ درجه سانتیگراد نمونه­های حاوی ١٠% نانوسیلیس بیشترین نفوذپذیری را دارند. همچنین با گذشت ٢٤ ساعت، این نمونه­یLWN10M0  است که در تمام دماها و همینطور پس از ٤٨ ساعت بیشتر از سایر طرح­ها از خود نفوذ پذیری نشان می­دهد. همانگونه که مشخص است از دمای ٤٠٠ درجه با تجزیه هیدروکسیدکلسیم موجود در ترکیبات سیمانی و تخریب ماتریس بتن، رشد تخلخل و  افزایش جذب آب اتفاق می­افتد، نتیجه­ای که مرجع ]١9[ نیز بدان می­رسد. نانوسیلیس با مصرف Ca(OH)2 و تبدیل آن به کلسیم سیلیکات هیدرات که دمای ذوب آن ٩٠٠ درجه است موجب بهبود دوام بتن در برابر دماهای بالا می­گردد.

در نتایج تحقیقات اسماعیل نیا عمران و بهمند به تاثیرات مثبت استفاده از مواد پوزولانی در کاهش نفوذپذیری بتن در دماهای بالا پرداخته می­شود ]١9[. در مجموع می­توان اظهار داشت که افزودن نانوسیلیس در درصدهای کم والبته بصورت کنترل شده می­تواند اثری مثبت بر نفوذ­پذیری نمونه بتن سبک داشته باشدکه در این پژوهش با جایگزینی ٥/١% نانوسیلیس به این مهم دست یافتیم.

 

جدول 9- جذب حجمی نیم­ساعته آب کلیه طرح­ها

نوع طرح

(%)جذب آب در مدت نیم ساعت

٢٠ C

٤٠٠ C

٦٠٠ C

LWplain

١/٢٠

٥/٣١

٦/١٠

LWN1.5

١/٠٠

٤/٥٢

٦/١١

LWN3

١/١٨

٥/٢٦

٦/٠٣

LWN5

١/٠٤

٥/٧٥

٦/٠٧

LWN10

١/٤٩

٥/٦٦

٥/٧٨

LWN10M0

١/٣٠

٤/٧٧

٦/١٤

 

جدول 10- جذب حجمی ٢٤ ساعته آب کلیه طرح­ها

نوع طرح

(%)جذب آب در مدت ٢٤ساعت

٢٠ C

٤٠٠ C

٦٠٠ C

LWplain

١/٥٣

١٠/٢١

١٠/٨٥

LWN1.5

١/٣٦

٨/٧٩

١٠/٨١

LWN3

١/٤٥

١٠/٠٤

١٠/٧٨

LWN5

١/٥٢

١٠/٤٥

١٠/٥٤

LWN10

٢/٠٥

١٠/٣٣

١٠/٦٧

LWN10M0

٢/١٩

١٠/٥٦

١١/١٨

 

جدول 11-جذب حجمی ٤٨ ساعته آب کلیه طرح­ها

نوع طرح

(%)جذب آب در مدت ٤٨ساعت

٢٠ C

٤٠٠ C

٦٠٠ C

LWplain

١/٩٠

١٤/١٣

١١/٥٦

LWN1.5

١/٣٨

٩/٢٠

١١/٤٨

LWN3

١/٨٢

١١/١٢

١١/٤١

LWN5

١/٥٧

١٠/٧٢

١١/١٦

LWN10

٢/٠٧

١١/٢٠

١١/٣٨

LWN10M0

٢/٢٥

١١/٤١

١١/٦٠

 

٤- نتیجه­گیری

هدف اصلی این مطالعه بررسی تغییرات به­وجود آمده در خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن سبک همراه با افزایش دما و واکاوی تأثیرات مثبت و منفی درصدهای مختلف نانوسیلیس ومیزان اثر­گذاری این درصدهای مختلف در ایجاد تغییر در خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن سبک همراه با افزایش دما می­باشد، نتایج حاصل به شرح ذیل می باشد:

 ١- افزایش دما سبب کاهش مقاومت فشاری تمام نمونه­های بتنی می­گردد که این افت مقاومت در طرح­های مختلف بسته به درصد افزودن نانوسیلیس متفاوت است با افزایش درصد نانوسیلیس میزان افت مقاومت نسبت به دمای اتاق در مقایسه با نمونه فاقد نانوسیلیس هم افزایش می­یابد ولی به واسطه­ی افزایش درصد نانوسیلیس مقاومت نهایی طرح همراه با این افزایش دما نسبت به نمونه فاقد نانوسیلیس افزایش می­یابد، به عبارتی نانوسیلیس با افزایش دما نقش مثبت خود را برروی مقاومت فشاری بصورتی پررنگ­تر ایفا می کند.

2- همزمان با افزایش درصد نانوسیلیس در طرح­های دارای  میکروسیلیس پیش­بینی افزایش و یا حداقل عدم کاهش در مقاومت فشاری به دلیل کامل شدن هیدراسیون که درصد بالایی از نانوسیلیس را هم به همراه دارند چندان دور از انتظار نیست، حال آنکه این کامل شدن در هیدراسیون ممکن است در سایر طرح­ها هم رخ دهد، ولی به دلیل کمتر بودن درصد نانوسیلیس افزایش مقاومت فشاری  ناشی از کامل شدن هیدراسیون نمی­تواند کاهش مقاومت فشاری ناشی از افزایش دما را جبران کند.

3- با افزودن نانوسیلیس می توان روند حرکت بتن سبک به سمت نشان دادن ضعف در مقابل کنده شدن یا  Spalling را کند کرد.

4- با افزودن نانوسیلیس بصورتی کاملاً محدود وکنترل شده می­توان ضعف بتن سبک در برابر افزایش نفوذپذیری با افزایش دما را برطرف کرد.

5- افزودن نانوسیلیس موجب کاهش در میزان شدت پیک­های هیدروکسید کلسیم می­گردد. افزودن بیشتر نانوسیلیس تأثیری بیشتر در کاهش شدت پیک­های هیدروکسید کلسیم موجود در نمونه­های بتنی دارد. از طرفی به دلیل کاهش در شدت پیک­های هیدروکسیدکلسیم همزمان با افزایش درصد نانو-سیلیس وتولید ژل C-S-H ساختمان سیمان متراکم­تر شده لذا مقاومت بتن افزایش و نفوذپذیری آن کاهش می­یابد.



 

1 High strength concrete 

2 Ground-granulated blast-furnace slag

 

3 ACI 213R-03 Guide for Structural Lightweight-Aggregate Concrete

 

4 BS 1881 British Standards Testing Concrete

5 ACI 213R-87 Guide for Structural Lightweight Concrete

 

1 X-ray Power Diffraction (XRD)

[١]. رمضانیانپور، ع ا. ، بتن سبک از تحقیق تا کاربرد، اولین کنفرانس ملی بتن سبک، دانشگاه تهران، 1390.
[2] Bamonte P, Gambarova PG, Meda P.,                                                                 Today’s concretes exposed to fire-test results and sectional analysis. Struct Concr 2008; 9(1): 19-29.
[3] Morsy MS, Rashad AM, El-Nouhy HA., Effect of elevated temperature on physico-mechanical properties of metakaolin blended cement mortar. Struct Eng Mech 2009; 31: 1-10.
[4] Morsy MS, Rashad AM, Shebl SS., Effect of elevated temperature on compressive strength of blended cement mortar. Build Res J 2008; 56: 173-85.
[5] Morsy MS, Othman TA, Abo-El-Enein SA. Effect of fire on physiothermal properties of admixed cement. Disaster Management and safety of building in Arab countries, Riyadh, Kingdom of Saudi Arabia, March 29-April 01, 2008.
[6] Arioz O. ,Effect of  elevated temperature on properties of concrete. Fire Saf J 2007; 42: 516-22.
[7] Phan LT, Carino Nj. Effect of test conditions on behavior of high-strength concrete exposed to high temperature, ACI Material Journal, 99(1): 54-66, 2002.
[8] Tanyildizi H , Coskun A. Performance of lightweight concrete with silica fume after high temperature, Construction and Building Materials, NO 22 (2008): 2124–2129.
[9] Othuman MA, Wang YC. Elevated- temperature thermal properties of light- Weight foamed concrete, Construction and Building Materials, 25 (2011): 705-716.
[10] Bastami M, Chaboki-Khiabani A,  Baghbadrani, M. Kordi, "Performance of high strength concretes at elevated temperatures, Scientia Iranica A(2011) 18 (5): 1028–1036.  
[11] Won JP, Kang HB, Lee SW, Kan JW. Thermal characteristics of high-strength polymer-cement composites with light weight aggregate and polypropylene fiber,
Construction and Building Materials 25 (2011): 3810-3819.
[12] Andic-Cakır O, Hızal S. Influence of   elevated temperatures on the mechanical properties and microstructure of self consolidating lightweight aggregate concrete Construction and Building Materials, 34 (2012): 575–583.
[13] Siddique R, Kaur D. Properties of concrete containing ground granulated blast furnace slag at elevated temperatures, Journal of Advanced Research (2012) 3: 45–51.   
 
[14]­­ Morsy M.S., . Al-salloum Y.A, Abbas H.  , Alsayed S.H.. Behavior of blended cement mortars containing Nano-Metakaolin at elevated temperature, Construction and Building materials, 35 (2012) 900-905.
[15] Hashemi S.H., MirzaeiMoghadam I.. Influence of Nano-silica and Polypropylene Fibers on Bond Strength of  Reinforcement And  Structural Lightweight  Concrete IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 27, No.2, (February 2014) 261-268
[16] ACI 213R, Guide for Structural Light-weight Aggregate Concrete, ACI 213R; 1998
[17] Automatic Design and Analysis of Taguchi Experiments, Nutek, Inc.
]18[  هاشمی، سید حمید. و صدیقی، حمیدرضا. ، کاربرد  روش تاگوچی در پیش­بینی طرح اختلاط بهینه­ی بتن سبک حاوی نانوسیلیس و میکروسیلیس. مجله تحقیقات بتن، سال پنجم، شماره دوم، ص 53-45، زمستان 91.
 [١9] اسماعیل نیا عمران، محمد. و نوریان بهمند، محسن. ،  اثر پوزولان­های طبیعی کشور بر دوام بتن خودتراکم در برابر درجه حرارت بالا. اصفهان: نهمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان اردیبهشت1391.