نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه محقق اردبیلی
2 کارشناس ارشد مهندسی عمران-سازه، دانشگاه محقق اردبیلی
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Concrete is one of the most important structural materials which is produced from proportional mixture of cement, aggregates, water and admixtures. Compaction of the concrete is one of the factors that make it difficult to use, particularly in the structures with high reinforcement steel bars. In cases such as foundation of bridges, bottom of the columns of skyscrapers and ets, vibration of concrete for compaction is almost impossible. To solve this problem we can use self-compacting concrete which causes complete compaction and also increases casting velocity. This kind of concrete is produced with superplasticizer and other admixtures. This Article examines the effect of the addition of nanosilica on mechanical properties and Durability parameters self-compacting concrete in sulfate destructive environment. For this purpose, in laboratory studies we have used some tests such as compressive strength and permeability. The results show that the addition of nanosilica could effect on mechanical properties of self compacting concrete, also increase the durability of concrete against sulfate destructive factor that reduce the compressive strength at later stages. Nanosilica reduces the porosity in hydration cement by filling the pore space between the larger particles at the nano-scale and greatly reduced permeability.
کلیدواژه‌ها [English]
1-مقدمه
بتن خودتراکم (self compacting concrete) یکی از گامهای رو به جلو در زمینه بتن است. این بتن پدیده جدیدی در علم مصالح ساختمانی است که تقریبا سه دهه از عمر آن می‌گذرد. پیدایش فوقروانکنندهها به عنوان نوع جدیدی از افزودنی ها زمینه را برای ظهور بتن خود تراکم فراهم کرده است. بتن خودتراکم شاخه جدید بتن با مقاومت متوسط به بالا میباشد که بدون نیاز به ویبره کردن و تحت وزن خود داخل قالب را پر میکند] 1[. در اوایل دهه هشتاد میلادی بهدنبال کاهش نیروی کار ماهر در صنعت ساخت وساز ژاپن و تراکم نا مناسب ناشی از افزایش حجم آرماتورهای مصرفی به تبع عملکرد بهتر سازهای از طرف دیگر که باعث کاهش کیفیت کارهای اجرایی انجام گرفته گردید[2]، این موضوع برای چندین سال مورد بحث و
بررسی قرار گرفت تا اینکه نظریه بتن خودتراکم به عنوان راه حلی برای رفع مشکل دوام سازههای بتنی توسط اوکامورا (Okamura) در سال ۱۹۸۶ مطرح گردید [3]. توافق گسترده‌ای وجود دارد که فناوری نانو دارای پتانسیل انقلابی در جهان علم مواد بتن میباشد. یکی از این محصولات، نانوسیلیس میباشد. نانوسیلیکا یک محصول ترکیبی با ذرات کروی در طیف وسیعی از 1-50 نانومتر است. ترکیب نانوسیلیس در بتن، سیمان پرتلند و مصالح در آزمایشگاه با موفقیت همراه بوده است [4]. نانوسیلیس، تخلخل در سیمان هیدراته شده را به وسیلهی پر کردن فضاهای خالی بین ذرات بزرگتر در مقیاس نانو کاهش میدهد. علاوه بر این، نانوسیلیس فعالیت‌های پوزولانی را در مصالح و خاکستر بادی فراهم میکند، که نتایج آن منجر به افزایش سریعتر در مقاومت و پتانسیل برای کاهش مشکلات و مقاومت آهسته در مصالح پوزولانی میباشد [5]. نانوسیلیس همچنین می‌تواند مقدار سیمان مورد نیاز برای بتن را کاهش دهد، در نتیجه کاهش تولید حرارت بالا و وجود مشکلات انقباضی با محتویات بالا کاهش پیدا میکند [6]. گارسیا و همکارانش اصلاح بتن خودتراکم با آمورف نانوسیلیس با درصدهای مختلف نانوسیلیکا در بتن خودتراکم با توزیع ذرات مشابه از طریق دو فرآیند متفاوت مورد آزمایش قرار دادند. تأثیر نانوسیلیس بر خواص بتن تازه و دوام بتن سختشده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست‌آمده نشان میدهد که نانوسیلیس می‌تواند خواص مکانیکی و دوام بتن را بهبود ببخشد [7]. در مطالعه دیگر آزمایشگاهی، عملکرد دوام بتن با نانوسیلیس توسط هانگجیان دو و همکارانش با درصدهای 3/0 و 6/0 نانوسیلیس در نمونههای بتنی انجام گرفت. با توجه به نقش پرکنندگی و واکنش پوزولانی نانوسیلیس بخصوص در منطقه‌گذار سطحی که منجر به کاهش تخلخل و نفوذپذیری و افزایش دوام در نمونهها گردید [8]. نفوذپذیری بتن یکی از خواص مهم بتن در رابطه با دوام آن است، که این خاصیت، تسهیلاتی را فراهم میکند که آب یا سیالات دیگر بتوانند از میان بتن جریان پیدا کرده و مواد مضر و آسیب رسان را با خود به درون بتن حمل نمایند.
اثر نانوسیلیس و میکروسیلیس بر تخلخل و نفوذپذیری بتن خودتراکم سختشده در سنین پایین توسط خاویر پوینتس و همکاران مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق آزمایشهای تبخیر آب، فشار مویینگی، درجه حرارت و سرعت پالس فراصوتی بر روی نمونهها انجام گرفت. نتایج حاکی از این بود که با اضافه کردن سیلیس ساختار بتن سختشده اصلاح شد و تخلخل بتن کاهش یافت. همچنین منجر به کاهش نفوذپذیری بتن در سنین 7 و 28 روزه گردید[9]. ارهان گونوسی و همکاران بررسی رفتار رئولوژیکی نانوسیلیس و خاکستر تازه بر مخلوط بتن خودتراکم مورد مطالعه قرار دادند. در این تحقیق آزمایشگاهی از نانوسیلیس با درصدهای 2، 4 و 6 درصد وزنی سیمان و نسبت وزنی آب به سیمان 0.33 تحت آزمایشهای بتن تازه از جمله زمان افت جریان، جعبه L، قیف V و غیره قرار گرفت و نتایج حاکی از این بود که افزودن خاکستر بادی نسبت به افزودن نانوسیلیس تأثیر بهتری در بهبود خواص رئولوژیکی بتن خودتراکم داشته است [10]. مطالعه آزمایشگاهی اثر نانوسیلیس روی خواص مکانیکی و دوام بتن خودتراکم توسط محمدرضا تقیخانی و همکاران انجام شد. در این تحقیق ابتدا طرح مخلوطهای مختلفی برای چهار نوع بتن خودتراکم (SCC)، ساخته و آزمایش شد: 1-بتن خودتراکم حاوی فقط نانوسیلیس 2-بتن خودتراکم حاوی فقط میکروسیلیس 3-بتن خودتراکم حاوی میکروسیلیس و نانوسیلیس 4-بتن خودتراکم شاهد، فاقد نانو سیلیس و میکروسیلی. بدین ترتیب مقادیر جریان اسلامپ، جعبه L و مقاومت فشاری 7 و 28 روزه نمونه ها تعیین شد. سپس براساس نتایج واز آنجا که تاکنون آئین نامه مدونی جهت خصوصیات بتن خودتراکم تهیه نشده است، نتایج نشان میدهد که افزودن تنها نانوسیلیس به مخلوط بتن خودتراکم باعث بهبود خواص مهندسی بتن نشده است. هر‍چند، امکان عملکرد رضایت بخش با کاربرد میکروسیلیس در طرح اختلاطهای این نوع بتن وجود دارد، همچنین با افزودن همزمان میکروسیلیس و نانوسیلیس به مخروطهای بتن خودتراکم، بهترین تأثیر در خواص مهندسی در مقایسه با بتن خودتراکم شاهد ایجاد شده است [11]. تاکنون بررسیهای انجام گرفته بر روی دوام و نفوذپذیری بتن خودتراکم در محیط عادی صورت گرفته است و نیاز به بررسی نفوذپذیری و خواص مکانیکی در محیط مخرب سولفاته با درصدهای مختلف نانوسیلیس ضروری به نظر می رسد.
2-مواد و روش‌ها و برنامه آزمایشگاهی
2-1-سنگدانه
سنگدانه‌های مصرفی در این پروژه آزمایشگاهی از شن و ماسه‌های استخراج‌شده از روستای گیله‌ده آستارا تهیه شده است. سنگدانه‌های درشت با نام شن شکسته با حداکثر قطر 19 میلی متر و با وزن مخصوصg/cm3 68/2 و جذب آب 5 درصد و سنگدانه‌های ریز با نام ماسه با قطر حداکثر 75/4 میلی متر و مدول نرمی 67/2 و وزن مخصوص g/cm3 64/2 مورد استفاده قرار گرفتند.
2-2-سیمان و مواد پوزولانی
بتن خودتراکم مورد بررسی در این پروژه آزمایشگاهی از سیمان پرتلند پوزولانی کارخانه سیمان شهر اردبیل واقع در نمین با وزن kg/m3 3130 تهیه شده است که مشخصات شیمیایی این سیمان در جدول 1 آورده شده است. نانوسیلیس مصرفی در این پروژه به صورت پودری با ابعاد 20 تا 30 نانومتر و خلوص 99 درصد و به رنگ سفید محصول شرکت پیشگامان نانو مواد ایرانیان درمشهد NANOMATERIALS PIONEERS COMPANY) (IRANIAN میباشد که شکل ظاهری این ماده در شکل 1 آورده شده است.
2-3-آب و مواد مصرفی
آب اختلاط مورد استفاده در این پژوهش آب شرب اردبیل است. برای ساخت بتن خودتراکم از فوق‌روان‌کننده بتن مایع بر پایه نفتالین سولفونات، با نام "FABCRETE- 100 "محصول شرکت فابیر استفاده شده است. ماده افزودنی هوازای مورد استفاده در طرحهای اختلاط که برای ایجاد و توزیع یکنواخت حبابهای بسیار ریز هوا به اندازه‌های معین مورد استفاده قرار گرفته است، محصول شرکت نامیکاران که مطابق با استاندارد ASTM 260-81 میباشد. برای ایجاد محیط سولفاته از سولفات منیزیم به صورت پودری استفاده شده است. این ماده محصول شرکت تهران اسید میباشد که مشخصات فیزیکی این ماده این ماده در جدول 2 آورده شده است.
جدول 1-درصد ترکیبات موجود در سیمان پرتلند پوزولانی اردبیل
|
ترکیبات تشکیل دهنده |
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
|
درصد |
60-35 |
35-20 |
11-9 |
12-9 |
|
شکل ظاهری |
رنگ |
PH |
چگالی g/cm3 |
میزان حلالیت g/l |
میزان آهن(درصد) |
میزان کلرید(درصد) |
دمای تجزیه(c) |
چگالی تراکم kg/m3 |
|
کریستالی |
سفید |
7 |
45/2 |
36 |
001/0 |
002/0 |
1124 |
500 |
جدول2-مشخصات فنی سولفات منزیم مورد استفاده در این آزمایشها
|
ردیف |
نام طرح |
شن kg)) |
ماسه kg)) |
سیمان kg)) |
آب kg)) |
فوق روان کنندهgr)) |
نانو سیلیس %) سیمان) |
هوازا gr)) |
محیط عمل آوری |
|
1 |
Scc01 |
960 |
640 |
450 |
5/202 |
9 |
0 |
9/0 |
عادی |
|
2 |
Scc02 |
960 |
640 |
5/445 |
5/202 |
9 |
1 |
9/0 |
عادی |
|
3 |
Scc03 |
960 |
640 |
441 |
5/202 |
9 |
2 |
9/0 |
عادی |
|
4 |
Scc11 |
960 |
640 |
450 |
5/202 |
9 |
0 |
9/0 |
5 درصد سولفات |
|
5 |
Scc12 |
960 |
640 |
5/445 |
5/202 |
9 |
1 |
9/0 |
5 درصد سولفات |
|
6 |
Scc13 |
960 |
640 |
441 |
5/202 |
9 |
2 |
9/0 |
5 درصد سولفات |
|
7 |
Scc21 |
960 |
640 |
450 |
5/202 |
9 |
0 |
9/0 |
10 درصد سولفات |
|
8 |
Scc22 |
960 |
640 |
5/445 |
5/202 |
9 |
1 |
9/0 |
10 درصد سولفات |
|
9 |
Scc23 |
960 |
640 |
441 |
5/202 |
9 |
2 |
9/0 |
10 درصد سولفات |
شکل1- نانوسیلیس
2-4-طرح اختلاط
در این برنامه آزمایشگاهی به منظور بررسی اثر نانو سیلیس بر روی بتن خودتراکم 9 طرح اختلاط با نسبت آب به سیمان 45/0 ساخته شد. از نانو سیلیس با درصدهای 0 ، 1 و 2 درصد و از فوق‌روان‌کننده، به نسبت 2 درصد وزنی سیمان و همچنین از هوازای بتن به نسبت 2/0 درصد وزنی سیمان استفاده شد. ویژگیهای کامل اختلاط و درصد اختلاط نمونه ها با نسبت‌های وزنی مختلف با توجه به جدول 3 طبق استاندارد ACI-211 آورده شده است. طبق این جدول تعداد نمونههای ما 162 عدد بوده است.(81 نمونه مکعبی برای انجام آزمایش مقاومت فشاری و 81 نمونه مکعبی برای انجام آزمایشهای مربوط به عمق نفوذ آب در نفوذپذیری)
جدول 3-مقادیر وزنی مصالح استفاده شده در طرح اختلاط نمونه ها(kg/m3)
2-5-روش آزمایش و عمل آوری
2-5-1-آزمایشهای بتن تازه
2-5-1-1-آزمایش جریان اسلامپ: این آزمایش جهت ارزیابی خاصیت پرکنندگی بتن خودتراکم مورداستفاده قرار میگیرد [12].
2-5-1-2-آزمایشحلقه J شکل: آزمایش حلقه J در دانشگاه paisley توسعه یافت. این روش جهت بررسی خاصیت عبوری بتن طراحی شده است [13].
2-5-1-3-آزمایش قیف :Vاین آزمایش توسط Ozawa و همکارانش در ژاپن توسعه یافت که جهت بررسی خاصیت پرکنندگی بتن با ماکزیمم اندازه سنگدانه 20 میلیمتر طراحی گردیده است. دراین آزمایش زمان تخلیه بتن از داخل قیف مورد بررسی قرار میگیرد [14].
2-5-1-4-آزمایش جعبه U شکل: این آزمایش توسط مرکز تحقیقات فناوری موسسه TAISEI در ژاپن ابداع گردید. جعبه U خاصیت عبوری بتن خودتراکم را مورد ارزیابی قرار میدهد [15].
2-5-1-5-آزمایش جعبه L شکل: این آزمایش جهت اندازه گیری خاصیت عبوری بهکار میرود.بدین منظور ارتفاع در ابتدا و انتهای قسمت پایینی جعبه اندازه گرفته شده و نسبت آنها مورد ارزیابی قرار میگیرد [16].
2-5-2-آزمایشهای بتن سخت شده
2-5-2-1-آزمایش مقاومت فشاری
در این تحقیق، آزمایش مقاومت فشاری نمونهها بر اساس استاندارد ASTM C39 انجام شد. نمونهها را بعد از عملآوری در محیط عادی و محیط سولفاته از آب خارج کردیم و به مدت یک روز در دمای محیط قرار دادیم. سپس نمونه ها را در دستگاه بتن شکن قرار داده ونیروی لازم جهت گسیخته شدن نمونه از روی دستگاه قرائت شده و ثبت گردید. آزمایش در سنین 28 ، 56 و 90 روز بر روی نمونههای مکعبی با ابعاد 15 سانتیمتر انجام شد. در شکل 2 نحوه‌ی شکست نمونه ها آورده شده است که این نوع شکست با توجه به نمودار تنش-کرنش نمونه ها قابل توجیه میباشد.
شکل 2-نحوه شکست نمونههای مکعبی تحت آزمایش مقاومت فشاری
2-5-2-2-آزمایش نفوذپذیری
نفوذپذیری بتن معمولا از طریق محاسبه مقدار آب تحت فشار که برای جریان یافتن به درون یک نمونه بتنی داخل میشود، در یک فاصله زمانی مشخص تعیین میشود. با اندازهگیری عمق نفوذ آب پس از شکستن نمونهها میتوان به معیاری برای نفوذپذیری بتن دست یافت. در روش اخیر بر اساس DIN1048 نمونههای مکعبی 15*15*15 سانتیمتری بتن تحت فشار ثابت 5 اتمسفر قرار می‌گیرند. طبق استاندارد سطحی از نمونه که با فشار بر آن اثر میکند با برس سیمی کمی زبر میشود.
پس از گذشت 72 ساعت نمونهها به دو نیم تقسیم شده و مقدار نفوذ آب اندازهگیری میگردد] 17[.در تعیین مقدار نفوذ آب در نمونهها سعی شد تا عدد معرفی شده، میانگینی از مقادیر مختلف نفوذ آب در طول 15 سانتیمتری بعد نمونه باشد.در این آزمایش نمونهها ابتدا به مدت 28، 56 و 90 روز در محیط آب‌شرب و محیط آب‌شرب با 5 درصد و 10 درصد سولفات عملآوری شده، سپس مورد آزمایش نفوذپذیری قرار گرفتهاند. در شکل 3 دستگاه نفوذپذیری نمونههای مکعبی بتن خودتراکم و نحوه قرار دادن این نمونه ها آورده شده است.
شکل 3- دستگاه آزمایش نفوذپذیری نمونههای مکعبی
2-5-2-3-عملآوری بتن خودتراکم تازه
بعد از ساخت نمونههای بتنی و ریختن آنها در قالبهای مکعبی و استوانهای به مدت 24 ساعت در این قالبها می مانند و بعد از 24 ساعت نمونهها را از قالبها بیرون آورده و تمامی نمونهها را در حوضچه آب معمولی 20 درجه سانتیگراد جهت عملآوری قرار میدهیم..پس از گذشت 7 روز و عملآوری در آب، ثلث اول نمونهها در محیط آب معمولی، ثلث دوم در آب با 5 درصد وزنی سولفاتمنیزیم و ثلث سوم در آب با 10 درصد وزنی سولفاتمنیزیم مورد عملآوری قرار گرفتند. برای ساخت محیط سولفاته، به اندازه 5 درصد و 10 درصد وزن آب، سولفاتمنیزیم به آب اضافه میکنیم.
لازم به ذکر است که بهدلیل تغییرات PH آب در زمان طولانی، دو هفته یکبار، آب تشت تخلیه میشد و محیط سولفات دوباره ساخته میشد. پس از زمان عملآوری بتنها را از آب و محیط سولفاته درآورده ابتدا وزن مینماییم سپس طبق آیین‌نامه به مدت یک روز در دمای 20 درجه قرار میدهیم تا برای آزمایش مقاومت فشاری و کششی رطوبتی نداشته باشد. نمونهها برای سنین 28، 56 و 90 روز مورد عملآوری قرار گرفتند تا برای آزمایشهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند که در شکل 4 نحوه‌ی عملآوری نمونههای مکعبی و استوانه ای با درصدهای مختلف نانوسیلیس آورده است.
شکل4- نحوه عملآوری نمونههای مکعبی و استوانهای
3-نتایج و تحلیل آزمایشات
3-1-نتایج آزمایشات بتن تازه
سه معیار اصلی برای ارزیابی رفتار رئولوژیکی بتن خودتراکم تازه شامل قابلیت پخششدگی، قابلیت عبور و دارا بودن مقاومت کافی در برابر جدایی سنگدانهها از ملات سیمان میباشند. لذا برای ارزیابی
بتن خودتراکم آزمایشات بتن تازه بر روی نمونهها قبل از ریختن بتن در قالب انجام شد. آزمایشهای بتن تازه انجام گرفته در این پژوهش شامل جریان اسلامپ، حلقه J، جعیه L، قیف V و جعبه U میباشند که نتایج این آزمایشها در جدول 4 مشاهده میشود. با توجه به این جدول مشخص میشود که نتایج آزمایشات انجام شده در اکثر طرحها در محدوده مجاز قرار دارد.
جدول 4-خصوصیات رئولوژی طرحها
|
شماره طرح |
نام طرح |
جریان اسلامپ Dsl(cm) |
حلقه J |
|
قیف V (S) |
قیف V پنج دقیقه(S) |
جعبه U
h2-h1(cm) |
جعبه L (h2/h1) |
|
D(cm) |
h2-h1(cm) |
|||||||
|
1 |
Scc01 |
62 |
70 |
5/0 |
8 |
7/1 |
5/2 |
72/0 |
|
2 |
Scc02 |
73 |
5/68 |
7/0 |
7 |
8/1 |
2 |
83/0 |
|
3 |
Scc03 |
59 |
67 |
9/0 |
11 |
2 |
7/3 |
8/0 |
|
مقادیر پیشنهادی |
80-65 |
- |
1-0 |
12-6 |
3-0 |
3-0 |
1-8/0 |
|
3-2-نتایج آزمایشات بتن سختشده
3-2-1-آزمایش مقاومت فشاری
نتایج حاصل از آزمایش مقاومت فشاری روی نمونههای مکعبی در جدول 5 آورده شده است. طبق این جدول با اضافه کردن نانوسیلیس به نسبت 1 درصد وزنی سیمان مقاومت فشاری نمونهها تا 32 درصد در نمونههای 28 روزه، 30 درصد در نمونههای 56 روزه و 28 درصد در نمونههای 90 روزه افزایش مییابد و با اضافه کردن 2 درصد نانوسیلیس به بتن خودتراکم شاهد مقاومت فشاری در نمونههای 28 روزه تا 27 درصد افزایش پیدا کرد. این افزایش مقاومت در نمونههای حاوی 2 درصد نانوسیلیس در سنین 56 و 90 روزه به ترتیب 24 و 21 درصد بوده است. محیط سولفاته به عنوان یک عامل مخرب سبب کاهش روند کسب مقاومت میگردد که این کاهش مقاومت برای محیط 5 درصد سولفات تا 10 درصد در نمونههای شاهد بود. در نمونههای 1 و 2 درصد نانوسیلیس حداکثر 2 درصد کاهش مقاومت فشاری را شاهد بودیم و در محیط سولفاته 10 درصد این کاهش مقاومت در نمونهی شاهد تا 15 درصد بود ولی در حالت نمونههای 1 درصد نانو و 2 درصد نانو حداکثر 5 درصد مؤثر بوده است. با توجه به جدول 5 مشخص میشود که بیشترین درصد رشد مقاومت برای نمونههای دارای 1 درصد نانو سیلیس میباشد و در نمونههای 2 درصد نانوسیلیس با اینکه نسبت به نمونه شاهد روند افزایش مقاومت مشاهده میگردد، ولی به اندازه 1 درصد نانوسیلیس نمیباشد. نانوسیلیس در مقاومت 28 روزه بیشترین تأثیر را داشته و در سنین بالاتر این مقدار کاهش مییابد. این تأثیر در نانوسیلیس یک درصد بیشترین مقدار را دارا میباشد. در نانوسیلیس دو درصد به دلیل اینکه روانی و کارایی بتن نسبت به یک درصد نانوسیلیس پایین میآید مقاومت کمتری نسبت به حالت قبلی دارد ولی نسبت به نمونه شاهد مقاومت بیشتری حاصل میگردد و مشاهده میشود که فاصله مقاومت نمونههای 56 روزه و 90 روزه کمتر است. دلیل این امر تأثیرگذاری بیشتر نانوسیلیس در سنین پایینتر میباشد و این امر در دراز مدت و با کاهش اثر نانوسیلیس بر روی نمونهها کاهش مییابد.
جدول5- میانگین مقاومت فشاری سه نمونه مکعبی برای هر طرح اختلاط
|
نام طرح |
مقاومت فشاری 28 روزه(kg/cm2) |
مقاومت فشاری 56 روزه(kg/cm2) |
مقاومت فشاری 90 روزه(kg/cm2) |
|
Scc01 |
345 |
386 |
402 |
|
Scc02 |
455 |
509 |
520 |
|
Scc03 |
430 |
481 |
495 |
|
Scc11 |
320 |
358 |
380 |
|
Scc12 |
420 |
470 |
495 |
|
Scc13 |
402 |
450 |
472 |
|
Scc21 |
305 |
341 |
356 |
|
Scc22 |
397 |
445 |
400 |
|
Scc23 |
385 |
428 |
430 |
3-2-2-آزمایش نفوذپذیری(عمق نفوذ آب تحت‌فشار)
با توجه به جدول 6 به طور کلی میتوان گفت که نفوذپذیری تمامی نمونهها در برابر آب از همان سنین اولیه بر اساس استاندارد DIN، در ردۀ «نفوذپذیری کم» قرار گرفتهاند. جدول 6 نتایج عمق نفوذ آب در نمونههای بتنی عملآوری شده در آب شرب، آب 5 درصد و 10 درصد سولفات در سنین 28، 56 و 90 روزه را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میکنیم با افزایش درصد نانوسیلیس نفوذپذیری کاهش مییابد که این درصد کاهش تقریبا 23 درصد میباشد. با توجه به نمودار شکل 5 با افزایش سن نمونهها نیز نفوذپذیری کاهش مییابد که در نمودار شکل 5 به وضوح روشن است. این کاهش نفوذپذیری در حدود 30 درصد میباشد. عامل مخرب سولفاتمنیزیم عکس این قضیه عمل میکند و نفوذپذیری را افزایش میدهد ولی وجود نانوسیلیس، دوام بتن خودتراکم را افزایش داده و مانع افزایش نفوذپذیری میگردد. نانوسیلیس بر نمونههای عملآوری شده در محیط سولفات در حدود 5 درصد در کاهش نفوذپذیری مؤثر است. در نمونههای 28 روزه وجود نانوسیلیس به مقدار یک درصد وزنی باعث کاهش نفوذپذیری در حدود 10 درصد نسبت به نمونه شاهد گردید. این کاهش نفوذپذیری در نمونههای 2 درصد، در حدود 13 درصد نسبت به نمونه شاهد بوده است. این روند کاهش نفوذپذیری بر اثر افزودن نانوسیلیس در سنین بالا به میزان بیشتری بوده، به طوریکه در نمونههای 56 روزه و با نانوسیلیس 1 و 2 درصد این کاهش به ترتیب 15 و 18 درصد بوده و در نمونههای 90 روزه افزودن نانوسیلیس به میزان 1 و 2 درصد به ترتیب باعث کاهش 20 و 25 درصدی نفوذپذیری نسبت به نمونه شاهد گردیده است. البته افزایش سن نمونهها یکی دیگر از علل کاهش نفوذپذیری میباشد ولی این کاهش در سنین بالا به میزان بسیار کمی میباشد. در توجیه دلیل این موضوع میتوان گفت که نفوذپذیری به صورت حرکت مایع یا گاز در بتن تحت فشار تعریف میشود و یک خصوصیت ذاتی است که به قرارگیری و نظم هندسی و ویژگی ذرات تشکیل‌دهنده بتن بستگی دارد و به وسیلة تراکم و تخلخل خمیر و هیدراته شدن سیمان و ناحیة انتقال بتن کنترل میشود. در خمیر هیدراته شده، حفرات مویینه و حفرات ژلی پخش شده‌اند. حفرات ژلی بسیار کوچک هستند و در عین حال یک شبکه آزاد را تشکیل می‌دهند که نفوذپذیری آن بسیار کم است و برعکس حفره‌های مویینه با فضاهای بزرگتری بین ذرات سیمان وجود دارند. نفوذپذیری بهتر (پایینتر) مخلوطهای بتن خودتراکم را میتوان نسبت داد به کمتربودن آب به مواد پودری(w/b) این بتنها و نیز تراکم بهتر به دلیل خودمتراکم شوندگی و عدم نیاز به ویبره و درجه هیدراتاسیون بالاتر، به دلیل پخش ذرات سیمان در حضور فوق روان‌کننده‌ها که منجر به تخلخل کمتر هم در خمیر سیمان و هم در ناحیه انتقال میشود. در مقایسه با نتایجی که خاویر پوینتس و همکاران ] 9[ در بررسی نفوذپذیری بتن خودتراکم حاوی میکروسیلیس و نانوسیلیس بدست آوردند به نظر می‌رسد که مشابه نتایجی که در این تحقیق آزمایشگاهی بدست آمد با افزودن نانوسیلیس از تخلخل بتن کاهش یافته و نفوذپذیری نیز کاهش مییابد و تفاوت در عملآوری نمونه ها در محیط های مختلف است که در مقاله‌های قبلی بیشتر در محیط عادی بررسی شده بود ولی در این تحقیق آزمایشگاهی عملآوری نمونهها در درصدهای مختلف سولفاتمنیزیم مورد بررسی قرار گرفتند که در کل میتوان اینگونه نتیجه‌گیری کرد که روند کاهش نفوذپذیری در تحقیقات قبلی و این تحقیق با افزودن نانوسیلیس تقریبا مشابه بودند و تنها تفاوت در تاثیر سوء محیط مخرب سولفاتی در روند افزایش مقاومت فشاری و کاهش نفوذپذیری بر روی نمونههای بتنی بوده است.
|
نام طرح |
نفوذپذیری نمونه های 28 روزه(mm) |
نفوذپذیری نمونه های 56 روزه(mm) |
نفوذپذیری نمونه های 90 روزه(mm) |
|
Scc01 |
17 |
5/13 |
12 |
|
Scc02 |
3/15 |
11 |
6/9 |
|
Scc03 |
8/14 |
65/10 |
9 |
|
Scc11 |
7/17 |
14 |
5/12 |
|
Scc12 |
6/15 |
2/11 |
8/9 |
|
Scc13 |
95/14 |
7/10 |
9 |
|
Scc21 |
18 |
3/14 |
7/12 |
|
Scc22 |
8/15 |
4/11 |
10 |
|
Scc23 |
15 |
8/10 |
1/9 |
جدول6-نتایج آزمایش نفوذ آب نمونههای مکعبی (mm)
شکل5-نتایج آزمایش نفوذپذیری نمونههای بتنی در سنین مختلف
4-نتیجه گیری
1-افزودن نانو سیلیس باعث افزایش مقاومت فشاری نسبت به نمونهی شاهد میگردد که بیشترین افزایش مقاومت فشاری تا 32درصد مربوط به بتن خودتراکم با 1 درصد نانوسیلیس در سن 28 روزه و کمترین تأثیر در مقاومت فشاری با دو درصد نانوسیلیس در سن 90 روزه میباشد. علت این امر این است که تاثیر نانوسیلیس در سنین اولیه به مراتب بیشتر از نمونههای عملآوری شده در دراز مدت میباشد.
2-با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه میگردد که در محیط سولفاتی، روند کاهش مقاومت بتن شاهد بیشتر از سایر بتنهایی میباشد که در آنها از نانوسیلیس استفاده شده است که این تاثیر در مقاومت فشاری تا 18 درصد در نمونههای حاوی نانوسیلیس بوده است.
3-روند افزایش سن نمونهها عامل دیگری در کسب مقاومت فشاری میباشد. به‌طوریکه در بهینه‌ترین حالت در نمونههای 56 روزه و 90 روزه به ترتیب 15 و 10 درصد افزایش مقاومت فشاری نسبت به نمونههای 28 روزه را شاهد بودیم.
4-در آزمایش مقاومت فشاری که بیشترین درصد رشد مقاومت برای نمونههای دارای 1 درصد نانو سیلیس میباشد و در نمونههای 2 درصد نانوسیلیس با اینکه نسبت به نمونه شاهد روند افزایش مقاومت مشاهده میگردد ولی به اندازه 1 درصد نانو سیلیس نمیباشد.
5-نتایج آزمایشهای نفوذپذیری در محیط سولفاتی مزیت استفاده از نانوسیلیس را در بتن به خوبی آشکار میکند. با توجه به نتایج بهدست آمده ملاحظه میگردد که در محیط سولفاتی، روند نفوذپذیری نمونه شاهد بیشتر از سایر بتنهایی می باشد که در آنها از نانوسیلیس استفاده شده است که این تاثیر در آزمایش نفوذپذیری تا 25 درصد در نمونههای حاوی نانو سیلیس مؤثر بوده است. با افزایش درصد نانوسیلیس از یک درصد به دو درصد نفوذپذیری نمونهها کاهش یافته و همچنین اثرات مخرب سولفات به حداقل رسیده است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که افزودن نانوسیلیس تا حد زیادی خواص مکانیکی بتن خودتراکم را بهبود ببخشد و همچنین پارامترهای دوام از جمله مقاومت فشاری و نفوذپذیری این نوع بتن را دربرابر عوامل خورنده‌ی سولفاتی بهبود بخشد.
)