Effect of Nanosilica on The permeability of Self Compacting Concrete in Sulfate Environment

Document Type : Research Paper

Authors

1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili

2 M.Sc, Department of Civil - Structural Engineering, University of Mohaghegh Ardabili

Abstract

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.

Keywords

Full Text

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.

References

[1] Sonebi, M. "Medium strength self-compacting concrete containing fly ash: Modelling using factorial experimental plans", Cement and concrete research, Vol.34, 2004, p1199.
 [2] Skarendahl, A. Petersson, O., "State of the Art Report of RILEM Technical Committee174-SCC, Self-Compacting Concrete", Vol.13, Report No.23, 2001, p141.
 [3] Okamura, H. Ouchi, M.,"Self- Compacting Concrete",Journal of Advanced Concrete Technology. Vol. 1, No.1, April 2003, pp. 5-15.
[4] Bartos,P.J.M., Grauers, M., "Self-Compacting Concrete", Concrete, Vol.33, No.4, 1999,  pp. 9-14.
 [5] Corr, D., Shah, S.P., “Concrete Materials Science at the Nanoscale”, Proceeding of the International Conference (Application of Nanotechnology in Concrete Design), University of Dundee, Scotland, U.K., Ed. Dhir, R.K., Newlands, M.D. and Csetenyi, L.J., London: Tomas Telford, Vol.14, 2005, pp. 129-136.
 [6]رمضانیانپور، ع.، طاحونی، ش. ، 1382. تالیف وادل، دوبروولسکی، دستنامه اجرای بتن، چاپ دوم، انتشارات علم و ادب، تهران.
[7] Z. Quercia, P. Spiesz, G. Hüsken, H.J.H. Brouwers, O., “SCC modification by use of amorphous nano-silica”, Cement and Concrete Composites, Volume 45, 2014, pp. 69-81.                
[8] Hongjian Du, Suhuan Du, Xuemei Liu, “Durability performances of concrete with nano-silica”, Construction and Building Materials, Volume 73, 30, 2014,  pp. 705-712.
[9] Puentes, J., Barluenga, G., ”Effect of silica-based nano and micro additions on SCC at early age and on hardened porosity and permeability”,
Construction and Building Materials, Volume 81, 15, April 2015,  pp. 154-161.
[10] Güneyisi, E., Gesoglu, M., Al-Goody, A., İpek, S., “Fresh and rheological behavior of nano-silica and fly ash blended self-compacting concrete”, Construction and Building Materials, Volume 95, 1, ­ April 2015, pp. 29-44.
[11] تقی خانی, محمدرضا؛ ناهید مهدیلوی و مریم شاکرسرای، ۱۳۹۲، اثر نانوسیلیس روی خواص مکانیکی و دوان بتن خودتراکم، پنجمین کنفرانس ملی بتن ایران، تهران، انجمن بتن ایران
[12]EFNARC,  "The European guidelines for self-compacting concrete, The European federation of specialist construction chemicals and concrete systems", 2002, .
[13] مقصودی، ع.، سهیل، م.، درب هنزی، ع.، 1385. نقش نانوذرات در بتن خودتحکیم. مجموعه مقالات داخلی ارائه شده در اولین کارگاه تخصصی بتن خود متراکم، دانشگاه تهران
[14] Haykawa, M., “Development and Application of super workable concrete”, Proceeding of international RILEM workshop on special concretes – workability and mixing, 1993. pp. 183-190.
[15] Feys, D., verhoeven, R., De Schutter, G., "Fundamental study of the rheology of self-compacting concrete". Composed with Belgian materials. 2008,                   
 [16] EFNARC, The European Guidelines for self - compacting concrete. Specification, Production and use. 2005, http://www.efnarc. Org.
 [17] DIN 1048, Section 1, “Deutscher Normenauss chuss”, Berlin.1972, p 256.

Files

Share

How to cite

Statistics