بررسی تاثیر میکروسیلیس و فوق روان کننده در مقاومت بتن و مقایسه آن با بتن معمولی

بررسی تاثیر میکروسیلیس و فوق روان کننده در مقاومت بتن و مقایسه آن با بتن معمولی

اسلاید 1: روح اله معتمدی دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات بروجرد   roh.motamedi@yahoo.comدانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد بررسی تاثیر میکروسیلیس و فوق روان کننده در مقاومت بتن و مقایسه آن با بتن معمولی1

اسلاید 2: خلاصه2ساخت بتن به شکل کنونی و با سیمان پرتلند اولین بار در سال 1824 توسط ژوزف آسپدین ثبت گردید که از آن پس به عنوان یک ماده ساختمانی شناخته شده و به کار گرفته شد. ضعف بتن در برابر کشش سبب شد استفاده از مصالح مسلح کننده جهت جلوگیری از ترک خوردگی بتن در سالهای 1850 تا 1875 ایجاد و موارد مختلفی از بتن مسلح شده توسط میله های آهنی و یا سیمها در این مدت ساخته شود . و امروزه میلگردهای فولادی به عنوان یک ماده مناسب جهت مسلح کردن بتن و غلبه بر کشش ناشی از بارهای خارجی و حرارتی به کار گرفته می شوند . مقاومت فشاری بتن به عنوان مهم ترین مشخصه آن، در طراحی و ساخت سازه های بتن آرمه می باشد .که با استفاده ازموادافزودنی میتوان این مشخصه را ارتقاء داد. در این تحقیق که به صورت آزمایشگاهی انجام گرفته است ااثر میکروسیلیس و فوق روان کننده بر بتن و نتایج آن ارائه شده است دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 

اسلاید 3: مقدمه 3بتن درمفهوم بسیار وسیع، محصولی است که از اختلاط آب باسیمان هیدرولیکی وسنگدانه های مختلف که در اثر واکنش آب باسیمان در شرایط محیطی خاص بدست می آید . انتخاب مصالح، با توجه به مصالح موجود در منطقه وشرایط اقتصادی پروژه، مهمترین قدم برای تولید بتن با مقاومت و دوام مورد نیاز در سازه ها می باشد .که عوامل مهمی در صورت وقوع دربتن، به کاهش یا افزایش مقاومت فشاری آن منجر می شود. دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 

اسلاید 4: 4مهمترین عاملی که مقاومت بتن را تعیین می کند تخلخل در سه فاز بتن (سنگدانه ها، خمیر سیمان وناحیه انتقال ) می باشد.که ناحیه انتقال در حقیقت ضعیف ترین حلقه در زنجیره بتن و عامل محدود کننده مقاومت بتن می باشد به همین دلیل بر اثر وجود ناحیه انتقال، بتن تحت تنش شکسته می شود که این تنش، به مراتب کمتراز مقاومت هر یک از دو جزء دیگر تشکیل دهنده آن است. علاوه بر وجود فضاهای مویینه بزرگ و بلورهیدروکسیدکلسیم جهت دار در ناحیه انتقال، عامل اصلی مقاومت کم این ناحیه، همان وجود ترکهای ریز است. میزان ترکهای ریز به عواملی چون اندازه و دانه بندی سنگدانه ها، مقدار سیمان، نسبت آب به سیمان، درجه تراکم بتن تازه، شرایط عمل آوری، رطوبت نسبی محیط و تاریخچه حرارتی بتن بستگی دارد[1].عوامل موثر بر مقاومت بتن دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 

اسلاید 5: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 5استفاده ازمواد افزودنی به منظوراصلاح بعضی ازخواص بتن ازقبیل کارپذیری، آب بندی، داوم وافزایش مقاومت بتن می باشد.در صورتی که از روان کننده برای کاهش آب در بتن استفاده شود می توان 5 تا10درصد آب بتن را کاهش داد و با استفاده از فوق روان کننده ها می توان آب بتن را 20تا25درصد کاهش داد [1]. واین در شرایطی است که مواد افزودنی حدودا بین 0.5تا 1.5درصد وزن سیمان مصرفی بتن در نظرگرفته می شود.با توجه به نتایج آزمایشهای آزمایشگاهی، بتنهای که دارای فوق روان کننده با درصد بهینه باشند مقاومتهای فشاری در سنین 7و28 روز را نسبت به بتنهای که بدون فوق روان کننده ساخته می شود بیشتر است. با استفاده ازبعضی ازمواد افزودنی که مکمل فوق روان کننده می باشد می توان مقاومت فشاری بتن را افزایش داد.هدف کاربرد و مقدار مواد افزودنی (روان کننده) دربتن

اسلاید 6: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 6 استفاده ازمیکروسیلیس در بتن میتواند، به کاهش ترکهای ناشی از هیدارتاسیون سیمان، افزایش دوام در برابر سولفاتها و آبهای اسیدی ، کاهش میزان حرارت زایی وافزایش مقاومت در بتن منجر می شود . همچنین باترکیب نمودن فوق روان کننده ومیکروسیلیس اسلامپ بتن را می توان از 4 به10 سانتی مترافزایش داد.عدم دقت در بکار بردن این مواد از نظر نوع و میزان ، نه تنها به بهبود مقاومت آن کمک نمی کند بلکه صدمات غیر قابل جبرانی را به همراه دارد.عملکرد مواد افزودنی در بتن (میکروسیلیس و فوق روان کننده)

اسلاید 7: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 7هدف تعیین نسبت اختلاط، به دست آوردن مخلوط بتنی است که نیازهای عملکردی و مقاومت مورد نظر را با کمترین هزینه ممکن تامین کند ، که این شامل تصمیم گیری در مورد مصالحی است که نه تنها مناسب اند، بلکه قیمت قابل قبولی نیز دارند. بنابراین هدف کلی تعیین نسبت مخلوطهای بتن را می توان خلاصه کرد به انتخاب مصالح مناسب ازمیان مصالح موجود ، و تعیین مقرون به صرفه ترین ترکیبی که بتواند با حداقل خواص معین تولید گردد . و سپس بتن با توجه به طرح اختلاط بدست آمده تهیه می شود و نمونه های ساخته شده مورد آزمایش قرار می گیرد.تعیین نسبت اختلاط بتن

اسلاید 8: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 8در روش آزمایش1881-B.S ذکر شده است که پس ازساخت نمونه ها تا زمان بازکردن قالب، نمونه ها در شرایط مطللوب ( دراتاق رطوبت یا رطوبت نسبی بالای90% یا حوضچه های آب) نگهداری می شوند در این حالت در صورتی که قرار باشد نمونه ها در سنین بالاتر از 7روز مورد آزمایش قرار گیرند، دمای نگهداری نمونه ها باید در محدود5±20 سانتی گرادودر صورتی که قرار باشد نمونه ها در سنین پایین تر مورد آزمایش قرار گیرند دمای آنها بایستی در محدوده2±20سانتی گرا حفظ شود و نمونه های مورد نظر در زمانهای مشخص شده تعیین مقاومت شود[8].شرایط نگهداری نمونه ها

اسلاید 9: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد 9بارگذاری بایستی بدون اعمال بار ناگهانی باشد و بار را بطور مداوم با یک سرعت اسمی که در محدوده 0.2 تا 0.4 نیوتن بر میلیمتر مربع می باشد افزایش یابد مقاومت فشاری هرنمونه با دقت 0.05 نیوتن بر میلیمتر مربع بیان می شود و تا آنجایی است که نمونه قادر به تحمل بار بیشتری نمی باشد. در دستگاههای که به صورت دستی کنترل می شوند هنگامی که زمان شکست نمونه نزدیک می شود سرعت بارگذاری کاهش خواهد یافت[8]. در این مرحله حداکثر بار وارد شده به نمونه مکعبی را ثبت نموده وبا استفاده از فرمولهای متداول، نمونه های مشخص شده تعیین مقاومت می شود.اما اگر مقاومت نمونه ها با استفاده از دستگاه بار گذاری هیدرولیکی از نوع دیجتیال تمام اتوماتیک انجام پذیرد محدوده سرعت بار گذاری طبق استاندارد 39ASTM cبین 0.14مگاپاسکال در ثانیه تا 0.34 مگاپاسکال در ثانیه می باشد.روش بارگذاری و اندازی گیری مقاومت نمونه ها

اسلاید 10: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد معرفی طرح اختلاط بتن10هدف از ارائه طرح اختلاط بتن، تعیین نسبت اجزای بتن است به نحوی که بتن تولید شده تا حد امکان مقرون به صرفه باشد و الزامات مورد نیاز را براساس آیین نامه بتن ایران تامین کند آزمایش دانه بندی مصالح سنگی بر اساس استاندارد 126 ASTM و همچنین به روش شستشو برای مصالح سنگی ریز دانه انجام گرفته که درصدهای اختلاط مصالح ، نسبت های مصالح سنگی و طرح اختلاط بتن مبنا مشخص گردید. جدول 1- دانه بندی مصالح سنگی  جدول 2- طرح اختلاط بتن مبنا

اسلاید 11: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد میکروسیلیس11 ميكروسيليس يا دوده سيليسي شكل ريزي از مواد سسيلسي است كه ذرات اين ماده 50 تا 100 برابر از ذرات سيمان كوچكتر بوده و به عنوان مواد پر كننده بين اجزاء تشكيل دهنده بتن عمل نموده و علاوه بر اينكه باعث چسبندگي ذرات بين سيمان ميشوند ، چسبندگي بين سيمان و سنگ دانه را نيز افزايش ميدهند.ميكروسيليس بسيار نرم و به شكل پودر است و مركب از مواد غير بلوري با قطرهاي بين 0.2تا0.5 ميكرون است. ميكروسيليس با هيدروكسيد كلسيم ناشي از هيدراتاسيون سيمان تركيب شده و تركيب ژل مانند را ميسازد.اين تركيب عنصر اصلي مقاومت اضافي و كاهش تخلخل و به هم پيوستگي ذرات متشكله بتن است[5].در این مقاله سعی شد درصدهای استفاده شده از میکروسیلیس در مقاله های ارائه شده مورد بررسی قرار گیرد تا در صد بهینه آن مشخص شود.و درصد بهینه میکروسیلیس در بتن برای این آزمایش، برابر با10% وزن سیمان مصرفی در نظر گرفته شده، لذا به همان میزان مصرف شده میکروسیلیس میتوان از مقدار سیمان مصرفی در بتن کاهش داد.

اسلاید 12: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد  فوق روان کننده12به فوق روان کننده ها، کاهنده های قوی آب نیز گفته می شود زیرا در مقایسه با مواد افزودنی کاهنده آب معمولی ، سه یا چهار برابر بیشتر، قادر به کاهش آب در مخلوطهای بتنی داده شده هستند [1]. فوق روان کننده در بتن ریزی های مناطق های گرمسیر، بتن ریزی های حجیم با ابعاد زیاد، بتن های خود تراز شونده و خود متراکم شونده، بتن ریزی برای مقاطع با تراکم آرماتورهای بالا، سازهای بتنی میکروسیلیسی و درکف های سخت صنعتی (کف سازی) نیز کاربرد دارد. که مواد افزودنی حدودا بین 0.5تا 1.5درصد وزن سیمان مصرفی بتن در نظرگرفته می شود. معمولا فوق روان کننده ها در انواع مختلف وجود دارد که بسته به شرایط اجرای پروژه ، نوع مقاومت ،کارایی و ترکیب آن با دیگر مواد افزودنی همانند میکروسیلیس بایستی موردتوجه قرار گیرد.

اسلاید 13: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد شرح آزمایش 13درابتدا براساس طرح اختلاط مشخص شده توسط آزمایشگاه ، بتنی با شرایط کارگاه ساخته شد و سپس با همان طرح اختلاط بتن مبنا ، البته با درصدهای تعیین شده در جدول4 از میکروسیلیس و فوق روان کننده استفاده شدکه در زمان اختلاط آنها با بتن، بایستی جداگانه با آب مخلوط گردد وسپس به بتن اضافه گردد. که از هر مخلوط 6 نمونه مکعبی تهیه شده و در هر سری آزمایش 3 نمونه از بتن های مشخص شده برای سنین 7و28روز تعیین مقاومت گردید که در انتها با استفاده از میانگین اعداد بدست آمده مقاومت فشاری بتن تعیین گردید.

اسلاید 14: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد مقاومت بتن های ساخته شده (جدول 3)14

اسلاید 15: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم و تحقیقات بروجرد نمودار مقاومت15

اسلاید 16: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم وتحقیقات بروجرد  نتایج16با توجه به اینکه آزمایش فوق، مقایسه ای بین بتن عادی با بتن ساخته شده با مواد افزودنی می باشد.بتن نوع 1 را به عنوان بتن مبنا و 4 طرح اختلاط دیگر با آن مقایسه و ارزیابی می شود.1-در بتن نوع 2 از میکروسیلیس به مقدار 37کیلوگرم در بتن استفاده شد که مقاومت آن 15.6و نسبت آب به سیمان آن بیش از4 درصد نسبت به بتن مبنا افزایش داشت.2-در بتن نوع 3 با توجه به استفاده از فوق روان کننده به میزان 3.63کیلوگرم در متر مکعب بتن، افزایش مقاومت آن 12درصد ونسبت آب به سیمان آن15درصد نسبت به بتن مبنا کاهش داشت.3-در بتن نوع 4 که هم از میکروسیلیس و فوق روان کننده استفاده شد افزایش مقاومت آن 23 درصد و نسبت آب به سیمان آن 4 درصد نسبت به بتن مبنا کاهش به همراه داشت.4- اما در بتن نوع 5 با توجه به اینکه از فوق روان کننده به میزان0.6درصد(2.18کیلوگرم در مترمکعب) وزن سیمان مصرفی اضافه گردید هیچگونه افزایش مقاومتی بدست نیامد بلکه مقاومت آن 5 درصد و نسبت آب به سیمان آن 4 در صد نسبت به بتن مبنا کاهش داشت.

اسلاید 17: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم وتحقیقات بروجرد  نتیجه گیری17با توجه به تعیین مقاومت بتن های ساخته شده مشاهده گردید با استفاده درصد بهینه مواد افزودنی می توان مشخصه های بتن را ارتقاء داد.و در مواقعی که درصد بهینه استفاده نشود منجر به باعث کاهش مقاومت آن می شود. همچنین در انتخاب مواد افزودنی بایستی به سازگار بودن و همچنین نحوه ترکیب مواد با یکدیگر توجه گردد. از جمله عواملی که در کاهش مقاومت فشاری بتن موثر است می توان به ناحیه انتقال بتن، اندازه سنگدانه ها، مقدار سیمان و نسبت آب به سیمان اشاره کرد.با توجه به ذرات بسیار ریز میکروسیلیس (0.01قطر سیمان)فضاهای خالی بین سنگدانه ها و سیمان را کاهش داده و بالطبع برای افزایش کارایی بتن آب بیشتری را نیاز دارد که با استفاده از ترکیب میکروسیلیس و فوق روان کننده نوع DEZOBUILD D-10 با در صدهای تعیین شده، می توان تا حدودی معایب مذکور را برطرف کردو مقاومت فشاری بتن را بیش از 23درصد، نسبت به بتن مبنا افزایش داد.و در صورتی که از میکروسیلیس و فوق روان کننده به طور جداگانه در بتن استفاده شود افزایش مقاومتی بین 12تا 15 درصد نسبت به مقاومت بتن مبنا مشاهده گردید.و درصورتی که از فوق روان کننده به میزان0.6درصدوزن سیمان مصرفی در بتن استفاده شود منجر به کاهش مقاومت فشاری بتن به میزان5 درصد می گردید.

اسلاید 18: دانشگاه آزاد اسلامیواحد علوم وتحقیقات بروجرد مراجع 18 کومار مهتا، پ.و مونته ئیرو، پ.م.(1391)، ریزساختار، خواص و اجزای بتن(تکنولوژی بتن پیشرفته)، ترجمه:علی اکبر رمضانپور، پرویز قدوسی، اسماعیل گنجیان، تهران: انتشارات دانشگاه امیر کبیر. رنجبر، م.م و مدندوست، ر. و پیکرنگار، م.(1389)، بررسی تاثیر نسبت آب به مواد سیمانی بر آهنگ میزان نفوذ یون کلروپتانسیل خوردگی فولاد دربتن حاوی متاکائولن و دوده سیلیس، پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران، مشهد، ایران، 14-16 اردیبشهت. عبدالله زاده، غ.ر، ظریف منش، م.(1392)، روش های نوین کنترل خوردگی پل های بتنی پیش تنیده، ششمین همایش فرا منطقه ای پیشرفتهای نوین در علوم مهندسی، تنکابن، ایران، موسسه آموزش عالی آیندگان. آتش بند، ش.وخسروی، ف.(1390)، بررسی آزمایشگاهی تاثیر میکروسیلیس بر روی مقاومت و زمان گیرش سیمان تیپ1-525(کدF)، سومین کنفرانس ملی سالیانه بتن ایران، تهران، 17مهرماه. افضلی، ک.و افضلی، ج.ومختار پوریانی، س.ب.(1390)، اثراضافه کردن میکروسیلیس بر مقاومت فشاری و زمان گیرش بتن، اولین کنفرانس بین الملی و سومین کنفرانس ملی سد و نیروگاهها آبی، تهران. فقیه ملکی، ه.(1392)، افزودنی های تاثیر گذار در مقاومت فشاری بتن های توانمند، ششمین همایش فرا منطقه ای پیشرفتهای نوین در علوم مهندسی، تنکابن، ایران، موسسه آموزش عالی آیندگان. رهایی، ع.ر.ونعمتی، س.(1389) ، اجرای ساختمانهای بتن آرمه، تهران : انتشارات فدک ایساتیس..8. BS 1881:part111.”testing concrete method of normal curing of test specimens”BSI, 1983