بررسي خواص مكانيكي و حرارتي بتن سبك اليافي ساخته شده با ليكا، سراميك پرسلان و سيمان نسوز در دماهاي بالا

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

افزايش دما سبب بروز تغييرات فيزيكي و شيميايي در بتن مي‌شود كه در نهايت كاهش مقاومت و ناپايداري سازه را به دنبال دارد. بتن معمولي به دليل تراكم زياد و وجود حفرات كم، در دماهاي بالا به علت جلوگيري از خروج بخار آب، مستعد ترك ‌خوردگي و بروز پديده‌ي پوسته پوسته شدن بتن است. يكي از روش‌هاي مؤثر براي كاهش اين مشكلات، ايجاد تخلخل كنترل ‌شده در ساختار بتن است. از سوي ديگر، افزايش تقاضا براي بتن سبك به‌دليل كاهش وزن سازه و كوچك‌تر شدن ابعاد اعضاي سازه‌اي، استفاده از سبك ‌دانه‌هاي متخلخل نظير پوميس و ليكا (رس منبسط‌شده) را گسترش داده است. هم¬چنين، به‌كار گيري ضايعات سراميك پرسلان به‌عنوان سنگ ‌دانه در بتن، علاوه بر كاهش اثرات زيست ‌محيطي، مي‌تواند موجب بهبود مقاومت بتن در برابر حرارت شود. سيمان نسوز نيز به دليل تركيب شيميايي ويژه‌ي خود، در مقايسه با سيمان پرتلند، عملكرد بهتري در برابر دماهاي بالا دارد و قادر است مقاومت بتن را در شرايط حرارتي حفظ كند. با وجود مزاياي متعدد بتن سبك، مقاومت فشاري پايين‌تر آن نسبت به بتن معمولي، كاربرد اين نوع بتن را در صنعت ساختمان محدود كرده است. به همين دليل، استفاده از الياف در بتن سبك مي‌تواند نقش مؤثري در بهبود خواص مكانيكي و كاهش آسيب‌هاي ناشي از حرارت ايفا كند. از جمله مشكلاتي كه پژوهش¬گران در تلاش‌اند با بهره‌گيري از الياف در بتن‌هاي در معرض حرارت برطرف كنند، مي‌توان به پديده‌ي جدا شدگي پوسته¬ي بتن و گسترش ترك‌ خوردگي اشاره كرد. با توجه به مباحث مطرح‌ شده، در اين پژوهش تلاش شده است با استفاده از درشت دانه¬ي ليكا، ريز دانه‌ي سراميك پرسلان و سيمان نسوز، ويژگي‌هاي مكانيكي و حرارتي بتن سبك بهبود يابد. هم¬چنين، به ‌منظور كاهش آسيب‌هاي ناشي از حرارت، از تركيب هيبريدي الياف پلي ‌الفين و شيشه استفاده شده است تا از بروز پديده‌ي جدا شدگي پوسته¬ي بتن و گسترش ترك‌ها پس از اعمال حرارت جلوگيري شود. به‌منظور دست يابي به اهداف پژوهش، 5 طرح اختلاط شامل نمونه‌¬ي بتن معمولي و نمونه¬هاي بتن سبك ساخته شده بدون الياف و نمونه‌هاي مسلح‌شده با الياف هيبريدي (الياف شيشه و پلي‌الفين) طراحي گرديد. از ميان اين طرح‌ها، دو طرح حاوي سيمان پرتلند و دو طرح ديگر شامل سيمان نسوز بودند. در مجموع 225 نمونه ساخته شد كه شامل 63 نمونه‌ي مكعبي براي آزمايش مقاومت فشاري در دماهاي 25، 400 و 800 درجه¬ي سانتي گراد، 84 نمونه‌ي مكعبي براي بررسي تخريب پيش‌ رونده بعد از قرار گرفتن در دماهاي 400 و 800 درجه¬ي سانتي گراد، و 63 نمونه‌ي منشوري براي آزمايش خمش چهار نقطه¬اي در دماهاي 25، 400 و 800 درجه¬ي سانتي‌گراد بود. هم¬چنين 15 نمونه¬ي استوانه¬اي به منظور انجام آزمايش ضريب هدايت حرارتي ساخته شد. تغييرات وزني نمونه‌ها نيز با استفاده از نمونه‌هاي مكعبي ساخته‌ شده براي آزمايش مقاومت فشاري ارزيابي گرديد. علاوه بر اين، بررسي ميزان خرابي و ترك‌ خوردگي بتن با بهره گيري از روش پردازش تصوير به شيوه‌ي فراكتال روي نمونه‌هاي مكعبي بعد از اعمال دماهاي 400 و 800 درجه سانتي‌گراد در مدت زمان 12هفته انجام شد. مقاومت فشاري و مقاومت خمشي نمونه¬هاي حرارت ديده در دماي 400 و800 درجه¬ي سانتي گراد بعد از 6 هفته مورد آزمايش قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با افزايش دما، مقاومت فشاري و خمشي تمام نمونه‌هاي ساخته ‌شده كاهش يافت. به جز نمونه¬هاي ساخته شده با سيمان پرتلند كه بعد از قرار گرفتن در دماي 400 درجه¬ي سانتي گراد با افزايش جزئي مقاومت فشاري مواجه شدند. در دماي 800 درجه¬ي سانتي گراد براي نمونه¬هاي حاوي سيمان نسوز مقاومت باقي مانده¬ي بيش¬تري مشاهده شد؛ به طوري كه مقاومت فشاري نمونه¬هاي حاوي سيمان نسوز بدون الياف و با الياف به ترتيب برابر 22 و 4/23 مگا پاسكال داشتند كه هم¬چنان در محدوده¬ي بتن سازه¬اي حساب مي¬شود. به‌كارگيري الياف هيبريدِ پلي‌الفين و شيشه باعث بهبود عملكرد نمونه‌ها در برابر حرارت شد و از پديده¬ي جداشدگي پوسته¬ي بتن و گسترش ترك‌ها جلوگيري كرد.

236690

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان