شکل 5‑1 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سن 28 روز 103
شکل 5‑2 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سن 90 روز 103
شکل 5‑3 S3510 105
شکل 5‑4 S350 105
شکل 5‑5 S4510 106
شکل 5‑6 S450 106
شکل 5‑7 نتایج جذب موئینه 28 روزه 107
شکل 5‑8 نتایج جذب موئینه 90 روزه 108
شکل 5‑9 نتایج آزمایش 28 روزه مقاومت الکتریکی (kHz) 109
شکل 5‑10 نتایج آزمایش 90 روزه مقاومت الکتریکی (kHz) 110
شکل 5‑11 نتایج آزمایش RCPT 28 و 90 روزه 111
شکل 5‑12 نتایج عمق کربناسیون 28 و 90 روزه 112
شکل 5‑13 S3510 112
شکل 5‑14 S350 113
شکل 5‑15 S3510کربناته شده 113
شکل 5‑16 نتایج نفوذ یون کلراید 28 و 90 روزه 114
شکل 5‑17 ریز ساختار بتن با 10 درصد دوده سیلیس S3510 شاهد 115
شکل 5‑18 ساختار غیر کریستالی S3510شاهد 115
شکل 5‑19 ریز ساختار بتن با 10 درصد دوده سیلیس S3510 کربناته 116
شکل 5‑20 ساختار غیر کریستالی S3510کربناته 116
شکل 5‑21 رابطه شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن کربناته 117
شکل 5‑22 رابطه شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن شاهد 118
شکل 8‑1 برگه ثبت اختراع 128
شکل 8‑2 پوستر جشنواره خوارزمی 129
شکل 8‑3 تائیدیه دانشگاه علم و صنعت ایران 130
شکل 8‑4 تائیدیه دانشگاه صنعتی امیرکبیر 130
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2‑1 پارامترهای موثر در نفوذ یون کلرید به بتن 17
جدول 2‑2 اثر نرمی بلین بر عمق کربناتاسیون بتن[38] 21
جدول 2‑3 طرحهای اختلاط بتن 36
جدول 2‑4 تركیبات محلول 37
جدول 2‑5 عمق نفوذ كلراید 37
جدول 3‑1 ترکیبات شیمیایی دوده سیلیس و سیمان 45
جدول 3‑2 مشخصات سنگدانه ها در اندازه گیری های اولیه برای بدست آوردن طرح اختلاط 48
جدول 3‑3 طرح اختلاط نمونه های بتنی 50
جدول 3‑4 دسته‌بندی بتن براساس استاندارد ASTM C1202 58
جدول 3‑5 تبدیل نتایج آزمایش ونر به میزان نفوذ یون کلرید 61
جدول 5‑1 نتایج آزمایش مقاومت فشاری 7 روزه برای نمونه های شاهد (kg/cm2) 95
جدول 5‑2 نتایح آزمایش مقاومت فشاری نمونه ها (kg/cm2) 96
جدول 5‑3 نتایح آزمایش RCPT (کولومب) 97
جدول 5‑4 نتایح آزمایش مقاومت الکتریکی (kHz) 98
جدول 5‑5 نتایح آزمایش جذب موئینه (درصد تغییر وزن نمونه ها) 99
جدول 5‑6 نتایج عمق کربناسیون (میلیمتر) 100
جدول 5‑7 نتایج نفوذ یون کلراید 101
فصل اول
1- مقدمه
1-1- مقدمه و اهمیت موضوع
بتن، به عنوان پرمصرفترین و مهمترین مصالح ساختمانی قرن بیستم معرفی شده است. مصرف سرانۀ بتن در دنیا در حدود یک تن است. لذا، بتن پس از آب، بیشترین مادهای است که بشر مصرف می کند. این، در حالی است که فقط حدود دو قرن از ابداع سیمان و بتن گذشته است و این مصرف به سرعت در حال فزونی میباشد [1و2].
دوام بتن از جمله مسائلی است که امروزه در مباحث توسعه پایدار از اهمیت بالایی برخوردار بوده و عمر سازه های شهری را تحت الشعاع خود قرار می دهد و در آینده ای نزدیک از مهمترین شرایط پذیرش بتن های در حال ساخت، طول عمر آن خواهد بود که باید قبل از ساخت، آزمایش های لازم بر روی آن صورت گیرد.
با توجه به شرایط واقعی شهری همانند تهران، بتن دائما در معرض کربناسیون و گاه نفوذ یون کلرید به طور همزمان است. از یک سو آلاینده ها با ورود گازهای سمی و مخرب و از سوی دیگر فعالیت های مربوط به جلوگیری از یخ زدگی معبر شهری با ورود مواد مضر دارای کلرید و نمک، به سلامت بتن آسیب جدی وارد می کند.
تاکنون آزمایش های مختلفی برای بررسی دوام بتن در برابر کربناسیون(نفوذ و تاثیر گازهای موجود در هوا) و در برابر نفوذ یون کلراید (نفوذ و تاثیر گازهای موجود در نمک و آب) انجام شده است اما در هیچیک از آزمایش ها در هیچ نقطه ای از دنیا تا، به حال تاثیر این دو عامل بسیار مخرب به طور همزمان بررسی نشده است و از این حیث نیز این پروژه دارای ارزشی مضاعف است.
1-2- ضرورت انجام تحقیق
هم اکنون در تمامی پروژه های عمرانی بزرگ دنیا، تمامی آزمایش های دوام برای بتن انجام می گیرد که می تواند عمر پروژه را افزایش دوچندانی دهد. در راستای موارد فوق الذکر، بررسی دوام بتن آن پروژه مهم شهری و کشوری، از لحاظ حملات کلریدی و کربناسیون، بسیار حیاتی خواهد بود و می تواند عمر پروژه را افزایش چشمگیری دهد. با انجام چنین پروژه ای عمر پروژه های شهری و کشوری افزایش چشمگیری پیدا خواهد کرد زیرا می توان قبل از انجام بتن ریزی به بهینه عمر بتن دست پیدا نمود و آن را پیش بینی کرد. با توجه به این تخمین و پیش بینی، چرخه های تعمیر و نگهداری نیز به تعویق افتاده و عمر سازه های شهری افزایش چشمگیری خواهد یافت و این امر صرفه جویی ارزی بسیار بالایی را به ارمغان خواهد داشت.
برای سنجش چنین مواردی، ساخت دستگاهی که بتواند علاوه بر شبیه سازی حملات کلریدی، کربناسیون را نیز توامان اعمال کند، ضروری می نماید. تا کنون در بررسی های آزمایشگاهی عوامل مخرب کربناسیون و نفوذ یون کلرید ، به طور جداگانه انجام می شده است و نتایج واقعی بدست نمی آمده است و متعاقب آن، نتایج حاصل از بررسی دوام نمونه های بتنی از واقعیت به دور بوده است زیرا در حالت طبیعی و در محیط هایی که بتن ریزی انجام می شود، گاز CO2 ناشی از دود کارخانه ها و اتومبیل ها و نیز یون های مضر کلرید ناشی از آب باران و نمک پاشی سطح معابر شهری وجود دارد.
هدف استفاده از این دستگاه آن است که با بکارگیری آن در محیط های آزمایشگاهی، نگهداری نمونه های بتنی در شرایطی انجام گیرد که بتواند تحت کربناسیون(نفوذ و تاثیر گازهای موجود در هوا) و نیز نفوذ یون کلرید(نفوذ و تاثیر گازهای موجود در نمک و آب) به طور همزمان قرار گرفته و بتواند جوابگوی شرایط واقعی محیطی که بتن در آن قرار می گیرد، باشد و نتایج آزمایش های صورت گرفته بر روی بتن به واقعیت نزدیک تر شود. ضمنا در کارخانه ها و کارگاه های بتن سازی که بحث کنترل دوام بتن بسیار مهم است، و نیز در پروژه های پل سازی، اعم از پل های اتومبیل رو و پل های راه آهن و نیز در بندرسازی، می توان از این دستگاه که قابل حمل است استفاده نمود تا از نتایج آزمایشات کاملا اطمینان حاصل کرد. در صورت دانستن نتایج دقیق، شاهدکاهش هزینه های تعمیر و نگهداری خواهیم بود زیرا با تغییر در طرح اختلاط بتن، عمر بتن افزایش پیدا خواهد کرد. بهتر است از این دستگاه برای بررسی دوام بتن هایی که در پروژه های مناطق جنوبی کشورمان تولید می شود، که خرابی ناشی از کربناسیون و حمله یون های کلریدی، بالاست استفاده گردد تا بتوان به نتایج دقیق تری در آزمایشات نمونه های بتنی دست پیدا کرد و بدین وسیله طرح اختلاط بتن بهبود چشمگیری پیدا کرده و عمر سازه های بتنی افزایش قابل ملاحظه ای یابد زیرا بتن جدید حاصل از آزمایشاتی که به شرایط واقعی نزدیک تر باشد، عمر بیشتری خواهد داشت.
1-3- اهداف پایان نامه
در این پایان نامه بررسی کربناسیون و نفوذ یون کلرید به طور همزمان بر روی بتن های با نسبت آب به سیمان مختلف و همچنین بتن با دوده سیلیس و بتن خودتراکم صورت خواهد گرفت و سپس به مدلسازی و ارائه مدلی که بتواند جوابگوی شرایط واقعی محیطی که بتن در آن قرار می گیرد، پرداخته خواهد شد. ضمنا برای انجام آزمایش ها، دستگاهی که بتواند شبیه سازی دقیق و کاملی از شرایط کربناسیون و حمله یون کلریدی را انجام دهد، ساخته خواهد شد تا بتوان تاثیر همزمان این دو عامل مخرب بتن را سنجید.
1-4- چارچوب پایان نامه
پایان نامه حاضر مشتمل بر شش فصل میباشد، که سعی شده مطالب مورد نیاز پایان نامه به صورت موجز با رعایت حفظ مفهوم به ترتیب اهمیت آورده شود.
فصل اول “مقدمه”
در این فصل مقدمهای در مورد کلیات و اهداف پایان نامه آورده شده و لزوم انجام پایان نامه ذکر شده است.
فصل دوم “مروری بر ادبیات فنی”
در این فصل به اختصار در مورد شناخت پدیده کربناسیون، نفوذ یون کلراید و اعمال توامان این دو پدیده بررسی شده است.
فصل سوم “مواد و مصالح و روش های آزمایش”
در این فصل در مورد مصالح استفاده شده در تحقیق حاضر بحث شده است و روش های آزمایشی که بتن ها با آن آزمایش شده اند به طور کامل بررسی شده است.
فصل چهارم “دستگاه نگهداری در بتن در چرخه همزمان نفوذ یون کلراید و کربناسیون”
در این بخش به طور کامل نحوه ساخت دستگاه ، ایده اولیه و تمام جوانب آن توضیح داده شده است. ضمنا تمام مراحل استفاده از دستگاه به تفصیل شرح داده شده است.
فصل پنجم “نتایج آزمایش ها و تجزیه و تحلیل آن ها “
در این فصل پس از ارائه نتایج تمام آزمایش های صورت گرفته بر بتن های نگهداری شده در محیط استاندارد، آب نمک، چرخه همزمان نفوذ یون کلراید و کربناسیون و تحت اعمال کربناسیون به تنهایی، تمامی نتایج تحلیل و بررسی شده است.
فصل ششم “نتیجه گیری و پیشنهاد “
در این فصل سعی شده نتایج حاصل از بررسیها و ارزیابیهای صورت گرفته به صورت خلاصه آورده شده و به سؤالات مطرح شده در قسمت اهداف پایان نامه پاسخ داده شود و در نهایت پیشنهادهایی برای ادامه تحقیق در آینده ارائه گردد.
فصل دوم
2- مروری بر ادبیات فنی
2-1- مقدمه
در این فصل به بررسی و مرور تحقیقات انجام شده در زمینه نفوذ یون کلراید، اعمال کربناسیون و اعمال توامان نفوذ یون کلراید و کربناسیون می پردازیم. همانطور که مستحضرید، بتن پر مصرف ترین مصالح ساختمانی است. این ماده معمولا از مخلوط نمودن سیمان پرتلند، ماسه، سنگ شکسته و آب تشکیل می شود. در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد، از 10 به 1 نیز فراتر رفته است. میزان مصرف امروز بتن در جهان بالغ بر 5/5 میلیون تن در سال است.
دلایل زیادی برای این پر مصرف ترین مصالح مهندسی ذکر شده است:
بتن مقاومت بالایی در مقابل آب دارد. برخلاف چوب و فولاد معمولی، توانایی بتن برای مقاومت در مقابل آب و عدم ایجاد خرابی در آن، از مصالحی ایده آل برای کنترل و ذخیره کردن و حمل و انتقال آب ساخته است.
سهولت شکل دادن به آن برای ساخت اجزای مختلف سازه که به راحتی به درون قالب ها با شکل های مختلف ریخته می شود. [1].
سیمان پرتلند و سنگدانه به آسانی قابل دسترسی و ارزان می باشند.
بتن مسلح که در آن از فولاد و بتن استفاده می شود، طوری طراحی می شود که دو مصالح بتن و فولاد تواما برای تحمل نیروهای وارد به قطعه مقاومت کنند.
بتن پیش تنیده، که در آن با کشیدن کابل های پیش تنیدگی و آرماتورها در بتن فشاری اولیه ایجاد می کنند، برای تحمل تنش های کششی بیشتر در حین بارگذاری قطعات، طراحی شده اند. [2].
بتن به عنوان یکی از مهمترین مصالح ساختمانی در جهان مطرح میباشد و با توجه به اینکه کمتر از دو قرن از اختراع آن با ترکیبات امروزی میگذرد، کماکان رفتار آن در شرایط مختلف در هالهای از ابهام قرار دارد. بتن علیرغم سادگی آشکار آن، دارای ساختار بسیار پیچیدهای است و روابط بین ساختار ماده و مشخصات آن، که معمولاً برای درک و کنترل مواد مختلف سودمند است، را نمیتوان به سادگی به کار برد. بتن شامل یک توزیع غیرهمگن از تعداد زیادی اجزاء جامد است و نیز دارای منافذی است که دارای شکلها و اندازه های گوناگونی میباشند. تمامی این منافذ و یا بخشی از آنها از محلولهای قلیایی پر شده اند. روشهای تحلیلی علم مواد و مکانیک جامدات، در مصنوعاتی که نسبتاً همگن هستند و پیچیدگی بسیار کمتری از بتن دارند به خوبی به کار برده میشود. از جمله این مواد میتوان به فولاد،
این مطلب را هم بخوانید :
پلاستیکها و سرامیکها اشاره نمود. به نظر نمیرسد که این روشها بتوانند در مورد بتن خیلی موثر واقع شوند[1]. در واقع واژه بتن (Concrete) از واژه لاتین (Concretus) به معنای “رشد کردن” اشتقاق یافته است [1] و بنا بر دانش تکنولوژی بتن فرایند هیدراتاسیون سیمان و محصولات حاصل از آن تا سالها پس از ساخت ادامه خواهند داشت. این امر سبب مطرح شدن بتن به عنوان یک موجود زنده میباشد. نیاز به آب برای ادامه حیات و بارورتر شدن آن، تاثیرپذیری از شرایط محیطی مانند دما، رطوبت و یونهای مخرب، تغییر خواص با گذشت زمان و بالاخره پیری مصالح تشکیل دهنده آن مؤید زنده بودن این ماده میباشد [2].
در مقایسه با سایر مواد، ساختار بتن یک مشخصه ایستا و ثابت از این ماده نیست. دلیل این امر نیز آن است که دو جزء از سه جزء کاملاً متمایز در ساختار بتن، یعنی خمیر سیمان و ناحیه انتقال بین خمیر و سنگدانه با گذشت زمان و به طور مستمر تغییر می کنند، از طرفی دیگر بر خلاف سایر مصالح، که به صورت یک “کالای آماده برای مصرف” ارائه میشوند، بتن مادهای است که اغلب میباید درست قبل از مصرف در محل کارگاه یا نزدیک آن ساخته شود. از این رو اگر در دو مرحله بتنی با مشخصات یکسان در دو کارگاه متفاوت ساخته شود، نمیتوان از رفتار یکسان آنها مطمئن بود.
به طور کلی، به هر ماده یا محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن، تشکیل شده باشد، بتن اطلاق میشود. تاریخ ساخت و کاربرد بتن به عنوان مصالح ساختمانی از قدمت چند هزار ساله برخوردار میباشد و سازههای ساخته شده از این جنس در ایران و جهان گواه این امر میباشند. با این تعریف، بتن طیف وسیعی از محصولات را شامل میشود ولی در اینجا منظور از بتن، ماده ساخته شده با سیمان پرتلند، آب و سنگدانه (و افزودنی) میباشد.
ساخت بتن با سیمان پرتلند پس از پیدایش سیمان پرتلند در سال 1827 آغاز شده و در طی این دوران به یکی از پرمصرفترین مصالح در صنعت ساختمان تبدیل شده است که این خود گواه پارامترها و ویژگیهای منحصر بفرد آن میباشد. مقاومت عالی بتن در مقابل آب، سهولت فرمپذیری بتن در اشکال و اندازه های مختلف، ارزانتر بودن و سهولت دسترسی به مصالح تشکیلدهنده آن تقریباً در هر نقطه از جهان، از علل متعدد این امر میباشند. طی سالیان گذشته، نوع و کیفیت مصالح بتنی و روشهای ساخت بهطور قابل ملاحظهای تغییر کرده است.
اجزاء اصلی تشكیلدهندة بتن، عبارتند از سنگدانه، سیمان و آب. در سالهای اولیه، استفاده از بتن به دلیل کم بودن مقاومت کششی آن، محدودتر بود ولی در اواسط قرن نوزدهم میلادی برای اولین بار از تسلیح بتن استفاده شد و به این ترتیب با لاغر شدن اعضای بتنی، امکان طرح دهانههای بزرگتر و استفاده از تنشهای طراحی بالاتر، به عنوان یکی از مهمترین پیشرفتها در زمینة استفاده از بتن فراهم گردید. با توجه به اینکه مواد اولیه برای ساخت بتن در همه جای دنیا در دسترس است، استفاده از آن در سطح دنیا از همان ابتدا رو به گسترش گذاشت.
بتن از سه فاز مختلف تشکیل شده است. این فازها عبارتند از: سنگدانه، خمیر و ناحیة انتقال. مشخصات مکانیکی و دوام بتن به هر سه فاز ذکر شده وابسته است. بنابراین برای ارزیابی و تعیین مشخصات بتن باید هر سه فاز بررسی شوند. این بررسیها باید از دو دیدگاه صورت گیرد. دیدگاه اول، بررسی هر یک از سه فاز به صورت مستقل و دیدگاه دوم، بررسی اثر این سه فاز بر یکدیگر.
