متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته عمران

دانشگاه اصفهان

دانشکده فنی و مهندسی

گروه عمران

 

      پایان نامه ­ی کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران گرایش سازه

 

تأثیر الیاف فولادی بر خصوصیات مکانیکی و عملکرد درمقابل حرارت و یخ­زدگی بتن سبک خودمتراکم


 

 

آبانماه 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده و استاد راهنما در سایت درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

 

چکیده

بتن خودمتراکم بتنی است که بدون نیاز به لرزاننده و متراکم کننده، به راحتی در میان فضای بین میلگردها تحت اثر وزن خود جریان می­یابد. امروزه استفاده از  بتن خود متراکم با داشتن ویژگی­هایی مانند دوام و پایایی، در سازه های بتن آرمه به طور قابل ملاحظه­ای افزایش یافته است. از سویی، یکی از مشکلات مهم در طراحی و اجرای ساختمان­ها، به خصوص ساختمان­های مرتفع، وزن و بار مرده زیاد به کار رفته در آنها می­باشد که استفاده از بتن سبک سبب کاهش وزن و بار مرده قابل توجهی در این سازه­ها می­گردد. لذا استفاده از بتن سبک خودمتراکم ایده­ای برای ارضای هر دو خاصیت فوق می­باشد.

در این تحقیق سعی شده است تا تأثیر 3 مقدار مختلف الیاف فولادی بر روی مشخصه­های مکانیکی و مقاومت حرارتی بتن سبک خودمتراکم حاوی لیکا و ژل میکروسیلیس، در سنین 7، 28 و 90 روزگی بررسی شود. برای این منظور ابتدا 10 طرح اختلاط، با تغییر در مقدار آب، میکروسیلیس، پودرسنگ و لیکا تهیه شده، سپس آزمایش­های مربوط به بتن تازه خودمتراکم شامل اسلامپ، حلقهJ، جعبه U، جعبه L و قیفV بر روی آنها انجام گرفته است. در نهایت با توجه به نتایج این آزمایش­ها و نتایج مقاومت فشاری در سنین 7 و 28 روزگی، و مقاومت کششی در 28 روزگی، طرحی به عنوان طرح شاهد انتخاب شده است. در ادامه آزمایش­های تکمیلی بر روی این طرح انتخاب شده صورت گرفته است. این آزمایش­ها شامل تأثیر الیاف بر مقاومت فشاری، کششی  و خمشی بتن می­باشد. همچنین برای بررسی اثر الیاف بر مقاومت حرارتی و یخ­زدگی و آب­شدگی بتن، آزمایش­های مقاومت فشاری، کششی و خمشی قبل و بعد از اعمال حرارت و یخ­زدگی روی بتن انجام شده است. چنانچه انتظار می­رفت، استفاده از الیاف فولادی بتن­خودمتراکم را از لحاظ رئولوژیکی تحت تأثیر قرار داد و سبب کاهش کارایی بتن شد. تا جایی که افزودن 1% الیاف به بتن، خاصیت تراکم­پذیری آن را از بین برد. بنابراین باید در استفاده مناسب از این الیاف، دقت کافی را داشت. همچنین این الیاف سبب بهبود رفتار مکانیکی بتن از لحاظ کششی و خمشی شده و در سنین کم بتن، موجب بهبود مقاومت مکانیکی تا درصد مشخصی نیز شده است. به علاوه استفاده از این الیاف برای بهبود وضعیت دوام در برابر حرارت نیز نتایج رضایت بخشی داده و نشان داده است که به علت ایجاد درگیری مصالح با یکدیگر، از ترک­خوردگی و پوسته­ای شدن بتن در حرارت جلوگیری کرده است. مشاهدات حاکی از آن است که افزایش درصد الیاف، مدت زمان دوام بتن در برابر حرارت را، بالا برده است. به علاوه استفاده از الیاف فولادی تا میزان 1% حجمی بتن، سبب افزایش مقاومت فشاری و دوام بتن و افزودن 5/0% الیاف سبب جلوگیری از افت مقاومت خمشی تیر بتنی در برابر سیکل­های یخ­زدگی و آب­شدگی شده است.

 

کلمات کلیدی: بتن سبک خودمتراکم، الیاف فولادی، لیکا، مقاومت­های مکانیکی، آزمایش حرارتی، آزمایش یخ­زدگی و آب­شدگی

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                           صفحه

فصل اول: معرفی بتن خودمتراکم

1-1- مقدمه. 1

1-2- اهداف تحقیق.. 4

1-3- تاریخچه. 4

1-4- تعریف بتن خودمتراکم.. 8

1-5- مشخصات بتن خودمتراکم.. 8

1-6- محاسن بتن خودمتراکم.. 9

1-7- دلایل گسترش بتن خودمتراکم.. 10

1-8- کاربرد­های بتن خودمتراکم.. 10

1-9- بررسی ویژگی­های بتن خودمتراکم.. 11

1-9-1- رئولوژی بتن خودمتراکم.. 11

1-9-2- کارایی بتن خودمتراکم.. 12

1-10- معرفی بتن سبک خودمتراکم.. 13

1-11- نحوه سبک سازی بتن خودمتراکم.. 14

1-11-1- استفاده از دانه­های منبسط شده پلی استایرن.. 15

1-11-2- استفاده از ساختار سلولی (فوم) 15

1-11-3- استفاده از انواع سنگدانه­های سبک با منشأ طیبعی و مصنوعی.. 17

1-11-4- معرفی سبک­دانه لیکا 18

1-11-4-1-  فرآیند تولید لیکا 18

1-11-5- معرفی سبک­دانه اسکریا و پومیس…. 20

 

 

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

فصل دوم: معرفی مواد پوزولانی، مواد جایگزینی و مصالح

2-1- مقدمه  26

2-2- میکروسیلیس و نانوسیلیس (دودهای سیلیسی) 26

2-2-1-  تعریف… 27

2-2-2- خصوصیات شیمیایی میکروسیلیس…. 27

2-2-3- تأثیر میکروسیلیس بر خواص بتن.. 28

2-2-3-1- مقاومت فشاری.. 28

2-2-3-2- دوام بتن.. 30

2-2-3-3- نفوذ آب… 30

2-2-3-4- نفوذ یون کلراید. 31

2-2-3-5- مقاومت در برابر آب دریا و اثرات جزر و مد ………………………………………………………………………………………….31

2-2-3-6- نتیجه­گیری.. 32

2-3- متاکائولین.. 32

2-4- تأثیر مس باره بر بتن خود متراکم.. 34

2-4-1- نتیجه­گیری.. 36

2-5- تاثیر ضایعات لوله های PVC بر بتن خود متراکم.. 36

2-5-1- نتیجه­گیری.. 40

2-6- تاثیر خاکستر بادی بر  بتن خودمتراکم.. 40

2-6-1- نتیجه­گیری.. 42

2-7- تاثیر ضایعات خرده لاستیک بر بتن خود متراکم.. 42

2-7-1- نتیجه­گیری.. 44

2-8- فوق­روان­کننده. 44

 

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

2-9- مصالح سنگی.. 45

2-9-1- آزمایش دانه‌بندی مصالح سنگی.. 45

2-9-2- مدول نرمی ماسه. 47

2-10- سیمان مصرفی.. 48

2-11- پودر سنگ آهک…. 48

2-12- لیکا 49

2-13- الیاف و کاربرد آن.. 52

2-13-1- مقدمه. 52

2-13-2- ویژگی­های فیزیکی الیاف… 53

2-13-3- شیوه قرار گرفتن و توزیع الیاف در ماتریس…. 54

2-13-4- موارد مصرف محصولات سیمانی تقویت شده با الیاف… 55

2-13-5- ضرورت استفاده از الیاف… 55

2-13-6- انواع الیاف از لحاظ شکل و اندازه قطری آنها 57

2-14- بتن مسلح به الیاف فولادی.. 58

2-14-1- مزایا و خواص بتن الیافی مسلح به الیاف فولادی.. 59

4-14-2- نحوه ساخت الیاف فولادی.. 61

2-14-3- کاربردهای بتن مسلح به الیاف فولادی.. 61

2-14-4- تاریخچه الیاف فولادی و تحقیقات انجام شده در این زمینه. 62

فصل سوم: آزمایش­های بتن تازه و سخت شده

3-1- مقدمه. 67

3-2- آزمایش جریان اسلامپ… 67

3-2-1- وسایل مورد نیاز. 68

 

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

3-2-2- روش انجام. 68

3-2-3- تفسیر نتایج.. 69

3-3- آزمایش اسلامپ کوچک…. 70

3-4-  آزمایش حلقه J. 70

3-4-1- وسایل مورد نیاز. 71

3-4-2- روش انجام. 71

3-4-3- تفسیر نتایج.. 71

3-5- آزمایش قیف V شکل و زمان 5 دقیقه. 72

3-5-1- وسایل مورد نیاز. 73

3-5-2- روش انجام. 73

3-5-3- تفسیر نتایج.. 73

3-6- آزمایش جعبه L شکل.. 74

3-6-1- وسایل مورد نیاز. 75

3-6-2- روش انجام. 75

3-6-3- تفسیر نتایج.. 75

3-7- آزمایش جعبه U… 77

3-7-1- وسایل مورد نیاز. 77

3-7-2- روش انجام. 77

3-7- تفسیر نتایج.. 78

3-8- اسلامپ T50. 80

3-9- آزمایش جداشدگی ستون.. 80

3-10- آزمایش پایداری الک GTM…. 81

3-11- آزمایش جعبه پرکنندگی (Fill). 81

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

3-12- آزمایش سنگدانه و ملات… 82

3-13- محدوده­های ارائه شده و توصیه شده در EFNARC… 82

3-14- آزمایش­های بتن سخت­شده…………………………………………………………………………………………………………………………..85

3-14-1- مقاومت فشاری بتن.. 86

3-14-1-1- آزمایش نمونه­های مکعبی.. 87

3-14-1-2- شکست نمونه­های فشاری.. 88

3-14-2- مقاومت کششی بتن.. 90

3-14-3- مقاومت خمشی بتن.. 91

3-14-4- آزمایش حرارتی بتن.. 94

3-14-4-1- اثر دمای بالا بر مصالح.. 96

3-14-4-2- اثر دمای بر بتن.. 97

3-14-4-3- تحقیق­های پیشین صورت گرفته. 102

3-14-7- تست یخ­زدگی و آب­شدگی بتن.. 104

فصل چهارم: طرح اختلاط بتن خودمتراکم معمولی و سبک

4-1- مقدمه. 108

4-2- توصیه­های EFNARC  108

4-3- روش طرح اختلاط Void –Bulk Density.. 113

4-4- روشی ساده برای ارائه طرح اختلاط بتن خود متراکم.. 115

4-5- ارائه طرح اختلاط با توجه به نتایج حاصل شده از تحقیقات پایان نامه . 119

فصل پنجم: ایجاد طرح­های اختلاط و شروع آزمایش­ها

5-1- مقدمه. 123

5-2- طرح­ها و آزمایش­ها 123

 

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

5-2-1- طرح اختلاط1. 125

5-2-2- طرح اختلاط2. 127

5-2-3- طرح اختلاط 3. 129

5-2-4- طرح اختلاط 4. 130

5-2-5- طرح اختلاط 5. 132

5-2-6- طرح اختلاط 6. 134

5-2-7- طرح اختلاط 7. 136

5-2-8- طرح اختلاط 8. 137

5-2-9- طرح اختلاط 9. 139

5-2-10- طرح اختلاط 10. 140

5-3- بررسی کلی طرح­های اختلاط و انتخاب طرح شاهد. 142

5-4- انتخاب طرح شاهد و ادامه آزمایش­ها 150

5-4-1- افزودن الیاف فولادی به طرح شاهد. 150

5-4-1-1- افزودن الیاف به میزان 5/0% حجمی بتن.. 151

5-4-1-2- افزودن الیاف به میزان 1% حجمی بتن.. 152

5-4-1-3- افزودن الیاف به میزان 5/1% حجمی بتن.. 153

5-4-1-4- تفسیر نتایج اثر الیاف بر خصوصیات بتن تازه. 153

5-4-1-5- تفسیر نتایج اثر الیاف بر خصوصیات مکانیکی بتن.. 160

5-5- آزمایش حرارتی.. 169

5-6- آزمایش یخ­زدگی و آب­شدگی  بتن.. 179

فصل ششم: نتیجه­گیری

6-1- مقدمه. 183

 

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

6-2- اثر الیاف بر رفتار بتن تازه. 183

6-3- اثر الیاف بر رفتار مکانیکی بتن.. 183

6-4- اثر الیاف بر مقاومت حرارتی بتن.. 185

6-5- اثر الیاف بر یخ­زدگی و آب­شدگی بتن.. 185

پیشنهاد­ها 187

منابع و مآخذ. 188

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل1-1- پل معلق Akashi-Kaiko  ژاپن.. 5

شکل 1-2-دیواره های مخازن  LNG… 6

شکل 1-3-  برج Landmark یوکوهاما – ژاپن.. 6

شکل 1-4- بازار midsummer در لندن.. 7

شکل 1-5- سر در دانشگاه علم و صنعت… 7

شکل 1-6- تصاویری از روان سنج­های با صفحه­های موازی و استوانه­ای هم­محور. 11

شکل  1-7 وزن مخصوص تقریبی و طبقه­بندی استفاده از بتن­های سبک­دانه. 17

شکل 1-8- سبک­دانه لیکا 19

شکل 1-9- ابعاد سبک­دانه اسکریا 22

شکل 1-10- شکل سبک­دانه اسکریا 23

شکل 1-11- سبک­دانه اسکریا با چگالی پایین.. 23

شکل 1-12- شکل سبک­دانه پومیس…. 24

شکل 1-13- ابعاد سبک­دانه پومیس…. 24

شکل 1-14- انواع سبک­دانه­های مورد استفاده در بتن.. 25

شکل 2-1- درصدهای استفاده از مس­باره و اثر آن بر اسلامپ مرجع.. 35

شکل 2-2- ذرات خرد شده PVC… 37

شکل 2-3- اثر افزودن PVC بر جریان اسلامپ… 38

شکل  2-4- اثر افزودن PVC بر جریان اسلامپ با گذر زمان.. 38

شکل 2-5- اثر افزودن PVC بر زمان جریان اسلامپ T50 با گذر زمان.. 39

شکل 2-6- تصاویر میکروسکوپیک از خاکستر بادی.. 40

شکل 2-7- نتایج مقاومت فشاری با افزایش ددرصد خاکستر بادی مرجع.. 42

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل 2-8- نسبت استفاده از فوق­روان­کننده به ازای افزایش خرده لاستیک…. 43

 شکل 2-9- کاهش مقاومت بتن با افزایش درصد خرده لاستیک  43

شکل 2-10- فوق­روان­کننده مصرفی در این تحقیق.. 45

شکل 2-11- منحنی دانه­بندی و محدوده­های مشخص شده دانه­بندی ASTM…. 47

شکل 2-12- لیکای درشت… 49

شکل 2-13- لیکای ریز. 50

شکل 2-14- انسداد بتن توسط لیکای درشت… 50

شکل 2-15- بروز پدیده جداشدگی در بتن ناشی از مصرف لیکای درشت… 51

شکل 2-16- مصالح به­کار رفته در طرح اختلاط.. 52

شکل 2-17- انواع الیاف از لحاظ شکل فیزیکی.. 57

شکل 2–18- الیاف فولادی دوپا 58

شکل3-1- آزمایش جریان اسلامپ… 68

شکل 3-2– آب انداختگی و جداشدگی ذرات بتن.. 69

شکل 3-3- شکل اسلامپ کوچک 70

شکل 3-4- تصاویری از حلقه J. 72

شکل 3– 5- قیف V شکل.. 74

شکل 3–6- ابعاد جعبه L.. 76

شکل 3–7- تصاویری از آزمایش جعبه L.. 76

شکل 3–8- انسداد جعبه L توسط دانه­ها 77

شکل 3–9- ابعاد جعبه U… 79

شکل 3–10- تصاویری از آزمایش جعبه U… 79

شکل 3–11- آزمایش جداشدگی بتن.. 80

شکل 3-12- آزمایش پایداری الک…. 81

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل 3– 13- نحوه شکسته شدن صحیح بتن در آزمایش مقاومت فشاری.. 88

شکل 3– 14- نحوه شکسته شدن ناصحیح بتن در آزمایش مقاومت فشاری.. 89

شکل  3-15- شکسته شدن صحیح نمونه فشاری مکعبی در تست مقاومت فشاری.. 89

شکل 3–16- شکست­ نمونه­های مردود مقاومت فشاری.. 89

شکل 3-17- نمونه کششی بتن.. 90

شکل 3–18- آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم.. 91

شکل 3–19- مقاومت خمشی بتن با یک نقطه بارگذاری در وسط تیر. 93

شکل 3–20- مقاومت خمشی بتن با چهار نقطه بارگذاری.. 93

شکل 3–21- مقاومت خمشی بتن با یک و دو نقطه بارگذاری در وسط تیر، استانداردهای مختلف… 94

شکل 3-22- منحنی­های مختلف زمان- دما در استانداردهای مختلف… 95

شکل 3-23- انواع منحنی­های زمان- دما 96

شکل 3-24- هدایت گرمایی بتن با مصالح مختلف… 97

شکل 3-25- مقایسه آنالیز حرارتی بتن با عملکرد بالا و بتن خودمتراکم.. 99

شکل 3-26- مقایسه کاهش وزنی بتن با عملکرد بالا و بتن خودمتراکم طی آنالیز حرارتی.. 100

شکل 3-27- سرعت کاهش آب بتن با عملکرد بالا و خودمتراکم.. 101

شکل  3-28- خطوط سیاه نشان دهنده جداشدن سنگ­دانه­ها 102

شکل 3-29- کرنش حاصله در شوک حرارتی.. 105

شکل 3 -30- ترک­های ایجاد شده در اثر سیکل حرارتی  105

شکل 4-1- تخمین اولیه نسبت آب به مواد پودری.. 110

شکل 4-2- اسلامپ و قیف V به کار رفته برای طرح اختلاط.. 110

شکل 4-3- عوامل تأثیرگذار بر طرح اختلاط.. 112

شکل 4-4- تفاوت عمده بتن معمولی و بتن خودمتراکم.. 112

شکل 4-5- اثر خمیر سیمان بر سنگدانه­ها 113

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل 4-6- تخمین فضای بین سنگ­دانه­ها با نسبت درشت­دانه به کل سنگ­دانه. 114

شکل  4-7-  نمودار اثر نسبت روان­کننده به قوام­دهنده بر جریان اسلامپ… 119

شکل 4-8- اثر نسبت روان­کننده به قوام­دهنده بر اختلاف ارتفاع جعبه U… 120

شکل  4-9- تخمین اولیه مصالح از روی جریان اسلامپ… 120

شکل 4-10- تخمین اولیه مصالح از روی اختلاف ارتفاع جعبه U… 121

شکل 4-11- تخمین اولیه مصالح از روی مقاومت فشاری 28 روزه. 122

شکل 5-1- طرح اختلاط 1………………………………………………………………………………………………………………………. 126

شکل 5-2- نمونه­های طرح اختلاط 1 و بروز جداشدگی……………………………………………………………………………… 127

شکل 5-3- طرح اختلاط 2 و بروز بلوکاژ……………………………………………………………………………………………………. 128

شکل 5-4- طرح اختلاط 2 و بروز جداشدگی…………………………………………………………………………………………….. 128

شکل 5-5- بتن طرح اختلاط 3……………………………………………………………………………………………………………….. 130

شکل 5-6- آزمایش جعبه U و نمونه ساخته شده طرح اختلاط 3……………………………………………………………….. 130

شکل 5-7- آزمایش حلقه J و جعبه L طرح اختلاط 4……………………………………………………………………………….. 131

شکل 5-8- نمونه های طرح اختلاط 4…………………………………………………………………………………………………….. 132

شکل 5-9- بتن طرح اختلاط 5 و آزمایش جعبه L……………………………………………………………………………………. 133

شکل 5-10- آزمایش حلقهJ  و نمونه فشاری طرح اختلاط 5………………………………………………………………………. 133

شکل 5-11- آزمایش جعبه L و جریان اسلامپ طرح اختلاط 6………………………………………………………………….. 135

شکل 5-12- نمونه­های فشاری طرح اختلاط 6………………………………………………………………………………………….. 135

شکل 5-13- آزمایش حلقه J  و بتن طرح اختلاط 7………………………………………………………………………………….. 137

شکل 5-14- نمونه فشاری و آزمایش جعبه L طرح اختلاط 7…………………………………………………………………….. 137

شکل 5-15- آزمایش جریان اسلامپ و حلقه J  ………………………………………………………………………………………… 138

شکل 5-16- آزمایش جعبه L و قیف V طرح اختلاط 8…………………………………………………………………………….. 139

شکل 5-17- آزمایش حلقه J و قیف V طرح اختلاط 9………………………………………………………………………………. 140

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل 5-18- نمونه فشاری و جریان اسلامپ طرح اختلاط 9. 140

شکل 5-19- آزمایش حلقه J و جریان اسلامپ طرح اختلاط 10. 141

شکل 5-20- آزمایش جعبه L و قیف V طرح اختلاط 10. 142

شکل 5-21- نتایج آزمایش جریان اسلامپ… 143

شکل 5-22- زمان تخلیه بتن از قیف V.. 144

شکل 5-23- اختلاف ارتفاع آزمایش حلقه J. 144

شکل 5-24- اختلاف ارتفاع آزمایش جعبه U.. 145

شکل 5-25- نتایج آزمایش جریان اسلامپ… 146

شکل 5-26- روند تغییرات اختلاف ارتفاع حلقه J در برابر قطر اسلامپ… 147

شکل 5-27- روند تغییرات اختلاف ارتفاع جعبه U در برابر نسبت آب به پودر. 147

 شکل 5-28- روند تغییرات اختلاف ارتفاع جعبه U در برابر جریان اسلامپ  148

شکل 5-29- مقاومت­های مکانیکی طرح­ها 149

شکل 5-30- روند افزایش مقاومت فشاری 7 روزه به 28 روزه. 149

شکل 5-31- بتن 5/0% الیاف… 152

شکل 5-32- تأثیر الیاف بر زمان T50 بتن.. 154

شکل5 -33- تأثیر افزایش درصد الیاف بر قطر جریان اسلامپ… 154

شکل 5-34- تأتیر الیاف بر اختلاف ارتفاع در آزمایش حلقه J. 155

شکل5–35- اثر افزایش الیاف بر زمان تخلیه آزمایش قیف V.. 155

شکل 5-36- بتن حاوی 5/0% حجمی الیاف فولادی.. 156

شکل 5-37- آزمایش جعبهU بتن 5/0% الیافی.. 157

شکل 5-38- آزمایش حلقهJ برای بتن 1% الیافی.. 157

شکل 5-39- بروز پدیده انسداد برای بتن 1% الیافی.. 158

شکل 5-40- بتن حاوی 5/1% الیاف فولادی.. 158

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل 5-41- انسداد بتن دارای 5/1% الیاف… 159

شکل 5-42- الیاف فولادی مصرفی در طرح­ها 159

شکل 5-43- الیاف فولادی مصرفی در طرح­ها 160

شکل 5-44- روند افزایش مقاومت فشاری درصدهای مختلف الیاف… 161

شکل 5-45- مقایسه مقاومت فشاری 7 روزه بتن­های الیافی.. 161

شکل 5-46- مقایسه مقاومت فشاری 28 روزه بتن­های الیافی.. 162

شکل 5-47- مقایسه مقاومت فشاری 90 روزه بتن­های الیافی.. 162

شکل 5-48- مقایسه مقاومت­های فشاری بتن­های الیافی در سنین مختلف… 163

شکل 5-49- روند افزایش مقاومت کششی درصدهای مختلف بتن الیافی.. 164

شکل 5-50- مقایسه مقاومت کششی 7 روزه بتن­های الیافی.. 164

شکل 5-51- مقایسه مقاومت کششی 28 روزه بتن­های الیافی.. 165

شکل 5-52- مقایسه مقاومت کششی 90 روزه بتن­های الیافی.. 165

شکل 5-53- مقایسه مقاومت کششی بتن­های الیافی در سنین مختلف… 166

شکل 5-54- اثر الیاف بر تحمل نیروی وارده در آزمایش خمشی تیر بتنی.. 167

شکل 5-55- تیرهای بتنی الیافی با شکست نرم در آزمایش خمش…. 168

شکل 5-56- نمونه بتن الیافی مقاومت فشاری بعد از اعمال بار. 168

شکل 5-57- نمونه بتن الیافی مقاومت کششی بعد از اعمال بار. 168

شکل 5-58- آنالیز حرارتی بتن خودمتراکم و بتن با عملکرد بالا.. 169

 شکل 5-59- منحنی زمان- دمای نمونه منفجر شده  170

شکل 5-60- نمونه منفجر شده در منحنی زمان – دمای شکل 5-59. 170

شکل 5-61- نمودار زمان- دمای اعمال شده. 171

شکل 5-62- مقاومت فشاری نمونه­ها پس از آزمایش حرارت… 174

شکل 5-63- مقاومت فشاری نسبی نمونه­ها و نسبت رطوبت پس از آزمایش حرارتی.. 174

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل 5-64- وزن نسبی نمونه­های فشاری پس از آزمایش حرارتی.. 175

شکل 5-65- مقاومت کششی نمونه­ها پس از آزمایش حرارتی.. 176

شکل 5-66- مقاومت کششی نسبی نمونه­ها و نسبت رطوبت پس از آزمایش حرارتی.. 176

شکل 5-67- وزن نسبی نمونه­های کششی پس از آزمایش حرارتی.. 177

شکل 5-68- مدت زمان دوام بتن در برابر حرارت ناگهانی C 950. 178

شکل 5–69- نتایج آزمایش فشاری نمونه­های تحت سیکل حرارتی و طبیعی.. 180

شکل 5-70- مقایسه نیروی وارده در آزمایش خمشی نمونه­های تحت سیکل حرارتی و طبیعی.. 181

شکل 5-71- نیروی وارده در آزمایش خمشی نمونه­های تحت سیکل حرارتی و نمونه­های طبیعی.. 182

شکل 5-72- نیروی نسبی وارده در آزمایش خمش نمونه­های تحت سیکل حرارتی به نمونه­های طبیعی.. 182

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                           صفحه

جدول 1-1- مشخصات مکانیکی بتن فوم متناسب با چگالی.. 16

جدول 1-2- کاربردهای بتن فوم متناسب با چگالی.. 16

جدول 1-3- چگالی انواع لیکا 20

جدول 1-4- تجزیه شیمیایی اسکریا 22

جدول 2-1- تجزیه شیمیایی میکروسیلیس…. 28

جدول 2-2-  طرح­های بتنی مرجع.. 29

جدول 2-3-  مقاومت طرح­های بتنی مرجع…………………………………………………………………………………………………. 29

جدول  2-4 ترکیبات شیمیایی متاکائولین…………………………………………………………………………………………………… 33

جدول 2-5- نتایج بتن تازه طرح اختلاط­های منبع………………………………………………………………………………………. 33

جدول  2-6- اکسیدهای موجود در سرباره مس……………………………………………………………………………………………. 35

جدول 2-7- آنالیز شیمیایی خاکستر بادی…………………………………………………………………………………………………… 41

جدول 2-8- مدول نرمی ماسه مصرفی………………………………………………………………………………………………………… 48

جدول 2–9- مشخصات مکانیکی انواع الیاف………………………………………………………………………………………………… 54

جدول 2–10- موارد استفاده از انواع الیاف……………………………………………………………………………………………………. 55

جدول 2–11- محدوده قطر انواع الیاف……………………………………………………………………………………………………….. 58

جدول 3-1 نتایج جریان اسلامپ بتن تازه طبق طبقه­بندی مؤسسه EFNARC…………………………………………… 69

جدول 3–2- دسته­بندی بتن بر اساس نتایج T50……………………………………………………………………………………….. 74

جدول 3– 3- مشخصه­های آزمایش­های بتن تازه…………………………………………………………………………………………. 82

جدول 3– 4- محدوده مجاز آزمایش­های بتن تازه خودمتراکم……………………………………………………………………….. 83

جدول 3-5-  محدوده مجاز آزمایش­های بتن تازه خودمتراکم.. 83

جدول 3–6- نقص بتن­های خارج از محدوده مجاز. 84

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

جدول 3–7- نقص بتن­های خارج از محدوده مجاز. 84

جدول 3-8-  راهکارهای رفع نقص­های بتن تازه خودمتراکم.. 85

جدول 4-1- طرح اختلاط­های به کار رفته در آمریکا، کانادا و ژاپن.. 111

جدول 4-2- وزن مخصوص مصالح سنگی.. 114

جدول 4-3- طرح اختلاط بر اساس مقاومت 28 روزه. 118

جدول 5-1- طرح آزمایش­ها…………………………………………………………………………………………………………………….. 124

جدول 5-2- طرح کلی اختلاط­ها……………………………………………………………………………………………………………… 125

جدول 5-3- طرح اختلاط 1…………………………………………………………………………………………………………………….. 125

جدول 5-4- نتایج آزمایش­های بتن تازه……………………………………………………………………………………………………. 125

جدول 5-5- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده………………………………………………………………………………………….. 126

جدول 5-6- طرح اختلاط 2…………………………………………………………………………………………………………………….. 127

جدول 5-7- نتایج آزمایش­های بتن تازه……………………………………………………………………………………………………. 127

جدول 5-8- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده………………………………………………………………………………………….. 128

جدول 5-9- طرح 3 اختلاط…………………………………………………………………………………………………………………….. 129

جدول 5-10- نتایج آزمایش­های بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 129

جدول 5-11- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده………………………………………………………………………………………… 129

جدول 5-12- طرح اختلاط 4…………………………………………………………………………………………………………………… 130

جدول 5-13- نتایج آزمایش­های بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 131

جدول 5-14- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده. 131

 جدول 5-15- طرح اختلاط 5 132

جدول 5-16- نتایج آزمایش­های بتن تازه. 132

جدول 5-17- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده. 132

 

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

جدول 5-18- ششمین طرح اختلاط.. 134

جدول 5-19- نتایج آزمایش­های بتن تازه. 134

جدول 5-20- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده. 134

جدول 5-21- طرح اختلاط 7…………………………………………………………………………………………………………………… 136

جدول 5-22- نتایج آزمایش­های بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 136

جدول 5-23- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده………………………………………………………………………………………… 136

جدول 5-24- طرح اختلاط 8…………………………………………………………………………………………………………………… 137

جدول 5-25- نتایج آزمایش­های بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 138

جدول 5-26- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده………………………………………………………………………………………… 138

جدول 5-27- طرح اختلاط 9…………………………………………………………………………………………………………………… 139

جدول 5-28- نتایج آزمایش­های بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 139

جدول 5-29- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده………………………………………………………………………………………… 139

جدول 5-30- طرح اختلاط 10………………………………………………………………………………………………………………… 140

جدول 5-31- نتایج آزمایش­های بتن تازه…………………………………………………………………………………………………. 141

جدول 5-32- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده………………………………………………………………………………………… 141

جدول 5-33- نتایج آزمایش­ها بتن تازه همه طرح­ها………………………………………………………………………………….. 142

جدول 5-34- نتایج آزمایش­های بتن سخت­شده همه طرح­ها 143

جدول 5-35- مقادیر پیشنهادی بتن سبک خودمتراکم.. 148

جدول 5-36- طرح اختلاط منتخب… 150

جدول 5-37- محدوده آزمایش­های بتن تازه. 150

جدول 5-38- مقاومت­های مکانیکی طرح منتخب… 150

جدول 5-39- مشخصات الیاف به کار رفته. 151

 

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

جدول 5-40- نتایج آزمایش­های بتن تازه با 5/0% الیاف… 151

جدول 5-41- نتایج آزمایش­های مکانیکی بتن با 5/0% الیاف… 151

جدول 5-42- نتایج آزمایش­های بتن تازه با 1% الیاف… 152

جدول 5-43- نتایج آزمایش­های مکانیکی بتن با 1% الیاف… 152

جدول 5-44- نتایج آزمایش­های بتن تازه با 5/1% الیاف… 153

جدول 5-45- نتایج آزمایش­های مکانیکی بتن با 5/1% الیاف… 153

جدول 5-46- درصد تغییرات پارامترهای خودتراکمی درصدهای مختلف الیاف… 156

جدول 5-47- مقاومت فشاری سنین مختلف بتن الیافی.. 161

جدول 5-48- درصد تغییرات مقاومت فشاری بتن الیافی.. 163

جدول 5-49- درصد تغییرات مقاومت کششی بتن الیافی.. 166

جدول 5-50- درصد تغییرات نیروی وارده در آزمایش خمشی تیر بتنی با درصدهای مختلف الیاف… 167

جدول 5–51- مقاومت نمونه­ها پس از آزمایش حرارتی.. 172

جدول 5–52- درصد کاهش وزن نمونه­ها در اثر آزمایش حرارتی.. 173

جدول 5–53- زمان مقاومت بتن الیافی در برابر حرارت ناگهانی C 950. 178

جدول 5-54- درصد کاهش وزن نمونه­ها در اثر آزمایش یخ­زدگی و آب­شدگی.. 179

جدول 5-55- تغییرات مقاومت فشاری نمونه­های تحت سیکل حرارتی.. 180

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

معرفی بتن خودمتراکم

 

 

 

مقدمه

بتن به عنوان پر مصرف­ترین مصالح ساختمانی در تمامی دنیا شناخته می­شود که استفاده از آن هم­چنان در حال افزایش است. با گسترش استفاده از بتن، اقتصاد و دوام و کیفیت آن اهمیت ویژه­ای می­یابد. در سازه­های بتنی برای رسیدن به مقاومت مورد نیاز و کاهش تخلخل و هوای درون بتن، همچنین حصول پایایی، بتن به روش­های مختلف لرزانده می­شود. با استفاده روزافزون از بتن و کمبود کارگران ماهر ساختمانی و مشکلات عدیده در اجرا و متراکم سازی بتن، از جمله سروصدا و هزینه بالای امور اجرایی، بالأخص در موارد با تراکم بالای آرماتور، تراکم بتن به طور کامل و رضایت بخش صورت نگرفته و سبب ایجاد مشکلاتی در مقاومت­های مکانیکی بتن می­گردد. لذا ساخت بتنی بدون نیاز به امور اجرایی برای متراکم کردن، رویای تکنولوژیست­های بتن بوده تا بتوانند با بهره گرفتن از مواد افزودنی مختلف و تغییر در درصدهای مصالح به کار رفته، به این مهم دست یابند و با ایجاد بتن خودمتراکم این نقیصه را رفع کنند [1].

ایده بتن خود­متراکم اولین بار در سال 1986 در ژاپن توسط شخصی به نام Okamura مطرح گردید [2] و به تدریج از ژاپن به اروپا و سایر نقاط جهان توسعه یافت. برای بهبود کارایی بتن خودمتراکم، ناگزیر از فوق­روان­کننده­ها استفاده می­شود. استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی ­روان­کننده برای روانی بتن می ­تواند سبب ایجاد جداشدگی در ذرات بتن و عدم کارایی آن شود. استفاده از فوق­روان­کننده­های نسل جدید و فیلر در بتن، ضمن ایجاد روانی لازم در بتن، از جداشدگی ذرات بتن جلوگیری کرده و بتنی کارا را به ارمغان می­آورد.

از سویی هزینه­ های بالای ساخت و ساز، به خصوص هزینه­ های تحمیل شده از سوی بار مرده، طراحان و مجریان را به فکر کاهش بار مرده به کار رفته در سازه­ها، به خصوص سازه­های مرتفع، و به تبع آن کاهش هزینه­ های ساخت و ساز انداخته است. ایجاد و استفاده از بتن سبک با بهره گرفتن از سنگ­دانه­های سبک، راهی برای کاهش این بار مرده می­باشد که تلفیق این خاصیت با خاصیت خودتراکمی، سبب ایجاد بتن سبک خودمتراکم می­شود. از مزایای استفاده از بتن خودمتراکم می­توان به موارد زیر اشاره کرد [3]:

1- افزایش سرعت اجرای سازه­های بتنی

2- اطمینان از تراکم کافی در مناطق با تراکم بالای آرماتور

3- کاهش آلودگی صوتی

4- بالا رفتن کیفیت محصول نهایی

5- صرفه­جویی اقتصادی ناشی از کاهش نیروی انسانی اجرایی و کاهش بار مرده سازه

علی­رغم تحقیقات انجام شده در مورد بتن خودمتراکم متأسفانه تاکنون استانداردی برای استفاده حداکثر از مزیت خودتراکمی بتن، تهیه نگردیده است [3]. هر چند در برخی مناطق جهان، آیین­نامه­هایی برای استفاده از این نوع بتن وجود دارد که از جمله عبارتند از EFNAC در اروپا، AFGC در فرانسه  و NCS در نروژ. امروزه در بسیاری از پروژه­های بزرگ دنیا از بتن [1]SCC استفاده می­شود. به همین سبب حصول اطمینان از مقاومت بالای این نوع بتن بسیار حائز اهمیت می­باشد. یکی از روش­های بالا بردن مقاومت بتن­های خودمتراکم، استفاده از مواد پوزولانی می­باشد. یکی از مواد پوزولانی مورد استفاده در بتن SCC غبار حاصل از دودکش­های کارخانجات تولید فروسیلیسیم، تحت عنوان میکروسیلیس می­باشد. استفاده از این غبار، علاوه بر جلوگیری از ورود این مواد مضر به محیط زیست، باعث افزایش چشمگیری در مقاومت­های مکانیکی بتن سخت شده و بهبود خواص بتن تازه، می­گردد [3]. خواص کاربردی میکروسیلیس در سال 1940 شناخته شد. اما به علت ایجاد چسبندگی بالای آن در بتن، و نیاز به افزایش چشمگیر آب در مخلوط بتن، استفاده از این محصول تا عرضه روان­کننده­ها و فوق­روان­کننده­ها به بازار، به تعویق افتاد [4].

تحقیقات بسیاری توسط محققان پیرامون کاربرد و استفاده از میکروسیلیس در مخلوط بتن با سیمان صورت گرفته است که نتایج حاصله، این محصول را به عنوان یکی از بهترین مواد پوزولانی با خاصیت کاهش نفوذپذیری و افزایش دوام بتن، معرفی می­ کند. برای ساخت بتن خودمتراکم می­توان با بهره گرفتن از فوق­روان­کننده­های نسل جدید ضمن به دست آوردن روانی زیاد از جداشدگی نیز جلوگیری نمود. برای این منظور با بهره گرفتن از مقادیر مناسبی از پودرها و پر کننده­های معدنی می­توان لزجت را اصلاح و مخلوط بتن همگنی تهیه نمود.

دوام سازه­های بتنی شدیداً وابسته به نفوذپذیری لایه سطح بتن است. استفاده از مواد پرکننده ­ای که اثرات مثبتی در خصوصیات مکانیکی بتن دارند در کنار استفاده از الیاف و مواد معدنی که خصوصیات فیزیکی بتن SCC را بهبود بخشد ضروری می باشد [3]. نتایج آزمون­های آتش، تفاوت­های عمده­ای را در رفتار و مقاومت حرارتی، بین بتن خودمتراکم و بتن معمولی نشان می­دهد که نتیجه مقدار تراکم، درصد آب به سیمان، پودر­ها و مواد افزودنی در این بتن­ها می­باشد [5]. یکی از مهمترین معایب و نواقص بتن خودمتراکم، مقاومت کم آن در برابر آتش و حرارت می­باشد و از اینرو تحقیق و پژوهش در این زمینه، با توجه به نقش تعیین کننده این مقاومت در عملکرد سازه، امری ضروری بوده و استفاده از سنگ­دانه­ها و مواد پرکننده برای بهبود خواص حرارتی بتن  SCC امری مهم می­باشد.

یکی از دلایل مهم شکست اجزای بتنی در آتش پدیده پوسته شدن[2] است. سه مکانسیم اصلی تنش­های حرارتی، فشار بخار و تغییرات ساختاری سنگدانه­ها را می­توان عوامل اصلی پدیده پوسته شدن نام برد. ساختار متراکم بتن­های SCC باعث می شود تا انتقال بخار و رطوبت در آن دشوارتر شود و فشار بخار بالایی در نزدیکی سطح بتن ایجاد شود و زمینه پوسته شدن فراهم ­گردد [6]. فشار گاز­های متصاعد شده از بتن، چه فشار بخار آب به علت نسبت بالای آب به مواد سیمانی و چه بخارهای متصاعد شده به علت تجزیه مواد و مصالح موجود در بتن، در هنگام آزمون آتش، سبب ایجاد فشارهای درونی در بتن می­شود و این فشارها سبب جدا شدن قسمت خارجی بتن می­گردد که در اصطلاح پوسته­ای شدن می­باشد. استفاده از الیاف­های گوناگون با خصوصیات فیزیکی مختلف، و سنگدانه­های متخلخل، یک راه حل مناسب و اساسی برای رفع این نقیصه مهم بتن SCC می­باشد تا در برابر آتش­سوزی و تنش­های حرارتی و فشار بخار آب، بتواند دوام کافی را از خود نشان دهد. در سال­های اخیر تحقیقات زیادی درباره اثر انواع الیاف در برابر حرارت صورت گرفته است. یکی از این الیاف که با موفقیت امتحان خود را پس داده است، الیاف پلیمری پلی­پروپیلن می­باشد. این الیاف در دماهای بالا، تحت حرارت ذوب شده و خلأ ایجاد شده در اثر این ذوب­شدگی، فضای لازم برای گازهای متصاعد شده از بتن خودمتراکم را ایجاد کرده و در نتیجه تا حد زیادی از میزان فشارهای وارده و تنش درونی ایجاد ­شده توسط این گازها می­کاهد [3].

اما عملکرد الیاف فولادی در برابر حرارت مسئله­ای مجهول است که در این تحقیق به اثر این نوع الیاف بر مقاومت حرارتی بتن پرداخته می­شود. غیر از مسئله الیاف، سنگدانه­ها نیز می­توانند اثر مهمی بر مقاومت حرارتی بتن ایفا کنند. وجود سنگدانه­های متخلخل در بتن، تا حد زیادی می ­تواند سبب بهبود عملکرد بتن در برابر حرارت گردد. سنگ­دانه­های متخلخل با هوای موجود در خود، هم با ایفای نقش عایقی مانع از رسیدن حرارت به لایه­های درونی شده و هم با ایجاد فضای کافی برای گازهای متصاعد شده، مانع از ایجاد تنش­های درونی حاصل از این گازها می­شود. اما وجود سنگ­دانه اشباع متخلخل در بتن می ­تواند نتیجه­ای عکس از خود نشان داده و با وجود مقدار رطوبت بالای خود، فشار گازهای داخلی را بیشتر کند و در نتیجه بتن را آسیب­پذیرتر از قبل کند. در این تحقیق با ساخت بتن سبک خودمتراکم الیافی حاوی الیاف فولادی و سنگ­دانه لیکا، به بررسی اثر این مواد پرداخته می­شود.

علاوه بر عملکرد حرارتی الیاف در برابر بتن، عملکرد آنها در برابر یخ­زدگی و آب­شدگی­های مکرر و پی­درپی نیز می ­تواند موضوع مهمی می­باشد. وجود الیاف فولادی در بتن خودمتراکم، می ­تواند با حفظ انسجام و یکپارچگی بتن، مانع از آسیب بتن در برابر این سیکل­ها شود. رطوبت موجود در بتن در اثر یخ­زدگی و افزایش حجم ژل سیمان، باعث وارد شدن تنش­های داخلی به بتن شده و با آب­شدگی و از بین رفتن این تنش و یخ­زدگی مجدد و اعمال مجدد تنش داخلی، نوعی خستگی در بتن ایجاد کرده و سبب ایجاد ترک­های مویین در بتن می­شود که این ترک­ها می ­تواند مقاومت­های مکانیکی بتن را کاهش دهد. در این تحقیق سعی شده تا با افزودن درصدهای مختلف الیاف فولادی به بتن، اثر این الیاف بر عملکرد بتن در برابر یخ­زدگی و ذوب­شدگی مورد بررسی قرار گیرد.

جدا از تأثیر الیاف بر خصوصیات مکانیکی بتن، این الیاف بر کارایی بتن نیز اثرگذار خواهند بود. الیاف فولادی به دلیل وزن مخصوص بالای خود نسبت به سایر مصالح به کار رفته در بتن سبک خودمتراکم، تمایل زیادی به جداشدگی و ته­نشین شدن در ترکیب بتن دارند که این یک مشکل بسیار اساسی می­باشد. همچنین به علت شکل مخصوص خود، این الیاف پدیده­ای به نام گلوله شدن را به وجود می­آورد که طی آن مقدار زیادی از الیاف در یک نقطه باهم جمع شده و بتن را از حالت یکپارچگی خود درخواهد آورد.

در این تحقیق پس از معرفی بتن خودمتراکم معمولی و سبک، به بیان شیوه سبک­سازی با انواع سنگ­دانه­ها و بیان نحوه تولید سبک­دانه لیکا، که در این تحقیق از این سبک­دانه استفاده شده است، پرداخته می­شود. در ادامه با انجام آزمایش­های بتن تازه خودمتراکم، اثر الیاف بر خواص خودتراکمی بتن مورد ارزیابی قرار می­گیرد و در ادامه به بررسی اثر این الیاف بر عملکرد حرارتی و یخ­زدگی و آب­شدگی بتن و انتخاب درصدی مناسب پرداخته می­شود.

1– Self Compact Concrete

2-­ Explosive Spalling

تعداد صفحه :140

قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت  serderehi@gmail.com

دسته‌ها: عمران