برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد
دانشكده مهندسي عمران و محیط زیست
پایان نامه کارشناسی ارشد
گرایش مهندسی و مدیریت ساخت
نفوذپذیری بتن ها تحت اعمال توام
کربناسیون و نفوذ یون کلراید
مردادماه 1392
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب
عنوان صفحه
2-1-1-……………………………………………………………. ساختار بتن 7
2-1-2-………………………………………… ساختار فاز سنگدانه 7
2-1-3-………………………. ساختار سیمان خمیر هیدراته 7
2-1-4-…………….. مواد جامد در خمیر هیدراته شده 8
2-1-5- فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده 9
2-1-6-……………………….. فضاهای بین لایه ای در C–S–H 9
2-1-7-…………………………………………………….. فضاهای مویینه 10
2-1-8-……………………………………………………….. حباب های هوا 10
2-1-9-…………………………………………………….. آب بین لایه ای 11
2-1-10-……………………………………………………………………. مقاومت 11
2-2-1- مكانيزمهاي انتقال يون كلرید و عوامل مؤثر بر آن 14
2-3-1-… فرآيند شيميايي- فيزيکي کربناتاسيون 18
2-3-2- عوامل موثربر فرآيند کربناتاسيون بتن 18
2-3-3- تاثير عوامل خارجي (شرايط محيطي) بر کربناتاسيون بتن 26
2-3-4- تاثيرشرايط اجرايي بر کربناتاسيون بتن 29
2-3-5-…………….. تاثير کربناتاسيون بر خواص بتن 31
2-4- تاثير کربناتاسيون بر يون کلرید 33
2-4-1- تاثير کربناتاسيون بر مقيدسازي يون کلريد 33
2-4-2- پدیده توام کربناسیون و نفوذ یون کلراید 34
2-4-3-………………………………………………………… مطالعه پدیده 34
2-4-4- انواع مدل های تاثیر توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید 38
2-4-4-4-……………………………………… مدل song و همکاران 40
2-4-5- رفتار کربناسیون و نفوذ کلراید به گونه همزمان 41
3- مصالح، روش های ساخت و آزمایش ها 43
3-2-1-…………………………………. مواردمصرف دوده سیلیس 44
3-2-2-…………….. اثر واکنش پوزولانی دوده سیلیس 44
3-2-3-……………….. میزان حرارت زایی دوده سیلیس 44
3-3-1-………………………………………………………………………. سيمان 45
3-3-2-…………………………………………………………………. سنگدانه 45
3-3-3-……………………………………………………………………………… آب 46
3-3-4-………………………………………………… فوق روان کننده 46
3-4- ساخت و عملآوری آزمونههای بتنی 47
3-4-1-………………….. طرح اختلاط نمونه آزمایشگاهی 47
3-4-2-………………………………………………………………. ساخت بتن 51
3-5-1-……………….. آزمايشهاي تعيين نفوذ كلرايد 55
3-5-2- آزمايشهاي خواص مكانيكي و نفوذپذيري بتن 56
3-6- آزمایشهای صورت گرفته در آزمایشگاه 56
3-6-1- آزمایش تسریعشده نفوذ یون کلرید در بتن(RCPT) 56
3-6-2- آزمایش مقاومت الکتریکی سطحی به روش ونر 59
3-6-3-…………………………………………………….. مقاومت فشاری 61
3-4-6-…………………………………. آزمایش جذب آب موئینه 62
3-6-5-………………………………. تعیین عمق کربناتاسیون 62
3-6-6-……………….. تعیین میزان نفوذ یون کلراید 63
4-2- لوازم بهره گیری شده در ساخت دستگاه 66
4-4-1-……………………………………………… شمای کلی دستگاه 68
4-4-2-…………………………………………… طراحی مدار فرمان 76
4-4-3-……………………………………… رگولاتور و فشار شکن 77
4-4-4- پیچ های کنترل کننده سطح آب توسط فلوتر 78
4-4-5-……………………………… صافی – پمپ آب – یکطرفه 79
4-4-6-…………… غلظت سنج، رطوبت سنج و دما سنج 81
4-4-7-…………………………………………… دستگاه رطوبت گیر 83
5- نتایج آزمایشها و تجزیه و تحلیل آن ها 95
5-3- آزمایش تسریعشده نفوذ یون کلرید در بتن (RCPT) 96
5-4- آزمایش مقاومت الکتریکی سطحی به روش ونر 97
5-5-1-………………………………. تعیین عمق کربناتاسیون 99
5-6- تعیین میزان نفوذ یون کلراید 100
5-7- مقایسه نتایج آزمایشها 101
5-7-1- مطالعه اثر کربناسیون و نفوذ یون کلراید در مقاومت فشاری بتن 101
5-7-2-…………………………………………… مطالعه جذب موئینه 106
5-7-3-………………………………. مطالعه مقاومت الکتریکی 108
5-7-4- مطالعه آزمایش تسریع شده نفوذ یون کلراید 110
5-7-5-……………………………………. مطالعه عمق کربناسیون 111
5-7-6-………………………………. مطالعه نفوذ یون کلراید 113
5-7-7-………………………… مطالعه در اندازه نانو TEM 114
5-7-8- مطالعه روابط بین مشخصات مکانیکی و فیزیکی بتن ها 117
8- دستآورد ها و تقدیر و تشکر 128
8-1- دستاوردهای پایان نامه 128
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 2‑1 محدوده های ابعاد قسمت های جامد و فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده 9
شکل 2‑2 انواع آب های موجود در ساختار سیلیکات کلسیم هیدراته شده [5]. 11
شکل 2‑3 ترتيب مقاومت در برابر کربناتاسيون براي انواع سيمانها ]43[ 20
شکل 2‑4 اثر چگالي بتن بر عمق کربناتاسيون ]43[. 22
شکل 2‑5 سهولت در تشخيص جبهه کربناتاسيون با افزايش نسبت آب به مواد سيماني 23
شکل 2‑6 تاثير ميزان ماسه در بتن بر کربناتاسيون ]43[ 24
شکل 2‑7 تاثير غلظت ماسه در ملات بر ضريب نفوذپذيري دياکسيد کربن در بتن ]23[. 25
شکل 2‑9 طریقه روبه رشد غلظت دياکسيدکربن در جو ]49[ 27
شکل 2‑10 تاثير فاصله نمونههاي بتني از ساحل بر کربناتاسيون ]51[ 29
شکل 2‑11 تاثير ميزان تراکم بتن بر عمق کربناتاسيون بتن ]19[. 31
شکل 2‑12 الگوريتم كلي نرمافزار CONDOUR 39
شکل 2‑13 شماي كلي بررسي دوام بتن تحت اثر نفوذ گاز و گرما به بتن 41
شکل 2‑14رفتار توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید 42
شکل 3‑1نمودار دانه بندی سنگدانه 46
شکل 3‑2 دستگاه میکسر – مخلوط کننده سنگدانه و سیمان 52
شکل 3‑3 ساخت لجن دوده سیلیس 53
شکل 3‑4 مخلوط کردن آب و هم زدن لجن 53
شکل 3‑5 مخلوط کردن تدریجی لجن دوده سیلیس 53
شکل 3‑7 مخزن آب – جهت نگهداری بتن تا 90 روز 55
شکل 3‑8 دسيکاتور و نحوه آمادهسازي نمونهها جهت آزمايش RCPT 57
شکل 3‑9 تصوير شماتيك دستگاه RCPT 58
شکل 3‑10 دستگاه و محفظههاي آزمايش RCPT 58
شکل 3‑11 نمایی از شکل شماتیک دستگاه و مراحل انجام آزمایش دستگاه سنجش مقاومت الکتریکی 60
شکل 3‑12 میزان تاثیر ابعاد نمونه بر مقادیر ضریب صحیح مقاومت الکتریکی ویژه 61
شکل 3‑13 نمایی از مراحل برش نمونه ها 62
شکل 3‑14 نمایی از مراحل مختلف آزمایش تعیین عمق کربناتاسیون و تعیین PH اعماق بتن 63
شکل 3‑15 محلول نیترات نقره 63
شکل 3‑16 نمایی از مراحل مختلف آزمایش تعیین میزان نفوذ کلراید 64
شکل 4‑1 دستگاه ساخته شده نگهداري بتن در چرخه همزمان كربناسيون و انتشار يون كلريد 69
شکل 4‑2 شیر برقی مربوط به آب 70
شکل 4‑3 شیر برقی مربوط به گاز 70
شکل 4‑4 لوله ارتباطی آب به قطر یک اینچ 71
شکل 4‑5 لوله ارتباطی گاز به قطر دو اینچ 71
شکل 4‑6 اتصال لوله های دستگاه با بهره گیری از دستگاه اتو 72
شکل 4‑7 مراحل تکمیل لوله کشی دستگاه 72
شکل 4‑8 آب بندی لوله های ارتباطی از داخل مخازن 72
شکل 4‑9 شیر تخلیه هوای مخازن 73
شکل 4‑12 تابلو برق و فرمان 73
شکل 4‑11 لوازم داخلی تابلو برق 75
شکل 4‑13 قطعه PLC بهره گیری شده در این دستگاه – شرکت FATEK کره ای 77
شکل 4‑14 فشار شکن و کپسول گاز دی اکسید کربن 78
شکل 4‑17 پیچ های فلوتر 78
شکل 4‑18 پمپ آب با قدرت بالاتر 80
شکل 4‑19 ترانسمیتر کمیت های محیطی با پورت سریالMod Bus TM-1280 تولید داخلی – شرکت تیکا 81
شکل 4‑20 سنسور TM-1280 تولید داخلی – شرکت تیکا 81
شکل 4‑23 اتصالات و ترمینال های سنسور 82
شکل 4‑25 کپسول گاز و نکات ایمنی 84
شکل 4‑27 مرحله اول کار با دستگاه 84
شکل 4‑28 مرحله دوم کار با دستگاه – ورود رمز 84
شکل 4‑29 مرحله سوم کار با دستگاه – ورود به تنظیمات 85
شکل 4‑30 مرحله چهارم کار با دستگاه – تنظیمات جزر و مد و شیر برقی مربوط به آب 85
شکل 4‑31 مرحله پنجم کار با دستگاه – تنظیمات دستگاه رطوبت گیر 85
شکل 4‑32 روشن بودن رطوبت گیر 86
شکل 4‑33 مرحله ششم کار با دستگاه – تنظیمات شیر برقی مربوط به گاز 86
شکل 4‑34 مرحله هفتم کار با دستگاه – شروع به کار دستگاه 87
شکل 4‑35 علامت نشانگر روشن بودن شیر برقی مربوط به گاز 87
شکل 4‑36 باز کردن شیر کپسول گاز 88
شکل 4‑37 تنظیم فشار گاز دی اکسید کربن 88
شکل 4‑40 نمودار افزایش یا کاهش گاز دی اکسید کربن 90
شکل 4‑41 میزان افزایش یا کاهش دما 90
شکل 4‑42 نمودار افزایش یا کاهش رطوبت 91
شکل 4‑43 میزان رطوبت قبل از شروع به کار کردن دستگاه رطوبت گیر 91
شکل 4‑44 میزان رطوبت پس از شروع به کار کردن دستگاه رطوبت گیر 91
شکل 4‑45 روش ذخیره اطلاعات صفحه نمایش در حافظه جانبی 92
شکل 4‑46 ذخیره سازی اطلاعات 92
شکل 4‑47 نمونه صفحه نمایش ذخیره شده. 92
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 5‑7 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 5‑15 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 ارتباط شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن کربناته 117
شکل 5‑22 ارتباط شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن شاهد 118
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 پارامترهاي موثر در نفوذ يون کلرید به بتن 17
جدول 2‑2 اثر نرمي بلين بر عمق کربناتاسيون بتن[38] 21
جدول 2‑3 طرحهاي اختلاط بتن 36
جدول 3‑1 ترکيبات شيميايی دوده سیلیس و سيمان 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 دستهبندي 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 نمونهها (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 نمونهها) 99
جدول 5‑6 نتایج عمق کربناسیون (میلیمتر) 100
جدول 5‑7 نتایج نفوذ یون کلراید 101
1- مقدمه
1-1- مقدمه و اهمیت موضوع
بتن، به عنوان پرمصرفترین و مهمترین مصالح ساختمانی قرن بیستم معرفی شده می باشد. مصرف سرانۀ بتن در دنیا در حدود یک تن می باشد. لذا، بتن پس از آب، بیشترین مادهای می باشد که بشر مصرف می کند. این، در حالی می باشد که فقط حدود دو قرن از ابداع سیمان و بتن گذشته می باشد و این مصرف به سرعت در حال فزونی میباشد [1و2].
دوام بتن مانند مسائلی می باشد 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 بایستی قبل از ساخت، آزمایش های لازم بر روی آن صورت گیرد.
با در نظر داشتن شرایط واقعی شهری همانند تهران، بتن دائما در معرض کربناسیون و گاه نفوذ یون کلرید به گونه همزمان می باشد. 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 مطالعه 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 می باشد اما در هیچیک از آزمایش ها در هیچ نقطه ای از دنیا تا، به حال تاثیر این دو عامل بسیار مخرب به گونه همزمان مطالعه نشده می باشد و از این حیث نیز این پروژه دارای ارزشی مضاعف می باشد.
1-2- ضرورت انجام پژوهش
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، مطالعه 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 نمود زیرا می توان قبل از انجام بتن ریزی به بهینه عمر بتن دست پیدا نمود و آن را پیش بینی نمود. با در نظر داشتن این تخمین و پیش بینی، چرخه های تعمیر و نگهداری نیز به تعویق افتاده و عمر سازه های شهری افزایش چشمگیری خواهد پیدا نمود 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 مطالعه های آزمایشگاهی عوامل مخرب کربناسیون و نفوذ یون کلرید ، به گونه جداگانه انجام می شده می باشد و نتایج واقعی بدست نمی آمده می باشد و متعاقب آن، نتایج حاصل از مطالعه دوام نمونه های بتنی از واقعیت به دور بوده می باشد زیرا در حالت طبیعی و در محیط هایی که بتن ریزی انجام می گردد، 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 هست.
هدف بهره گیری از این دستگاه آن می باشد 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 گونه 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 گردد. ضمنا در کارخانه ها و کارگاه های بتن سازی که بحث کنترل دوام بتن بسیار مهم می باشد، 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 می باشد بهره گیری نمود تا از نتایج آزمایشات کاملا اطمینان حاصل نمود. 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 نمود. بهتر می باشد از این دستگاه برای مطالعه دوام بتن هایی که در پروژه های مناطق جنوبی کشورمان تولید می گردد، که خرابی ناشی از کربناسیون و حمله یون های کلریدی، بالاست بهره گیری گردد تا بتوان به نتایج دقیق تری در آزمایشات نمونه های بتنی دست پیدا نمود 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 مطالعه کربناسیون و نفوذ یون کلرید به گونه 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 گردید. 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 گردید تا بتوان تاثیر همزمان این دو عامل مخرب بتن را سنجید.
1-4- چارچوب پایان نامه
پایاننامه حاضر مشتمل بر شش فصل میباشد، که کوشش شده مطالب مورد نیاز پایاننامه به صورت موجز با رعایت حفظ مفهوم به ترتیب اهمیت آورده گردد.
فصل اول “مقدمه”
در این فصل مقدمهای در مورد کلیات و اهداف پایاننامه آورده شده و لزوم انجام پایاننامه ذکر گردیده می باشد.
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 مطالعه شده می باشد.
فصل سوم “مواد و مصالح و روش های آزمایش”
در این فصل در مورد مصالح بهره گیری شده در پژوهش حاضر بحث شده می باشد و روش های آزمایشی که بتن ها با آن آزمایش شده اند به گونه کامل مطالعه شده می باشد.
فصل چهارم “دستگاه نگهداری در بتن در چرخه همزمان نفوذ یون کلراید و کربناسیون”
در این بخش به گونه کامل نحوه ساخت دستگاه ، ایده اولیه و تمام جوانب آن توضیح داده شده می باشد. ضمنا تمام مراحل بهره گیری از دستگاه به صورت کامل توضیح داده شده می باشد.
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 مطالعه شده می باشد.
فصل ششم “نتیجه گیری و پیشنهاد “
در این فصل کوشش شده نتایج حاصل از مطالعهها و ارزیابیهای صورت گرفته به صورت اختصار آورده شده و به سؤالات مطرح شده در قسمت اهداف پایاننامه پاسخ داده گردد و در نهایت پیشنهادهایی برای ادامه پژوهش در آینده ارائه گردد.
2- مروری بر ادبیات فنی
2-1- مقدمه
در این فصل به مطالعه 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 می باشد. این ماده معمولا از مخلوط کردن سیمان پرتلند، ماسه، سنگ شکسته و آب تشکیل می گردد. در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد، از 10 به 1 نیز فراتر رفته می باشد. میزان مصرف امروز بتن در جهان بالغ بر 5/5 میلیون تن در سال می باشد.
علت های زیادی برای این پر مصرف ترین مصالح مهندسی ذکر گردیده می باشد:
بتن مقاومت بالایی پیش روی آب دارد. برخلاف چوب و فولاد معمولی، توانایی بتن برای مقاومت پیش روی آب و عدم ایجاد خرابی در آن، از مصالحی ایده آل برای کنترل و ذخیره کردن و حمل و انتقال آب ساخته می باشد.
سهولت شکل دادن به آن برای ساخت اجزای مختلف سازه که به راحتی به درون قالب ها با شکل های مختلف ریخته می گردد. [1].
سیمان پرتلند و سنگدانه به آسانی قابل دسترسی و ارزان می باشند.
بتن مسلح که در آن از فولاد و بتن بهره گیری می گردد، طوری طراحی می گردد 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 در نظر داشتن 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 عیان آن، دارای ساختار بسیار پیچیدهای می باشد و روابط بین ساختار ماده و مشخصات آن، که معمولاً برای درک و کنترل مواد مختلف سودمند می باشد، را نمیتوان به سادگی به کار برد. بتن شامل یک توزیع غیرهمگن از تعداد زیادی اجزاء جامد می باشد و نیز دارای منافذی می باشد که دارای شکلها و اندازههای گوناگونی میباشند. تمامی این منافذ و یا بخشی از آنها از محلولهای قلیایی پر شدهاند. 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 میگردد. مانند این مواد میتوان به فولاد، پلاستیکها و سرامیکها تصریح 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 می باشد [1] و بنا بر دانش تکنولوژی بتن فرآیند 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 می باشد 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 گونه مستمر تغییر میکنند، از طرفی دیگر بر خلاف سایر مصالح، که به صورت یک “کالای آماده برای مصرف” ارائه میشوند، بتن مادهای می باشد که اغلب میبایستی درست قبل از مصرف در محل کارگاه یا نزدیک آن ساخته گردد. از این رو اگر در دو مرحله بتنی با مشخصات یکسان در دو کارگاه متفاوت ساخته گردد، نمیتوان از رفتار یکسان آنها مطمئن بود.
به گونه کلی، به هر ماده یا محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن، تشکیل شده باشد، بتن اطلاق میگردد. 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 میگردد اما در اینجا مقصود 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 می باشد که این خود گواه پارامترها و ویژگیهای منحصر بفرد آن میباشد. مقاومت عالی بتن پیش روی آب، سهولت فرمپذیري بتن در اشکال و اندازههاي 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 روشهاي ساخت بهگونه قابل ملاحظهاي تغییر کرده می باشد.
اجزاء اصلي تشكيلدهندة بتن، عبارتند از سنگدانه، سيمان و آب. در سالهاي اوليه، بهره گیری از بتن به دليل کم بودن مقاومت کششي آن، محدودتر بود اما در اواسط قرن نوزدهم ميلادي براي اولين بار از تسليح بتن بهره گیری گردید و به اين ترتيب با لاغر شدن اعضاي بتني، امکان طرح دهانههاي بزرگتر و بهره گیری از تنشهاي طراحي بالاتر، به عنوان يکي از مهمترين پيشرفتها در زمينة بهره گیری از بتن فراهم گرديد. با در نظر داشتن اينکه مواد اوليه براي ساخت بتن در همه جاي دنيا در دسترس می باشد، بهره گیری از آن در سطح دنيا از همان آغاز رو به گسترش گذاشت.
بتن از سه فاز مختلف تشکيل شده می باشد. اين فازها عبارتند از: سنگدانه، خمير و ناحية انتقال. مشخصات مکانيکي و دوام بتن به هر سه فاز ذکر گردیده وابسته می باشد. بنابراين براي ارزيابي و تعيين مشخصات بتن بايد هر سه فاز بررسي شوند. اين بررسيها بايد از دو دیدگاه صورت گیرد. دیدگاه اول، بررسي هر يک از سه فاز به صورت مستقل و دیدگاه دوم، بررسي اثر اين سه فاز بر يکديگر.
2-1-1- ساختار بتن
2-1-2- ساختار فاز سنگدانه
در واقع سنگدانه تعیین کننده وزن واحد حجم، مدول (الاستیسیته) و پایداری ابعادی بتن می باشد. این خواص بتن تا حدود زیادی بستگی به وزن مخصوص ظاهری و مقاومت سنگدانه ها دارد آن هم به نوبه خود به خواص فیزیکی سنگدانه بیشتر از خواص شیمیایی آن وابسته می باشد. [2].
علاوه به تخلخل، شکل و بافت سنگدانه های درشت نیز در خواص بتن تاثیر دارند .
وجود سنگدانه های با ابعاد بزرگتر و همچنین نسبت زیادی سنگدانه های مسطح و طویل در بتن باعث به وجود آوردن لایه نازک آب در فصل مشترک خمیر و سنگدانه شده و این لایه در ضعیف کردن پیوستگی خمیر و سنگدانه (در ناحیه انتقال) بسیار موثر می باشد [3].
2-1-3- ساختار سیمان خمیر هیدراته
سیمان پرتلند غیرهیدراته پودر خاکستری رنگی می باشد که از ذرات زاویه داری و در اندازه های بین 1 تا 50 میکرون تشکیل شده می باشد. المانهای اصلی تشکیل دهنده سیمان عبارتند از: کلسیم، سیلیسیوم، آلومینیوم، آهن، منیزیم، سدیم، پتاسیم و گوگرد. این المانها در طبیعت خالص نیستند و به صورت اکسید وجود دارند. سیمان از آسیاب کردن کلینکر با مقدار کمی سولفات کلسیم به دست می آید. ترکیبات اصلی کلینکر سیمان شامل C3S، C2S، C3A،C4AF می باشد که در دمای 14700 درجه سانتی گراد با ذوب شدن و ترکیب شدن این اکسید ها حاصل می شوند.
هر یک از خواص سیمان تحت تاثیر یکی از اکسیدهای مرکب می باشد، اکسیدهای C3S، C2S حدود 75 درصد سیمان را تشکیل می دهند و ویژگی های مفید سیمان از قبیل چسبندگی مقاومت و ثبات حجمی را این دو اکسید می سازند.
واکنش سیمان با آب را هیدراتاسیون (آبگیری) می گویند. آبگیری C3S خیلی سریع می باشد اما آبگیری C2S کند می باشد. در نتیجه C3S باعث ایجاد مقاومت کوتاه مدت و C2S باعث ایجاد مقاومت بلند مدت می گردد. حرارت ایجاد شده در زمان آبگیری ناشی از واکنش سریع C3S با آب می باشد. C3A اکسید ناپایداری می باشد که شدیدا تحت تاثیر حملات شیمیایی به خصوص حمله سولفات ها قرار می گیرد. از واکنش C3A با سولفاتها ترکیبی به نام اترنژیت حاصل می گردد که در مجاورت آب افزایش حجم می دهد و به این ترتیب باعث ترک خوردن و خرد شدن بتن می گردد. C3A در مقاومت سیمان تأثیر کمی دارد در عوض باعث گیرش آنی سیمان می گردد. گیرش آنی به دلیل واکنش سریع C3A با آب رخ می دهد. واکنش C3A خالص با آب بسیار شدید می باشد و به سفت شدن فوری خمیر که به گیرش آنی معروف می باشد منتهی می گردد. برای جلوگیری از این امر در هنگام تولید سیمان سنگ گچ (H2O2، CaSO4) به کلینکر سیمان افزوده می گردد. گیرش آنی برگشت ناپذیر می باشد. C4AF در تولید سیمان به شکل کاتالیزور حرارتی اقدام می کند. اگر مقدار C4AF در سیمان کم گردد حرارت لازم برای تولید کلینکر سیمان افزایش می یابد و باعث غیراقتصادی شدن تولید سیمان می گردد.
هنگامی که پودر سیمان در آب ریخته می گردد سولفات کلسیم و ترکیبات دمای بالای کلسیم تمایل به حل شدن پید کرده و مایع جدید سریعا از ذرات یونی مختلف اشباع می گردد. در نتیجه تشکیل ترکیبات حاصل از کلسیم سولفات، آلومینات و یون های هیدروکسیل چند دقیقه پس از هیدراتاسیون سیمان آغاز بلورهای سوزنی شکل سولفوآلومینات کلسیم هیدراته شده، موسوم به اترینگات ظاهر می گردند. پس از چند ساعت بلورهای بزرگ منشوری شکل هیدروکسید کلسیم و بلورهای کوچک الیافی شکل سیلیکات کسلیم هیدراته شده، فضاهای خالی خمیر را که قبلا توسط آب و ذرات سیمان اشغال شده بود پر می کنند. بعد از چند روز بسته به میزان نسبت اکسید آلومینیوم به سولفات سیمان پرتلند، اترینگیات ناپایدار شده و به مونوسولفات هیدراته شده به شکل صفحات شش وجهی در می آید. صفحات شش وجهی شکل همچنان متعلق به هیدروکسید کلسیم هیدراته شده می باشد که در خمیر هیدراته شده کم سولفات یا در سیمان های با C3A زیاد تشکیل می گردد [4].
2-1-4- مواد جامد در خمیر هیدراته شده
1- هیدروکسید کلسیم
2- سولفوآلومینات کلسیم
3- دانه های کلینکر هیدراته نشده
4- سیلیکات کلسیم هیدراته
فاز سیلیکات کلسیم هیدراته که مختصرا با C–S–H نشان داده می گردد، حدود 50 تا 60 درصد حجم مواد جامد خمیر سیمان کاملا هیدراته شده را تشکیل داده و پس مهمترین بخش مواد جامد خمیر در تعیین خواص آن می باشد. علت نشان دادن این ترکیب به شکل C–S–H این می باشد که نسبت به ترکیبات آن کاملا مشخص نشده و در آن نسبت C به S بین 5/1 تا 2 و نیز آب شیمیایی آن بسیار متغیر می باشد. شکل ذرات C–S–H نیز از کریستال های ضعیف الیافی شکل تا شبکه های منسجم تغییر می کند. به علت شکل کلوییدی و تمایل به خوشه ای شدن آن بلورهای C–S–H تنها با دستگاه میکروسکوپ الکترونی قابل شناسایی دقیق می باشد. ساختار بلورین داخلی C–S–H نیز هنوز معلوم نشده می باشد. قبلا تصور می گردید که بلورهای آن شبیه ماده معدنی طبیعی توبرمورایت می باشد و از این رو گاه به C–S–H ژل توبرمورایتی نیز گفته می گردید. [5]. با بهره گیری از دستگاه های مختلف اندازه گیری مساحت سطح C–S–H در حدود 100 تا 700 متر مربع بر گرم پیشنهاد شده می باشد. مقاومت ماده اساسا به نیروهای واندروالس، اندازه حرفات ژلی یا فاصله بین قسمت جامد که در حدود 18 آنگستروم می باشد نسبت داده می گردد.
2-1-5- فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده
انواع مختلف فضاهای خالی در خمیر سیمان ایجاد می گردد که در خواص آن تاثیر به سزایی دارند (شکل 2‑1)
شکل 2‑1 محدوده های ابعاد قسمت های جامد و فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده
2-1-6- فضاهای بین لایه ای در C–S–H
پاورز عرض فضاهای بین لایه ای در C–S–H را حدود 18 آنگستروم اظهار کرده و معتقد می باشد که این فضاهای خالی 28 درصد قسمت جامد C–S–H می باشد. به هر حال فلدمن و سردا این فضا را بین 5 تا 25 آنگستروم پیشنهاد می کنند. با این تفاصیل این فضاهای متخلخل آنقدر کوچکند که نمی توانند تاثیری در مقاومت و تراوایی خمیر سیمان سخت شده داشته باشند. آب درون این فضاهای کوچک می تواند توسط پیوند هیدروژنی نگه داشته گردد و خروج آن تحت شرایطی معین می تواند سبب ایجاد جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش خمیر گردد.
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)
اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود می باشد
تعداد صفحه :149