خواص مهندسی و دوام بتن خود تراکم حاوی ذرات نانو سیلیس با رویکرد دستیابی به درصدهای بهینه الیاف

صدر ممتازی, علی; کهنی خشکبیجاری, رضا; لطفی عمران, امید

doi:10.22124/jcr.2016.1610

تعداد نشریات	31
تعداد شماره‌ها	748
تعداد مقالات	7,108
تعداد مشاهده مقاله	10,240,386
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	6,897,989

خواص مهندسی و دوام بتن خود تراکم حاوی ذرات نانو سیلیس با رویکرد دستیابی به درصدهای بهینه الیاف

تحقیقات بتن

مقاله 2، دوره 8، شماره 2 - شماره پیاپی 14، اسفند 1394، صفحه 19-34 اصل مقاله (1.24 M)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22124/jcr.2016.1610

نویسندگان

علی صدر ممتازی¹؛ رضا کهنی خشکبیجاری²؛ امید لطفی عمران^* ²

¹دانشیار دانشکده فنی دانشگاه گیلان

²دانشجوی دکتری مهندسی عمران،گرایش سازه، دانشکده فنی دانشگاه گیلان

چکیده

تحقیقات گذشته نشان داده است که استفاده از الیاف در بتن سبب افزایش مقاومت سایشی، خمشی و کششی می گردد. از یکسو بتن خود تراکم (SCC)، بتنی بسیار سیال و مخلوطی بسیار همگن است که بسیاری از مشکلات بتن معمولی را مرتفع نموده و بدون نیاز به هیچگونه لرزاننده داخلی و خارجی تحت اثر وزن خود، متراکم می‌‌شود. این ویژگی کمک شایانی به اجرای اعضای سازه‌ای با تراکم زیاد آرماتور می‌نماید. از سویی دیگر فناوری نانو در سالیان اخیر موجب تحولات شگرفی در دانش بشری گردیده و نانو ذرات که نتیجه ای از فناوری نانواند به عنوان یک پوزولان مصنوعی بسیار فعال درتکنولوژی بتن توانسته اند با کاربرد در ساخت مصالح پایه سیمانی ساختار آنها را تحت تاثیر قرار داده و بهبود بخشند. لذا استفاده از بتنی که خصوصیات بتن خود تراکم و الیافی را با هم داشته و ریز ساختار ماتریس آن تقویت شده باشد کمک شایانی به ساخت سازه‌هایی با عملکرد بالا و با دوام می‌نماید. در این تحقیق آزمایشگاهی به بررسی اثر توأم نانوسیلیس و الیاف‌های مختلف (فلزی، پلی‌پروپیلن، شیشه) بر خواص مکانیکی (مقاومت فشاری، کششی، خمشی،انرژی پذیری(طاقت)و مدول الاستیسیته ) و رئولوژی (L-BOX، جریان اسلامپ، ) و دوام (شامل نفوذ یون کلر(RCPT) و جذب آب) بتن خودتراکم ‌پرداخته میشود، و نیز از آزمایش طیف سنجی تفرق اشعه ایکس (XRD) استفاده شده است. بدین منظور 40 طرح اختلاط شامل 4 سری Aو B و C و D که به ترتیب حاوی 0، 2، 4 و 6 درصد وزنی سیمان، نانو سیلیس که به صورت جایگزین با سیمان مورد استفاده قرار گرفتند. هر سری ازاین مجموعه شامل 3 نوع الیاف (فلزی: 2/0، 3/0 و 5/0 درصد حجمی و پلی‌پروپیلن: 1/0، 15/0 و 2/0 درصد حجمی و شیشه: 15/0 و 2/0 و 3/0 درصد حجمی) مورد آزمایش و مقایسه قرار گرفتند. بررسی نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که حضور توأم درصد بهینه الیاف(فلزی 3/0 ، پلی‌پروپیلن 2/0 و شیشه: 2/0 درصد حجمی) و نانوسیلیس(4 درصد وزنی سیمان) موجب بهبودی خصوصیات مکانیکی و دوام بتن خود تراکم می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

الیاف؛ بتن خود تراکم؛ ذرات نانو؛ خصوصیات مکانیکی؛ دوام

اصل مقاله

1- مقدمه

بتن خود تراکم اولین بار برای دستیابی به ساختار بتن پایدار در سال 1988 مطرح گردید و مطالعات اولیه پیرامون کارایی بتن خود تراکم، توسط ozawa (1989) و okamura (1993) در دانشگاه توکیو انجام گرفت [1، 2، 3] طبق نظریه‌ای، بتن خود تراکم بتنی است که دارای سیالیتی باشد که تراکم، بدون نیاز به انرژی خارجی انجام شود و علاوه بر آن در حین و پس از تمام بتن‌ریزی بصورت یکپارچه باقی بماند و به راحتی در خلال آرماتورهای متراکم حرکت کند [4]. اجرای سریع‌تر ساختمانها، کاهش نیروی انسانی به دلیل خود تراکمی بودن SCC، بهبود دوام به دلیل کاهش نفوذپذیری، آزادی عمل بیشتر در طراحی مقاطع از مزایای استفاده از بتن SCC می‌باشد. از طرفی بتن به عنوان ماده‌ای که ساختار اصلی بیشتر سازه‌ها از قبیل: پل، سد، روسازی فرودگاه و اسکلت سازه‌ها و ... را تشکیل می‌دهد، از نظر خواص دارای معایبی نیز می‌باشد که نظر محققان و مهندسان را به خود جلب کرده است.که از مهمترین معایب آن مقاومت کششی کم آن است که به همین دلیل دارای شکل‌پذیری کم و تردی زیاد می‌باشد. برای رفع این عیب از تسلیح بتن توسط میلگردهای فولادی استفاده می‌شود. این میلگردها به صورت متمرکز در بتن قرار می‌گیرند و تا حد خیلی زیاد ضعف مقاومت کششی بتن را جبران می‌کند. استفاده از میلگرد در همه جا امکان‌پذیر نبوده یا باعث هزینه‌های زیادی می‌شود مانند: پوسته کانالهای آب، روسازی، فرودگاهها و .... از اینرو برای رفع این مشکل در چند دهه اخیر از رشته‌های الیاف که به صورت یکنواخت در حجم بتن پراکنده استفاده می‌شود که ایده آن به قرنها قبل مانند استفاده از کاه یا موی دم اسب در خشتهای گلی برمی‌گردد.

انهدام و زوال بتن به شدت به تشکیل ترک‌ها و ریزترک‌ها در اثر بارگذاری و یا تأثیرات محیطی وابسته است. تغییرات گرمایی و رطوبتی در خمیر سیمان باعث ایجاد ریز ترک‌ها می‌شوند و چنین ریز ترک‌هایی در سطح دانه‌های درشت متمرکز می‌شوند. با تأثیر بیشتر بارگذاری و نیز سایر مسائل محیطی، ریز ترکها در جسم بتن منتشر می‌شود [5]. استفاده از الیاف مختلف در بتن و ساخت بتن الیافی (FRC) به عنوان یک گام موثر در جلوگیری از انتشار ریزترکها و ترکها و جبران ضعف مقاومت کششی بتن محسوب می‌شود. مهمترین مشخصه بتن الیافی خاصیت جذب انرژی، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر ضربه است؛ به همین دلیل امروزه این بتن نقش بسیار جدی در پیشرفت تکنولوژی بتن ایفا کرده و به عنوان یک ماده جدید و اقتصادی در مسائل ساختمانی محسوب شده است [6]. خاصیت جذب انرژی و طاقت بتن می‌تواند به نحو مطلوبی خطر شکست سازه‌های بتنی به خصوص در مناطقی که تحت بارهای مکرر و لرزه‌ای قرار می‌گیرند را کاهش دهد. برای روشن شدن شکل‌پذیری بتن الیافی توجه شود که کرنش شکست یک ماتریس ترد (نظیر سیمان پرتلند) به مراتب از کرنش شکست یک فایبر محکم (نظیر فولاد، شیشه، پلی‌پروپیلن) کمتر است (کمتراز50/1). در نتیجه وقتی که سیمان مسلح به الیاف تحت بار قرار گیرد ماتریس بسیار زودتر از شکست الیاف، ترک خواهد خورد با ترک‌خوردگی ماتریس، یکی از سه نوع شکست زیر ممکن است برای جسم کامپوزیت اتفاق بیافتد:

الف) ممکن است جسم کامپوزیت بلافاصله پس از ترک‌خوردگی ماتریس بشکند، نظیر حالتی که از فایبرها پلیمری با درصد حجم کم استفاده شده باشد.

ب) ممکن است جسم کامپوزیت تحت بارهای کمتر به تحمل بار و تغییر شکل ادامه دهد، نظیر حالتی که از فایبرهای فولادی با حجم کم تا متوسط استفاده شده باشد. در این حالت مقاومت پس از ترک‌خوردگی ابتدا با بیرون کشیده شدن فایبرها از سطح ترک تأمین شده و سپس با تغییر شکل آنها ادامه می‌یابد.

ج) ممکن است پس از ترک‌خوردگی ماتریس، جسم کامپوزیت تنشهای کششی و تغییر شکل‌های بیشتری را تحمل می‌کند، نظیر حالتی که از فایبرهای کربن به مقدار متوسط تا زیاد استفاده شده باشد. دقت شود که این حالت فقط در صورتی اتفاق می‌افتد که مقاومت چسبندگی (مقاومت بیرون کشیدگی^{^[1]}) فایبر در لحظه اولین ترک بیش از بار موجود در لحظه اولین ترک باشد، زیرا در لحظه ترک‌خوردگی تمام بار به ناگهان به فایبر منتقل می‌شود. حال با افزایش بار روی جسم کامپوزیت، فایبر تنش اضافی را از طریق چسبندگی به ناحیه تماس، به ماتریس بتن منتقل می‌کند. واضح است که از بین حالت فوق‌الذکر، بتن الیافی در وضعیت (الف) فاقد شکل‌پذیری بوده و بیشترین شکل‌پذیری برای بتن الیافی در شرایط (ج) حاصل می‌شود. حال برای رسیدن به حالت شکل‌پذیر بتن الیافی (حالت ج) نیاز است که به تقویت ناحیه تماس الیاف و ماتریس بتن بپردازیم.

ناحیه تماس که به اسامی مختلفی مانند لایه مرزی یا منطقه انتقالی نامیده می‌شود، ناحیه مرزی بین خمیر سیمان و سطح سنگدانه یا الیاف و یا میلگرد پدید می‌آید که نقش مهمی در نفوذپذیری، دوام و مقاومت بتن دارد. ناحیه تماس دارای میکرو ساختاری متفاوت با خمیر سیمان بوده و دارای تخلخل و ریزترکهای بیشتری است. ضخامت ناحیه تماس، تابع نوع الیاف، نوع سیمان، نوع پوزولان مصرفی، نسبت آب به سیمان و سن بتن می‌باشد. در این بررسی آزمایشگاهی برای تقویت ناحیه تماس از نانوسیلیس به عنوان پوزولان مصنوعی بسیار فعال که از محصولات فناوری نانو است استفاده شده است. در سالهای اخیر، با ورود فناوری نانو دیدگاههای جدید در زمینه فناوری بتن ایجاد شده است که از جمله آنها می‌توان به بهبود دانش و درک فیزیکی و شیمیایی واکنش‌ و ریز ساختار بتن و نیز بهبود کیفیت بتن‌های موجود و روش‌های اجرایی مرتبط با آن با استفاده از مواد جدید در مقیاس نانو یا همان نانو ذرات اشاره کرد. طبق تعریف، نانو ذره به ذره‌ای اطلاق می‌شود که حداقل یکی از ابعاد آن کمتر از 100 نانومتر باشد. با توجه به ریز ساختار سیمان هیدراته شده و وجود حفراتی در ابعاد نانو در آن، استفاده از نانو ذرات می‌تواند در پر کردن تخلخل‌های بسیار ریز خمیر سیمان و افزایش مقاومت و به خصوص دوام بتن مؤثر باشد. نتایج تحقیقات انجام شده توسط Qing ]7 ]، Collepardi [8] و Li [9] این مسأله را تأیید می‌کند. بنابراین وجود نانوسیلیس می‌تواند استحکام فشاری خمیر سخت شده سیمان و استحکام پیوندی سنگدانه با خمیر و همچنین الیاف با خمیر سیمان را افزایش داده و ساختار ناحیه انتقال را به طور مؤثری بهبود ببخشد.

2- مصالح مصرفی

نانو سیلیس مصرفی در این تحقیق نانو سیلیس آمورف کلوئیدی محلول در آب با غلظت 50 درصد است. نانو سیلیس مذکور دارای بیش از 99 درصد سیلیس آمورف بوده که در جدول(1) خصوصیات فیزیکی این نانو سیلیس آمده است، که با 2، 4، 6 درصد وزن سیمان در سری های مختلف بکار گرفته شد. در این تحقیق از فوق روان کننده (SP) نسل سوم بر پایه کربوکسیلیک اتر با نام تجاری GLENIUM_110P ، استفاده شده است این ماده، کدر و ابری رنگ بوده و در دمای 20 درجه سانتیگراد، وزن مخصوص آن 1/1 گرم بر سانتیمتر مکعب می‏باشد.

جدول (1)- مشخصات فیزیکی نانوسیلیس

الیاف های مصرفی شامل سه نوع پلی پروپیلن، فولادی و شیشه می باشد که ویژگیهای آنها را میتوان در جدول(2) مشاهده کرد.

جدول 2 –ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی الیاف های مصرفی

نسبت منظر	قطر (mm)	طول (mm)	مقاومت کششی )	شکل	الیاف
120	1/0	12	4500	صاف	*P.P*
50	7/0	36	21000	قلابدار	ST
600	02/0	12	14000	صاف	*Glass*

شن مصرفی با حداکثر ابعاد 5/12 میلیمتر و منحنی دانهبندی آن در محدوده استاندارد ASTM بوده و ماسه مصرف شده زیر الک 75/4 میلیمتر انتخاب شد که دارای هم ارز ماسه‏ای به میزان 76 درصد بوده است و از سیمان پرتلند تیپ 2 و پودر سنگ با وزن مخصوص6/2 گرم بر سانتیمتر مکعب استفاده شده است.

3- طرح اختلاط

در این تحقیق، 40 طرح اختلاط شامل 4 سری A ,B ,C ,D به ترتیب با 6، 4، 2، 0 درصد وزنی سیمان، نانو سیلیس که بهصورت جایگزین با سیمان استفاده شده است و هر سری شامل 3 نوع الیاف (فلزی: 2/0، 3/0 ،5/0 درصد حجمی، پلی پروپیلن: 1/0، 15/0 ، 2/0 درصد حجمی و شیشه:15/0،2/0 ، 3/0 درصد حجمی) مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. در تمام 40 طرح اختلاط که در جدول(3) آمده است.به غیر از نوع ومقدار الیاف و میزان نانو سیلیس،تمامی اجزای تشکیل دهنده بتن ثابت در نظر گرفته شد. نسبت آب به مصالح سیمانی(W/B^{^[2]}) برابر است با 39/0 و طرح شماره A1 که بدون الیاف و نانو سیلیس است بهعنوان طرح شاهد در نظر گرفته شد.( V_f (%) موجود در جدول(3) همان درصد حجمی الیاف یعنی نسبت حـــجم الیاف به حجـــم بتن ،می باشد

و به علت اینکه درجه خلوص محلول نانو سیلیس 50% می باشد، مقادیر وزنی محلول نانو سیلیس موجود در جدول (3) به صورت خالص نبوده، در واقع 50% وزنی آن آب و 50% آن نانو سیلیس می باشد).

جدول 3- طرح اختلاط بتن( بر حسب(kg/m³) )

MIX No.	Series	Nano Silica (%)	Fiber V_f (%)		Gravel	Sand	Lime stone powder	Cement	Nano Silica	Water	SP
1	A	0	-		722	826	288.9	413.1	0	162	7
2			St	0.2	722	826	288.9	413.1	0	162	7
3				0.3	722	826	288.9	413.1	0	162	7
4				0.5	722	826	288.9	413.1	0	162	7
5			P.P	0.1	722	826	288.9	413.1	0	162	7
6				0.15	722	826	288.9	413.1	0	162	7
7				0.2	722	826	288.9	413.1	0	162	7
8			Glass	0.15	722	826	288.9	413.1	0	162	7
9				0.2	722	826	288.9	413.1	0	162	7
10				0.3	722	826	288.9	413.1	0	162	7
1	B	2	-		722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
2			St	0.2	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
3				0.3	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
4				0.5	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
5			P.P	0.1	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
6				0.15	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
7				0.2	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
8			Glass	0.15	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
9				0.2	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
10				0.3	722	826	288.9	396.6	16.5	153.7	7
1	C	4	-		722	826	288.9	380	33	145.5	7
2			St	0.2	722	826	288.9	380	33	145.5	7
3				0.3	722	826	288.9	380	33	145.5	7
4				0.5	722	826	288.9	380	33	145.5	7
5			P.P	0.1	722	826	288.9	380	33	145.5	7
6				0.15	722	826	288.9	380	33	145.5	7
7				0.2	722	826	288.9	380	33	145.5	7
8			Glass	0.15	722	826	288.9	380	33	145.5	7
9				0.2	722	826	288.9	380	33	145.5	7
10				0.3	722	826	288.9	380	33	145.5	7
1	D	6	-		722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
2			St	0.2	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
3				0.3	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
4				0.5	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
5			P.P	0.1	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
6				0.15	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
7				0.2	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
8			Glass	0.15	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
9				0.2	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7
10				0.3	722	826	288.9	363.5	49.6	137.2	7

4- نحوه عمل‌آوری و نگهداری، نمونه‌ها

بعد از اتمام اختلاط، این نمونه ها در شرایط آزمایشگاهی به مدت 24 ساعت در قالب نگهداری می‌شدند و سپس از قالب در آورده شده و در حوضچه‌های آب در دمای بین 22-25 درجه سانتیگراد تا سن مورد نظر برای هرآزمایش نگهداری شدند. هر طرح اختلاط شامل 9 نمونه مکعبی به ابعاد (10×10×10) سانتیمتر و 6 نمونه استوانه ای (15×30) سانتیمتر و 3 نمونه تیر به ابعاد (10×10×50) سانتیمتر و 1 نمونه استوانه ای (10×20) سانتیمتر می باشد که در کل برای 40 طرح اختلاط، 760 نمونه ساخته شده است.

5- بررسی خواص فیزیکی (رئولوژی) بتن خود تراکم تازه

در این تحقیق از طرح اختلاطی استفاده شد که با وجود استفاده از الیاف و نانو سیلیس در بتن، بتن خواص خودتراکمی SCC را داشته باشد، لذا برای سنجش کارایی بتن خودتراکم الیافی حاوی ذرات نانو سیلیس از پارامترهای سنجش بتن خودتراکم استفاده نمودیم. جهت بررسی خواص متفاوتی از قبیل قابلیت عبور و پایداری بتن خودمتراکم در برابر جداشدگی از آزمایشL-BOX و جهت ارزیابی تغییرشکل پذیری یا روانی بتن خودمتراکم از آزمایش اسلامپ استفاده گردید. آزمایش اسلامپ بتن خودمتراکم مشابه با آزمایش صورت گرفته برای بتن معمولی است. با این تفاوت که در این آزمایش پس از جاری شدن بتن بر روی میز اسلامپ دو قطر عمود برهم اندازه گیری میشوند و میانگین آنها بیانگر روانی بتن مذکور میباشد. همچنین زمان رسیدن به قطر500 میلیمتر (بر حسب ثانیه) با توجه به علامت گذاری در داخل صفحه آزمایش اسلامپ ثبت می شود که بیانگر نرخ تغییر شکل با تعریف یک فاصله روانی است. با آزمایش L-BOX ارتفاع SCC تازه را پس از عبور از میان فواصل مشخص شده بین آرماتورهای فلزی و جریان در یک مسیر در نظر گرفته شده، اندازه گیری می گردد و با این مقدار که حداقل 8/0می باشد، قدرت عبور و انسداد آن تخمین زده می شود.نتایج حاصل از خواص فیزیکی بتن خودتراکم تازه در شکل(1)، (2)و (3) ارائه شده است. مطابق آیین نامه اروپا جریان اسلامپ بتن خود تراکم باید در محدوده 60-75 سانتیمتر و زمان باید حداقل 3 و حداکثر 6 ثانیه باشد.

شکل 1- آزمایش جریان اسلامپ (T₅₀)

شکل 2- آزمایش اسلامپ

شکل3 - آزمایش L-BOX

6- آزمایشات بتن سخت شده

6-1-آزمایش مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته

آزمایش مقاومت فشاری بر اساس استاندارد (B.S1881:Part116) انجام پذیرفت. در آزمایشات انجام شده شرایط عمل آوری و پارامتر های آزمایش و پارامتر های ساخت یکسان بوده اند که نتایج آن در جدول (4) و شکل )5) ارائه شده است. جهت تعیین مدول ارتجاعی بتن از نمونه‌های استوانه‌ای به قطر 15 و ارتفاع 30 سانتی‌متر (ASTM-C496) استفاده گردید که نتایج آن در جدول(4) ارائه شده است.

جدول 4- خواص مکانیکی بتن سخت شده(28 روزه)

MIX No.	Series	Nano Silica (%)	Fiber V_f(%)		Compressive strength (Mpa)	Splitting tensile strength (Mpa)	Flexural tensile strength (Mpa)	Toughness (N.mm)	Elastic modulus (Gpa)	RCPT (کلمب)	جذب آب(%)
1	A	0	-		73	4	5.16	1190	38	1622	1.7
2			St	0.2	74.3	5	6.02	20651	37.6	2200	2.4
3				0.3	81.5	5.2	6.58	22695	38.3	3062	2.47
4				0.5	78	5.8	7.08	31169	38.2	4232	2.5
5			P.P	0.1	71.7	4.2	5.82	3843	36	1948	2.5
6				0.15	69.3	4.6	6.24	5012	35.5	2270	2.62
7				0.2	66.6	4.6	6.6	5433	35.2	2785	2.88
8			Glass	0.15	82	4.5	5.52	2314	37.3	1162	0.8
9				0.2	78.5	5.6	8.1	3001	37	1202	1.1
10				0.3	76.8	5.3	7.8	2570	37.5	1615	1.22
1	B	2	-		75.2	4.3	5.52	-	38.7	-	-
2			St	0.2	77.5	5.8	7.2	23748	38.7	-	-
3				0.3	82.7	7.1	7.53	27553	39	-	-
4				0.5	79.2	6.9	7.4	36468	38.8	-	-
5			P.P	0.1	73.6	4.4	6.1	4343	37	-	-
6				0.15	70.8	5	6.4	5357	36.7	-	-
7				0.2	68	5.4	7	6007	36.6	-	-
8			Glass	0.15	82.6	4.8	6.7	2503	40	-	-
9				0.2	80.5	5.7	8.3	3177	38.8	-	-
10				0.3	78.7	5.5	8.1	2693	37.6	-	-
1	C	4	-		86.1	5.4	7.2	-	41	978	1.35
2			St	0.2	85.7	6.7	8.4	22505	41	1378	1.5
3				0.3	88	7.3	8.6	26785	41.3	1603	1.5
4				0.5	87.2	7.6	9.1	35105	41.3	2100	1.58
5			P.P	0.1	82.6	5.5	7.5	3980	38.1	1117	1.7
6				0.15	78.7	6.1	7.8	5309	37.8	1973	1.87
7				0.2	76.5	6.3	7.9	5911	37.7	2115	1.9
8			Glass	0.15	88.7	6.3	8.5	2470	41.5	877	0.6
9				0.2	84	7.2	9	3102	41	1012	0.6
10				0.3	83.6	7.1	8.7	2515	41	1072	0.68
1	D	6	-		85.4	5.4	7.17	-	40.9	-	-
2			St	0.2	85.2	6.5	8.4	21078	40.7	-	-
3				0.3	86.7	7.2	8.5	21970	41.2	-	-
4				0.5	86.1	7.3	8.8	30556	41	-	-
5			P.P	0.1	79.6	5.4	7.1	3850	37.5	-	-
6				0.15	77	5.8	6.9	5112	37.5	-	-
7				0.2	72.3	6	7.2	5430	37.3	-	-
8			Glass	0.15	86.5	6	8.5	2270	40.7	-	-
9				0.2	83	6.8	8.4	2876	40.5	-	-
10				0.3	82.7	6.7	8.1	2482	40.5	-	-

6-2-آزمایش مقاومت کششی

از این آزمایش بر طبق استاندارد ASTM-C496 برای تعیین مقاومت کششی بتن استفاده شد که نتایج آن در جدول (4) و شکل های (6) ارائه شده است.

6-3-آزمایش مقاومت خمشی و طاقت خمشی

در این آزمایش هدف تعیین مدول گسیختگی و طاقت خمشی بر اساس استانداردهای ASTMC78 وASTMC1018–94b که بر روی نمونه‌های منشوری 10×10×50 سانتی‌متر توسط دستگاه (Universal) که مکانیزم آن کنترل تغییرمکان^{^[3]} بوده و با سرعت 5/0 میلی متر بر دقیقه انجام شد و فاصله بین دو تکیه گاه مطابق شکل(4) 40 سانتی‌متر میباشد که نتایج آن در جدول(4 ) و شکل های (7) الی (11) ارائه شده است.

6-4-تست نفوذ یون کلرید و جذب آب

تست نفوذ یون کلرید به روش تسریع شده مطابق آئین نامه ASTM C1202-97 و تست جذب آب برای تمامی طرح‌ها طبق استاندارد ASTMC 642 در سن 70 روز برای طرحهای سری AوC انجام شد که نتایج آن در جدول(4 ) و شکل (12) و (13) ارائه شده است.

شکل 4- الف) دستگاه یونیورسال ب)محل شکست

6-5-آزمایش طیف سنجی تفرق اشعه x

جهت دستیابی به معیاری مناسب جهت تخمین فعالیت پوزولانی نانو سیلیس، از آزمایش تفرق اشعه x بر روی پودر حاصل از آسیاب نمودن نمونه های خمیر سیمان در طرح اختلاط‌های فاقد

الیاف (D1, C1, B1, A1)در سن 70 روز استفاده شد. طیف های بدست آمده با طیف های مرجع موجود برای هیدروکسید کلسیم مقایسه شده، و پس از شناسایی پیک های مربوط به هیدروکسید کلسیم از روی شدت آن‌ها مقایسه نمونه‌ها پرداختیم.

7- تحلیل و تفسیر نتایج آزمایشات خواص مکانیکی و دوام

ابتدا به بررسی تأثیر نانو سیلیس بر مقاومت فشاری بتن شاهد (A1) می‌پردازیم. با توجه به نتایج ارائه شده در شکل (5) در طرح اختلاط‌های بتن‌های خود تراکم فاقد الیاف با افزایش (2 تا 4) درصد نانو سیلیس (درصد وزن سیمان) شاهد افزایش مقاومت فشاری به میزان 20 درصد نسبت به نمونه شاهد هستیم و بعد از آن یعنی با افزایش 6 درصد نانو سیلیس شاهد کاهش مقاومت فشاری هستیم که بهبود مقاومت فشاری در اثر افزایش نانو سیلیس تا 4 درصد را می‌توان به مکانیزمی 4 مرحله‌ای که سبب بهبود ریز ساختار و در نتیجه افزایش ویژگی‌های مکانیکی و دوام بتن می‌شود، اشاره نمود. در نتیجه این مکانیزم خواهیم داشت:

1- واکنش پوزولانی [12، 11، 10]: مقدار زیادی کریستال کلسیم هیدروکسید در طی واکنش سیمان و آب تولید می‌شود (روابط (4-1) و (4-2)). کریستال Ca(OH)₂ کریستالی شش‌ گوشه است و در میان ناحیه انتقالی بین سنگدانه‌ها و ماتریس خمیر سیمان قرار دارد و این امر برای مقاومت‌های بتن مضر می‌باشد.

نانوسیلیس به دلیل سطح ویژه بسیار بالای خود بسیار واکنش‌پذیر است، در نتیجه با Ca(OH)₂ به سرعت واکنش داده و ژل کلسیم ـ سیلیکات ـ هیدرات را تولید می‌کند، پس در این واکنش پوزولانی (رابطه (4-3)) اندازه و مقدار کریستال‌های کلسیم هیدروکسید کاهش می‌یابد و ژل متراکم و پرمقاومت C – S – H که حاصل واکنش پوزولانی است، با پر کردن فضاهای خالی باعث افزایش چگالی ناحیه انتقالی می‌شود و در نتیجه مقاومت و دوام بتن افزایش می‌یابد.

(4-1) (4-2)

(4-3) در توضیح این واکنش‌پذیری سریع ذرات نانو سیلیس می‌توان گفت که برای نانوسیلیس با پیوندهای غیراشباع ، فرآیند واکنش بین SiO₂ و Ca(OH)₂ به صورت زیر می‌باشد:

(4-4) (واکنش سریع)

(4-5) (واکنش سریع)

(4-6) (واکنش سریع)

در نتیجه نانوذرات سیلیس واکنش سریع پوزولانی انجام می‌دهند.

2- خاصیت ریز پرکنندگی [13]: حدود 70% از محصولات هیدراسیون ژل C – S – H است.قطر میانگین ذرات ژل C – S – H تقریباً برابر 10 نانومتر می‌باشد. ذرات نانو با خاصیت‌ پرکنندگی خلل و فرج موجود در ژل C – S – H باعث ایجاد یک ماتریس خمیر چسبنده متراکم‌تر می‌شود.

3- عملکردی چون هسته اتم [14]: در ساختمان ژل C – S – H، ذرات نانوسیلیس می‌توانند مانند هسته عمل کرده و یک پیوند بسیار قوی با ذرات ژل C – S – H ایجاد کنند. بنابراین، پایداری محصولات هیدراسیون بهبود می‌یابد و انتظار می‌رود که ویژگی‌های مکانیکی و دوام بتن افزایش یابند.

4- کنترل کریستال‌سازی [11، 10]: در صورتی که مقدار نانوذرات و فواصل بین آن‌ها مناسب باشد، روند کریستال‌سازی کریستال‌ها مانند: Ca(OH)₂ در ناحیه انتقالی کاهش یافته و در نتیجه ماتریس خمیر سیمان یکنواخت‌تر و متراکم‌تر می‌گردد.

بنابراین در طرح اختلاط‌های فاقد الیاف (D1, C1, B1, A1)که به ترتیب حاوی 0 و 2 و 4 و 6 درصد نانوسیلیس هستند و با توجه به نتایج شکل (5) با افزایش درصد نانوسیلیس تا %4 شاهد رشد صعودی مقاومت فشاری تا حدود %20 مقاومت بتن شاهد, هستیم. با مصرف بیشتر از 4 درصد نانوسیلیس شاهد نه تنها افزایش مقاومت نیستیم بلکه با کاهش مواجه می‌شویم، و این کاهش را می‌توان به این علت دانست که: از یک طرف مکانیزم عملکرد نانوسیلیس در بتن همان‌‌طور که بیان شد سبب ایجاد ساختاری متراکم‌تر و خلل و فرج کمتر می‌شود، و از طرفیدیگر نانوذرات با داشتن سطح ویژه بسیار بالای خود که وقتی مقدارشان از حد معینی (مقدار بهینه 4 درصد در این پروژه) بیشتر شود می‌توانند با یک واکنش فیزیکی، به هم چسبیده و کلوخه‌های ناپایدار را ایجاد ‌کنند. بنابراین می‌توان 4 درصد نانوسیلیس را درصد بهینه دانست. که این روند در تمام سنین مشهود بوده و مقاومت در تمامی درصدهای نانوسیلیس در سنین مختلف بالاتر از بتن شاهد بوده است. با توجه به روند کسب مقاومت فشاری که در شکل (5) نشان داده شده است، سرعت کسب مقاومت نمونه‏های حاوی نانو سیلیس تا سن 7 روز بیشترین مقدار بوده و با افزایش سن نمونه‏ها کاهش می‏یابد،بطوریکه در نمونه‏های حاوی 4درصد نانو سیلیس بیش از 89 درصد مقاومت نهایی خود را تا سن 7 روز کسب کرده اند. با کاهش اندازه ذرات و ریز تر کردن آن به ساختار نانو ، درجات ناهمواری اتمی زیادی به وجود می‏آیند که واکنش شیمیایی را تشدید می‏کنند.بنابراین نانو سیلیس انرژی سطحی زیادی دارد و اتم ها در سطح فعالیت بالایی قرار دارند که منجر به این می شود که اتم ها با اتم های دیگر بیرونی واکنش دهند و در نتیجه فعالیت پوزولانی نانو سیلیس در سنین پایین بسیار بالا رود .

حال به بررسی اثر الیاف وسپس اثر توام نانوسیلیس والیاف بر مقاومت فشاری بتن شاهد(A1) می‌پردازیم:

با بررسی نتایج شکل‏ (5) می‌توان دریافت که با افزایش درصد الیاف فلزی تا درصد حجمی %3/0 با افزایش مقاومت فشاری و بعد از آن (در 5/0 درصد حجمی) با کاهش مقاومت فشاری مواجه هستیم. و در شکل(5) شاهد روند نزولی مقاومت فشاری با افزایش درصد الیاف پلی پروپیلن می باشیم.

همچنین شکل ‌های (5) نشان می‌دهد که با افزایش الیاف به میزان 15/0 درصد حجمی مقاومت فشاری افزایش و بعد از آن مقاومت فشاری کاهش می‌یابد. که در تمام طرح‌ها با افزایش درصد نانوسیلیس تا درصد بهینه 4 درصد در بتن‌های خود تراکم حاوی الیاف، شاهد تقویت مقاومت فشاری نمونه‌های حاوی الیاف هستیم.

در طرح اختلاط‌های بتن خود تراکم حاوی الیاف، افزایش مقاومت فشاری ناشی از افزایش درصد الیاف را می‌توان به علت جای‌گیری مناسب الیاف ها و توزیع یکنواخت آنها در ماتریس سیمان یا به عبارتی میزان بهینه الیاف مورد نظر در بتن خود تراکم دانست. با توجه به نتایج حاصله از این تحقیق آزمایشگاهی در بتن‌های خود تراکم حاوی الیاف فلزی، مقدار 3/0 درصد حجمی، مقدار بهینه برای توزیع مناسب الیاف در بتن خود تراکم می باشد.

روند کاهش مقاومت فشاری در بتن خود تراکم ناشی از افزایش درصد حجمی الیاف را می توان به علت پدیده گلوله شدن^{^[4]}(میل الیاف به متمرکز شدن در یک نقطه) الیاف دانست که اگر درصد افزایش الیاف از مقدار بهینه بیشتر شود شاهد توزیع غیر یکنواخت الیاف و به دنبال آن درگیری نامناسب الیاف با ماتریس سیمان می باشیم که این امر امکان تأثیرگذاری الیاف را در بهبود ساختار بتن کاهش می دهد.

منحنی های ارائه شده در شکل‌ (6) روند مطلوبی از تأثیر افزایش درصد الیاف بر مقاومت کششی را نشان می‌دهد، با افزایش درصد الیاف فلزی 0 تا 5/0 درصد شاهد روند صعودی مقاومت کششی هستیم به طوری که در 5/0 درصد الیاف فلزی شاهد افزایش 45 درصدی مقاومت کششی نسبت به نمونه شاهد(A1) هستیم. این میزان افزایش‌ با افزایش درصد نانوسیلیس تقویت شده به طوری که این افزایش‌ در درصد بهینه نانوسیلیس (4 درصد) به حداکثر خود رسیده به طوری که در طرح حاوی 5/0 درصد الیاف فلزی دارای درصد بهینه نانوسیلیس شاهد افزایش 90 درصدی مقاومت کششی نسبت به نمونه شاهد هستیم.

همچنین از شکل (6) می‌توان روند افزایش مقاومت کششی را در اثر افزایش درصد الیاف پلی پروپیلن مشاهده کرد به طوری که با افزایش درصد الیاف پلی پروپیلن تا 2/0 درصد حجمی مقاومت کششی تا 15 درصد نسبت به نمونه شاهد افزایش یافته و این افزایش‌ها با افزودن درصد نانوسیلیس تقویت شده تا اینکه در درصد بهینه نانوسیلیس(4 درصد) به حداکثر خود یعنی افزایش 57 درصدی نسبت به نمونه شاهد پیدا می‌کند.

با بررسی شکل (6) همچنان مقاومت کششی با افزایش درصد الیاف شیشه زیاد شده به طوری که در حداکثر درصد الیاف شیشه (3/0 درصد) مقاومت کششی 33 درصد نسبت به نمونه شاهد افزایش یافته که این افزایش‌ در تمام درصدهای الیاف شیشه با افزایش میزان نانوسیلیس تقویت شده و بیشترین تقویت در درصد بهینه نانوسیلیس بوده است به طوری که بیشترین مقدار مقاومت کششی نمونه حاوی الیاف شیشه (3/0 درصد الیاف) حاوی مقدار بهینه نانوسیلیس (4 درصد)، 77 درصد افزایش مقاومت کششی را نسبت به نمونه شاهد داشته است.

با بهره‌گیری از نانوتکنولوژی در این تحقیق نشان داده شده که می‌تواند راهکاری مناسب جهت بهبود هرچه بیشتر خواص مصالح سیمانی باشد به طوری که با افزایش تراکم مخلوط، سطح تماس بیشتری بین الیاف و خمیر سیمان فراهم شده لذا اصطکاک افزایش یافته و عملکرد الیاف بهبود می‌یابد.از طرف دیگر پوزولان‌ها با جلوگیری از آب روی در لایه تماس بین الیاف و خمیر سیمان از طریق پرکنندگی و کاهش میزان کریستال‌های هیدروکسید کلسیم در سطح تماس از ضخامت ناحیه انتقال(Transition Layer) می‌کاهد.

نتایج آزمایش مقاومت خمشی در جدول (4) و شکل (7) ارائه شده است. همان‌طور که در شکل های مذکور مشاهده می‌شود نرخ تغییر مقاومت خمشی با افزایش درصد حجمی هر 3 نوع الیاف فلزی، پلی پروپیلن و شیشه، صعودی است و میزان ماکزیمم این افزایش برای الیاف فلزی به ازای 5/0 درصد حجمی برابر 08/7 MPa و برای الیاف پلی پروپیلن به ازای 2/0 درصد حجمی برابر6/6 MPa و برای الیاف شیشه به ازای 2/0 درصد حجمی برابر 1/8 MPa می‌باشد که میزان حداکثر درصد افزایش مقاومت خمشی این 3 نوع الیاف (فلزی _ P.P و شیشه) نسبت به بتن شاهد فاقد الیاف(A1) به ترتیب برابر است با: 37 و 28 و 56 درصد می‌باشد.

همچنین با بررسی منحنی های ارائه شده در شکل (7) از یک طرف با افزایش درصد نانوسیلیس 2 تا 6 درصد شاهد افزایش مقاومت خمشی نمونه‌های فاقد الیاف هستیم. البته این افزایش تا درصد بهینه نانوسیلیس (4 درصد) روند صعودی داشته و پس از آن تقریباً ثابت باقی می‌ماند. که این روند نشان می‌دهد میزان 4 درصد نانوسیلیس در مقاومت خمشی نیز بهینه می‌باشد.

از طرف دیگر با بررسی این منحنی ها می‌توان دریافت که افزایش درصد نانوسیلیس روند افزایشی مقاومت خمشی کسب شده ناشی از افزایش درصد الیاف‌های مختلف را تقویت کرده و روند افزایشی آن را تشدید می‌کند به عنوان نمونه با افزایش 4 درصد نانوسیلیس در طرح‌های حاوی ماکزیمم الیاف فلزی (3/0 درصد)، پلی‌پروپیلن (2/0 درصد) و شیشه (2/0 درصد) مقاومت خمشی به ترتیب 76 و 53 و 75 درصد نسبت به نمونه شاهد افزایش می یابد.مقایسه نتایج آزمایش مقاومت خمشی نشان داد که نانوسیلیس با اثر فیلری و پوزولانی خود موجب بهبود خواص ناحیه تماس خمیر سیمان با الیاف و سنگدانه‌ها می‌شود و چسبندگی ناحیه‌های تماس را افزایش می دهد.

نتایج مربوط به چقرمگی (ظرفیت جذب انرژی) طرح‌های مختلف در جدول (4) و شکل (8) آورده شده است. با بررسی نمودارهای مذکور می‌توان نتیجه گرفت با افزایش درصد الیاف‌ها، چقرمگی بتن بطور چشمگیری افزایش یافته است که در این میان الیاف‌های فلزی، ظرفیت جذب انرژی (چقرمگی) بتن‌های خودتراکم را 20 تا 30 برابر و الیاف‌های پلی پروپیلن حدوداً 5 برابر و الیاف شیشه نیز حدوداً 3 برابر می‌کند. که نشان از عملکرد بهتر الیاف فلزی در جذب انرژی (چقرمگی) بتن خود تراکم می‌باشد.

همچنین با افزایش 2 درصد نانوسیلیس، افزایش چقرمگی بتن در اثر افزایش درصد الیاف‌ها تشدید شده و با افزایش بیشتر از 2 درصد (در سری‌های C و D) شاهد کاهش چقرمگی هستیم. و این کاهش می‌تواند به این علت باشد که الیاف‌ها در ماتریس‌های با مقاومت بالاتر به علت باند قوی بین ماتریس سیمان و الیاف، مقاومت بیرون‌کشیدگی بالایی پیدا کرده، و در نتیجه یک رفتار ترد در شکست را ازخود نشان میدهد .

نتایج آزمایش جذب آب حاکی از تاثیر قابل ملاحظه نانو سیلیس در کاهش میزان درصد جذب آب نمونه ها نسبت به نمونه شاهد است.به طوری که با افزودن 4 درصد نانوسیلیس به عنوان جایگزین سیمان در طرح های سری (A) شاهد کاهش 37، 30، 40 درصدی کاهش جذب آب به ترتیب برای طرح های حاوی الیافهای فولادی ، پلی پروپیلن و شیشه می باشیم و این کاهش درصد جذب آب را می توان به علت کم شدن فضای خالی به دلیل تشکیل ژل سیلیکات هیدراته دانست.

در آزمایش تسریع شده نفوذ یون کلراید سعی شده با برقراری پتانسیل بین دو سر نمونه ، سرعت نفوذ یون کلراید را در نمونه افزایش دهند ، در این آزمایش مجموع بار الکتریکی عبوری اندازه گیری شده در مدت 6ساعت ملاک درجه بندی بتن میباشد.که این آزمایش در سن 70 روز برای طرح اختلاطهای سری A و C (حاوی 0 و 4 درصد نانوسیلیس) انجام شده و نتایج آن در شکل (12) و جدول (4) ارائه شده است. همانطور که از نمودار مشخص است با افزایش درصد الیاف فلزی و پلی پروپلین ، بار الکتریکی عبوری نسبت به نمونه شاهد(A1) افزایش یافته ولی در نمونه حاوی الیاف شیشه با افزایش درصد الیاف بار الکتریکی عبوری افزایش یافته ولی مقدار بار عبوری کمتر از بار عبوری نمونه شاهد می باشد .

با توجه به نمودارهای مذکور در می یابیم که استفاده از نانوسیلیس در کاهش بار عبوری از نمونه بسیار موثر بوده و مقدار آن از نمونه شاهد (A1) با عبور 1622 کلمب به 978 کلمب برای نمونه 4 درصد نانوسیلیس (C1) کاهش می یابد که حاکی از کاهش نزدیک به 40 درصدی بار عبوری است و طبق استاندارد ASTM1202 نمونه شاهد که با قابلیت نفوذ کم می باشد با جایگزین کردن 4 درصد نانوسیلیس، به علت واکنش پذیری بالای آن که با هیدروکسید کلسیم (که دارای مقاومت پایین در مقابل حملات شیمیایی است ) و تبدیل آن به سیلیکات کلسیم هیدراته متراکم می گردد که سبب بهبود ریز ساختار بتن خود تراکم شده و قابلیت نفوذ یون کلر آن را طبق استاندارد در رده خیلی کم (1000-100) قرار می دهد .

به طور کلی با بررسی نتایج بدست آمده اثر کاهش نفوذ پذیری یون کلر برای بتن های حاوی الیافهای فلزی ،پلی پروپلین و شیشه به ازای جایگزینی 4 درصد نانوسیلیس جایگزین سیمان، به ترتیب به طور میانگین برابر با : 40 و 28 و 20 درصد می باشد که این نتایج نشان می دهد که استفاده از نانوسیلیس می تواند وضعیت بتن خود تراکم الیافی را با توجه به معیارهای استاندارد ASTM1202از بتن با نفوذ پذیری متوسط یا بالا به بتن با نفوذ پذیری کم یا خیلی کم برساند .

نتایج حاصل از آزمایش XRD و شدت پیک های هیدروکسید کلسیم موجود در آن ها،که در شکل‌ (14) ارائه شده، نشان دهنده این مطلب است که نانو سیلیس در کاهش میزان هیدروکسید کلسیم در ساختار خمیر سیمان موثر بوده است. این مطلب با مطالعه پیک حاصله در زاویه 2Ө برابر 34 درجه که پیک ماکزیمم Ca(OH)₂در ساختار خمیر سیمان می باشد مشخص است بصورتیکه شدت پیک از 48 مرتبه در نمونه شاهد(A1) با استفاده از 2، 4 و 6 درصد نانوسیلیس، در طرح های D1, C1, B1به ترتیب به43، 35، 37 مرتبه کاهش یافته که نشان از کاهش میزان هیدروکسید کلسیم موجود در نمونه بواسطه واکنش های پوزولانی نانوسیلیس می با شد.

8- نتیجه گیری

با توجه به نتایج آزمایشات بتن تازه خود تراکم، مشاهده گردید که استفاده از انواع الیاف، اثرات منفی بر خواص رئولوژی بتن خود تراکم تازه دارند و همچنین استفاده از نانو سیلیس، به علت دارا بودن واکنش پذیری بالا سبب کاهش کـــــارایی و

افزایش قوام و لزجت بتن خودتراکم میگردد.

با در نظر گرفتن این حقیقت که الیافها به طور ذاتی تحت کشش و یا کشش ناشی از خمش، عملکرد قابل قبولی از خود نشان میدهند، نتایج آزمایش نیز مشخص میکند که با افزایش مقدار الیاف این مقاومتها افزایش مییابند و به تبع آن شکلپذیری بیشتری قبل از شکست در نمونهها رخ می‏دهد. البته افزایش بیش از حد این الیافها باعث پدیده گلوله شدن الیاف می‏شوند. که در این حالت نه تنها حضور الیاف کمکی به شرایط مخلوط نمی‏کند بلکه باعث ایجاد فضاهای خالی بین مخلوط بتنی می‏شوند.
خصوصیات مکانیکی اعم از مقاومت‏های فشاری، خمشی و کششی بتن‏های ساخته شده با افزایش درصد نانو سیلیس تا 4 درصد، افزایش وبعد از آن تقریبا کاهش می‏یابند.که می‏توان در این بررسی آزمایشگاهی 4 درصد نانو سیلیس را درصد بهینه دانست.
در این بررسی آزمایشگاهی بتن‏های حاوی الیاف‏های مختلف خصوصیات مکانیکی متفاوتی را از خود نشان می‏دهند. بطوری که برای بتن‏های حاوی الیاف فلزی با افزایش درصد الیاف تا 3/0 درصد حجمی مقاومت فشاری افزایش سپس کاهش می‏یابد، در حالی که با افزایش درصد الیاف فلزی، مقاومت خمشی و کششی روند صعودی دارند. ولی در بتن حاوی الیاف پلی‏پروپیلن با افزایش درصد الیاف، شاهد کاهش مقاومت فشاری و افزایش مقاومت کششی و خمشی می باشیم.
با بررسی نتایج حاصل از تست خمش، در طرح اختلاط های موجود، با افزایش درصد الیاف ها، بخصوص الیاف فولادی در بتن خود تراکم، شاهد افزایش چشم گیر مقاومت های خمشی و کششی و بدنبال آن افزایش شکل پذیری می باشیم و همچنین با افزایش درصد نانو سیلیس تا 4 درصد وزن سیمان در این طرح ها، این افزایش، تقویت شده که میتوان به اثر فیلری و پوزولانی نانو سیلیس در تقویت ناحیه انتقال الیاف و ماتریس سیمان پی برد.
نتایج مربوط به چقرمگی (ظرفیت جذب انرژی) طرح‌های مختلف در این تحقیق نشان داد با افزایش درصد الیاف‌ها، چقرمگی بتن بطور چشمگیری افزایش یافته است که در این میان الیاف‌های فلزی، ظرفیت جذب انرژی (چقرمگی) بتن‌های خودتراکم را 20 تا 30 برابر و الیاف‌های پلی پروپیلن حدوداً 5 برابر و الیاف شیشه نیز حدوداً 3 برابر می‌کند. که نشان از عملکرد بهتر الیاف فلزی در جذب انرژی (چقرمگی) بتن خود تراکم می‌باشد.
با افزایش 2 درصد نانوسیلیس، افزایش چقرمگی بتن در اثر افزایش درصد الیاف‌ها تشدید شده و با افزایش بیشتر از 2 درصد شاهد کاهش چقرمگی هستیم.
با توجه به نتایج بدست آمده می‌توان اظهار داشت که الیاف فلزی تأثیر چندانی بر مدول الاستیسیته بتن خود تراکم نداشته و الیاف شیشه و پلی پروپیلن تغییرات بسیار جزئی تقریباً متناسب با روند کسب مقاومت فشاری را دارند. ولی اثرپذیری مدول الاستیسیته نسبت به تغییرات درصد نانوسیلیس محسوس‌تر از تغییرات الیاف است .
نتایج آزمایشات جذب آب و تسریع شده نفوذ یون کلر نشان می‌دهد که جایگزینی 4 درصد نانوسیلیس بهینه می تواند وضعیت بتن خود تراکم الیافی را با توجه به معیارهای استاندارد ASTM1202 از بتن با نفوذ پذیری متوسط یا بالا به بتن با نفوذ پذیری کم یا خیلی کم برساند.
نتایج حاصل از آزمایش XRD و شدت پیک های هیدروکسید کلسیم موجود در آن ها، نشان دهنده این مطلب است که نانو سیلیس در کاهش میزان هیدروکسید کلسیم در ساختار خمیر سیمان موثر بوده است بصورتیکه شدت پیک از 48 مرتبه در نمونه شاهد(A1) با استفاده از 2، 4 و 6 درصد نانوسیلیس، در طرح های D1, C1, B1به ترتیب به43، 35، 37 مرتبه کاهش یافته که نشان از کاهش میزان هیدروکسید کلسیم موجود در نمونه بواسطه واکنش‌های پوزولانی نانوسیلیس می‌باشد.

[1] Pull out strength

[2] B:مجموع سیمان و نانو سیلیس

[3] Strain Control

[4]- Balling

مراجع

[1] Ozawa K, Maekawa K, Okamura H. "Self-Compacting high performance concrete", Collected Papers (University of Tokyo: Department of Civil Engineering), 34, 1996, pp135-149.

[2] Okamura H. "Self Compacting High-Performance Concrete", Concrete International, 1997, PP 50-54.

[3] Okamura H, Ozawa K. "Self-Compactable high performance concrete in japan", International Workshop on High Performance Concrete, SP 169, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI,1994, pp 31-44.

[4] Ouchi M, Hibino M, Okamura H. "Effect of super plasticizer on self-compact ability of fresh concrete", TRR 1574, 1996, pp 37-40.

[5] soroushian p. "Secondary reinforcemrnt adding cellulose fibers", ACI, Concrete International, 1986, pp 28-38.

[6] Lin,Wei-ling. "Toughness behaviour of fiber reinforced concrete", Fiber Reinforced Cement and Concrete, Proceedings of the Fourth RILEM Intermational symposium,Sheffield, UK, 1992, pp299-315.

[7] Qing Y, Zenan Z, Deyu K, "Rongshen k. Influence of nano-SiO2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silicafume", Construction and Building Materials, 21, 2007, pp 539-545.

[8] Collepardi M, Ogoumah Olagot J, Troli R, Simonelli F, Collepardi S. "Combination of silica fume, Fly Ash and Amorphous Nano-Silicain Superplasticized High-PerformanceConcretes, Enco", Engineering Concrete, PonzanoVeneto, Italy, 2007.

[9] Li G. "Properties of high-volume fly ash concreteincorporating nano-SiO2", Cement and ConcreteResearch, 34, 2004, pp 1043-1049.

[10] Li H., Xiao H.G., Yuan J. and Ou J., "Microstructure of cement mortar with nano-particles", Composites: Part B, 35, 185-189, 2005.

[11] Ji T. "Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO2", Cement and Concrete Research, 35, 1943-1947, 2005.

[12] Li G. and Zhao X., "Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slage", Cement and Concrete Composites, 25, 293-299, 2003.

[13] Qing Y, Zenan Z, Deyu K, Rongshen K. Influence of nano-SiO2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silicafume. Constr

Build Mater 2007;21:539–45.

[14]Bahadori Hadi, Hosseini Payam. Reduction of cement consumption by the aid of silica nano-particles (investigation on concrete properties). J Civil Eng Manage 2012;18(3):416.

آمار

تعداد مشاهده مقاله: 6,838

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 4,169

سامانه مدیریت نشریات علمی. قدرت گرفته از سیناوب

پیوندهای مفید

پیوندهای مفید

آمار

خواص مهندسی و دوام بتن خود تراکم حاوی ذرات نانو سیلیس با رویکرد دستیابی به درصدهای بهینه الیاف