بررسی دوام بتن های ساخته شده با خاکستر

پوسته برنج در محیط سولفاتی


مقدمه

دوام و پایایی بتن در مقابل عوامل مهاجم محیطی که ممکن است در خاک و آب و هوا وجود داشته باشد، بسیار با اهمیت است که این عوامل مهاجم عمدتاً از سولفات های محلول بخصوص سولفاتهای سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و کلرورها و قلیاییها که اغلب در خاک و آب بطور طبیعی در نقاط مختلف دنیا وجود دارند ، تشکیل شده است . بطور کلی واکنشهای مهم بین خمیر سخت شده سیمان و یونهای سولفات را می توان به دو دسته تشکیل سولفوآلومیناتها شامل منوسولفات و اترینگایت و تشکیل گچ تقسیم نمود. حجم واکنشهای سولفاتی به میزان قابل توجه ای بیشتر از حجم ترکیباتی که جایگزین نموده اند می باشد. بنحوی که واکنش با سولفاتها سبب انبساط و گسیختگی بتن می شود]1[. مطالعات بعمل آمده نشان مي دهد که بتن های حاوی پوزولان نسبت به بتن هاي ساخته شده با سیمان پرتلند معمولی، دارای مقاومت بالاتری در مقابل حمله سولفاتها و آب دریا هستند. دليل مهم مقاومت بالا در برابر کلرورها و سولفاتها ، کاهش نفوذ پذیری بتن در اثر واکنشهای پوزولانی می باشد.



برنامه آزمایشگاهی:

مشخصات مصالح مصرفی

شن مصرفی از نوع شکسته و ماسه مصرفی از نوع رودخانه ای می باشد. سیمان مصرفی، پرتلند نوع1 کارخانه سیمان خزر با وزن مخصوص 41/3می باشد. خاکستر پوسته برنج بعنوان پوزولان و با سطح مخصوص cm2/g 9768 استفاده شده است. میکروسیلیس مصرفی از تولید کارخانه فروسیلیس سمنان بوده که دارای سطح مخصوص برابر cm2/g 35500 است . برای کاهش آب مورد نیاز مخلوط از فوق روان کننده استفاده شده است که نوع آن ملات سولفونیک اسید می باشد.

ساخت نمونه ها

نمونه های بتنی برای انواع مخلوط (بتن معمولی، بتن حاوی دوده سیلیس ، بتن حاوی خاکستر پوسته برنج) با طرح اختلاط مورد نظر و اسلامپ ثابت 50 میلیمتر در کلیه مخلوطها با استفاده از فوق روان کننده ساخته شدند. کلیه مخلوطها با نسبت آب به سیمان ثابت 5/0 می باشند. برای بررسی تاثیر میزان آب به سیمان بر دوام نمونه ها، یک مخلوط بتنی با 20 درصد خاکستر پوسته برنج برای نسبت آب به سیمان 6/0 نیز ساخته شد. پس از تهیه هر مخلوط، نمونه ها به مدت 24 ساعت در داخل قالب نگهداری شدند، سپس نمونه ها به منظور عمل آوری به مدت 28 روز در آب و بعد از طی مدت عمل آوری، تحت شرایط محیطی مورد نظر(محیط آب معمولی و محیط مخرب حاوی محلول 4 درصد سولفات سدیم ) قرار گرفتند.




ارائه نتایج و تحلیل:

بررسی نتایج مقاومت فشاری بتن ها در شرایط محیطی سولفاتی:

در هر یک از سنین 28 ، 90 ، 180 و 270 روز مقاومت فشاری نمونه ها براساس استاندارد ASTM تعیین گردید. تغییر در مقاومت فشاری نمونه های موجود در محیط مخرب سولفاتی نسبت به نمونه های موجود در محیط آب معمولی بعنوان معیاری جهت کنترل دوام بتن ها در محیط مخرب سولفاتی در نظر گرفته می شود. بطوریکه از شکل1 استنتاج می شود مقاومت فشاری بتن های حاوی 15، 20 و25 درصد خاکستر پوسته برنج بدلیل واکنشهای پوزولانی، در ابتدا پایین تر از بتن کنترل است. ولی در سنین بالاتر با رشد این واکنش ها، مقاومت فشاری این بتن ها در حد مقاومت فشاری بتن کنترل است. همچنین از شکل1 ملاحظه می شود که درصد بهینه خاکستر پوسته برنج بعنوان جایگزینی نسبی سیمان % 15 می باشد. مشابه این نتیجه توسط ساکر [2] نیز گزارش شده است.


شکل 1- منحنی تغییرات مقاومت فشاری بتن های مختلف بر حسب زمان در محیط مخرب سولفاتی

کاهش مقاومت نمونه های داخل محیط مخرب سولفاتی نسبت به نمونه های نگهداری شده در داخل آب به عنوان معیاری برای مقایسه دوام بکار می رود. میزان درصد کاهش مقاومت فشاری نمونه های داخل محیط مخرب سولفاتی نسبت به نمونه های نگهداری شده در شرایط محیطی آب معمولی در سن 270 روز در جدول 1 آمده است.

جدول1 - درصد کاهش مقاومت نمونه های بتن در سن 270 روز در محیط مخرب سولفاتی نسبت به محیط آب معمولی

نوع بتن
C
CR15
CR20
CR20- 0.6
CR25
CM10

درصد کاهش مقاومت در سن 270 روز
25.6
52.2
01.3
87.4
34.4
1



بررسی نتایج انبساط نمونه ها

انبساط نمونه های بتنی بوسیله دستگاه Demec Gageاندازه گیری شد. نتایج اندازه گیری انبساط نمونه های منشوری بتن ها، در دو محیط مخرب سولفاتی و آب معمولی در سنین مختلف در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2- منحنی تغییرات انبساط بتن ها در محیط مخرب سولفاتی و آب معمولی (m/m 5-10*)

از شکل 2 مشاهده می شود که بتن حاوی میکروسیلیس نسبت به سایر بتن ها از انبساط کمتری در محیط های مخرب سولفاتی برخوردار است. در مورد خاکستر پوسته برنج نیز مشاهده می شود که در شرایط محیطی معمولی افزایش درصد خاکستر پوسته برنج سبب انبساط بیشتری می شود ولی در محیط مخرب سولفاتی از مقاومت بهتری در مقابل انبساط برخوردار می باشد. مشابه این نتیجه توسط استیفنز و همکاران[3] با استفاده از خاکستر بادی نیز گزاش شده است.



نتیجه گیری

روند كسب مقاومت در بتن هاي حاوي خاكستر پوسته برنج در سنين اوليه بسيار كند بوده ولي مقاومت فشاري در زمانهاي بالاتر، حداقل معادل بتن هاي معمولي است. هرچه نسبت آب به سیمان بالاتر رود، نفوذپذیری نمونه ها بالا رفته و نفوذ یون سولفات در عمق نمونه ها بیشتر شده و انبساط نمونه ها افزایش می یابد و در نتیجه دوام نمونه های بتنی در محیط سولفاتی کم می شود. يونهاي سولفات در اثر واكنشهاي شيميايي اجزاء بتن، باعث ايجاد سولفات آلومينيم هيدراته مي شود كه باعث انبساط بتن مي گردد. استفاده از پوزولان (خاكستر پوسته برنج و ميكروسيليس) بعنوان جايگزين نسبي سيمان، پديده انبساط كه باعث خرابي در بتن مي شود را كاهش داده و در نتيجه بر دوام آنها افزوده مي شود. منبع:modernomran .  blogfa