راهنمای کامل و اجرایی طرح اختلاط بتن سبک لیکا

علي راهداران


كارشناس ارشد عمران دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات تهران، مدير كنترل كيفيت كارخانجات آزمابتن ماد

بتن سبک لیکا چیست و چه مزایایی دارد؟

خلاصه


هدف از پژوهش حاضر تعيين طرح اختلاط بهينه‌ي بتن سبك با در نظرگرفتن شرايط اجرايي و پمپ پذيري است. به
منظور كاهش وزن مخصوص بتن از سبكدانه‌هاي ليكا (دانه هاي رس منبسط شده) و براي پمپ‌پذيري از افزودنيهاي فوق
روان‌كننده و يا هوازا استفاده شده‌است. جهت بررسي اثر سبكدانه‌ي نامبرده 23 طرح اختلاط پيشنهاد شده و نتايج مقاومت
فشاري در سنين 7و 28 روزه و همچنين وزن مخصوص نمونه‌ها با سه طرح اختلاط ديگر كه در آن از سبكدانه‌ي قروه
استفاده شده؛ مقايسه ميشوند. در ساخت نمونه‌ها مقادير ماسه طبيعي، سبكدانه‌ها، افزودني‌هاي شيميایي و معدني تغيير
داده شده‌است و درنهايت طرح اختلاط بهينه با بيشترين مقاومت، كمترين وزن مخصوص و در نظرگرفتن شرايط اجرايي و
پمپ‌پذيري، تعيين ميشود. نتايج نشان ميدهد كه اولا استفاده از سبكدانه‌ي ليكا به قروه برتري دارد و ثانيا با استفاده از
اين سبكدانه و مصالح موجود، وزن مخصوص 1430 كيلوگرم بر مترمكعب و مقاومت 24 مگاپاسكال به طوري كه اين طرح
قابليت اجرا و پمپ‌پذيري دارد؛ حاصل ميشود.

1. مقدمه

بارهاي مرده عبارتند از وزن اجزاي دائمي ساختمان مانند تير و ستونها، ديوارها، سقف و ديگر اجزاي سهيم در اجزاء
سازهاي. به منظور كاهش بار وارد به المان‌هاي اصلي شامل تير، ستون و فونداسيون بايد بار مرده را كاهش داد كه به
تناسب آن وزن سازه نيز كمتر شده و موجب كاهش نيروي زلزله ميگردد. از آنجا كه وزن اجزاي سازه‌اي از غيرسازهاي
بيشتر است، بنابراين كاهش وزن المان‌هاي غيرسازه‌اي توصيه شده و در سال‌هاي اخير در برنامه اكثر مراكز تحقيقاتي قرار گرفته‌است. بتن از جمله مصالحي است كه هم به صورت سازهاي هم غيرسازه‌اي در ساختمان‌ها مورد استفاده قرار ميگيرد.
عليرغم فوايد بسيار بتن دو نقطه ضعف اساسي دارد: -1 مقاومت كششي پايين -2 وزن مخصوص نسبتا زياد. وزن
مخصوص زياد بتن باعث بالارفتن بارمرده سازه و در نتيجه آن افزايش نيروهاي جانبي و نيروي زلزله ميشود. بنابراين با
استفاده از بتن سبك ميتوان مقاطع تير، ستون، دال وپي را كاهش داد. باقري و همكارانش در سال 1386 معماري سبرا به عنوان راهكاري براي ايمني لرزه‌اي و كاهش وزن سازه پيشنهاد كردند.

Topcu [۲] و Al-Khayat و Haque [۳] گزارش کردند که بتن سازه‌ای سبک، در نسبت مقاومت به وزن، ظرفیت کششی و ضریب حرارتی دارای مزایای اشکار است. آن‌ها همچنین بتن سبک را به علت حفره‌های هوا و وزن کم، عایق صدا می‌دانند. تاکنون تلاش‌های بسیاری جهت ساخت بتن سبک سازه‌ای انجام شده‌است. whit comb و Norok shchenov با وزن مخصوص kg/m³ 1860 به مقاومت Mpa 70.5 رسیدند [۴]. Al-Khayat و Haque [۳] با استفاده از سیلیکا توانستند به مقاومت Mpa 50 برسند. آن‌ها از بتنی با وزن مخصوص kg/m³ 1800 استفاده کردند. Alduaij و همکاران از آجر خرد شده در تهیه‌ی بتن سبک استفاده کردند و توانستند با وزن مخصوص kg/m³ 1520 به مقاومت ۲۸ روزه Mpa 22 برسند [۵]. تحقیقات Rossignolo و همکاران نشان داد که با استفاده از دانه‌های سبک برزیلی به وزن مخصوص kg/m³ 1605 می‌توان به مقاومت Mpa 53/6 رسید [۶].

سبکدانه‌های سازه‌ای مقاوم که در ساخت بتن سبک پر مقاومت به کار رفته اند عمدتا ساخته شده از رس و شیل و اسلیت منبسط شده در فرآیند کوره دوار می باشند. پوکه قدیمی‌ترین سنگدانه‌ای است که مورد استفاده قرار گرفته‌است و در اثر ورودی مواد مذاب آتشفشانی به محیط‌های آبی و سرد شدن سریع ایجاد می‌شود. در ایران این سنگدانه‌ها با نام پوکه معدنی قروه شناخته می‌شوند [۷]. Demirboga و همکاران تاثیر پرلیت را بر مقاومت فشاری بتن سبک بررسی کردند و نتیجه گرفتند که اضافه کردن افزودنی‌های معدنی باعث بالا رفتن مقاومت فشاری بتن سبک می‌شود [۸].

هدف از انجام تحقیق حاضر، تعیین نسبت‌های اختلاط بتن سبک سازه‌ای با حداقل وزن مخصوص و حداکثر مقاومت به صورت اجرایی است که برای کاهش وزن آن از از دانه های رس منبسط شده به نام لیکا استفاده شده است. این دانه‌ها در کوره‌های گردان و در حرارت ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد، از انبساط نوع خاصی از خاک رس تولید می‌شوند. همچنین ماسه طبیعی به منظور افزایش کارایی، کاهش انقباض مخلوط بتن و افزایش مقاومت آن به سبکدانه های لیکا اضافه شده است. ضمنا برای مقایسه، سه طرح با استفاده از سبکدانه معدنی شهرستان قروه کرمانشاه انجام گرفته است.

2. آزمايش هاي انجام شده


  2 .1 آزمايش هاي انجام شده برروي مصالح سنگي


آزمايشات سنگدانه‌هاي ريز و درشت بر اساس استاندارد ملي ايران به شماره 4977 و 136C ASTM انجام گرفته-
است. مصالح سنگي مورد استفاده در اين طرح ماسه طبيعي با اندازهي 0-6 ميليمتر و مدول نرمي 3,59 متعلق به معدن
الماس درخشان مشرق ميباشد. تركيب مصالح ريز و درشت ليكا به اندازهي -12,5 0 ميليمتر و تركيب مصالح ريز و
درشت پوكه معدني شهرستان قروه -9,5 0 ميليمتر است. شكلهاي 1 و 2 به ترتيب منحني دانه‌بندي ماسه و ليكا را نشان
ميدهند. منحني دانه بندي به طور جداگانه با محدوده دانه بندي 33C ASTM براي ماسه و مبحث 9 از مقررات ملي
ساختمان براي مخلوط سنگدانه هاي ريز و درشت سبكدانه مقايسه گرديده است.

دانه بندي ماسه (طرح اختلاط بتن سبک لیکا)
دانه بندي ماسه (طرح اختلاط بتن سبک لیکا)
دانه بندي طرح اختلاط بتن سبک لیکا
دانه بندي طرح اختلاط بتن سبک لیکا

 

2 .2 آزمايش وزن مخصوص و جذب آب مصالح سنگي

تعيین وزن مخصوص مصالح ريزدانه بر اساس استاندارد 128C ASTM انجام گرفته است همچنين وزن مخصوص تودهاي ليكا ، در دو حالت غير متراكم و متراكم بر اساس استاندارد 330C ASTM انجام گرفته است. 3 آزمونه براي جذب آب نيم، يك و 24 ساعته مختلف ليكا اندازه گيري و ميانگين نتايج به عنوان جذب آب سبكدانه در نظر گرفته ميشوند. بر اساس نتايج جذب آب نيم و يك ساعته ي ليكاي سازه اي به ترتيب 8 و 8,2 درصد و جذب آب 24 ساعته در حدود 3 درصد و جذب آب سنگدانه طبيعي (ماسه) 3,08 ميباشد. در جدولهاي 1 و 2 به ترتيب وزن مخصوص ماسه و ليكاي مورد استفاده نشان داده شده‌است.


cm/gr  جدول 1 وزن مخصوص ماسه

در حالت خشک۲.۴۳
در حالت SSD۲.۰۵۳
ظاهری۲.۶۲

cm/gr  جدول 2 وزن مخصوص ليكا

توده ای متراکم۰.۵۱۰
توده ای غیر متراکم۰.۵۸۰
دانه ای۱

3. تعيين طرح اختلاط بهينه و آزمايش‌هاي انجام شده بر روي بتن تازه و سخت شده

نوع سيمان مصرفي در اين طرح از نوع تيپ 2 جاجرود ميباشد. همچنين براي ساخت نمونه‌ها از آب شرب تهران استفاده شده‌است. براي افزايش كارايي و كاهش نسبت آب به سيمان در اغلب طرح‌ها از روان كننده بر پايه كربوكسيلات ويا ژل ميكروسيليس و افزودني هوازا و براي افزايش رئولوژي بتن و افزايش مقاومت آن از پودر ميكروسليس و پودر سنگ آهك استفاده شده‌است. به منظور دستيابي به طرح اختلاط بهينه كه مشخصات مكانيكي مورد نظر و وزن مخصوص مناسب را تامين كند ، نسبت سبكدانه به سنگدانه طبيعي در طرح هاي بتني متغير است.


3 .1 روش ساخت، قالبگيري و عمل‌آوري

به منظور كاهش تاثير منفي جذب آب موثر در مخلوط بتن توسط سبكدانه ها ، قبل از مخلوط كردن مصالح ، پيش خيس كردن سبكدانه ها انجام مي شود. اين مقدار آب در محاسبه ي ميزان آب به سيمان موثر لحاظ شده است و از آب اختلاط كم ميشود. براي مخلوط كردن مصالح و ساخت بتن از مخلوط كن 200 ليتري كه به صورت تابهاي مصالح را هم ميزند؛ استفاده شده‌است . به منظور اطمينان از يكنواخت بودن بتنهايي كه در قالب ريخته مي شوند؛ قبل از ريختن بتن در قالب، مجموعه به مدت يك دقيقه مخلوط ميگردد. براي مخلوط كردن مصالح ابتدا سبكدانه و سنگدانه طبيعي در مخلوط كن ريخته ميشوند . سپس سيمان به مصالح اضافه ميگردد و به مدت حدود 30 ثانيه با هم مخلوط ميشوند . حدود دو سوم آب توزين شده براي بتن به صورت كنترل شده و در حالي كه مخلوط كن در حال همزدن مصالح است به مخلوط اضافه ميشود. آب باقي مانده با افزودني به طور كامل مخلوط و به مصالح در حال اختلاط اضافه مي شود. كل مراحل اختلاط بتن از زمان ريختن مصالح در مخلوط كن تا زمان تخليه بتن در حدود 10 دقيقه به طول مي انجامد .به منظور به دست آوردن مقاومت فشاري بتن سبك از 6 قالب هاي مكعبي به ابعاد 15x15x15 سانتي متر در هر اختلاط استفاده شده است.
نمونه‌هاي تهيه شده براي آزمايش مقاومت فشاري مطابق با استاندارد 330C ASTM بعد از تعداد معين روز عمل آوري در آب با دماي 23 درجه سانتي‌گراد نگهداري شده‌اند. چگالي بتن تازه يكي از پارامترهاي توصيف بتن تازه مي‌باشد كه بيشتر به منظور طراحي قالب‌بندي و انتقال بتن استفاده ميشود. اين آزمايش مطابق استاندارد 138C ASTM در تمام طرحها روي بتن تازه انجام گرفته‌است. چگالي تعادلي بتن سبك سازه اي بر اساس استاندارد 567C ASTM چگالي‌اي است كه بتن بعد از قرارگيري در رطوبت نسبي 50 درصد و دماي 110 درجه سانتيگراد و گذشت مدت زمان كافي به وزن ثابتي برسد. براي محاسبه بار مرده ساختمان از اين چگالي استفاده ميشود. چگالي خشك شده در اون بتن سبك سازهاي بر طبق استاندارد 567C ASTM چگالي بتن سبك سازهاي است كه بعد از قرار گيري در دماي 110 درجه سانتيگراد بعد از مدت زمان كافي براي رسيدن به وزن ثابت برسد.. چگالي بتن تازه به اين علت كه چگالي تعادلي بتن سبك در شرايط تعادلي 50 درصد و دماي 23 درجه نگهداري مي شود؛ از آن بيشتر است و چگالي خشك شده در اون نيز به علت شرايط نگهداري در اون و اينكه نمونه بيشترين آب را از m/kg 100 بيشتر از چگالي خشك شده در اون بتن 3 دست مي دهد؛ داراي كمترين چگالي است. معمولا چگالي بتن تازه m/kg50 بيشتر از چگالي تعادلي بتن سبك مي باشد. رواني بتن سبك طرح توسط آزمايش اسلامپ مطابق 3 سبك و استاندارد 143C ASTM انجام شده است. آزمايش مقاومت فشاري بتن مطابق با استاندارد -1881BS و بر روي آزمونه هاي مكعبي به ايعاد 150 ميليمتر انجام شده‌است. 

2.3 نتيجه‌گيري

جدولهاي 3 و 4 جزييات طرحهاي اختلاط بتن با سبكدانه ليكا و قروه را در هر مترمكعب نشان ميدهد. در تمامي طرح ها در جهت اطمينان ، از وزن مخصوص بتن تازه كه بيشترين وزن مخصوص را در بين چگالي تعادلي بتن سبك و چگالي خشك شده در اون دارد و بدست آوردن آن در محل پروژه ميسر مي باشد استفاده شده است.


 جدول جزئيات طرح هاي اختلاط بتن با سبكدانه ليكا براي 1 مترمکعب
شماره طرحنسبت آب به سیمانماسه (کیلوگرم)لیکا (کیلوگرم)سیمان (کیلوگرم)آب (کیلوگرم)پودر سنگ (کیلوگرم)پودرمیکروسیلیس (کیلوگرم)فوق روان کننده (کیلوگرم)ژل میکروسیلیس (کیلوگرم)افزودنی هوازا (کیلوگرم)
10.5650350450225150
20.45650350450202150
30.4650350450180150
40.37700350450166150221.35
50.4650400450180100221.35
60.4750350450180100
70.4600400450180150221.35
80.4600400490195150241.5
90.45005004501801001.5
100.45504504501801001.5
110.46004004501801001.5
120.35650350450158100
130.4550450450180100
140.4300550490195100241.5
150.43005504901951001.6
160.4300550450180100221.5
170.4300800550180200
180.4800450180200221.5
190.48004901952001.6
200.4800450180200
210.4600450180200221.5
220.4800490195200301.7
230.43005504501801001.50.165
جدول جزئيات طرح هاي اختلاط بتن با سبكدانه قروه برای یک مترمکعب

شماره طرحنسبت آب به سیمانماسه (کیلوگرم)قروه (کیلوگرم)سیمان (کیلوگرم)آب (کیلوگرم)پودر سنگ (کیلوگرم)پودرمیکروسیلیس (کیلوگرم)فوق روان کننده (کیلوگرم)ژل میکروسیلیس (کیلوگرم)افزودنی هوازا (کیلوگرم)
10.4300550450180150
20.4500500450180150
30.4650350450180150221.5

جدول 5 نتايج مقاومت فشاري 7 و 28 روزه طرحهاي اختلاط موجود در جداول 3 و 4 را نشان ميدهد. 23 طرح اول مربوط به جدول 3 (ليكا) و سه طرح آخر مربوط به جدول 4 (قروه) ميباشند.


جدول 5 – نتايج مقاومت فشاري و وزن مخصوص نمونه‌ها
شماره
طرح
اسلامپمقاومت ۷ روزه (میانگین
مقاومت فشاری مکعبی سه
آزمونه بر حسب
مگاپاسکال)
مقاومت ۲۸ روزه (میانگین
مقاومت فشاری مکعبی سه
آزمونه بر حسب
مگاپاسکال)
وزن مخصوص بتن
تازه
11515.526.81730
21221.729.71843
3923.5301840
41626.834.61760
51028.233.31866
61626.436.31842
71526.830.71752
81627.530.81803
91726.331.81698
10172630.61752
111622.230.61717
121226.933.61812
131623.2301720
141623.127.11543
15162426.71643
161626.127.91671
17162427.81540
181716.514.81393
191715.622.11410
201720.915.51410
211623251550
221718.5201448
231614.2241430
241730342019
251631352000
261629.8332082

 

بر اساس جدول 5 سه طرح كه مربوط به استفاده از قروه در بتن سبك ميشوند، با وجود مقاومت مناسب وزن مخصوص بالايي در مقايسه با 23 طرح اول دارند. بنابراين ميتوان گفت سبكدانه‌هاي ليكا در ساخت بتن سبك نسبت به قروه برتري دارند. نتايج جدول فوق همچنين نشان ميدهد كه رشد مقاومت فشاري بتن از سن 7 تا 28 روز قابل توجه نيست به طوري كه ميانگين مقاومت فشاري 7 روزه در نمونه‌هاي ليكا حدود 82 درصد ميانگين مقاومت فشاري 28مي- باشد. با بررسي طرحهاي مختلف به نظر ميرسد كه با كاهش نسبت ماسه به سبك دانه از وزن مخصوص بتن سبك كاسته مي شود و ليكن اين امرمنجر به كاهش مقاومت فشاري و همچنين باعث جداشدگي و به سطح آمدن سبكدانه ها ميشود به طوريكه كاهشِ نسبت ماسه به مجموع سنگدانه‌ها به ميزان كمتر از 0,56 تاثير به سزايي در كاهش مقاومت دارد. حذف كامل ماسه در طرح هاي ،18 ،19 20 و 22 به هيچ وجه از نظر اجرايي امكان پذير نميباشد و با جداشدگي فراوان و عدم پمپ پذيري همراه خواهد بود. همچنين استفاده از پودر ميكروسيليس و ژل ميكروسيليس باعث بهبود مقاومت ميشود ليكن وزن مخصوص بتن سبك را بالا ميبرد و استفاده از سيمان زياد مخصوصا زماني كه با آب فراوان همراه باشد خطر ناهمگن شدن مخلوط و در سطح قرار گرفتن دانههاي سبكدانه را به همراه دارد. افزودني حباب زا تاثير بسزايي در كاهش وزن مخصوص و همچنين بهبود چسبندگي بتن، پمپپذيري و جلوگيري از جدا شدگي آن دارد وليكن كنترل حبابهاي هوا در پروژه‌هاي اجرايي معمول دشوار است.

با توجه به نتايج فوق انتخاب آب به سيمان 0,4 از نظر اجرايي و كسب مقاومت، به نظر مناسب مي آيد.شكل 3 مقاومت فشاري نمونهها را با وزن مخصوص‌هاي مختلف نشان ميدهد. همانطور كه انتظار ميرود نمودارهاي مقاومت فشاري 7 و 28 روزه به هم نزديك هستند. در اين شكل بيشترين مقاومت فشاري 28 روزه معادل 36,3 مگاپاسكال بوده و وزن مخصوص آن برابر 1842 كيلوگرم بر مترمكعب است. اين طرح متعلق به رديف 6 ام از جدولهاي 3 و 5 ميباشد كه در آن از پودر ميكروسيليس، پودر سنگ آهك و فوق روان‌كننده استفاده شده‌است.


شكل مقاومت فشاري نمونه‌ها مقاومت فشاري نمونه ها(دانه بندي طرح اختلاط بتن سبک لیکا)

همچنين با توجه به اين شكل طرح 23 ام كه داراي شرايط اجرايي و پمپ‌پذيري است؛ كمترين وزن مخصوص را دارد و به مقاومت 24 مگاپاسكال رسيده است. در اين طرح از فوق روان‌كننده، پودرسنگ آهك و افزودني هوازا استفاده شدهاست.


4.2 جمع‌بندي و نتيجه‌گيري


در اين تحقيق اثرات استفاده از سبكدانه‌هاي ليكا و قروه با توجه به مقاومت فشاري بتن سبك مورد بررسي قرار گرفت. نتايج اين بررسي نشان داد در بين تمامي طرحهاي اختلاط آزمايش شده با هدف رسيدن به كمترين وزن مخصوص تنها طرح 23 داراي شرايط مناسبي از نظر كارايي و عدم جداشدگي و پمپ‌پذيري است. در اين طرح براي كاهش وزن مخصوص و بهبود چسبندگي بتن از افزودني هوا زا استفاده شده است. اضافه كردن مقادير بيش از اندازه حباب هوا به بتن منجر به كاهش شديد مقاومت مي شود. روش مندرج در 173C ASTM دستورالعمل توصيه شده براي تعين درصد هوا در بتن سبك ميباشد. در صورت استفاده از افزودني هوازا ، درصد هواي موجود در بتن سبك قبل از تخليه الزاما بايد كنترل شود.


4. قدرداني

از پشتيباني و زحمات رئيس محترم هيئت مديره كارخانجات آزما بتن و معدن الماس درخشان شرق، جناب آقاي مهندس سعيد رحيمي و مدير عامل محترم كارخانجات آزمابتن، جناب آقاي پدرام سلماسي تشكر و قدرداني به عمل مي‌آيد.


5. مراجع

1. باقري, سيد محمد صادق؛ رامين سبزقبايي و محمود حسيني، ،1386 معماري سبك راهكاري براي ايمني لرزه‌اي، اولين كنفرانس سازه و معماري، تهران، دانشگاه تهران، دانشكده معماري، پرديس هنرهاي زيبا.

2. Topçu, İlker Bekir. “Semi lightweight concretes produced by volcanic slags.” Cement and Concrete Research 27, no. 1 (1997): 15-21.
3. Al-Khaiat, H., and M. N. Haque. “Effect of initial curing on early strength and physical properties of a lightweight concrete.” Cement and Concrete Research 28, no. 6 (1998): 859-866.
4. V. Norok shchenov and w. whit comb. “How to obtain – strength concrete using Density Aggregate.” ACI. SP 121-33, (1990): 683
5. Alduaij, Jamal, Khalid Alshaleh, M. Naseer Haque, and Khalid Ellaithy. “Lightweight concrete in hot coastal areas.”Cement and Concrete Composites 21, no. 5 (1999): 453-458.
6. Rossignolo, Joao A., Marcos VC Agnesini, and Jerusa A. Morais. “Properties of highperformance LWAC for precast structures with Brazilian lightweight aggregates.” Cement and Concrete Composites 25, no. 1 (2003): 77-82.

7. عليرضا حبيبي, آروين وزيري, آرمان محمدي، ،1391 رابطه مقاومت فشاري با مقاومت كششي و وزن مخصوص بتن سبك ساخته شده با پوكه معدني منطقه كردستان، نشريه تحقيقات بتن ص 33 تا .44


8. Demirboğa, Ramazan, İbrahim Örüng, and Rüstem Gül. “Effects of expanded perlite aggregate and mineral admixtures on the compressive strength of low-density concretes.” Cement and Concrete Research 31, no. 11 (2001): 1627-1632.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *