دانلود پایان نامه عمران -سازه:بررسی پارامترهای مؤثر بر مقاومت های مکانیکی و شیمیایی در نمونه های بتن پلیمر

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده:

در این مطالعه اثر برخی از پارامترهای مؤثر بر مقاومت های بتن پلیمری بر پایه رزین اپوکسی شامل سخت کننده، فیلر و حلال مورد بررسی قرار گرفته است. خاکستر پوسته برنج و خاکستر ساقه جارو به عنوان فیلر و مخلوط استون- تولوئن با نسبت 50-50% به عنوان حلال در ساخت نمونه ها بکار رفته است. بر طبق نتایج آزمایش ها، افزودن مقادیر مناسبی از فیلر موجب بهبود مقاومت های فشاری، خمشی و شیمیایی بتن پلیمری می شود. در نمونه های حاوی 4/18 درصد پلیمر، افزودن خاکستر پوسته برنج با نسبت فیلر- مصالح 075/0 موجب افزایش 21 درصدی در مقاومت فشاری می گردد. نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو، با نسبت فیلر- مصالح 09/0 و 4/18 درصد پلیمر، 27 درصد بهبود در مقاومت خمشی را نسبت به نمونه فاقد فیلر نشان داده اند. نتایج آزمایشات بر روی حلال نشان می دهد که افزودن مقادیر بهینه ای از حلال موجب بهبود کارایی و افزایش مقاومت های فشاری و خمشی بتن می شود اما استفاده از مقادیر زیاد حلال به دلیل امکان کاهش در چسبندگی پلیمر ممکن است اثر منفی بر بتن پلیمری داشته باشد. همچنین تغییر نوع سخت کننده و نسبت اختلاط سخت کننده- رزین موجب تغییر در خواص مقاومتی بتن پلیمری شده است. سخت کننده آمینی با وزن اکی والان پایین تر موجب 27 و 13 درصد بهبود در مقاومت های فشاری و خمشی و نیز افزایش مدول الاستسیته نمونه ها نسبت به نمونه های حاوی سخت کننده آمینی با وزن اکی والان بالاتر گردیده است.

واژه های کلیدی: بتن پلیمری، رزین اپوکسی، فیلر، حلال، سخت کننده

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول- مقدمه

1-1 اهداف تحقیق 4

1-2 ساختار پایان نامه 5

فصل دوم- ادبیات موضوع و مروری بر مطالعات انجام شده

2-1 بتن سیمانی 6

2-1-1 خصوصیات بتن سیمانی 7

2-2 آشنایی با پلیمر و تاریخچه کاربرد در بتن 10

2-2-1 تعریف پلیمر 10

2-2-2 تاریخچه کاربرد پلیمر 15

2-3 بتن های حاوی پلیمر 16

2-3-1 بتن پلیمر تزریقی 16

2-3-2 بتن پلیمر- سیمان 18

2-3-2-1 خواص مکانیکی بتن پلیمر- سیمان 21

2-3-3 بتن پلیمری 27

2-3-3-1 رزین پلی استر 28

2-3-3-2 رزین اپوکسی 30

2-3-3-3 رزین پلی متا کریلات 34

2-3-3-4 سخت کننده ها 34

2-3-3-4-1 تعیین نسبت استوکیومتری (برای رزین اپوکسی) 35

2-3-3-5 دلایل استفاده از اپوکسی 35

2-3-3-6 سنگدانه 36

2-3-3-7 فیلر (پرکننده) 37

2-3-3-8 نظریه تشکیل ساختمان در بتن پلیمری 37

2-3-3-9 خواص مکانیکی و شیمیایی بتن پلیمری 38

2-3-3-9-1 مقاومت فشاری و خمشی 38

2-3-3-9-2 تأثیر دما بر بتن پلیمری 39

2-3-3-9-3 مقاومت در برابر پدیده یخ- ذوب 41

2-3-3-9-4 مدول الاستسیته 42

2-3-3-9-5 مقاومت بتن پلیمری در تماس سطحی با اجسام سخت 43

2-3-3-9-6 میرایی نوسانی 43

2-3-3-9-7 مقاومت در برابر محیط های مهاجم 45

2-3-3- 9-8 استفاده از منومر های فلزی در بتن پلیمری 47

2-3-3-9-9 راه حلی برای کاهش هزینه 49

2-3-3-10 فرموله کردن مخلوط های بتن پلیمری 51

2-3-3- 11 جنبه های اقتصادی 53

2-4 طرز تهیه و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاکستر پوسته برنج 56

2-5 حلال ها 58

فصل سوم- روش تحقیق، لوازم و مواد

3-1 مواد مصرفی 60

3-1-1 رزین و سخت کننده 60

3-1-2 حلال 62

3-1-3 مصالح سنگی 62

3-1-4 فیلر 64

3-1-4-1 خاکستر پوسته برنج 64

3-1-4-2 خاکستر ساقه جارو 65

3-2 طریقه ساخت نمونه ها 66

3-3 روش انجام آزمایش ها 67

3-3-1 آزمایش سطح مخصوص 67

3-3-2 آزمایش دانسیته ظاهری 68

3-3-4 آزمایش چگالی ظاهری 68

3-3-4 مدول الاستسیته 69

3-3-5 آزمایش استحکام فشاری 70

3-3-6 آزمایش استحکام خمشی تک نقطه ای 71

3-3-7 آزمایش مقاومت شیمیایی 71

فصل چهارم- بحث و نتایج

4-1 آشنایی اولیه با شرایط و چگونگی اختلاط و تأثیر دانه بندی مصالح 73

4-2 بررسی اثر نسبت اختلاط رزین- هاردنر بر مقاومت بتن پلیمری 74

4-3 تأثیر نوع سخت کننده بر خواص بتن پلیمری 77

4-4 بررسی اثر فیلر 79

4-5 بررسی اثر حلال 88

فصل پنجم- نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1 نتیجه گیری 92

5-2 پیشنهادات 94

مراجع 96

فهرست شکل ها

عنوان صفحه

شکل (2-1) پس از اختلاط 18

شکل (2-2) مرحله تشکیل ژل سیمان 18

شکل(2-3) تشکیل فیلم پلیمری 19

شکل (2-4) تشکیل ماتریکس پلیمر- سیمان 19

شکل (2-5) مثالی از فرآیند تشکیل رزین پلی استر غیر اشباع 29

شکل (2-6) مخلوط پلی استر(a)، استایرن (b) و سخت کننده یاآغازگر © قبل (1) و بعد از سخت شدن (2) 30

شکل (2-7) فرآیند تشکیل رزین DGEBA 31

شکل (4-1) مقاومت فشاری نمونه ها با نسبت اختلاط سخت کننده- رزین مختلف 76

شکل (4-2) مقاومت خمشی نمونه ها با نسبت اختلاط سخت کننده- رزین مختلف 76

شکل(4-3) مقاومت فشاری بتن پلیمری با دو نوع سخت کننده مختلف 77

شکل (4-4) مقاومت خمشی بتن پلیمری با دو نوع سخت کننده مختلف 77

شکل (4- 5) وزن مخصوص بتن پلیمری حاوی خاکستر پوسته برنج 81

شکل(4- 6) وزن مخصوص بتن پلیمری حاوی خاکستر ساقه جارو 81

شکل (4-7) مقاومت فشاری نمونه های حاوی خاکستر پوسته برنج 82

شکل (4-8) مقاومت فشاری نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو 83

شکل (4-9) مقاومت خمشی نمونه های حاوی خاکستر پوسته برنج 84

شکل (4-10) مقاومت خمشی نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو 85

شکل (4-11) اثر حلال بر وزن مخصوص بتن پلیمری 89

شکل (4-12) اثر حلال بر مقاومت فشاری بتن پلیمری 90

شکل 4- 13) اثر حلال بر مقاومت خمشی بتن پلیمری 91

فهرست جدول ها

عنوان صفحه

جدول(2-1) مقاومت خمشی بتن در محیط خورنده 10

جدول (2-2) خصوصیات مقاومتی بتن با درصد پلیمر مختلف 23

جدول (2-3) مدول الاستسیته و نسبت پواسون بتن پلیمر- سیمان 24

جدول (2-4) تأثیر نوع پلیمر بر خزش 25

جدول (2- 5) درصد وزن از دست داده در محیط خورنده 26

جدول (2- 6) عمق نفوذ روغن 26

جدول (2- 7) خصوصیات رزین اپوکسی DGEBA 31

جدول (2- 8) خصوصیات سخت کننده های مختلف برای رزین اپوکسی و اثرات آن ها بر پلیمر سخت شده 33

جدول (2- 9) خصوصیات مکانیکی برای بتن پلیمری بر حسب نوع رزین 39

جدول (2- 10) مقاومت فشاری نمونه ها با رزین های پلی استر ایزوفتالیک و ارتوفتالیک 39

جدول (2- 11) ویژگی های رزین پلی استر و اپوکسی 41

جدول (2-12) مدول الاستسیته نمونه های بتن پلیمر پلی استر 42

جدول (2- 13) مقادیر میرایی بحرانی نمونه های پلیمری 44

جدول (2- 14) درصد اختلاط مصالح سنگی 44

جدول (2- 15) مقاومت خمشی نمونه های حاوی 8% و 20% خاکستر بادی قرار گرفته شده در محیط خورنده 46

جدول (2- 16) درصد اختلاط مواد در نمونه بتن پلیمری 48

جدول (2-17) تأثیرمنومرهای فلزی بر ویزگی های مخلوط تازه بتن پلیمری 48

جدول (2- 18) اثر افزودن منومرهای فلزی (5 درصد وزن رزین) بر مقاومت فشاری و خمشی بتن پلیمری 48

جدول (2- 19) حجم زباله های پلاستیکی در سال 2000 در امریکا 50

جدول (2-20) مقدار مصرف و تولید زباله های پلاستیکی در چند کشور 50

جدول (2-21) مقاومت فشاری و خمشی بدست آمده از رزین پلی استر بازیافتی 51

جدول (2-22) هزینه های کاربرد بتن پلیمری و بتن سیمانی در ساخت ستونهای الکترولیز در یک دوره ی 20 ساله 55

جدول(2-23) ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاکستر پوسته برنج سوزانده شده در کوره 57

جدول (2-24) ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاکستر پوسته برنج سوزانده شده در هوای آزاد 57

جدول (3-1) مشخصات رزین R 805 و سخت کننده های مورد استفاده 61

جدول (3-2) مشخصات رزین Dur 41 و Dur 42 و سخت کننده های مورد استفاده 61

جدول(3-3) مشخصات حلال های مورد استفاده 61

جدول (3-4) دانه بندی مصالح بکار رفته در ساخت نمونه های بتن پلیمری 63

جدول (3-5) مشخصات فیزیکی خاکستر پوسته برنج و خاکستر ساقه جارو 65

جدول (4-1) اثر دانه بندی مصالح بر مقاومت فشاری 74

جدول (4-2) مدول الاستسیته بتن پلیمری با نسبت سخت کننده- رزین مختلف 76

جدول(4-3) نسبت های اختلاط پلیمر ، سنگدانه ، فیلر 80

جدول (4-4) اثر محیط خورنده بر بتن پلیمری با خاکستر پوسته برنج 86

جدول (4-5) اثر محیط خورنده بر بتن پلیمری با خاکستر ساقه جارو 87

جدول (4-6) مدول الاستسیته برای نمونه های حاوی خاکستر پوسته برنج 88

جدول (4-7) مدول الاستسیته برای نمونه های حاوی خاکستر ساقه جارو 88

1- فصل اول: مقدمه

بتن یکی از پر مصرفترین مصالح ساختمانی است که بعلت قیمت پایین، استفاده آسان و قابلیت پاسخگویی به شرایط مورد نیاز بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. از زمان کاربرد بتن توسط رومی ها تا سال 1824 و ساخت سیمان پرتلند توسط جوزف اسپدین، بشر بخصوص در قرن های اخیر بدنبال بهتر کردن خواص بتن بودند، و از چسبنده ها، افزودنی ها و مصالح سنگی مختلف استفاده کردند که به هدفشان دست یابند.

امروزه طیف گسترده ای از مواد و روش ها برای بهبود خواص بتن سیمانی (بتن سیمان پرتلند) و یا جایگزین استفاده سیمان در بتن وجود دارد که بسته به مقاومت های مکانیکی و شیمیایی مورد نیاز و مسائل سازه ای و شرایط موجود، متناسب با هزینه ها انتخاب می شوند. بهبود خواص بتن به دو روش کلی : 1- تسلیح کردن بتن با بهره گرفتن از الیاف و میلگرد که عمدتاً جهت بهبود مقاومت خمشی و شکل پذیری بتن 2- بهبود کیفیت خود بتن از طریق افزودن مواد شیمیایی، پوزولان ها و فیلر ها صورت می گیرد.

پلیمر بعنوان یک گزینه برای میل به این هدف (بهبود خواص بتن) چندین دهه است که مورد توجه قرار گرفته است. مواد پلیمری به هر دو روش جهت بهبود خواص بتن بکار می روند. مواد پلیمری جامد و سخت شده بصور ت الیاف (مانند پلی پروپیلن) و یا میلگرد های FRP[1] بتن را تسلیح می کنند. فرآیند پلیمریزاسیون و سخت شدن در کارخانه های سازنده انجام می شود و موادی با ویژگی های مشخص در اختیار استفاده کننده قرار می گیرد. بور، کربن، شیشه و پلی آمید مهمترین موادی هستند که از آن ها الیاف تهیه می شود. میلگرد های FRP کربنی (CFRP[2]) و شیشه ای (GFRP[3]) از الیاف به همراه ماتریکسی از مواد پلیمری (مانند اپوکسی) ساخته می شوند. علاوه بر استفاده در مهندسی عمران از الیاف (کامپوزیت های پلیمری) در زمینه های دیگر از جمله مهندسی هوا فضا (ساخت شاتل)، حمل و نقل ( ساخت ماشین و هواپیما)، کالا های ورزشی (ساخت راکت و چوب اسکی)، ماشین آلات و ابزار ها (تیغه های توربین، چرخ دنده ها) و غیره استفاده می شود [1].

برای بهبود کیفیت بتن ساخته شده می توان از مواد پلیمری بصورت غیر جامد استفاده کرد. این مواد در مدت عمل آوری بتن سخت شده و با تشکیل شبکه های درهم تنیده با شبکه سیمانی خواص مقاومتی بتن را بهتر می کنند. بتن پلیمر تزریقی (PIC[4]) و بتن سیمان- پلیمر (PCC[5]) از این جمله اند. نوع پلیمر و درصد اختلاط آن بر مقاومت نهایی بتن بسیار مؤثر است. توسعه و تحقیق فعال در مورد کامپوزیت های بتن- پلیمر در آلمان ، امریکا ، انگلستان ، ژاپن و روسیه تقربباً از 80 سال پیش آغاز شد و اکنون بطور گسترده در مصارف گوناگون بکار گرفته می شوند. بعنوان مثال حجم پلیمر استفاده شده فقط در ملات پلیمر- سیمان (PCC) در ژاپن در اواخر قرن بیستم به بیش از 100000 تن در یکسال رسیده است [2].

بطور کلی دلایل گسترش استفاده از سازه های کامپوزیتی عبارتند از:

1- کارایی ، که موجب می شود معماری های زیبا در ساختمان بوجود آید

2- مقاومت در برابر شرایط جوی

3- مقاومت در برابر خوردگی در محیط های خورنده

4- ساختمان هایی که کاربرد فلز در آن ها مجاز نیست.

بتن پلیمری (PC[6]) از صورت های استفاده غیر جامد پلیمر در بتن است که موجب اصلاح کیفیت بتن (سیمانی) نشده ، بلکه خود دارای یک بایندر پلیمری چسبنده است که جایگزین سیمان می گردد و پس از سخت شدن مصالح سنگی را در کنار یکدیگر نگه می دارد. بتن پلیمری دارای خواص مقاومتی به مراتب بالاتر از بتن سیمانی است و می تواند در صورت عدم توانایی بتن (سیمانی) در ارائه مقاومت لازم جایگزین خوبی برای آن باشد. کاربرد در اعضای سازه ای با مقاومت فشاری و بخصوص کششی بالا، و نیز نفوذپذیری کم و مقاومت شیمیایی بالا آن را گزینه مناسب برای ساخت سازه در سواحل، مناطق سردسیر، مجاری آب و فاضلاب، مخازن آب و مواد شیمیایی می کند. داشتن میرایی بالا (حدود چهار برابر فولاد) موجب استفاده آن در ساخت بستر برای وسایل و ماشین آلات مکانیکی با ارتعاش زیاد شده است. علاوه بر مزیت های فوق داشتن مقاومت های ضربه ای و سایشی و غیره زمینه های کاربردی زیادی از جمله در راهسازی و روکش پل ها را برای بتن و مواد پلیمری به همراه دارد. اما گران بودن مواد پلیمری، ضعف در برابر دما های بالا، تا حدی سمی بودن و یا داشتن مشکلات زیست محیطی برای بعضی پلیمر ها یا عامل های عمل آوری (هاردنر یا سخت کننده) یا مواد افزودنی را می توان از معایب و نقاط ضعف آن دانست.

با توجه به زلزله خیز بودن و بالا بودن هزینه و زمان ساخت در کشورمان بکارگیری مواد پیش ساخته و سبک بشدت در صنعت ساختمان سازی احساس می شود. تکنولوژی که سال هاست در کشور های پیشرفته بخصوص امریکا مورد استفاده قرار می گیرد. سبک بودن، مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا، مدت عمل آوری پایین از اثرات کاربرد مواد پلیمری در این محصولات است. بکارگیری فوم های پلی استایرن در سقف های تیرچه بلوک و دیوار های پیش ساخته در ایران روند روبه رشدی دارد.

پلیمرها دارای انواع و ویژگی های مختلف هستند و به دو گروه ترموست (گرما سخت) و ترموپلاست (گرما نرم) تقسیم می شوند. در ساخت بتن پلیمری معمو لاً از پلیمرهای ترموست استفاده می گردد. اما بیشتر پلیمر های مورد استفاده در بتن پلیمر- سیمان ترمو پلاست هستند. معیارهایی همچون سخت شدن در دمای اتاق، مقاومت در برابر آتش، مسائل زیست محیطی و مسائل اقتصادی در کنار خواص مکانیکی قرار گرفته و مصرف کنندگان را به سمت انتخاب پلیمری از بین انواع پلیمرها رهنمون می کنند [3].

مطابق آزمایشات و تحقیقات گسترده صورت گرفته توسط محققین در مورد بتن پلیمری، بر حسب نوع و مقدار مواد پلیمری (رزین و سخت کننده) و افزودنی ها، تغییرات گسترده ای در مقدار مقاومت و ویژگی های برجسته بتن پلیمری رخ می دهد. بعنوان مثال مقدار مقاومت فشاری در بتن پلیمری می تواند بین 50 تا 160 مگا پاسکال باشد. لذا در این پایان نامه سعی شده است فاکتور های مؤثر بر مقاومت بتن پلیمری (بخصوص مقاومت های فشاری و خمشی) مورد مطالعه قرار گیرد.

1-1 اهداف تحقیق

اثر دانه بندی مصالح بر مقاومت ملات پلیمری. بدین منظور از سه دانه بندی: مانده روی الک نمره 16، گذشته از الک نمره 16، ترکیب 60% مصالح عبور کرده از الک نمره 16 با 40% باقیمانده روی الک (وزنی) استفاده شده است.
بررسی اثر نسبت اختلاط سخت کننده- رزین. از 5 نسبت اختلاط مختلف: 10%، 13%، 16%، 19%، 22% در ساخت نمونه ها استفاده شد. نسبت اختلاط پیشنهادی از طرف شرکت سازنده برابر 16% است.
نشان دادن تأثیر نوع سخت کننده بر روی مقاومت بتن پلیمری: از دو نوع سخت کننده آمینی برای سه درصد مختلف رزین استفاده شد.
بررسی اثر دو نوع فیلر خاکستر پوسته برنج و خاکستر ساقه جارو که از پسماند های محصولات کشاورزی بدست آمدند بر خواص مقاومتی بتن پلیمری: نمونه ها در سه درصد پلیمر مختلف (13 ، 4/18 ، 23) و با درصد های مختلف فیلر ساخته شدند.
بررسی اثر حلال بر مقاومت فشاری و خمشی بتن پلیمری: ازحلال استون- تولوئن (به نسبت 50%- 50%) برای کاهش ویسکوزیته پلیمر استفاده شد. نمونه ها از دو نوع رزین اپوکسی مختلف و نیز از دو درصد مختلف پلیمر (8 و 10) ساخته شدند.

1-2 ساختار پایان نامه

در فصل اول مقدمه ای از کلیات و ضرورت های تحقیق و مطالبی برای آشنایی اولیه با مواد پلیمری ارائه گردید.

در فصل دوم توضیحاتی در مورد پلیمر ها بخصوص رزین اپوکسی و نیز خصوصیات بتن های حاوی پلیمر ارائه شده است.

در فصل سوم روند انجام آزمایشات و طریقه تهیه و مشخصات مواد مورد نیاز و بکار رفته در ساخت نمونه ها تشریح گردید.

نتایج بدست آمده و بحث در مورد آن در فصل چهارم بیان شد.

خلاصه نتایج به همراه پیشنهادات در فصل پنجم آمده است.

2- فصل دوم: ادبیات موضوع و مروری بر مطالعات انجام شده

2-1 بتن سیمانی

بتن شامل یک بایندر چسبنده سیمانی همراه با سنگدانه است که برای سخت شدن به آب نیاز دارد. خواص مکانیکی بتن متأثر از خواص ترکیبات سیمان، نوع و دانه بندی سنگدانه، مقدار و کیفیت آب، حرارت، رطوبت و عمل آوری است. هیدراته شدن ذرات سیمان در مجاورت آب موجب تشکیل شبکه ای سخت و محکم گشته که سنگدانه ها را احاطه می کند [4]. در ادامه مطالبی در مورد اجزاء تشکیل دهنده و خصوصیات مقاومتی بتن سیمانی به اختصار بیان می شود.

سیمان: سیمان از مخلوط مواد آهکی با موادی شامل اکسیدهای سیلیس ، آلومینیوم و آهن (مانند رس) و پختن آنها تا مرحله کلینگر بدست می آید. تر کیبات سیمان در مجاورت آب هیدراته شده و تولید C3S2H3[7] و هیدروکسید کلسیم[8] می کنند.ترکیب C3S2H3 عامل اصلی گیرش سیمان می باشد.

سنگدانه: حدود 75% حجم بتن را تشکیل می دهد. سنگدانه ها بر اساس نوع کانی های تشکیل دهنده، شکل ظاهری و بافت سطحی در گروه های مختلف طبقه بندی می شوند. با توجه به اینکه تنش های وارد بر سطح تماس یک دانه ممکن است بالاتر از تنش فشاری وارده باشد مقاومت لازم برای سنگدانه ها باید از مقاومت بتن بالاتر باشد (مقاومت یک سنگدانه مناسب تا حدود MPa 80 می رسد). وجود مواد آلی، ناخالصی های نمکی و رس یا ذرات بسیار ریز در سنگدانه بر بتن تأثیر منفی دارد.

آب: به منظور هیدراته شدن سیمان و ایجاد گیرش بکار می رود و نیز بر کارایی و ایجاد تراکم بهتر مؤثر است. آبی که pH آن بین 6 تا 8 بوده و طعم شوری نداشته باشد برای استفاده در بتن مناسب است. آب داخل بتن به سه بخش : آب ترکیب ، آب ژلی و آب حفرات موئینه تقسم می شود. با افزایش نسبت آب به سیمان بر حفرات موئینه افزوده شده که این افزایش حفرات موجب کاهش مقاومت بتن می شود.

پوزولان: به موادی که به تنهایی خاصیت گیرش و سیمانی شدن ندارند اما در مجاورت آب با هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراتاسیون واکنش داده و ترکیباتی با خاصیت سیمانی تشکیل می دهند اطلاق می شود. خاکسترهای آتشفشانی، رس پخته و خاکستر بادی از جمله پوزولان هایی هستند که در بتن استفاده می شوند.

2-1-1 خصوصیات بتن سیمانی (بتن سیمان پرتلند)

مقاومت های فشاری: تقریباً کلیه خواص بتن مرتبط با مقاومت فشاری بتن است و با افزایش مقاومت فشاری، مقاومتهای کششی، خمشی، سایش، خستگی، نفوذپذیری و … بتن بطور غیر خطی افزایش می یابد. بنابراین مقاومت فشاری معیار خوبی برای بیان کیفیت بتن است. مقاومت در بتن تابع زمان است و با گذشت زمان افزایش می یابد که این افزایش در ابتدا سیر صعودی بیشتری دارد. برای نمونه ها با ترکیبات سیمانی مختلف مقاومت های بدست آمده در زمانهای برابر متفاوت است. مثلاً [9]C3A موجب افزایش مقاومت سنین اولیه بتن می شود اما این ترکیب در مجاورت سولفات تولید سولفو آلومینات کلسیم کرده که برای بتن مضر است به همین خاطر از این ترکیب در سیمان های ضد سولفات کمتر استفاده می شود و این عمل موجب دیر گیر شدن این تیپ از سیمان گشته است [5].

مقاومت کششی و خمشی: مقاومت کششی با افزایش مقاومت فشاری با نسبت کمتری افزایش می یابد. برای بتن با مقاومت پایین نسبت مقاومت کششی به فشاری حدود است که با افزایش مقاومت فشاری این نسبت کاهش می یابد [4]. از عوامل مؤثر بر این نسبت رطوبت می باشد. مقاومت فشاری بتن در حالت خشک از مرطوب بیشتر می باشد ولی مقاومت کششی (مستقیم) تغییر چندانی نمی کند. هرچند مقاومت کششی مستقیم چندان تحت تأثیر سنگدانه ها قرار ندارد ولی مقاومت خمشی بتن با سنگدانه های گوشه دار افزایش می یابد. در بین روش های محاسبه مقاومت کششی روش خمشی مقاومت بیشتری را نسبت به روش های مستقیم و اسپیرال بدست می دهد.

مدول الاستیسیته : تابعی از نوع سنگدانه، نسبت سنگدانه به سیمان و مقاومت بتن است. رطوبت موجب افزایش مدول الاستیسیته در حدود چند گیگا پاسکال می شود(بر خلاف مقاومت فشاری). محدوده ی مدول الاستیسیته بتن بین GPa 15 تا 35 است که مقادیر بالای این بازه برای بتن های با مقاومت بسیار بالا است. در ضمن مدول الاستیسیته سنگدانه ها مانند شن و گرانیت حدود GPa 40 و بازالت و کوارتز گرد گوشه بیش از GPa 80 است [5].

مقاومت خستگی: هنگامی که بتن تحت تنشی حدود 70 الی 80 درصد مقاومت کوتاه مدت قرار بگیرد پیوستن ترک های ریز در بتن به مرور زمان، موجب شکست بتن می شود(خستگی استاتیکی). همچنین اگر بتن تحت سیکل های بارگذاری قرار بگیرد مقاومت خستگی آن با افزایش تعداد سیکل کاهش می یابد که سرعت کاهش برای مقاومت خستگی فشاری بیشتر از کششی است( نسبت به مقاومت کوتاه مدت). با افزایش مقاومت فشاری بتن ساخته شده مقاومت خستگی آن افزایش می یابد. بتن تقریباً با یک میلیون سیکل بارگذاری در نصف مقاومت فشاری شکسته می شود.

مقاومت در برابر ضربه: اگرچه با افزایش مقاومت فشاری معمولاً مقاومت در برابر ضربه افزایش می یابد (در هر ضربه انرژی کمتری جذب می شود) ولی این مقاومت بیشتر متأثر از مقاومت کششی و بخصوص نوع سنگدانه است. بتن حاوی سنگدانه شکسته مقاومت بهتری را نشان می دهد. توجه به این نکته که با افزایش سرعت بارگذاری مقاومت نیز افزایش می یابد در آزمایشات نمونه های بتنی لازم است.

جمع شدگی: جمع شدگی در اثر هیدراتاسیون و خشک شدن و کربناتاسیون ایجاد می شود. نسبت آب به سیمان، حجم خمیر سیمان به سنگدانه، نوع سنگدانه و میزان رطوبت در جمع شدگی قطعه بتنی تأثیر دارند. ماکزیمم جمع شدگی(خشک شدن و کربناتاسیون) یک قطعه بتنی معمول، به حدود 6-10×1600 می رسد.

نفوذپذیری: خمیر سیمان دارای حفرات ژلی و موئینه است. حفرات ژلی که بیش از 28% حجم خمیر سیمان را تشکیل می دهد بسیار ریز بوده و اصولاً قابلیت نفوذپذیری آن بسیار کم است. آنچه که بر نفوذپذیری بتن بسیار مؤثر است حفرات خمیر سیمان می باشد. اگر خمیر سیمان فقط دارای آب لازم برای هیدراتاسیون باشد حجم حفرات مؤئینه در آن به حدود 18% حجم سیمان خشک می رسد [4]. حفرات موئینه با افزایش نسبت آب به سیمان افزایش، و با افزایش درجه هیدراتاسیون کاهش می یابند. اگرچه افزایش مقدار حفرات موئینه موجب افزایش نفوذپذیزی در خمیر سیمان می شود ولی در خمیرهای سیمانی مختلف بسته به مسیرهای عبور بزرگ بین حفرات موئینه ضریب نفوذپذیری متفاوت است. ضریب نفوذپذیری از تخلخل موئینه بیش از 35% و یا نسبت آب به سیمان بیش از 65/0 افزایش چشمگیری می یابد [4]. نفوذپذیری بتن یکی از معایب اصلی آن و عامل ضعف آن در برابر محیط های خورنده است. نفوذ آب به داخل بتن موجب ضعف آن در پدیده یخ- ذوب گشته و نیز هجوم مواد خورنده موجب شسته شدن بتن و تخریب آرماتورها می گردد.

اسیدها با PH کمتر از 5/4 اثر خورندگی فراوانی بر بتن دارند و بتن در برابر اسیدهای قوی مقاومت خود را کاملاً از دست می دهد. در جدول (2-1) مقاومت خمشی بتن پس از قرار گیری در محیط های خورنده نشان داده شده است. نسبت آب به سیمان مخلوط بتن 59/0، مقاومت خمشی نمونه معیار MPa 95/3 و غلظت اسید در آزمایش 5% بوده است [2]..

جدول(2-1) مقاومت خمشی بتن در محیط خورنده [2]

مقاومت از دست داده (%)
متوسط مقاومت بعد از قرارگیری در محیط خورنده (MPa)
محیط خورنده
3/72

2/77
09/1
اسید استیک
9/0
اسید فرمیک
4/2
86/3
اسید لاکتیک
2/29
8/2
اسید سولفوریک
29 (افزایش)
56/5
آب مقطر
25 (افزایش)
27/5
آب معمولی

2-2 آشنایی با پلیمر و تاریخچه کاربرد در بتن

2-2-1 تعریف پلیمر

با پیوند تعداد زیادی از مولکول های کوچک بنام منومر(از طریق پیوند کوالانسی) مولکول های بسیار بزرگی بنام پلیمر تشکیل می شوند به این عمل پلیمریزاسیون[10] گفته می شود.

پلیمرها به دو دسته پلیمرهای طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. پلیمرهای طبیعی به پلیمرهای موجود در طبیعت اطلاق می شود. کراتین، پروتئین، سلولز و نشاسته از جمله پلیمرهای طبیعی هستند. پلیمرهای مصنوعی که در آزمایشگاه با واکنش های شیمیایی ساخته می شوند خود به دو گروه پلیمرهای افزایشی: که تشکیل پیوند بین دو مولکول با شکستن پیوند دوگانه ایجاد می شود مانند پلی اتیلن و پلیمرهای تراکمی: پلیمره شدن منومرها با تولید مولکولهای کوچکی (مانند آب) همراه است مانند پلی استرها، تقسیم می شوند. هر منومر در پلیمرهای تراکمی باید حداقل دو عامل شیمیایی فعال داشته باشد.

[1] Fiber Reinforcement Polymer

[2] Carbon Fiber Reinforcement Polymer

[3] Glass Fiber Reinforcement Polymer

[4] Polymer Impregnated Concrete

[5] Polymer Cement Concrete

[6] Polymer concrete

[7] C=CaO, S=SiO2, H=H2O

[8] Ca(OH)2

[9] C=CaO, A=Al2O3

[10] Polymerization

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 و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

موضوعات: بدون موضوع لینک ثابت

فید نظر برای این مطلب