بررسی تاثیر الیاف شیشه ای بر رفتار هیدرولیکی و مکانیکی بتن متخلخل

0

 حمید مومنی / رضا جمالی / علی فروغی اصل / بهزاد آزادگان

بتن متخلخل یكی از انواع بتن­های ویژه است که بنام بتن بدون ریزدانه نیز مشهور است. بدلیل کاهش چشمگیر میزان ریزدانه­ ها در دانه­ بندی و طرح اختلاط، این بتن نفوذپذیری بالایی دارد و این ویژگی باعث جلب توجه مهندسین به این نوع بتن برای کاربرد در مواردی از قبیل فیلتر سدها، پیاده­روها و روسازی پارکینگ­های روباز، زهكش های زیرین فضاهای سبز و غیره شده است. از طرف دیگر، کاهش چشمگیر ریزدانه­ها، موجب تضعیف مشخصات مقاومتی بتن­ می‌شود که استفاده از الیاف می‌تواند به جبران بخشی از این نقیصه کمک کند. با توجه به نیازمندی‌ها برای استفاده از بتن متخلخل، تاثیر استفاده از الیاف شیشه‌ای در این پژوهش مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در این پژوهش ابتدا طرح اختلاط بتن متخلخل به روش دانه­بندی منقطع براساس استاندارد ACI-211 تعیین و نمونه­ها تهیه و پس از عمل آوری‌، تحت آزمایش­های نفوذپذیری، نسبت تخلخل و مقاومت کششی قرار گرفت. سپس با طرح اختلاط مشابه، در نمونه ها از الیاف شیشه‌ای به طول­های 6 و 12 میلیمتر و با مقادیر 2/0، 5/0 و 1 درصد وزن سیمان، تهیه و نتایج آزمایش آنها با نمونه­ شاهد مقایسه ‌گردید. نتایج حاصله نشان داد که اضافه شدن الیاف شیشه­ای به ساختار بتن متخلخل، تخلخل را تا 14% و نفوذپذیری را تا 50% کاهش و مقاومت کششی را تا 45% افزایش می­دهد، با توجه به نفوذپذیری بالای 5000 سانتیمتر در ساعت و مد نظر قرار دادن سایر مشخصات مکانیکی، استفاده از بتن متخلخل در روکشی معابر روباز، زهکشی زیر فضاهای سبز شهری، فیلترها و موارد مشابه، می­تواند کمک شایانی به مدیریت رواناب­ها و زه­آب­های شهری کند.

کلمات کليدي: نفوذپذیری، زه­ آب سطحی، فیلتر، کنترل رواناب، فضای سبز

 مقدمه

بتـن متخلخل از سیمان، آب و سنگدانه‌‍های درشت بدون ریزدانه یا با ریزدانه کم تشکیل شده و درمواردي افزودنی‌هاي شیمیایی و یا الیـاف نیز ممکن است به این نوع بتن افزوده شوند. بتن متخلخل بدلیل حذف قسمت عمده‌ای از ریزدانه، دارای خلل و فرج زیادی در مقایسه با بتن‌های معمولی است. به همین دلیل آب و یا هر سیال دیگری براحتی میتواند از داخل حجم بتن عبور کند. عمده مزایای استفاده از بتن متخلخل عبارت‍ند از: کنترل رواناب­های سطحی، بازگرداندن منابع آب‌های زیرزمینی و کاهش آلودگی آب و خاک (عامر رافیک و همکاران 2012). این ویژگی باعث شده تا بتن متخلخل کاربردهای عمرانی– زیست محیطی گسترده‌ای به خود ببیند. مخصوصاً در زمان حال که دست اندرکاران پروژه‌های عمرانی بر خلاف آنچه در گذشته مرسوم بوده، باید علاوه بر خود پروژه به اثرات زیست محیطی آن نیز توجه ویژه داشته باشند. بـرخی از موارد استفاده از بتن متخلخل عبارتند از: روسازی جاده‌ها، پیاده‌رو‌ها و پارک‌ها. این بتن همچنین برای بستر گیاه و تاسیسات نفوذپذیر برای حفظ آب باران، مانند ترانشه‌های نفوذپذیر، آبگذرهای نفوذپذیر و ناودان‌های نفوذپذیر استفاده شده است (ایشیگورو و موریتا 2004 و کاواشیما و همکاران 2004). نبود ریزدانه یا ریزدانه کم باعث کاهش کارایی مخلوط تازه بتن متخلخل می‌شود، بنابراین به منظور دستیابی به مشخصاتی مانند مقاومت و نفوذپذیري در حد مطلوب، لازم است که عملیات تراکم در حین بتن ریزی با دقت انجام شود. پس از سخت شدن بتن متخلخل درصد فضاهای خالی است که نفوذپذیری این نوع بتن را کنترل میکند. از طرفی مقاومت در بتن متخلخل بعلت نبودن و یا وجود مقدار کم ریزدانه‌های سنگی از دو طریق حاصل میشود، چسبندگی بین خمیر سیمان و سنگدانه‌ها و اتصال مکانیکی بین سنگدانه‌ها (کاواشیما و همکاران 2004).

تقریبا از تمامی‌ مصالحی که برای تهیه بتن های معمولی استفاده می‌شود، می‌توان در بتن متخلخل نیز استفاده کرد. در ایالات متحده معمولا برای تهیه بتن متخلخل با سیمان پرتلند از درشت دانه های با اندازه 75/4 میلیمتر (الک نمره 4) تا 20 میلیمتر و در بعضی موارد تا 25 میلیمتر هم استفاده شده است (یوشیدا و همکاران 2004).

به منظور جبـران نقیصه هایی از قبیل مقاومت کششی و فشـاری در بتن متخلخل از الیاف شیشـه ای در ساختار بتن متخلخل استفاده می­شود. اگرچه براساس تحقیقات انجام شده تا کنون نتیجه گرفته میشود که استفاده از الیاف در بتن های معمولی، موجب کاهش نفوذپذیری می‌گردد (فروغی اصل و حسین نژاد 1392).

به­دلیل حجم بالای حفره ها و منافذ در بتن متخلخل، مقاومت فشاری و کششی آن در مقایسه با بتن های معمولی کمتر است، بنابراین مقاومت بتن متخلخل را می‌توان از راه های زیر افزایش داد (تون چی فو و همکاران 2014):

الف- افزایش مواد چسباننده از طریق کاهش نسبت آب به سیمان و اضافه کردن مواد افزودنی.

ب- استفاده از مواد چسباننده مختلف از جمله اپوکسی به جای خمیر سیمان.

ج – اعمال فشار خفیف و افزایش درجه حرارت در حین عمل آوری.

د- افزودن الیاف به عنوان عامل تقویت کننده ناحیه انتقال نیرو بین خمیر سیمان و سنگدانه.

بهره­گیری مناسب از بتن متخلخل به عنوان یکی از بهترین عوامل مدیریت رواناب سطحی توسط ایالات متحده به رسمیت شناخته شده است. بتن متخلخل رواناب حاصل از مناطق جاده ای را کاهش می‌دهد، که باعث کاهش نیاز به استخرهای مصنوعی جداگانه برای حفظ فاضلاب های سطحی می‌شود. بتن متخلخل به طور طبیعی از طریق فیلتر آب باران می‌تواند بـار آلاینده‌های ورودی به رودخانه، دریاچه و حوضچه‌ها را کاهش دهد. استفاده از بتن متخلخل اجازه نفوذ آب به خاک را در یک منطقه بزرگتر می‌دهد، که باعث تسهیل در شارژ آب های زیر زمینی می‌شود. همه این منافع منجر به استفـاده موثرتر از زمین می‌شود. بتن متخلخل همچنین می‌تواند تاثیر توسعه بر درختان را کاهش دهد. یک پیاده رو با بتن متخلخل اجازه عبور آب و هوا به سیستم ریشه را می‌دهد که باعث می‌شود درختان حتی در مناطق بسیار توسعه یافته نیز رشد کنند (کاواشیما و همکاران 2004).

با توجه به مشخصات یاد شده برای بتن متخلخل و الیاف، سئوالاتی به شرح زیر در مورد پژوهش حاضر مطرح می‌شوند:

  • افزوده شدن الیاف شیشه بر نفوذپذیری بتن سخت شده چه تاثیری دارد؟
  • افزوده شدن الیاف شیشه بر تخلخل بتن سخت شده چه تاثیری دارد؟
  • آیا افزودن الیاف می­تواند نقیصه مقاومت کششی ناشی از حذف ریزدانه را جبران کند؟

 مواد و روش ها

در پژوهش حاضر بررسی رفتار هیدرولیکی و مکانیکی از جمله نفوذپذیری، تخلخل و مقاومت کششی بتن متخلخل مورد بررسی قرار میگیرند. بتن متخلخل بتنی است که بدلیل تخلخل بالا علاوه بر دارا بودن خواص مکانیکی مورد نظر برای بتن عادی، باید دارای خاصیت نفوذپذیری بیشتری نیز باشد. با توجه به مورد استفاده، مثلا در روسازی راه­های با ترافیک سبک و یا در زیر سرریز و یا فونداسیون سدها، مقاومت فشاری مورد انتظار از این نوع بتن مابین حدود 12 تا 18 مگاپاسکال خواهد بود. بطور کلی برای بدست آوردن طرح اختلاط بتن متخلخل دو روش مد نظر قرار می­گیرد. در روش اول سنگدانه های ریز به کلی از ساختار بتن حذف می‌شوند و در واقع بتن فاقد سنگدانه های ریز بدست می‌آید. در روش دوم در کنار استفاده از سنگدانه درشت، برخی از اندازه های سنگدانه ریز نیز با درصد پایین تر نسبت به بتن معمولی و با دانه‌بندی منقطع در ساختار بتن متخلخل شرکت می‌کنند. در تحقیق حاضر از روش دوم استفاده شده است. به این مفهوم که از دانه‌بندی سنگدانه های ریز (ماسه) تنها دانه های باقی مانده روی برخی از الکها استفاده شده و مابقی سنگدانه های ریز با سنگدانه های درشت جایگزین شده اند. علاوه بر این دانه های درشت نیز بصورت دانه‌بندی گسسته در طرح مخلوط بتن شرکت داده شده اند. با توجه به اینکه دانه‌بندی در بتن متخلخل گسسته بوده و منـافذ بین سنگدانه ها و به طبعیت از آن تخلخل بین سنگدانه‌ای بیشتر است، لذا انتظار نمیرود که اضافه شدن الیاف تأثیر قابل توجهی در انسداد منافذ داشته باشد.

در این پژوهش تلاش شده است که مصالح به کار رفته جهت ساخت نمونه ها با توجه به استانداردهای ASTM باشد. با بررسی های مختلف وکلی، مصالح مورد استفاده برای تهیه نمونه های بتنی عبارتند از:

آب شهری تبریز

شن نخودی، بادامی و ماسه از کارخانه سرام تبریز

سیمان تیپ دو صوفیان

الیاف شیشه ای از تولیدات داخلی سیرجان.

الیافی که در این تحقیق استفاده شده است از الیاف شیشه نوع AR به طول های 6 و 12 میلی متری می‌باشد. مشخصات این نوع الیاف در جدول 1 آورده شده است.

متن کامل مقاله

مقاله مرتبط

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % % % % % % % %
Call Now Button