عملکرد خستگی خمشی بتن متخلخل حاوی ذرات نانو در روسازی
چکیده
روسازی بتنی به روسازی با عمر بالا معروف است یکی از چالش های اصلی پیش روی این نوع از روسازی ها مسأله سر و صدای زیاد و مشکل زهکشی آن در مقایسه با روسازی انعطاف پذیر است. استفاده از روسازی متخلخل مزایای فراوانی از قبیل کاهش پدیده اسپری آب در سطح روسازی، جلوگیری از پدیده آب سطحی، کاهش آلودگی صوتی و افزایش زهکشی را دارد. با این وجود تفاوت زیادی در مقاومت بتن متخلخل در مقایسه با بتن معمولی دیده می شود که علت اصلی این تفاوت وجود حفره های داخل ساختمان بتن متخلخل است. به همین دلیل استفاده از بتن متخلخل در روسازی با محدودیت مواجه است. به دلیل این که یک روسازی در طول عمر سرویس دهی خود باید متحمل تعداد زیادی بار تکراری ناشی از عبور چرخ وسایل نقلیه باشد از این رو عملکرد خستگی در طراحی و تحلیل اهمیت زیادی پیدا می کند. در سال های اخیر محققین توجه زیادی به استفاده از افزودنی های نانو جهت بهبود ویژگی های مکانیکی و سایر خصوصیات بتن داشته اند. در این پژوهش عملکرد مکانیکی و نفوذپذیری بتن متخلخل حاوی ذرات نانو (سیلیس و تیتانیا) مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین بتن متخلخل فاقد افزودنی به عنوان نمونه کنترلی و حاوی میکروسیلیس جهت مقایسه در آزمایش های ارزیابی خواص مکانیکی (مقاومت خمشی، فشاری و خستگی) استفاده شده است. نتایج حاصله حکایت از آن دارد که تأثیر نانوسیلیس بر مقاومت خستگی، خمشی، و فشاری بیش تر از میکروسیلیس بوده است. درصد بهینه افزودنی نانوسیلیس برای طرح اختلاط بهینه 5 درصد به دست آمده است. در مقدار بهینه افزودنی نانو سیلیس، بهبود حاصله نسبت به نمونه معمولی برای خواص مقاومت خمشی و فشاری به ترتیب 56 و 48درصد گزارش شده است. هر دو افزودنی های نانو و میکروسیلیس تأثیر کاهنده بر نفوذپذیری بتن متخلخل دارد. اما در شرایط یکسان میکروسیلیس تأثیر کاهنده بیش تری دارد. استفاده از نانو تیتانیا تأثیری کاهنده بر مقاومت خمشی و فشاری بتن متخلخل نشان داده است. جهت ارزیابی عملکرد خستگی از دستگاهی که نمونه ها را تحت بارگذاری چهار نقطه ای تکراری قرار می دهد، استفاده شده است. بهترین عملکرد خستگی متعلق به بتن متخلخل حاوی 5درصد افزودنی نانوسیلیس بوده به نحوی که میزان بهبود حاصله نسبت به نمونه کنترلی 42درصد گزارش شده است. علیرغم این که نمونه های حاوی 5درصد نانوسیلیس، بالاترین بهبود در عملکرد خستگی را به خود اختصاص داده است، بیش ترین حساسیت نسبت به تغییرات سطح تنش نیز متعلق به این نمونه ها است. مقدار حساسیت نمونه های حاوی 5درصد نانوسیلیس، حدود 52درصد بیش تر از نمونه های کنترلی بدست آمده است. افزایش قابل توجه مقاومت نمونه های حاوی نانوسیلیس نسبت به نمونه های کنترلی و میکروسیلس را می توان به دلایل کاهش انداز ه بلورهای هیدروکسیدکلسیم در خمیر سیمان، نقش پرکنندگی و ایجاد خمیر سیمان متراکم تر و میل به واکنش بیش تر مواد نانوسیلیس با هیدروکسید کلسیم و تبدیل آن به سیلیکات کلسیم هیدراته را دانست.