بررسی خواص مهندسی و دوام بتن خودتراکم حاوی پرکننده های مختلف در مقیاس های میکرو و نانو
چکیده
استفاده از پرکننده ها به عنوان جایگزین بخشی از سیمان در تولید بتن خودتراکم می تواند باعث کاهش هزینه ها، کمتر شدن آلودگی زیست محیطی، صرفه جویی در مصرف انرژی و بهره مندی از محصولات جانبی کارخانجات تولیدی شود. با اینحال، هر چند وجود پرکننده ها می تواند باعث بهبود خاصیتی از بتن شود ولی ممکن است باعث تنزل خاصیت دیگری شود. برای رفع این مشکل، استفاده از پرکننده ها بصورت ترکیبی اخیراً توسط محققین توصیه شده است. در این رساله، اثرات پاره ای از پرکننده ها در بتن خودتراکم به صورت ترکیبی در مقیاس های میکرو و نانو مورد مطالعه قرار گرفت. این پرکننده ها شامل دوده سیلیس، متاکائولن، زئولیت، خاکستر پوسته برنج و نانو سیلیس می باشد. جهت رسیدن به اهداف این مطالعه، خواص بتن تازه خودتراکم توسط جریان اسلامپ، زمان جریان (t50)، قیف v شکل، جعبه l شکل، شاخص پایداری چشمی و آزمایش پایایی الک مطالعه شده است. خواص مکانیکی بتن خودتراکم توسط مقاومت فشاری در سنین مختلف، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته مورد بررسی قرار گرفته است. مشخصه های دوام بتن خودتراکم برای جذب آب اولیه و نهایی، مقاومت الکتریکی و همچنین مقاومت خوردگی (با استفاده از خوردگی تسریع شده توسط جریان) نیز آزمایش شده است. برای مدلسازی رفتار واقعی بتن خودتراکم، تغییرات جریان اسلامپ و مقاومت فشاری بتن با گذشت زمان انتقال مورد مطالعه قرار گرفت و با استفاده از ابزارهای رگرسیون و شبکه عصبی پیش بینی شده است. نتایج بتن تازه نشان می دهد که با استفاده از انواع پرکننده ها بصورت مجزا و ترکیبی و تنظیم میزان کاهنده شدید آب، بتن خودتراکم با محدوده جریان اسلامپ در رده دوم بتن خودتراکم )بر اساس(efnarc تولید می گردد. در این حالت لزجت در تمامی مخلوط ها، به اندازه کافی بالا می باشد تا باعث افزایش مقاومت در برابر جداشدگی و همچنین محدود نمودن فشار بیش از حد به قالب شود. همچنین بر اساس نتایج آزمایش های پایایی الک و شاخص پایداری چشمی نمونه های بتن خودتراکم حاوی پرکننده های مختلف حتی بدون استفاده از اصلاح کننده لزجت، دارای مقاومت مطلوب در برابر جداشدگی، قابلیت تراکم و پایداری مناسب هستند. نتایج تغییرات مقاومت فشاری نشان می دهد که مخلوط متاکائولن در مقایسه با دوده سیلیس، در کوتاه مدت (تا 14 روزگی) عملکرد بهتری در افزایش مقاومت فشاری بتن خودتراکم از خود نشان می دهد. اما هر دو پرکننده ی زئولیت و خاکستر پوسته برنج، در بلند مدت عملکرد بهتری دارند. با اینحال بالاترین میزان مقاومت در بین ترکیبات مختلف بتن خودتراکم، در ترکیب سه گانه سیمان-دوده سیلیس-زئولیت بدست آمده است. جریان پذیری در تمامی نمونه ها با افزایش زمان انتقال کاهش می باید هرچند سرعت کاهش جریان در نمونه های حاوی زئولیت بیشتر است. همچنین افزایش مقاومت فشاری در نمونه هایی که جریان اسلامپ آنها با گذشت زمان انتقال بالاتر از 550 میلیمتر است، مشاهده شده است. با در نظر گرفتن مشخصه های دوام، جذب آب پایین (کمتر از 3 درصد در 30 دقیقه) برای نمونه های بتن خودتراکم حاوی دوده سیلیس و خاکستر پوسته برنج تخمین زده شده است که در رده بتن با کیفیت "خوب" طبقه بندی می گردد. همچنین بر اساس اندازه گیری مقاومت الکتریکی، تمامی اختلاط های حاوی ترکیب دو گانه و سه گانه سیمان-دوده سیلیس-خاکستر پوسته برنج در احتمال خوردگی آرماتور مدفون "متوسط رو به پایین" و یا "پایین" طبقه بندی می شوند. نتایج مقاومت خوردگی ها با استفاده از خوردگی تسریع شده نیز نشان داد که اگرچه استفاده مجزا از دوده سیلیس و خاکستر پوسته برنج زمان ایجاد ترک را به تاخیر می اندازد، ولی بیشترین زمان، مربوط به استفاده ترکیبی از دوده سیلیس و خاکستر پوسته برنج می باشد. در همین راستا صرفنظر از میزان و نوع پرکننده مصرفی، اگرچه پس از اعمال درصد های پایین خوردگی (زیر 1 درصد)، میزان تنش چسبندگی نسبت به حالت خورده نشده تا 19 درصد افزایش یافت ولی با افزایش میزان خوردگی به مقادیر بالاتر از 1 درصد تنش پیوستگی نسبت به حالت خورده نشده کاهش یافته است. مدلسازی تنش پیوستگی آرماتور و بتن خودتراکم اطراف با استفاده از مدل ghosh-amleh در نرم افزار المان محدود abaqus جهت بررسی تاثیر درجه خوردگی بر تنش چسبندگی صورت پذیرفته است. نتایج نشان داد که این مدل تخمین پایین تری از منحنی تنش پیوستگی-لغزش در بتن خودتراکم ارائه می دهد. هرچند با افزایش میزان خوردگی این تفاوت کاهش می یابد. در نهایت نتایج این مطالعه نشان می دهد که شبکه عصبی مصنوعی نسبت به ابزارهای رگرسیون در مجموع توانایی بالاتری در تخمین جریان اسلامپ و مقاومت فشاری بتن خودتراکم در زمان های مختلف انتقال دارد.