خواص مكانيكي كوتاه مدت

خواص مكانيكي كوتاه مدت

مقدمه:

كيفيت بتن توسط خواص مكانيكي و توانايي مقاومت آن در برابر خرابي هاي مختلف تعيين مي شود خواص مكانيكي بتن را مي توان به طور كلي به دو گروه خواص كوتاه مدت (بويژه فوري )و خواص بلند مدت تقسيم بندي نمود.خواص كوتاه مدت عبارتند از :مقاومت فشاري و كششي مدول الاستيسيته و چسبندگي خواص بلند مدت عبارتند از : خزش جمع شدگي عملكرد تحت اثر خستگي و خواص مرتبط با دوام از قبيل تخلخل نفوذ پذيري مقاومت در برابر يخ زدن و آب شدن و مقاومت در برابر سايش . يك گروه از بتن هاي توانمند بتن هاي زود سخت شونده مي باشد.خواص مكانيكي آنها توسط برنامه هاي تحقيقي بر روي بزرگراه هاي مهم در دانشگاه كارولينا مورد بررسي قرار گرفته است.از آنجا كه بتن هاي توانمند عموما" داراي نسبت آب به مصالح سيماني كمي هستندو ميزان خمير موجود در آنها زياد است در بسياري از حالات داراي خواص مشابه بتن هاي با مقاومت بالا مي باشد. يك اختلاف مهم بين بتن هاي زود سخت شونده و بتن هاي با مقاومت بالا در ارتباط بين مقاومت فشاري و خواص مكانيكي آنها است به عنوان مثال افزايش مقاومت در فشار عموما" بسيار سريعتر از افزايش مقاومت در ناحيه پيوستگي خمير و سنگدانه است اين موضوع باعث ايجاد اختلاف در مدول الاستيسيته و مقاومت كششي بتن هاي با مقاومت بالا و بتن هاي زود سخت شونده مي شود. اين خواص تابعي از مقاومت فشاري بتن است. در بتن هاي زود سخت شومده نمي توان الزاما" انتظار داشت كه روابط بين خواص مكانيكي و مقاومت فشاري28 روزه ساير بتن ها, در آنها صادق باشد.

مقاومت:

مقاومت بتن عموما" نشان دهنده كيفيت آن است.علت آن اين است كه ميزان مقاومت مستقيما" به كيفيت خمير سيمان سخت شده مربوط ميشود. اگر چه مقاومت مستقيما" نشان دهنده ميزان دوام بتن ويا ايستادگي آن در برابرتغيير شكل نيست,اما شديدا" به نسبت آب به سيمان بستگي دارد.نسبت آب به سيمان با كنترل ميزان تخلخل بتن , بر روي دوام, مقاوت در برابر تغيير شكل و.... تاثير گذار است. مقاوت فشاري به طور وسيعي در كنترل و تعيين كيفيت بتن مورد استفاده قرار مي گيرد. مقاوت بتن به عوامل متعددي بستگي دارد كه شامل: خواص مواد تشكيل دهنده, نسبت اختلاط, درجه هيدراتاسيون, نرخ بار گذاري و روش آزمايش بر روي مقاوت بتن خواص زير تاثير گذارند:

كيفيت سنگدانه هاي درشت و ريز و خمير سيمان و چسبندگي سنگدانه ها به خمير. اين عوامل به ترتيب بستگي به چگونگي ريز ساختار و درشت ساختار بتن دارند كه شامل ميزان كل خلل و فرج , اندازه و شكل و نحوه پخش آنها , شكل محصولات هيداتاسيون و ميزان پيوستگي بين ذرات جامد مختلف ميباشد.



سنگدانه هاي درشت

مشخصه هاي سنگدانه هاي درشت عبارتند از: شكل, بافت , و حداكثر اندازه دانه ها.از آنجا كه سنگدانه ها عموما" قويتر از خمير مي باشد , مقاوت آنها عامل مهمي در تعيين مقاومت بتنهاي معمولي يا بتن زود سخت شونده نيست.اما در بتن با مقاوت بالا يا بتن ها با سنگدانه سبك , مقاومت سنگدانه ها اهميت پيدا مي كند. اثرات انواع سنگدانه هاي درشت بر روي مقاومت بتن در مقالات متعدد آمده است. در يكي از مقالات اخير تاثيرات چهار نوع مختلف از سنگدانه هاي درشت در يك بتن با مقاومت بسيار بالا (داراي نسبت آب به سيمان برابر0.27 ) گزارش شده است. نتايج مطالعات فوق نشان دادهاند كه مقاومت فشاري به ميزان قابل توجهي به خواص كاني هاي سنگدانه بستگي دارد.سنگدانه هاي شكسته از جنس آهك و ديابيس با دانه بندي خوب بهترين نتايج را از خود نشان دادند بتن ساخته شده از شن هاي رود خانه اي و از گرانيت شكسته اي كه مقداري كاني هاي ضعيف داشتند , مقاومت نسبتا" كمتري را دارا بودند. استفاده از سنگدا نه ها با حدا كثر اندازه بزرگتر به طرق مختلف مقاومت را تحت تاثير قرار مي دهند.از آنجا كه سنگدانه هاي بزر گتر مساحت پيراموني ويژه كمتري دارند, مقاومت چسبندگي بين سنگدانه ها و خمير كمتر مي شود و مقاومت فشاري كمتر مي شود.استفاده از سنگدانه ها ي بزرگتر باعث مي شود كه حجم خمير كاهش يابدودر نتيجه حجم آن كم مي شود.اين موضوع باعث افزايش تنش در خمير و ايجاد ترك هاي ريز قبل از بار گذاري گردد. اين مسئله در بتن با مقاومت بالا يك عامل بحراني است. تاثير سنگدانه هاي درشت در مقاوت بتن توسط يكي از محققين مورد بحث قرار گرفته است. سنگدانه هاي آهكي مورد بحث داراي دو اندازه 10 و25 ميليمتري مي باشند.در تمام مخلوط ها از يك نوع فوق روان كننده استفاده شده است.در حالت كلي و در يك نسبت آب به سيمان مشخص و ثابت , بتن هاي داراي ريز ترين شن بيشترين مقاومت را دارند.لازم به ذكر است با استفاده از سنگدانه ها با حداكثر اندازه 25 ميليمتر هم مي توان در صورت داشتن طرح اختلاط مناسب به مقاومت فشاري بيش از 70 مگا پاسگال رسيد. اگر چه مطالعات نتايج مفيدي را در بر داشته اند ولي تحقيقات بيشتري لازم است تا شكل سنگدانه ها , بر روي مقاومت و دوام بتن با مقاومت بالا انجام شود.اين موضوع توسط انجمن ACI363 , به عنوان يكي از موضوعاتي كه لازم است بر روي آن مطالعات بيشتري صورت گيرد , شناخته شده است.



خصوصيات خمير

مهمترين عاملي كه مقاومت بتن را تحت تاثير قرار مي دهد, نسبت آب به سيمان مي باشد. اگر چه مقاومت بتن به مقدار زيادي به خاصيت موئينگي خلل و فرج وابسته است, اما اين مئرد را نمي توان به راحتي اندازگيري يا پيش بيني نمود. خاصيت موئينگي خلل و فرج را در يك بتن با تراكم مناسب , مي توان توسط نسبت آب به سيمان يا درجه هيدراتاسيون تعيين نمود. مواد سيماني متمم از قبيل خاكستر بادي , روباره و ميكروسيليس مواد افزوني موثري در توليد بتن با مقاومت بالا مي باشند.اگر چه خاكستر بادي متداولترين ماده افزودني معدني است, اما با استفاده از ميكروسيليس و فوق روان كنندهها مي توان مقاومت قابل حصول را به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش داد.
ميزان تاثير ميكروسيليس در توليد بتن با مقاومت بالا به نسبت آب به مجموع ميزان سيمان و ميكروسيليس, مقدار ميكروسيليس , در نسبت هاي پايين آب به سيمان انجام گرفته است . نتايج تحقيقات حاكي از آن است كه مقدار تاثير فوق در تسبت آب به سيمان 0.28 به مراتب كمتر از حالتي است كه اين نسبت برابر 0.48 است.
نحوه كار با افزودني هاي شيمييايي ,به نوع سيمان و مصالح سيماني ديگر موجود در مخلوط وابسته است. تركيباتي كه در موارد زيادي موثر واقع شدند ممكن است در تمام حالات موثر نباشند .


افزايش مقاومت و دماي عمل آوري

افزايش مقاومت بتن با گذشت زمان به مواد تشكيل دهنده و روش عمل آوري آن وابسته است.وجود رطوبت كافي براي اطمينان از ادامه هيدراتاسيون لازم است چرا كه با اين مقدار خلل و فرج موجود به مرور كاهش يافته و مقاومت افزايش مي يابد اگر چه هيدراتاسيون كامل خمير سيمان در عمل غير ممكن است با عمل آوري مي توان به مقدار هيدراتاسيون لازم رسيد.در خمير هاي با نسبت آب به سيمان كم خشك شدگي خودبخودي مي تواند به دليل واكنش هاي هيدراتاسيون و مصرف آب سيستم اتفاق بيفتد در اين حالت براي ادامه واكنش هاي فوق بايد به بتن آب اضافه نمود. تحقيقات نشان مي دهند كه در سنين اوليه بتن هاي با مقاومت بالا نرخ افزايش مقاومت بيشتري دارند در سنين بعدي ميزان اختلاف ناچيز است ازمایش بر روی ۳ نوع بتن كه داراي مقاومت 62 و76 و97 مگاپاسكال بوده اند تا سن 400 روزه نشان داد مخلوط هاي فوق داراي سيمان تنها يا سيمان و خاكستر بادي بوده اند و در برخي از آنها فوق روان كننده وجود داشته اند . اطلاعات بدست آمده نشان مي دهند كه در نمونه هايي كه در شرايط مرطوب به عمل آمده اند مقاومت 56 روزه و 90 روزه به ترتيب حدود 10و15% بيشتر از مقاومت 28روزه مي باشد اگر چه اعداد فوق را در حالت كلي نمي توان پذيرفت ولي به توانايي بتن در رسيدن به مقاومت بالاتر در سنين بعدي مي توان تاكيد كرد. در تحقيقات اخير انجام شده در دانشگاه كارولينا بتن هاي ساخته شده از سنگدانه ها و افزودنيهاي معدني متفاوت مورد بررسي قرار گرفته اند . مقاومت 28 روزه و يك ساله آنها به ترتيب از 48 تا38واز 69تا124 مگاپاسكال بوده اند از كارهاي انجام شده در تعيين مقدار افزايش مقاومت بر حسب درصدي از مقاومت به دست آمده در يك سن خاص اين نتيجه حاصل آمده است كه يك ضريب تنها و ثابت براي پيشگويي مقاومت هاي سنين بعدي از روي سنين اوليه مگر در حالتي بسيار كلي وجود ندارد اين موضوع بدون شك به مقاومت نهايي سنگدانه و ملات ناحيه انتقال يا مقاومت چسبندگي فصل مشترك سنگدانه و ملات و ناحيه انتقال بستگي دارد . مقاومت ناحيه انتقال يا مقاومت چشبندگي فصل مشترك سنگدانه و ملات در بتن هاي با مقاومت بالاتر تابعي از مواد موجود در اجزاي چسباننده و مقاومت نهايي ملات است.تاثير ميكروسيليس در افزايش مقاومت بتن هاي نگهداري شده در دماي 20 درجه سانتيگراد در سنين بين 3تا28 روزگي ديده مي شود.يكي از محققين اندازه گيري مقاومت ها را تا 3 سال ادامه داد و نتيجه گرفت كه ميكروسيليس در افزايش مقاومت نمونه هاي نگهداري شده درآب از 28 روز تا يكسال واز يك تا سه سال تاثير ناچيزي داشته است.
عملآوري در دما هاي بالاتر باعث سريعتر سخت شدن بتن هاي داري ميكروسيليس نسبت به بتن مرجع ميگردد. مدارك موجود نشان مي دهند كه براي اينكه بتن داراي ميكروسيليس بتواند به مقاومت يك روزه مخلوط كنترل معادل برسد بايد در دماي حدود 50 درجه سانتيگراد عمل آوري شود. عمل آوري در دماي زير 20 درجه سانتيگراد باعث مي شود كه بتن هاي داراي ميكروسيليس نسبت به بتن كنترل روند افزايش مقاومت كندتري داشته باشد.ميكروسيليس امكان توليد بتن هاي با حرارت كم را در ترازهاي مقاومتي گستردهاي فراهم مي كند.بنابراين بتن هاي داراي ميكروسيليس در مقايسه با بتن هاي معمولي نسبت به دماي عمل آوري حساستر مي باشند در يكي از تحقيقات اير تاثيرات عمل آوري بر روي بتن هاي داراي ميكروسيليس وخاكستر بادي مطالعه شده است و در آن بتن در معرض 6 نوع عمل آوري متفاوت قرار گرفته است بتن هاي عمل آمده در آب و دماي 20 درجه سانتيگراد در تمام سنين افزايش مقاومت از خود نشان داده اند . بتن هايي كه به مدت 3روز در آب نگهداري شده است و بعد در محيطي با رطوبت نسبي 50% قرار گرفته بودند, مقاومت اوليه بيشتري داشتند اما بعد از 2 تا 4 ماه در مقايسه با بتن مرجع داراي مقاومت كمتري بودند.
نكته كليدي عمل آوري بخصوص در بتن با مقاومت بالا فراهم آوردن رطوبت و درجه حرارت كافي براي ادامه هيدراتاسيون سيمانمي باشد. عمل آوري در آب براي بتن با مقاومت بالا بدليل پايين بودن نسبت آب به سيمان آنها بسيار مفيد است.در نسبت آب به سيمان كمتر از 0.4 اگر آب آزاد وارد سيستم نشود درجه هيدراتاسيون نهايي به مقدار قابل 

ملاحظه اي كاهش مي يلبد.مطا لعاتي بر روي تاثيرات دو نوع شرايط عمل آور ي متفاوت بر روي مقاومت بتن انجام شده است. در روش اول پس از 7 روز نگهداري مرطوب نمونه در محيطي با رطوبت نسبي 50% خشك مي شدندو پس از 28 روز مورد آزمايش قرار مي گرفتند در روش دوم طول عمل آوري مرطوب 28 روزه بوده و بعد از آن نمونه ها در محيطي با رطوبت نسبي 50% قرار مي گرفتند و پس از 95 روز آزمايش مي شدند .در بتن با مقاومت بالا كه به آنها اجازه داده مي شد قبل از تكميل عمل آوري خشك شوند كاهش مقاومت فشاري بيشتري مشاهده مي شد.در ضمن گزارش شده است كه مقاومت بدست آمده در عمل آوري مرطوب نسبت به عمل آوري در گارگاه بالاتر است.

تغيير شكل:

تغيير شكل بتن به خواص كوتاه مدت آن از قبيل مدول الاستيكي و ديناميكي و ظرفيت كرنشي بستگي دارد . خواص وابسته به زمان بتن از قبيل جمع شدگي و خزش نيز در آن موثر ميباشد.

مدول الاستيسيته استاتيكي و ديناميكي:

مدول الاستيسيته در حالت كلي به مقاومت فشاري بتن وابسته است.اين ارتباط به نوع سنگدانه ها نسبت هاي اختلاط شرايط عمل آوري نرخ بارگذاري و روش اندازه گيري بستگي دارد بيشتر اطلاعات موجود به مدول الاستيسيته استاتيكي است چرا كه اندازه گيري آن نسبت به اندازه گيري مدول الاستيسيته ديناميكي به مراتب ساده تر است..

ظرفيت كرنشي:

ظرفيت كرنشي قابل استفاده بتن را مي توان هم در كشش و هم در فشار اندازه گيري كرد.در حالت فشاري ظرفيت فوق را براي بار گذاري محوري و خارج از محور تعيين مينمايد.در حالت كششي ظرفيت كرنشي را مي توان هم براي كشش مستقيم و هم براي كشش غير مستقيم مشخص كرد.


ضريب پواسون :

مقدار ضريب پواسون در بارگذاري يك محوره برابر نسبت كرنش جانبي كرنش در جهت بارگذاري مي باشد. در ناحيه غير خطي به دليل افزايش حجم در نتيجه تركهاي ريز داخلي ضريب پواسون ظاهري ثابت باقي مي ماند و تابعي صعودي ازكرنش محوري مي گردد.اطلاعات آزمايشگاهي بسيار محدودي در زمينه ضريب پواسون در بتن هاي با مقاومت بالاتر و در ناحيه الاستيك در محدوده قابل انتظار براي بتن با مقاومت پايين تر مي باشددر ناحيه غير الاستيكي افزايش كرنش جانبي در بتن هاي با مقاومت بالا كمتر است .اين موضوع نشان مي دهد كه بتن هاي با مقاومت بالا نسبت به بتن هاي معمولي افزايش حجم كمتري دارند بنابراين مي توان گفت كه در بتن هاي با مقاومت بالاتر ميزان تركهاي ريز داخلي كاهش مي يابد. كاهش انبساط نسبي در ناحيه غير خطي به اين معناست كه اثرات تنش 3 محوري بر روي بتن هاي با مقاومت بالاتر متفاوت است به عنوان مثال ميزان موثر بودن آماتورهاي عرضي محدود كننده در بتن هاي با مقاومت بالاتر كاهش مي يابد. اطلاعات قابل ذكري در رابطه با ضريب پواسون در بتن هاي با مقاومت بيش از 80 مگاپاسكال وجود ندارند.


جمع شدگي خزش و خواص حرارتي:

جمع شدگي و خزش تغيير شكل هاي وابسته به زماني مي باشند كه به همراه ايجاد ترك بيشترين نگراني ها را براي طراحان بوجود مي آورند.و در صد اطمينان به پيش بيني هاي آنها را كاهش مي دهند.بتن تنها در برابر بارهاي كوتاه مدت تغيير شكل الاستيك از خود نشان مي دهد و در واقع با گذشت زمان تغيير شكلهايي اضافه و وابسته به زمان در آن ايجاد مي شود.در هنگام طراحي ساختمانها و پلها داشتن مقداري اطلاعات در رابطه رفتار مكانيكي بتن از قبيل تغيير شكلهاي ثانويه و اثرات حرارتي آن الزامي است.در سازه هاي خاص كنترل تركهاي كوتاه مدت و دراز مدت توسط مدل سازي دقيق كرنش ها وتنش هاي سازه در تمام عمر مفيد آن توصيه مي شود.
خصوصيات بتن هاي توانمند از جهات مختلف برتر از بتن هاي معمولي است بطور كلي مي توان گفت كه هر قدر مقاومت فشاري بتن افزايش يابد سلير خواص آن بهتر مي شود.در اين قسمت به بتن هايي كه مقاومت 28 روزه آنهااز 42 مگاپاسكال بيشتر باشد بتن با مقاومت بالا اطلاق مي شود با افزايش ميزان استفاده از بتن با مقاومت بالا علم رفتار وابسته به زمان و خصوصيات حرارتي آنها اهميت بيشتري يافته است چرا بررسي رفتار دراز مدت اين نوع سازه ها لازم است.


جمع شدگي:

جمع شدگي كاهش حجم بتن در طول زمان است اين كاهش در نتيجه تغيير مقدار رطوبت موجود در بتن و تغييرات فيزيكي و شيميايي آن است .اين تغييرات به بارهاي خارجي تنش هاي ايجاد شده توسط آنها مربوط نمي شود. منظور از تورم افزايش حجم بتن در طول زمان است جمع شدگي و تورم معمولا" توسط كرنشي بدون بعد(mm/mm)و تحت اثر رطوبت نسبي و دمايي مشخص معرفي مي شوند.جمع شدگي در درجه اول به بخش خميري بتن مربوط مي شود اما سختي سنگدانه هاي درشت نيز در آن تاثير مي گذارد موثر بودن عوامل متعدد در ميزان جمع شدگي باعث ايجاد مشكل در جداسازي عوامل مختلف و پيش بيني موثر جمع شدگي بدون آزمايش هاي زياد مي گردد.عوامل اصلي موثر بر ميزان جمع شدگي عبارتند از:

سنگدانه ها:

سنگدانه ها به صورت قيدهايي در برابر جمع شدگي خمير سيمان عمل مي كنند بنابراين با افزايش مقدار سنگدانه ها ميزان جمع شدگي كاهش مي يابد.همچنين بتن هاي داراي سنگدانه هاي با مدول الاستيسيته بالاتر و يا سطوح زبرتر مقدار جمع شدگي كمتري دارند.


نسبت آب به سيمان:

با افزايش نسبت آب به سيمان مقدار جمع شدگي نيز افزايش مي يابد.اين پديده به خاطر 2عامل وابسته به هم مي باشد.با بيشتر شدن نسبت آب به سيمان مقاومت خمير و سختي آن كاهش مي يابد و در عين حال افزايش آب اسنعداد بالقوه بتن براي جمع شدگي اضافه مي شود.


اندازه عضو:

مقدار نهايي جمع شدگي با افزايش حجم عضو بتني كاهش مي يابد اما مدت زماني كه پديده جمع شدگي ادامه پيدا مي كند براي اعضاي بزرگتر بيشتر است چرا كه مدت زمان بيشتري لازم است تا اثرات جمع شدگي به قسمت هاي مياني عضو برسند.


شرايط محيطي متوسط:

رطوبت نسبي به مقدار قابل توجهي در مقدار جمع شدگي تاثير مي گذارد و با افزايش آن نرخ جمع شدگي كاهش مي يابد در درجه حرارتهاي پايين تقريبا" مقدار جمع شدگي ثابت باقي مي ماند.


مواد افزودني:

اثرات مواد افزودني مختلف متفاوت مي باشد هر ماده اي كه باعث تغيير ساختار فضاهاي خالي خمير شود مقدار جمع شدگي بتن را تحت تاثير قرار مي دهد. در حالت كلي با بهتر شدن وضعيت فضاهاي خالي مقدار جمع شدگي افزايش مي يابد.بنا به دلايل مختلف با افزايش پوزولانها مقدار جمع شدگي ناشي از خشك شدن عموما" افزايش مي يابد در صورت عمل آ وري كافي پوزولانها ساختار فضاهاي خالي را اصلاح مي كنند استفاده از پوزولانها باعث افزايش حجم خمير نسبي مي شود يكي از دلايل اين موضوع آن است كه وزن مخصوص پوزولانها كمتر از سيمان پرتلند مي باشد و در عمل استفاده از پوزولانهاي با سرعت به كرات در بتن واكنش زايي كمتر (مانند خاكستر بادي گروه براي به دست آوردن مقاومت 28 روزه مشخص يك به يك نبوده است به علاوه از آنجا كه پوزولانهايي مانند خاكستر F استفاده شده اند و نسبت جايگزيني آنها بادي و روباره به بهبود مقاومت اوليه چندان كمكي نمي كنند خمير هاي داراي آنها عموما" در روزهاي اوليه سختي كمتري را دارا مي باشد و اين موضوع باعث افزايش جمع شدگي مي گردد.ميكروسيليس نسبت به ساير پوزولانها كمك بيشتري به مقاومت اوليه بتن مي نمايد اما به دليل اصلاح ساختار فضاهاي خالي در اين حالت نيز امكان افزايش مقدار جمع شدگي وجود دارد مواد افزودني شيميايي غالبا" جمع شدگي را افزايش مي دهد اما اگر اين مواد باعث كاهش تبخير آب موجود در بتن شوند مقدار جمع شدگي كاهش مي يابد كلريد كلسيم كه براي سرعت بخشيدن به گيرش و سخت شوندگي بتن به كار ميرود جمع شدگي را اضافه مي كند مواد هوازا اثر قابل توجهي در مقدار جمع شدگي ندارند.

نوع سيمان:

نوع سيمان فقط در شرايطي همه است كه نرخ افزايش مقاومت نمونه ها را تغيير دهند حتي در اينجا نيز مرتبط بودن عوامل مختلف باعث مشكل شدن جداسازي آنها مي گردد. سيمان زود سخت شونده خيلي سريعتر از سيمان معمولي قدرت باربري مي يابد اما مقدار جمع شدگي آن نيز به علت افزايش مقدار آب و افزايش نرمي ذرات سيمان بيشتر است مي توان از سيمان هاي جبران كننده جمع شدگي براي كاهش و يا از بين بردن تركهاي ناشي از جمع شدگي در بتن هاي مسلح استفاده مي شود.


كربناتاسيون:

جمع شدگي ناشي از كربناتاسيون به دليل واكنش بين دي اكسيد كربن موجود در هوا و هيدروكسيد كلسيم در خمير سيمان بوجود مي آيد مقدار جمع شدگي كل با توجه به زمان وقوع كربناتاسيون و خشك شدن نمونه تغيير مي كند.اگر هر دو پديده فوق به طور همزمان اتفاق بيفتد مقدار جمع شدگي كل كمتر خواهد بود البته مقدار كربناتاسيون در رطوبت هاي نسبي كمتر از 50% به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد.خصوصيات جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت فشاري بالا در گزارش به روز ACI خلاصه شده است نتايج اصلي به قرار زير مي باشد :

1-جمع شدگي توسط نسبت آب به سيمان تحت تاثير قرار نمي گيرند اما تقريبا" با نسبت آب به حجم بتن متناسب است .

2-مطالعات آزمايشگاهي و كارگاهي نشان مي دهد كه جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت بالا شبيه همان پديده در بتن هاي معمولي مي باشد.

3-جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت بالاي داراي مقدار زيادي روان كننده كمتر از جمع شدگي در بتن هاي معمولي است 

4-مقدار نرخ افزايش جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت بالا بيشتر است اما بعد از خشك شدن به مدت 180 روز اين اختلاف در بتن هاي با مقاومت بالا و بتن هاي معمولي ساخته شده از دلميت و يا سنگ آهك بسيار ناچيز خواهد شد جمع شدگي بتن توانمند مي تواند در 3 مرحله زير با بتن هاي معمولي تفاوت داشته باشد:جمع شدگي خميري
جمع شدگي خودبخودي و جمع شدگي ناشي از خشك شدن
جمع شدگي در روزهاي اوليه بعد بتن ريزي اتفاق مي افتد در اين مرحله اگر سرعت تبخير رطوبت از سطح بتن بيشتر از سرعت جبران آن توسط لايه هاي زيرين باشد اين پديده بوجود مي آيد خمير بتن هاي توانمند نسبت به اين نوع جمع شدگي حساس تر از بتن هاي معمولي است جمع شدگي ناشي از خشك شدن بعد از اينكه بتن به گيرش نهايي خود برسد و درصد قابل توجهي از واكنشهاي شيميايي ژل سيمان انجام شوند به وقوع مي پيوندند اگر چه به نظر مي رسد كه جمع شدگي ناشي از خشك شدن در بتن هاي با مقاومت بالا به خاطر حجم بيشتر جزء سيماني آن بايد خيلي بيشتر از بتن هاي معمولي باشد اما اين اختلاف چندان هم زياد نيست اين موضوع احتمالا" به دليل افزايش سختي مخلوط هاي قويتر است اطلاعات موجود در زمينه مقاومت اوايه بتن هاي توانمند محدود است جمع شدگي خود بخودي كه در اثر مصرف آب موجود در نمونه براي انجام واكنشهاي شيميايي بوجود مي آيد فقط در بتن هاي با نسبت آب به سيمان خيلي كم اهميت پيدا مي كند در اين زمينه نيز اطلاعات بسيار كمي وجود دارد .

گيرش و سخت شدن:

فعل وانفعالات فيزيكي اصلي ايجاد شده در بتن بعت گيرش و سخت شدن در زير توضيح داده مي شود:


ته نشيني:

قبل از گيرش ذرات تشكيل دهنده بتن به صورت معلق مي باشد سپس به دليل جاذبه يك حركت قائم در اين ذرات بوجود مي آيد و دانه هاي بزرگتر به سمت پايين حركت مي كنند اين موضوع در جالي است كه آب به همراه ذراتي كه رسوب گذاري كمتري دارند به سمت بالا مي روند سپس در سطح بتن يك لايه آب بسيار تميز ظاهر مي شود كه به آن آب انداختگي مي گويند.


انقباض:

حجم هيدرات هاي تشكيل شده در اثر هيدراتاسيون كمتر از مجموع حجم آب و سيمان قبل از واكنش مي باشد با توجه به نوع سيمان اين اختلاف بين 8تا 12% است فرض مي شود كه توانايي جمع شدگي خمير سيمان بين 3تا4%است .


حرارت هيدراتاسيون: 

واكنش هيدراتاسيون بسيار حرارت زاست (در هر گرم از سيمان 150 تا 350 ژول)و در شرايط آدياباتيك حرارت بتن را بين 25 تاk 55 را بالا مي برد. 


خشك شدگي خود بخودي:

فقط قسمتي از واكنش هاي هيدراتاسيون در هنگام پديده گيرش كامل شده است و عمل هيدراتاسيون در داخل خلل و فرج بتن گيرش يافته ادامه پيدا مي كند و در نتيجه مقدار آب در اين فضاها كاهش مي يابد اين موضوع باعث خشك شدگي خودبخودي مي گردد.


خشك شدگي:

اين موضوع در بتن هاي معمولي و در حالتيكه بيش از دو برابر آب مورد نياز براي هيدراتاسيون سيمان به مخلوط اضافه مي گردد تا مخلوط كارايي لازم را داشته باشد بوقوع مي پيوندد اين مسئله در بتن هاي توانمند مطرح نمي شود بعد از باز كردن قالب ها پديده خشك شدن از سطوح در تماس با هواي محيط آغاز مي شود.

گيرش و زود سخت شوندگي جنبشي:

در ابتداي زمان گيرش ذرات جامد در داخل قسمت مايع معلق مي باشند.هيدراتاسيون از سطح دانه هاي سيمان شروع مي شود اين عمل باعث مي شود كه لايه اي از هيدراتها اطراف دانه ها را بگيرد و با ضخيم تر شدن اين لايه ها واكنش هاي هيداتاسيون كندتر مي شوند تشكيل هيدراتها در اطراف ذرات باعث انقباض و به هم پيوستن بلورها مي گردد و در عرض كمتر از يك ساعت بتن به ماده اي جامد و پيوسته تبديل مي شود .
در بتن هاي معمولي هيداتاسيون هرگز متوقف نمي شود لايه هاي هيدراته شده اطراف دانه هاي سيمان به مرور ضخيم تر و نفوذ ناپذيرتر مي گردند و واكنش هاي شيميايي را كندتر مي كنند اما هرگز آنها را متوقف نمي نمايند حتي در بتن هاي بسيار قديمي دانه هاي سيمان هيدراته نشده يافت مي شوند اين موضوع نشان ميدهد كه فعل وانفعالات فيزيكي و شيميايي براي مدت زماني بسيار طولاني ادامه پيدا مي كنند از نقطه نظر ساختار عمليات هيدراتاسيون بعد از گيرش دو نتيجه به دنبال دارد اول اينكه استخوان بندي داخلي بتن به مرور تقويت مي شود و بتن سخت تر مي گردد و دومم اينكه به دليل خشك شدگي خودبخودي به طور همزمان با كاهش تبخير آب از داخل فضاهاي خالي مواجه مي شويم از نظر مكانيكي كاهش آب تبخير شده اثري شبيه به خشك شدن دارد كه عامل اصلي جمع شدگجي استخوان بندي مواد هيدراته شده است .
براي نسبت هاي آب به سيمان كم مقدار جمع شدگي خودبخودي معادل جمع شدگي ناشي از خشك شدن ايجاد شده به دليل كاهش آب مصرف شده در عملات هيدرتاسيون است بنابراين با توجه به مسئله جمع شدگي مي توان گفت كه خمير سخت شده سيمان در مجموع تحت فشار مي باشد اين فشار را مي توان به نيرو هاي اعمال شده توسط ذرات آب نسبت داد كه از كشش سطحي موجود در محل برخورد مايع و بخار بوجود مي آيد پس از گيرش شبكه فضاهاي خالي پر از آب مي شود و پديده خشك شدگي خودبخودي آغاز مي گردد در طي مدت زمان طولاني آب هاي موجود در سيستم به يكديگر متصل مي باشند اين موضوع بدان معنا نيست كه قسمتهاي گازي شكل سيستم به يكديگر وصل نمي باشند در مجموعه شبكه هاي متعدد متصل به هم در هر 3 جهت فضايي وجود دارند و بنابراين تحت اثر فشار(پديده دارسي)سيستم مي تواند تا حدي آزادي حركت داشته باشد با كاهش مقدار آب سهولت حركت قسمت مايع كاهش مي يابد.با پيشرفت پديده خشك شدن سهولت حركت قسمت مايع شديدا" افت مي كند اما اين موضوع تاثيري روي قسمت گازي سيستم نمي گذارد از اين س فعل و انفعالات بطور كامل تغيير مي كند ديگر فشاري در كل مجموعه وجود ندارد كه تمام مولكول هاي آب را به حركت در آورد و فقط به صورت متمركز در نقاط مختلف يافت مي شوند اين موضوع بخاطر وجود حبابهاي هواي محبوس شده است و هر گونه اغتشاش در تعادل فشار گازي باعث حركت حبابهاي هوا در بين مولكولها مي گردد اگر آب وارد قسمت گازي سيستم شود به علت آشفتگي در تعادل سيستمهاي متمركز است اين موضوع در حركتهاي بسيار آهسته تر بوقوع مي پيوندد.تمايل به ايجاد مجموعه هاي متمركز متعادل فقط به اين دليل است كه احتمال حضور مولكول در يك فضاي قابل دسترسي منجر به تابعي يكنواخت مي گردد. عموما" بتن هاي با مقاومت بالا نسبت به خشك شدن سريع بسيار حساس اي باشند در هنگام ساخت يك محافظ هسته اي توسط بتن با مقاومت بالا تركها قبل از گيرش بتن ظاهر گرديده اند اين تركها با عمل آوري در آب به كامل ناپديد مي شود علت اصلي بروز اين تركها خشك شدن مي باشد البته علاوه بر مهم بودن تاثيرعمل آوري در اين مرحله بايد خاطر نشان نمود كه تركهاي ايجاد شده نيز چندان عميق نمي باشند پديده فوق شبيه به ترك خوردن خاكهاي رسي در اثر خشك شدن مي باشد و در واقع اين بتن ها قبل از اينكه گيرش حاصل نمايند ساختاري شبيه به خاكهاي بسيار ريز دانه دارند لازم به تاكيد است كه براي ساختن هر يك از انواع بتن هاي با مقاومت بالا يك نوع عمل آوري مناسب بايد انجام شود در بتنهاي با مقاومت بالا به مسائلي از قبيل حساسيت نسبت به زود خشك شدن (و نياز به عمل آوري موثر)و جمع شدگي خودبخودي سرعتر توجه نمود.


افزايش حرارت:

گيرش سيمان يك پديده شيميايي با حرارت زايي بالاست و هر گرم سيمان بين 150تا350 ژول حرارت توليد مي كند و در شرايط آدياباتيك دماي بتن را بين 25 تا k 55 بالا مي برد گيرش ممكن است در مراحل بعدي و در درجه حرارتي بالاتر نيز اتفاق بيفتد و در اين انقباض هاي متفاوت ايجاد شده به دليل سرد شدن غير يكنواخت باعث ظاهر شدن تركهاي بسيار حادي مي گردد ميزان حرارت هيدراتاسيون ايجاد شده در بتن به مقدار ونرمي و خواص شيميايي (مقدارC3A )سيمان مصرفي مربوط مي شود با افزايش هر يك از عوامل فوق مقدار حرارت ايجاد شده در بتن نيز اضافه مي گردد براي يك نوع سيمان مشخص كاهش مقدار آب درجه هيدراتاسيون را پايين آورده و مقاومت كششي بتن سخت شده را بالا مي برد . حرارت هيدراتاسيون علاوه بر سيمان به نسبت آب به سيمان نيز مربوط مي شود البته در صورت وجود ميكروسيليس به جاي نسبت آب به سيمان نسبت آب به مجموع سيمانو ميكرو سيليس مد نظر است تحقيقاتي با استفاده از كالري متر نيمه آديا باتيك بر حرارت هيدراتاسيون مخلوطهايي از بتن با مقاومت بالا انجام گرفته است نتيجه اين بررسيها نشان مي دهد كه حرارت هيدراناسيون توليد شده به ميزان قابل توجهي به مقدار مصالح موجود در طرح مخلوط مربوط مي شود حرارت هيدراتاسيون در واحد سيمان با كاهش نسبت آب به سيمان از 36/0به 27/0تقريبا" 9%كاهش مي يابد كه تاثير افزايش مقدار سيمان معمولا" بيشتر از تاثير كاهش درجه هيدراتاسيون است همچنين تحقيقات فوق نشان مي دهند كه در نسبت آب به مجموع سيمان و ميكروسيليس 5/0 جايگزيني ميكروسيليس به جاي سيمان به نسبت يك به يك باعث توليد حرارت زيادي مي شود. استفاده از ميكروسيليس باغث كاهش اثر كندگيري و افزايش تند گيري ثانويه مي شود.اين تاثير با W W تغيير نسبت——―—از 5/0 به 27/0 مشاهده گرديد.اگر نسبت —―—―در حدود 5/0 باشد تاثير S+C C+S ميكروسيليس در توليد حرارت مشابه سيمان است اين تاثير با كاهش نسبت فوق كم مي گردد.در نسبت W
——حدود 27/0 ميكروسيليس تاثير چنداني در توليد حرارت ندارد .با توجه به نتايج فوق مي توان گفت كه S+C بتن هاي با مقاومت بالا در هر شرايطي ضرورتا" نسبت به تركهاي حرارتي حساستر نمي باشند بعلاوه اثرات حرارتي براي بتن هاي با ضخامت كمتر 40 سانتيمتر مهم نمي باشد اين مسئله به علت تاثير فوق العاده زياد ابعاد قطعه مي باشد چرا كه نرخ گسترش حرارت با توان دوم ضخامت متناسب مي باشد در سازه هاي خاص و داراي حساسيت بالا نسبت به تركهاي حرارتي مانند مخازن آب بايد در ساخت بتن با مقاومت بالاتر از طرح مخلوط مناسب كه حرارت هيدراتاسيون نسبتا" كمي را توليد مي كند استفاده نمود. 

سخت شوندگي جنبشي:

براي بدست اوردن فرمول هاي بيان كننده رفتارهاي مكانيكي بتن با مقاومت بالا از قبيل مقاومت مدول الاستيسيته جمع شدگي خودبخودي و خزش در مجموع ده مخلوط مورد آزمايش قرار گرفته اند متغيرها شامل

-نسبت آب به سمان (42/0و38/0و33/0و28/0=w/c)

-نسبت حجم خمير(325/0و313/0و286/0و269/0=Vp)

-نسبت ميكروسيليس به سيمان (15/0و1/0و05/0و0=s/c) 

سخت شوندگي جنبشي در سنين اوليه و تا 28 روز توسط مطالعه تاثير سن بر مقاومت فشاري و مدول الاستيسيته مربوط به ده ممخلوط بتن با مقاومت بالا و كنترل مخلوط مرجع مورد بررسي قرار گرفته است با توجه به نتايج روشن مي شود كه سخت شوندگي جنبشي در بتن با مقاومت بالا بطور كامل با ين پديده در بتن معمولي و مخصوصا" در سنين اوليه (تا يك روز)فرق مي كند علت اين موضوع در ابتدا كاهش نسبت آب به سيمان و بعد از يك روز مسئله هيدراتاسيون سيليس مي باشد.

جمع شدگي خودبخودي:

با توجه به مطالعات انجام شده مي توان نتيجه گرفت كه در صورت پايين بودن نسبت آب به سيمان و يا وجود ميكروسيليس جمع شدگي خودبخودي زياد و ترك خوردگي در سنين اوليه اتفاق مي افتد بنابراين در حالتيكه اين تركها مضر مي باشند بهتر است كه مقدار ميكروسيليس را محدود نماييم و نسبت آب به سيمان را خيلي كاهش ندهيم

براي نمايش ادامه اين مطلب بايد عضو شويد !

نام کاربری :

رمز عبور :

تکرار رمز :

موبایل :

ایمیل :

نام اصلی :

کد امنیتی :

 

 

---

اگر قبلا ثبت نام کرديد ميتوانيد از فرم زير وارد شويد و مطلب رو مشاهده نماييد !

نام کاربری :

رمز عبور :