تحقیقات بتن
سال:1395 | دوره:9 | شماره:1 |تعداد مقالات:10

در این مقاله به تاثیر افزودن ترکیب پوزولان های پومیس و متاکائولین بر دوام و خوردگی میلگرد در بتن خودتراکم، به منظور ارائه طرح اختلاطی مقاوم در برابر عوامل جوی، جهت استفاده در عرشه و پایه پل ها، اسکله ها و سازه های دریایی پرداخته شده است. برای ساخت نمونه های این تحقیق از جایگزینی 10 درصد پومیس و 10 درصد متاکائولین و ترکیب های 10 و 15 درصدی آن ها به عنوان جایگزین بخشی از سیمان، استفاده شده است. آزمایش های انجام شده شامل مقاومت فشاری، نفوذ آب، مقاومت الکتریکی ویژه، ضریب انتشار یون کلر (RCMT) و خوردگی تسریع شده می باشد. آزمایش ها در سن 7، 14، 28، 56، 90، و 180 روز انجام شده و نتایج نشان می دهد، ترکیب پومیس و متاکائولین ضمن حفظ خواص مکانیکی بتن خودتراکم، دوام بتن را بهبود و سن مشاهده ترک در آزمایش خوردگی تسریع شده را نسبت به نمونه شاهد، به طور چشمگیری افزایش می دهد. نمونه های ساخته شده ضریب نفوذ یون کلر را تا 28.1 درصد کاهش و سن مشاهده ترک را 26.4 درصد افزایش داده است.

استفاده از مواد سیمانی تقویت شده با نانوذرات، با توجه به روش تولید و استفاده آن ها، خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی متفاوتی برای بتن ایجاد می نماید. در این راستا، نانولوله های کربنی (CNT) به دلیل خواص منحصر به فرد خود، به عنوان یکی از کامل ترین نانوذرات شناخته می شوند. از طرف دیگر، استفاده از فلزات برای بهبود خواص الکتریکی کامپوزیت ها بسیار متداول است. بنابراین به نظر می رسد هم افزایی CNT و مس بتواند خواص پیزوالکتریکی مناسبی برای ماتریس های سیمانی بوجود آورد. در این تحقیق، فرایند پوشش دهی الکترولس CNT با فلز مس با کارایی بالا، جهت آماده سازی ماده اولیه کامپوزت های سیمانی مورد بررسی قرار گرفته است. مشخصه یابی نمونه های سنتز شده با آنالیزهای SEM، TEM، XRD، TGA، ICP و AAS مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد فرایند معرفی شده توانایی ایجاد پوششی تقریبا همگن بر روی CNTها را دارا می باشد. همچنین بازده مصرفی مس بیشتر از 99% حاصل گردید.

بهره گیری از پوزولان ها به منظور کاهش مصرف سیمان به عنوان یکی از راهکارهای کاهش آلودگی های به وجود آمده ناشی از تولید سیمان پرتلند مطرح می باشد. در همین راستا، یکی از فعال ترین پوزولان های بکار گرفته شده خاکستر حاصل از احتراق کنترل شده پوسته برنج بوده که نتایج قابل قبولی را در بهبود دوام و مشخصات مکانیکی بتن نشان داده است. از طرفی یکی از موثرترین روش ها به منظور بهبود کیفیت این نوع پوزولان که کمتر مورد توجه قرار گرفته، اسید شویی پوسته های شلتوک برنج قبل از احتراق آن است. در این مقاله به بررسی مقاومت و دوام بتن ساخته شده با خاکستر تولیدی از روش اسید شویی پرداخته شده است. در همین راستا و به منظور مقایسه، نمونه هایی از پوزولان خاکستر پوسته برنج اسید شویی نشده، زئولیت و دوده سیلیسی ساخته شده و مورد آزمایش های مقاومت فشاری، عمق نفوذ آب تحت فشار، مقاومت الکتریکی، پتانسیل نیم پیل و نفوذ تسریع شده یون کلر قرار گرفتند. نتایج نشان دهنده کارایی مناسب روش اسیدشویی می باشد. به طوریکه خاکستر پوسته برنج اسید شویی شده از منظر مقاومتی و دوامی مناسب تر از نوع اسید شویی نشده و نیز زئولیت عمل نموده است. همچنین اگرچه دوام نمونه های حاوی خاکستر پوسته برنج اسید شویی شده کمتر از نمونه های دارای دوده سیلیس می باشد، لیکن مقاومت فشاری این نمونه ها بسیار نزدیک به مقاومت نمونه های شامل دوده سیلیس بوده است.

گسترش انواع مختلف بتن های با عملکرد بالا از قبیل بتن خودتراکم و بتن سبک، در حال حاضر پاسخگوی بخشی از نیازهای اساسی صنعت ساختمان می باشد. به کار بستن سنگدانه های سبک در ساخت بتن خودتراکم، موجب ایجاد خصوصیات بتن سبک و بتن خودتراکم در یک ماده ساختمانی به نام بتن سبک خودتراکم می گردد. دو نوع الیاف پلی پروپیلن به طول های 6 میلی متر و 12 میلی متر در مقادیر مختلف %0، %0.025، %0.05 و %0.1 (بصورت حجمی از کل بتن) در ساخت بتن سبک خودتراکم مورد استفاده قرار گرفته است. ویژگی های مربوط به بتن خودتراکم تازه با انجام آزمایش های زمان و قطر جریان اسلامپ، زمان قیف V و حلقه J مورد بررسی قرار گرفته است. وزن مخصوص، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، سرعت پالسی، درصد جذب آب و نرخ جذب آب تمامی مخلوط های بتن سبک خودتراکم بدست آورده شده و اثر الیاف پلی پروپیلن مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت مشاهده گردید که بکارگیری الیاف پلی پروپیلن در بتن سبک خودتراکم علی رغم کاهش روانی می تواند منجر به بهبود هر دو خصوصیات مقاومتی و انتقالی گردد.

ملات خودتراکم رنگی به عنوان یک فناوری جدید در ساخت بناهای معماری، نما و نوسازی سازه های قدیمی مطرح می شود. تولید این نوع ملات در شرایط بهینه، ملزم به کافی بودن خواص مکانیکی ضمن حصول رنگ مناسب می باشد. بنابراین تعیین میزان مصرف رنگدانه در طرح مخلوط اهمیت فراوانی دارد. از طرف دیگر، اگر رنگدانه خاصیت پرکنندگی داشته باشد، کاربرد آن در ملات خودتراکم رنگی قابل تثبیت است. در این مقاله به بررسی اثر رنگدانه های ترکیبی (آلی و معدنی) بر رنگ ظاهری و خواص مکانیکی ملات خودتراکم در سه مقدار 2، 5 و 10% پرداخته شده است. همچنین جهت شناخت رفتار پرکنندگی رنگدانه، اثر جایگزینی آن با فیلر سیلیسی با دانه بندی مشابه در نسبت های 2 و 5% در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از عملکرد مناسب رنگدانه ترکیبی در نقش فیلر بوده و مقادیر کمتر از 5% از رنگدانه مذکور، خواص مکانیکی و رنگ سنجی را بهبود داده است.

از نقاط آسیب پذیر تیرهای بتن مسلح در قاب های خمشی مقاوم در برابر زلزله، ناحیه بر ستونو نزدیک اتصال می باشد. در بحث مقاوم سازی تیرها، تقویت این ناحیه به علت بالا بودن نیروهای برشی از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. از روشهای اصلی مقاوم سازی دو روش مقاوم سازی با پوشش های فولادی و پوشش های پلیمری CFRP می باشند که هرکدام مزایا و معایب ویژه ی خود را دارد. می توان با ترکیب این دو روش از مزایای هر کدام استفاده و بر معایب آن ها غلبه نمود. در این تحقیق آزمایشگاهی ابتدا 4 نمونه ی ساخته شده از بتن مسلح سبک سازه ای تحت بارگذاری چرخه ای دچار خرابی می شوند. سپس2نمونه از تیرهای بتنی در ناحیه ی نزدیک اتصال با استفاده ی توام از ورق فولادی و دورپیچ CFRP و دو نمونه ی دیگر تنها با استفاده از CFRP مقاوم سازی شده اند. ورق های فولادی برای مقاوم سازی خمشی و از دورپیچ های CFRP برای ایجاد محصورشدگی و تقویت برشی استفاده شده است. نتایج آزمایش ها نشانگر عملکرد خوب این روش ترکیبی در تقویت تیرهای مسلح بتن سبک سازه ای در ناحیه ی نزدیک اتصال می باشد. به صورتی که، مقدارضریب شکل پذیری تیرهای بازسازی شده به صورت ترکیبی نسبت به نمونه هایی که تنها در آن ها از CFRP استفاده شده بود تقریبا صددرصد افزایش یافته، همچنین در این نمونه ها افت ناگهانی مقاومت در حین بارگذاری مشاهده نگردید.

امروزه کامپوزیت های پلیمری الیافی (FRP) با مقاومت بالا به طور گسترده در بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرد. این کامپوزیت ها برای تقویت اجزای مختلف سازه از جمله تیرها، ستون ها و اجزای صفحه ای مانند دال های سقف و دیوارهای برشی قابل کاربرد است. با وجود استفاده گسترده، دستورالعمل های موجود فاقد روش جامعی برای تقویت اجزای ستون های بتن آرمه تحت شرایط عمومی بارگذاری هستند. از آن جایی که ستون ها در سازه های بتنی درجا عموماً تحت اثرات توام نیروی محوری و خمش دو محوره قرار می گیرند، ارزیابی و تقویت آن ها تحت اثر تلاش های توام مذکور در کارهای عملی مقاوم سازی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. این مقاله به مطالعه تقویت و بهسازی اجزا ستون های بتن آرمه تحت اثرات ترکیبی نیروی محوری-گشتاور خمشی با استفاده از کامپوزیت های FRP می پردازد. برای این منظور، ضمن توسعه روابط موجود تقویت ستون های تحت اثر نیروی محوری و گشتاور خمشی تک محوره با الیاف FRP با جهت گیرهای عرضی، طولی و نیز ترکیبی دو جهته، روشی محاسباتی برای تقویت ستون های بتنی مستطیلی تحت اثرات توام نیروی محوری و خمش دو محوره پیشنهاد می شود. در ادامه، با استفاده از یک مطالعه موردی، روش پیشنهادی این مقاله تشریح شده و مزایا و معایب استفاده از الیاف عرضی، طولی و یا ترکیب آن ها از طریق مقایسه منحنی های اندرکنش ستون تقویت شده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی برای کارهای عملی مقاوم سازی مناسب بوده و همچنین الیاف عرضی تنها و یا الیاف ترکیبی عرضی و طولی برای تقویت ستون های با هر دو رفتار فشار-کنترل و کشش-کنترل موثر است. با این وصف، نشان داده خواهد شد که الیاف طولی تنها، صرفاً برای تقویت ستون های با رفتار کشش-کنترل موثر است. به علاوه، روش تحلیلی پیشنهادی با نتایج آزمایشگاهی موجود در ادبیات فنی وارسی و صحت سنجی خواهد شد.

مدل میله و بستیک روش تحلیلی به منظور پیش بینی مقاومت اعضای بتن آرمه دارای نواحی ناپیوسته هندسی و یا استاتیکی است. این روش بر اساس مسیر بار، خرپایی متناظر با عضو سازه ای را تحلیل و طراحی می کند. اگرچه مدل میله و بست برای پیش بینی رفتار اعضای تحت اثر بارهای یکنواخت پیشنهاد شده است، اما استفاده از آن برای اعضای تحت اثر بارهای دوره ای نیازمند به مطالعه بیشتری است. تاکید مطالعهپیش رو بر تخمین بار شکست و تغییرمکان متناظر با این بار می باشد. به این منظور از 44 عضو سازه ای دارای نواحی ناپیوسته شامل تیرهای عمیق، دیوارهای برشی کوتاه و ستون های کوتاه تحت اثر بارهای دوره ای که رفتار آنها توسط سایر محققین بطور تجربی مطالعه شده اند انتخاب شده؛ سپس مدل خرپایی و مدل اجزاء محدود سه بعدی آنها در نرم افزار آباکوس تحلیل می شوند . نتایج تحلیلی بدست آمده از مدل خرپایی در مقایسه با نتایج تجربی نمونه های مورد مطالعه نشان دهنده همبستگی مناسب بار شکست و تغییر مکان متناظر با آنها می باشد.

شاخص های طراحی، ساخت و بهره برداری سازه های بتنی، توجه ویژه به توسعه پایدار و مباحث زیست محیطی می باشد به طوری که سعی می شود با افزایش عمر مفید این سازه ها و صرفه جویی های اقتصادی از ایجاد خسارت به طبیعت نیز جلوگیری گردد. بر همین اساس محققین در سال های اخیر، دیدگاه بتن پایدار داومی را در کنار بتن مقاومتی مطرح می کنند و با جایگزینی انواع افزودنی طبیعی به جای سیمان، علاوه بر کاهش در مصرف سیمان،کاهش هزینه و آلایندگی تولیدآن، میزان مقاومت و دوام بتن را بهبود می دهند. برهمین راستا و نیاز به تحقیقات بیشتر جهت بررسی دوام بتن های حاوی مواد افزودنی و پوزولانی در برابر حملات سولفاتی سبب شد تا در این مطالعه از انواع مختلف مواد افزودنی شامل میکروسیلیس، زئولیت، خاکستر بادی، متاکائولن و نانوسیلیس به عنوان جایگزین بخشی از سیمان مورد استفاده قرار گیرد. همچنین به منظور بررسی میزان تاثیر و قدرت تخریب انواع مهاجم های سولفاتی، بتن های پوزولانی ساخته شده درون چهار محیط اشباع حاوی سولفات های آهن، منیزیم، سدیم و کلسیم با pH ثابت قرار داده شدند و جهت مقایسه و بررسی برای تمامی طرح ها نمونه ی شاهد اشباع در آب آهک ساخته شد. سپس نمونه ها با آزمایش مقاومت فشاری و آزمون غیر مخرب عبور امواج فراصوتی در سنین 7، 14، 28، 60، 180 و 360 روز مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد بتن های حاوی میکرو و نانوسیلیس به ترتیب بیشترین مقاومت را در برابر حملات سولفاتی دارند. همچنین نتایج توانایی و تاثیر مخرب بالای سولفات منیزیم سپس سدیم و کلسیم را به ترتیب نشان داد و مشاهده شد که سولفات آهن در مقایسه با دیگر سولفات ها تاثیر تخریبی کمتری دارد. بررسی های سرعت امواج فراصوتی نیز نشان داد که با افزایش سن از 180 به 360 روز سرعت امواج افزایش محسوسی دارد. همچنین با افزایش تشکیل ماده مخرب اترینگایت در بتن سرعت موج نیز افزایش می یابد. بیشترین تاثیر افزایش سرعت با افزایش اترینگایت در نمونه های سولفات کلسیم مشاهده شد.

در این پژوهش یک سیستم نظارت بر سلامت سازه های بتنی با استفاده از شبکه های حس گر بی سیم معرفی و پیاده سازی می گردد. هدف اصلی در این پژوهش ارائه ی یک سیستم برای اندازه گیری دو پارامتر دما و رطوبت در داخل سازه های بتنی- بویژه در مواقع بتن ریزی با حجم زیاد- با کمترین هزینه طراحی و پیاده سازی و کمترین هزینه ونیاز به عملیات نگهداری و تعمیرات و با بیشترین طول عمر مفید در هنگام قرارگیری در داخل یا مجاورت بتن و عوامل مخرب مشابه در سازه ها ی بتنی است. عمده تمرکز این پژوهش بر دوره های اولیه ی شکل گیری و تشکیل یافتن بتن است. در این پژوهش برای نیل به هدف مذکور چهار تکنولوژی مختلف مورد ارزیابی عملی قرار می گیرد. اولین روش عبارت است از استفاده از ترمیستور با ضریب حرارتی منفی و IRIS mote در قالب توپولوژی شبکه ی IEEE 802.15.4. نتایج نشان می دهد که اندازه گیری این سنسور در حدود 5oC بین مقادیر واقعی و مقادیر اندازه گیری شده از خود انحراف معیار استاندارد بروز می دهد. روش دوم از یک سنسور SHT15 (دما و رطوبت) به همراه میکروکنترلر PIC16F4680 و یا برد آردینهو استفاده می کند. روش سوم شامل استفاده از سنسور SHT21S (دما و رطوبت) به همراه برد کاربردی eZ430-RF2500 با پردازنده ی MSP430 می باشد. در این حالت قرائت مقادیر دما در طول 16 ساعت اولیه به خوبی انجام می گیرد در حالی که مقادیر رطوبت برای 24 ساعت اول آزمایش به خوبی اندازه گیری و ثبت گردیدند. با وجود این که مقادیر اندازه گیری شده برای سنسورهای SHT15 و SHT21S مطابقت خوبی دارند، هر دو سنسور بعد از گذشت مدت زمان مشخصی از کار ایستادند که نشان دهنده ی رابطه ی معکوس بین طول عمر سنسور و شدت قلیایی بودن محیط بتن است و بطور ضمنی لزوم ایجاد پوشش برای سنسور های مذکور را برای کاربرد در داخل بتن متذکر می شود. در روش چهارم از هر دو سنسور SHT15 و SHT21S بصورت محافظت شده برای مانیتورینگ درازمدت استفاده گردید. از آن جا که در مورد اخیر دو سنسور SHT15 و SHT21S با وجودتحت تاثیر قرار گرفتن بواسطه ی محیط قلیایی بتن، موفق به اندازه گیری به مدت نزدیک به دو ماه گردیدند، امکان نظارت بلادرنگ و پیوسته با کمک سنسورهای ویژه در قالب شبکه های حس گر بی سیم با حداقل قیمت تمام شده محقق می گردد.