بررسي خصوصيات بتن با عملكرد بسيار بالاي مسلح به الياف با سنگ دانه‌ي سرباره‌ي فولادي تحت دماي بالاي آتش

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

بتن با عملكرد بسيار بالا (UHPC) بتني نوين با ذرات ريز و همگن است كه مقاومت فشاري بالا و دوام بسيار زياد در برابر عوامل مخرب محيطي دارد. براي رفع شكست ترد و افزايش شكل‌پذيري اين بتن، استفاده از الياف رايج است. همچنين براي كاهش مصرف سيمان و افزايش سازگاري زيست‌محيطي، جايگزيني بخشي از سيمان با ميكروسيليس و سرباره‌ي كوره‌ي بلند آهن‌گدازي مطلوب است. با توجه به كاربرد گسترده بتن در سازه‌هاي در معرض حرارت بالا، توليد بتن نسوز يا بتن مقاوم در برابر حرارت اهميت زيادي دارد، زيرا بتن معمولي در دماهاي بالا دچار تغييرات فيزيكي و شيميايي شده و باعث افت سريع مقاومت فشاري، كششي، خمشي و مدول الاستيسيته مي‌شود. سيمان پرتلند معمولي نيز در حدود ℃600 پايدار نيست؛ زيرا Ca(OH)2 حاصل از هيدراتاسيون در اثر حرارت، كربن دي‌اكسيد خود را از دست داده و به آهك شكفته تبديل مي‌شود كه با رطوبت واكنش داده، منبسط و پودر شده و در نهايت تخريب بتن را در پي دارد. يكي از پديده‌هاي شايع بتن در معرض حرارت، پوسته‌شدن بتن است كه به دليل افزايش دما و ايجاد فشار بخار آب منفذي رخ مي‌دهد.در اين تحقيق براي افزايش مقاومت بتن در برابر حرارت از مصالحي مانند سيمان نسوز، سنگ‌دانه‌ي سرباره‌ي فولادي كوره‌ي قوس الكتريكي، الياف فولادي و الياف پلي‌پروپيلن استفاده شده است. سرباره‌ي فولادي كوره‌ي قوس الكتريكي به عنوان ضايعات انباشته مي‌شود و چون در دماي بالا توليد مي‌گردد، مقاومت مناسبي در برابر حرارت دارد.براي بررسي رفتار بتن، 120 نمونه‌ي مكعبي 100 ميلي‌متر و 20 نمونه‌ي منشوري 350×100 ميلي‌متر با سيمان پرتلند و 144 نمونه‌ي مكعبي و 24 نمونه‌ي منشوري با سيمان نسوز ساخته شدند. نمونه‌ها تحت دو نوع عمل‌آوري اتوكلاو و آب جوش قرار گرفتند و سپس در معرض دماهاي ℃400 و ℃800 آزمايش شدند. آزمايش‌ها شامل مقاومت فشاري، خمش چهارنقطه‌اي، درصد جذب آب، بررسي ترك به روش بعد فراكتال و بررسي ريزساختار با آزمايش SEM بود.در دماي محيط، بتن با عملكرد بسيار بالا با 40% جايگزيني سرباره‌ي فولادي به جاي ماسه‌ي سيليسي، مقاومت فشاري براي نمونه‌هاي سيمان پرتلند برابر 167/1 و 153/3 مگاپاسكال (به ترتيب 18 و 13 درصد افزايش مقاومت نسبت به نمونه‌ي بدون سرباره) تحت عمل‌آوري اتوكلاو و آب جوش گزارش شد. همچنين براي نمونه‌هاي سيمان نسوز، مقاومت فشاري برابر 161/8 و 152/4 مگاپاسكال (به ترتيب 13 و 20 درصد افزايش مقاومت نسبت به نمونه‌ي بدون سرباره) تحت عمل‌آوري اتوكلاو و آب جوش گزارش شد.پس از بارگذاري حرارتي تا ℃400، در نمونه‌هاي سيمان پرتلند با 40% سرباره‌ي فولادي، مقاومت فشاري به 137/5 و 116/5 مگاپاسكال (به ترتيب براي اتوكلاو و آب جوش) كاهش يافت و در نمونه‌هاي سيمان نسوز نيز مقاومت فشاري به 152/2 و 145/5 مگاپاسكال (به ترتيب براي اتوكلاو و آب جوش) كاهش پيدا كرد. اين كاهش مقاومت ناشي از تضعيف ماتريس، تضعيف ناحيه انتقال و تجزيه‌ي محصولات معرفي شده است.پس از اعمال حرارت تا ℃800، در نمونه‌هاي سيمان نسوز با 40% جايگزيني سرباره‌ي فولادي، مقاومت فشاري به ترتيب براي عمل‌آوري اتوكلاو و آب جوش به 112/1 و 100/7 مگاپاسكال رسيد كه نشان‌دهنده‌ي 30/7 و 33/9 درصد كاهش مقاومت نسبت به نمونه‌ي آزمايش شده در دماي محيط است. نتايج نشان مي‌دهد استفاده‌ي هم‌زمان از سيمان نسوز و سرباره‌ي فولادي در بتن با عملكرد بسيار بالاي مسلح به الياف حتي تا دماي ℃800 مقاوم بوده و بتن تا 112/1 مگاپاسكال را به صورت ايمن تحمل مي‌كند. اين افت مقاومت به تضعيف ماتريس، تضعيف ناحيه انتقال در سطح مشترك ماتريس و الياف فولادي، سطح مشترك ماتريس و سنگ‌دانه‌ها و تجزيه‌ي محصولات هيدراتاسيون سيمان نسوز نسبت داده شده است.در دماي محيط مقاومت خمشي براي نمونه‌هاي سيمان پرتلند و سيمان نسوز با 40% جايگزيني سرباره‌ي فولادي به ترتيب 20/4 و 12/3 مگاپاسكال گزارش شد. مقاومت باقي‌مانده‌ي خمشي پس از اعمال حرارت 400 درجه‌ي سانتي‌گراد به 14/7 و 12/3 مگاپاسكال و پس از اعمال حرارت ℃800 در نمونه‌هاي سيمان نسوز به 7/1 مگاپاسكال رسيد. اين نتايج نشان مي‌دهد سيمان نسوز در مقاومت خمشي نسبت به سيمان پرتلند ضعيف‌تر است، اما به دليل زوال بتن با سيمان پرتلند پس از ℃600، استفاده از سيمان نسوز در بتن‌هاي مقاوم به حرارت ضروري است.

236603

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان