آب دریا به عنوان آب حاوی املاح گوناگون، باعث پوکی و در نتیجه کاهش مقاومت سیمان و بتن حاصل از آن می گردد. سازه های در مجاورت آب دریا معمولاً خیلی زودتر از زمان پیش بینی شده فرسوده گردیده و متلاشی می شوند. برای بالا بردن مقاومت بتن در چنین شرایطی راه های گوناگونی پیشنهاد گردیده است. یکی از این راه ها استفاده از سیمان تیپ ۵ و یا سیمان تیپ ۲ به اضافه افزودنیهاست. پوزولان قابلیت این را دارد که بصورت مستقیم با سیمان یا بتن مخلوط گردد. این عمل باعث ارزان شدن بتن مصرفی با همان کیفیت اولیه می شود در نتیجه سبب پایین آوردن مصرف سیمان پرتلند می گردد که از نظر اقتصادی به صرفه می باشد، یعنی اینکه می توان بخشی از مقدار سیمان پرتلند مورد نیاز بتن را با پوزولان جایگزین کرده و در نهایت به نتیجه دلخواه رسید[۲۴].

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

انگیزه های مصرف پوزولانها شامل بهبود کیفیت خمیر سیمان (شامل کاهش نفوذپذیری، کاهش آسیب پذیری به دلیل ترکیب شدن با هیدروکسید کلسیم حاصل از واکنش آبگیری سیمان و کاهش گرمازایی جسم چسبنده)، افزایش حجم تولید سیمان بدون کاهش کیفیت بلکه با ارتقاء آن، کاهش مصرف انرژی و در نتیجه کمک به کاهش آلودگی هوا و کمک به حفظ محیط زیست می باشد[۲۵]. امروزه گسترش مصرف پوزولانها در صنعت سیمان، کمک به توسعه پایدار به طور اعم وگامی به سوی صنعت سیمان پایدار به طور اخص، تلقی می شود.
۲-۱۱-۳٫ تأثیر پوزولانها بر مقاومت فشاری بتن
بر اساس تحقیقات و آزمایشات انجام گرفته شده پوزولانها در آزمایشات فشاری دارای رفتار یکسانی می باشند بطوریکه با اضافه کردن مقداری مشخص از هر پوزولان در مخلوط، حداکثر مقاومت فشاری بدست می آید و بعد از آن با افزایش درصد پوزولان در مخلوط، مقدار مقاومت افت می کند[۴۴]. بطور مثال آزمایشات انجام شده بر روی نوعی پومیس نشان داد که شاخص فعالیت مقاومت برای اختلاطهای شامل۱۰ درصد، ۲۰ درصد و ۳۰ درصد جایگزین سیمان بیشتر از ۷۵ درصد می باشد و این امر ملزومات مورد نظر آیین نامه ASTM را شامل می شود و مناسب تشخیص داده می شود. ولی برای درصدهای بالاتر جایگزینی این شاخص کمتر از ۷۵ درصد است و پیشنهاد نمی گردد و مناسبترین درصد جایگزینی را ۲۰ درصد اعلام میکند[۴۵]. تحقیقات نشان می دهند که پوزولانها با ایجاد تأخیر در زمان گیرش، گرمای هیدراسیون واکنشهای سیمان را کاهش می دهند[۲۶]. نتایج بدست آمده از فعالیت پوزولانی پوزولانهای طبیعی، نشان می دهد که مقاومت فشاری نمونه های ساخته شده از این پوزولانها مستقیماً متناسب با افزایش نسبت سیلیس و نسبت معکوس با Fe₂O₃دارد و افزایش نسبت K₂O و MgO فعالیت پوزولانی راکاهش می دهند و مهمترین اجزاء پوزولان سیلیس است و آن می تواند سهمی در فعالیت پوزولانی در شکل بلوری و غیر بلوری فراهم کند[۴۶].
۲-۱۱-۴٫ سیمان پرتلند پوزولانی
مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران به منظور استفاده از پوزولان در سیمان و بتن، دو استاندارد ۳۴۳۳ [۲۷] با عنوان «ویژگیهای سیمان پرتلند پوزولانی» و ۳۴۳۲ [۲۸] با عنوان «ویژگیهای پوزولانهای طبیعی» را تصویب کرده است.
استاندارد ۳۴۳۳ مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، سیمان پرتلند پوزولانی را اینگونه بیان می کند: «سیمان پرتلند پوزولانی، مخلوطی است از حداکثر ۱۵ درصد پوزولان طبیعی و دست کم ۸۵ درصد کلینکر با سیمان پرتلند با نرمی مشخص که در مجاورت آب به صورت جسم چسبنده ای در کارهای ساختمانی مصرف می شود».
۲-۱۱-۵٫ میکروسیلیس
برای دستیابی به مقاومت بالا در بتن استفاده از پوزولان ها امری بدیهی می باشد. دوده سیلیس یا میکرو سیلیس ماده پوزولانی قوی است. فعالیت پوزولان ها بر حسب مقدار سیلیس (Sio₂) سنجیده میشود. دوده سیلسی حدود ۸۸ درصد سیلس دارد. از طرفی پوزولان هرچه نرمتر باشد، فعالتر است. دوده سیلیسی تقریبا ۱۰۰ برابر ریزتر از سیمان است. در کوره های ذوب آهن یکی از مواد اولیه آلیاژی به نام فروسیلیس است. برای تولید فروسیلیس بر روی سیلیس ذغال کک یا چوب می ریزند و در دو طرف این انباشته دو الکترود به قطر ۲۰ تا ۳۰ سانتیمتر و ارتفاع ۱ تا ۵/۱ متراز جنس آهن قرار می دهند. به الکترودها برق چند هزار ولت وصل می شود. با ایجاد قوس الکتریکی بین دو الکترود مقداری آهن سیلیس ترکیب می شود و فروسیلیس تشکیل می دهد. دوده حاصل از این فرایند دوده سیلیسی است. مدت ها برای جلوگیری ازآلودگی محیط زیست حاصل از دوده سیلیسی، فیلترهایی در دهانه دودکش ها قرار می دادند و بعد از جمع آوری دوده آن را در دریا دفن می کردند تا اینکه خواص فوق العاده دوده سیلیسی به عنوان پوزولان کشف شد. درگذشته فروسیلیس برای تولید فولاد از کشور نروژ وارد می شد. درحال حاضر در (ازنا) نزدیک خرم آباد و (سمنان) فروسیلیس و در نتیجه دوده سیلیسی تولید می شود. دوده سیلیسی دو نقش عمده را در بتن به عهده دارد :
۱- پرکنندگی
۲- پوزولانی
دوده سیلیس در مخلوط بتن بین دانه های شن و دانه های ماسه قرار می گیرند. ذرات سیمان نیز بین دانه های شن و ماسه قرار میگیرند. بین ذرات سیمان نیز فضای خالی وجود دارد. این فضاهای خالی را میتوان با دوده های سیلیسی پر کرد. با این کار مقاومت بتن افزایش می یابد، دوام بتن بیشتر می شود، نفوذ پذیری بتن کاهش می یابد و در نتیجه خطر حمله سولفات ها و کلراید ها کمتر می شود و در نتیجه خطر تخریب بتن به دلیل یخ زدن آب کاهش می یابد. از نظر نقش پوزولانی نیز دوده سیلیسی پوزولان قوی است و با هیدروکسید کلسیم ترکیب می شود و سیلیکات های کلسیم پایدار را که دارای خواص چسبندگی می باشد، تشکیل می دهد. از طرفی مقاومت سیمان هایی که با پوزولان طبیعی تولید می شوند با سرعت کمتری افزایش می یابد، به طوری که در حدود یکسال به مقاومت سیمان پرتلند معمولی می رسد. این کمبود سرعت کسب را می توان با بکار بردن دوده سیلیسی جبران نمود. به دلیل نرمی بسیار زیاد دوده سیلیسی، با اضافه کردن آن به بتن، احتیاج بتن به آب بیشتر می شود. این امر با بکار بردن مواد شیمیایی روان کننده جبران می گردد. جابجایی دوده سیلیسی به دلایل زیاد، مشکل و پر هزینه است. به این دلیل دوده سیلیسی را به صورت ریز گلوله هایی که از مجموعه ای از ذرات منفرد تشکیل شده اند، با جرم مخصوص ۵۰۰ تا ۷۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب عرضه می نمایند. روش دیگر عرضه دوده سیلیسی، به صورت دوغابی با نسبت های جرم مساوی آب و دوده سیلیسی می باشد[۴۷]. این نکته قابل ذکر است که بسته به نوع عمل آوری بتن درصد میکرو سیلیس مصرفی میتواند از ۱۰ تا ۴۰ درصد متفاوت باشد[۲۹]. در عمل آوری در دماهای معمولی حداکثر مقدار مناسب درصد میکرو سیلیس نسبت به مواد سیمانی ۲۰ درصد می باشد[۳۳]. برای ساختن بتنهای با مقاومت فشاری تا ۹۸ مگاپاسکال می توان از میکروسیلیس استفاده نکرد، اما برای رسیدن به مقاومتهای بالاتر، وجود میکروسیلیس ضروری است، حتی برای ساختن بتنهای با مقاومت بین ۶۳ تا ۹۸ مگاپاسکال، استفاده از میکروسیلیس کار را برای رسیدن به آن مقاومت ساده تر می کند. بنابر این اگر از نظر اقتصادی مشکلی وجود نداشته باشد، عموماً میکروسیلیس جزئی از مخلوط بتن با مقاومت بالا در نظر گرفته می شود[۴۸]. امروز میکروسیلیس بیشتر بصورت متراکم شده وجود دارد و وزن آن در حدود دو برابر حالت قبل است (۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب[۴۹]). مزیت های کاربرد میکروسیلیس ها را می توان افزایش مقاومت فشاری و مقاومت کششی، افزایش مقاومت پیوستگی با فولاد، حرارت زایی، رفتار پوزولانی میکروسیلیس، کاهش تخلخل و افزایش چسبندگی و نیز آب افتادگی کمتر نام برد[۴۹] و[۵۰].
۲-۱۱-۶٫ خاکستر بادی
خاکستر بادی به صورت بسیار گسترده و در سالهای طولانی در بتن مورد استفاده قرار گرفته است. متأسفانه خاکستر بادی نسبت به میکروسیلیس، هم در خواص شیمیایی و هم در خواص فیزیکی، بسیار متغیرتر است. هر نوع از خاکستر بادی که در بتن های معمولی خوب عمل کند در بتنهای با مقاومت بالا نیز عملکرد مناسبی دارد. با خاکستر بادی می توان بتن با مقاومت فشاری تا حدود ۷۰ مگاپاسکال را ساخت. البته گزارشهای کمی هم در رابطه با رسیدن به مقاومت حدود ۹۸ مگاپاسکال در بتنهای دارای خاکستر بادی وجود دارد. برای رسیدن به مقاومت های بالاتر باید به همراه خاکستر بادی از میکروسیلیس استفاده کرد. اگر چه این کار در گذشته مرسوم نبود عموماً مقدار خاکستر بادی مصرفی در بتنهای با مقاومت بالا حدود ۱۵ درصد مقدار سیمان می باشد. به خاطر اینکه حتی محصولات یک کارخانه تولید خاکستر بادی تغییرات قابل ملاحظه ای دارند، کنترل کیفیت در کارگاه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این موضوع شامل آزمایش بلین جهت تعیین سطح مخصوص و ترکیبات شیمیایی این ماده (به ویژه Al₂O₃ ، SiO₂ ، CaO ، Fe₂O₃ و قلیایی ها و سولفاتها و کربن) می شود و مانند میکروسیلیس لازم است که درجه کریستاله بودن آن را کنترل کرد. هر قدر خاکستر بادی بیشتر بصورت بافت شیشه ای باشد بهتر است[۲۶].
۲-۱۲٫ روان کننده ها و فوق روان کننده ها:
این افزودنی ها به سه منظور بکار می روند: ۱- رسیدن به مقاومتی بالاتر، نسبت به بتن بدون افزودنی، با کاهش نسبت آب به سیمان و یک کارآیی ثابت. ۲- رسیدن به یک کارآیی مشخص با کاهش سیمان مصرفی و نتیجتاً کاهش حرارت هیدراتاسیون در توده بتن. ۳- افزایش کارآیی و بنابراین سادگی بتن ریزی در قالب های با آرماتور انبوه و موقعیت های غیر قابل دسترسی. افزودنی های روان کننده با ایجاد پراکندگی سیمان در مخلوط بتن، ضمن ایجاد سطوح بیشتر در تماس با آب، باعث هیدراتاسیون بهتر سیمان می شوند و به این دلیل در دراز مدت مقاومت این بتن از بتنی که با همین نسبت آب به سیمان و بدون افزودنی ساخته می شود، بیشترخواهد بود. روان کننده های قوی عموماً تأثیر چشمگیری روی گیرش بتن ندارند، مگر در مواردی که C₃A سیمان کم باشد و در این حالت کمی تأخیر در گیرش سیمان ایجاد می شود. در دراز مدت نیز خواص دیگر بتن بطور محسوسی تحت تأثیر این نوع افزودنی قرار نمی گیرد[۲۴].
۲-۱۳٫ نقش پودر سنگ در بهبود خواص بتن سبک با مقاومت بالا
وجود پودر سنگ در بتن سبک علاوه بر اینکه از نظر ظاهری، بتنی عاری از خلل و فرج می دهد؛ در بالا رفتن سایر خواص مکانیکی بتن سبک، اثر بسیار مطلوبی دارد. طبق نتایج تحقیقات پودر سنگ به دلیل کاهش خلل و فرج داخلی بتن، مقاومت خمشی بتن لیکا را در حدود ۴۰ درصد درمقایسه با بتن لیکای بدون پودر سنگ افزایش میدهد[۱۹]. همچنین بر اساس تحقیقات استفاده از ۱۵ درصد پودر سنگ آهک در بتن، دوام بتن در برابر حمله شیمیایی یون سولفات که از جمله عوامل مخرب جسم بتن است را افزایش می دهد[۳۰]. گران بودن قیمت سیمان در جهان، باعث افزایش قیمت تمام شده بتن می شود، از این رو استفاده از موادی که ارزانتر از سیمان باشند و در صورت جایگزینی به جای سیمان خواص مناسبی داشته باشند، رونق زیادی پیدا کرده است. یکی از این مواد افزودنی که تحقیقات بر روی آن تقریباً از ۱۵ سال قبل شروع شده است، پودر سنگ آهک است. استفاده از این مصالح به دلیل در دسترس بودن زیاد هر روز بیشتر می شود، به طوری که استاندارد EN 197-1 اروپا در سال ۲۰۰۰ دو نوع سیمان پرتلند سنگ آهکی که یکی شامل ۶-۲۱% سنگ آهک (type II/A-L) و دیگری حاوی ۲۱-۳۵% سنگ آهک (type II/B-L) است را وارد استاندارد سیمان اروپا کرده است[۵۱]. در ایران نیز به خاطر وجود سنگبریهای فراوان و با توجه به اینکه پودر سنگ آهک جزء ضایعات سنگبریهاست، استفاده از این مصالح در ساخت بتن بسیار مفید به نظر می رسد؛ زیرا در صورت استفاده مناسب از آن، علاوه بر کاهش آلودگی محیط زیست می توان قیمت تمام شده بتن را نیز کاهش داد.
۲-۱۴٫ اثر نوع دانه بندی لیکا بر خواص مکانیکی بتن سبک
نوع دانه بندی دانه های لیکا و مقدار مصرف آنها نقش تعیین کننده ای در وزن مخصوص و مقاومت فشاری بتن دارند، به طوری که هرچه دانه ها ریزتر و یا مقدار آن کمتر باشد وزن مخصوص و مقاومت فشاری بالاتری بدست می آید. دانه های لیکا به علت سبکی، تمایل به جدا شدن از سایر اجزاء مخلوط بتن را دارند و هر چه اسلامپ بتن بیشتر باشد امکان جدایش بیشتر خواهد شد. برای رفع این مورد می توان از میکروسیلیس همراه با فوق روان کننده مناسب استفاده کرد و دوام بتن را نیز افزایش داد[۵۲]. استفاده از دانه های خیلی درشت سبک وزن در بتن سبک سبب می شود بتن تا حدی به علت مقاومت کمتر این مصالح و تا حدی نیز در نتیجه سست شدن زمینه دور مصالح ضعیف گردد، بنابراین باید حداکثر اندازه دانه ها به ۲۵ میلیمتر محدود گردد[۱۵].
۲-۱۵- مسائل اجرائی بتن سبکدانه سازه ای
بسیاری از اصول اجرائی حاکم بر بتن ریزیهای معمولی در بتن ریزی با بتن سبــکدانه سازه ای کماکان از اهمیت برخوردار است. مسلماً در بتن های غیر سازه ای و سبکدانه بسیاری از نکات مورد نظر نمیتواند با اهمیت تلقی شود و عدم رعایت برخی قواعد تا آنجا که به وزن مخصوص بتن ریخته شده لطمه نزند و آنرا بالا نبرد با اهمیت تلقـــی نمیشـــود.
اصل پیوستگی و تدوام در بتن ریزی (عدم ایجاد درز سرد)، اصل عدم گیرش یا نزدیکی به گیرش در بتن قبل از ریختن و تراکم، اصل عدم جدا شدگی مواد (ناهمگنی) بتن، اصل رعایت دمای مناسب بتن ریزی، اصل عدم آلودگی بتن به مواد مضر، اصل رعایت تراکم صحیح، اصل رعایت پرداخت صحیح سطح بتن، اصل انتخاب صحیح اسلامپ با توجه به وضعیت قطعه و وسایل تراکمی موجود، اصل رعایت و بکارگیری نسبت ها و مقادیر صحیح مصالح و پرهیز از مصرف مواد نامناسب، و در نهایت اصل عمل آوری صحیح و قالب برداری به موقع و با دقت همواره در این نوع بتن ریزیها مانند بتن های معمولی از اهمیت برخوردار می باشد.
۲-۱۶٫ نانو ­مواد ها و مشخصات آنها
۲-۱۶-۱٫ مقدمه
مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضخامت) زیر nm 100 باشد تعریف شده ­اند، یک نانو­متر یک هزارم میکرون یا حدود ^۶-۱۰ برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی، در یک تقسیم ­بندی عمومی، محصولات نانو­مواد را می توان به صورت های زیر بیان کرد:

1. 1. فیلمهای نانو لایه (Nano Layer Thin Films) برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی

1. 1. نانو پوششهای حفاظتی (Nano Coating) برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی

1. 1. نانو ذرات به عنوان پیش سازنده (Precursor) یا اصلاح ساز (Modifier) پدیده ­های شیمیایی و فیزیکی

1. 1. نانو لوله­ها (Nanotubes)

منظور از یک نانو ماده، جامدی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستالهای تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانو­متری گسترده شده باشد. خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند. تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد. هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می­باشد، که آنها را می­توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می­باشد، به گونه ­ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.
در مطالب بعدی که خواهد آمد مواد نانو­ساختاری معرفی خواهند شد که با توجه به نو­ظهور بودن چنین موادی می­توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان­سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند.
۲-۱۶-۲٫ مواد نانو­کمپوزیت
مواد نانو­کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در دهه ۷۰ معرفی شد که از تکنولوژی سول- ژل (Sol-Gel) جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات “نانوکانی” درون ماتریس پلیمر استفاده شده است. هرچند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن در اواخر سالهای ۸۰ صورت گرفته است، ولی رشته نانو­کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله آغاز می باشد و نیازمند تحقیقات زیاد در این زمینه می­باشد.
نانو­آلومینا، بهترین ساختار نانوئی است که در بین مواد نانوکمپوزیت تحقیقات بیشتری روی آن انجام گرفته­است. این ماده افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می­دهد. کاربرد این مواد پدیده­ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته­ های مختلف کاربرد دارد. از جمله می­توان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوژی نانو­فلز آرتوناید که اخیراً به طور تجاری، الیاف نانویی آلومینا، انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است. ذرات نانویی غیر­فلز مانند: نانو­ سیلیکا، نانو­زیرکونیا و مواد دیگر که اصلاح کننده سرامیک­ها می باشد جزء این رده می­باشند.
۲-۱۶-۳٫ نانو سیلیس آمورف
در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروف­ترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر­کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می­ کند. محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می­باشد که در حالت ژله ای دارای قطری در حدود ۱/۰ تا ۱ میلی­متر می­باشد و در صورت حل شدن در آب قطر آن حدوداٌ به ۰۱/۰ میلیمتر می رسد و دارای اکسید سیلیس حدود ۹۰% می­باشد. می­توان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانو­متر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می­ شود.
محصول نانو­سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله­ای بوده و با قطر کمتر از nm 100 یا بصورت ذرات خشک پودر یا بصورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می­باشند، که مایع آن معمول ترین نوع محلول نانو­سیلیس می­باشد. نانو­سیلیس معلق خواص چند منظوره از خود نشان می دهد، مانند:

• • خاصیت ضد سایش

• • ضد لغزش

• • ضد حریق

• • ضد انعکاس سطوح

آزمایشات نشان داده­اند که واکنش مواد نانو­سیلیس (Colloidal Silica) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکرو­سیلیکا بسیار سریع­تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تأثیر پوزولانی مقدار بسیار بالای میکرو­سیلیکا را در سنین اولیه دارا می­باشد. تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو­سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica) در بخش اصلاح خواص رئولوژی، کار­پذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است.
۲-۱۶-۳-۱٫ نانو­­سیلیس و مقایسه بعضی خواص آن با میکرو­سیلیکا
در این قسمت با توجه به عدم شناخت کافی و مناسب رفتار نانو­سیلیس توضیحات این بخش به صورت مقایسه­ ای با میکرو­سیلیکا آورده شده است تا برتری­های این ماده شگفت­ انگیز ملموس­تر واقع شود.