مهندسي عمران و معماري

مقدمه

نياز گسترده و روزافزون جامعه به صنعت ساختمان سازي ، ضرورت استفاده از روش ها و مصالح جديد را به منظور افزايش ساخت ، سبك سازي ، افزايش عمر مفيد و نياز مقاوم نمودن ساختمان ها در برابر زلزله را بيش از پيش مطرح مي سازد. در اين راستا ارتقاي سطح علمي و تخصصي جامعه مهندسي كشور و آشنايي با انواع مصالح جديد ساختماني امري اجتناب پذير مي باشد.

مقاله حاضر به ارزيابي خواص مكانيكي بتن سبك سازه اي با استفاده از نوع مصالح سبك دانه موسوم به لايتگ مي پردازد. در اين مقاله ضمن بررسي تاثير سبكدانه برروي خواص مكانيكي بتن و مقابسه آن با بتن نرمال ، مبادرت به ساخت دو نوع بتن سبك موسوم به بتن تمام سبك كه كل مصالح ريز و درشت دانه را سبكدانه ها تشكيل مي دهند و بتن نيمه سبك كه درشت دانه آن سبكدانه و ريز دانه از نوع ماسه طبيعي تشكيل شده است.

برنامه آزمايش بتن ها

 براي ارزيابي خواص مكانيكي بتن سبك شامل مقاومت هاي فشاري و كششي و مدول الاستيسيته دو مخلوط بتني با استفاده از سبكدانه لايتگ برپايه مقاومت حدوداً MPa40 ساخته شده و مقايسه آنها با یک مخلوط بتن نرمال در تراز مقاومت ياد شده تهيه گرديد. سيمان مصرفي پرتلند نوع 1 با وزن مخصوص 2/3 مي باشد. مصالح سنگي درشت دانه سبك وزن با اندازه حداكثر 5/12 ميليمتر و ريزدانه هاي سبك مصالح عبوري از الك نمره 4 انتخاب گرديدند. ماسه طبيعي مصرفي از نوع رودخانه اي وشن طبيعي مصرفي به صورت شكسته اختيار شده است.

در اين مطالعه نمونه هاي مكعبي به ابعاد 10 سانتيمتر به منظور بررسي مقاومت فشاري بتن اختيار گرديدندو در سنين مختلف تا 360 روز مورد مطالعه قرار گرفتند. براي بررسي مقاومت كششي و تعيين مدول الاستيسيته بتن از نمونه هاي استاندارداستوانه اي و منشوری استفاده شد. در اين آزمايشات نمونه ها در دو شرايط خشك و مرطوب نگهداري شده اند. در شرايط نگهداري خشك ، نمونه ها 24 ساعت بعداز بتن ريزي از قالب بيرون آورده شدند ودر محيط آزمايشگاه با دماي 18 درجه سانتيگراد و رطوبت نسبي 75 درصد نگهداري شدند. در شرايط مرطوب ، نمونه ها پس از 24 ساعت از ساخت بتن از قالب خارج شده ودر شرايط استاندارد نگهداري شدند.

ارائه نتايج و تحليل

مقاومت فشاري

روند افزايش مقاومت فشاري در دو شرايط نگهداري خشك و مرطوب مورد بررسي قرار گرفت. اين آزمايشات در سنين 3 تا 360 روز انجام گردید كه نتايج بدست آمده در جدول 1 ارائه شده است.

جدول 1: نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای بتن های سبک و نرمال

نتايج حاصل از آزمايشات نشان مي دهد كه بتن سبك لايتگ ضمن كاهش 25 درصد در وزن مخصوص بتن در مقايسه با بتن نرمال ، می تواند از مقاومت قابل توجه 60 مگا پاسكال برخوردار باشد. همچنين نتايج نشان داده است كه جايگزيني كامل سبكدانه ريز لايتگ با ماسه طبيعي تا حدود 20% به مقاومت فشاري بتن افزوده مي شود. مطالعات بعمل آمده در این خصوص توسط بسیاری از محققین نشانه از افزایش مقاومت تا حدود 35% می باشد[1,2]. مقاومت فشاري بتن بستگي به شرايط بعمل آوري نيز دارد. اما بر خلاف بتن نرمال ، بتن های سبک در شرايط نگهداری خشك افزايش مقاومت بیشتری نسبت به شرايط مرطوب نشان می دهند.

مقاومت كششي

مقاومت كششي بتن هاي سبك نسبت به شرايط بعمل آوري حساسيت بيشتري تا مقاومت فشاري از خود نشان مي دهد. نتايج آزمايش كششي براي  بتن سبك لايتگ در شكل 1ارائه  شده است. در شرايط بعمل آوري خشك كه رفتار بيشتر  بتن ها در سازه هاي واقعي نيز مي باشد، با توجه به از دست دادن رطوبت غير يكنواخت، مقاومت بتن بطور قابل   ملاحظه اي كمتر از شرایط مرطوب است و اين كاهش مقاومت كششي در بتن هاي با مقاومت هاي بالا بيشتر نتيجه داده است. در یک تراز مقاومت فشاری MPa 35 بتن های تمام سبک و نیمه سبک لایتگ بترتیب 21 و 17 درصد کاهش مقاومت کششی در شرایط نگهداری خشک نسبت به شرایط مرطوب از خود نشان دادند که این میزان برای بتن نیمه سبک کمتر می باشد. همچنين مقايسه نمودارها نشان مي دهد كه جايگزيني سبكدانه ريز با ماسه طبيعي تاثير نسبتاً کمتری روي مقاومت كششي با شرايط بعمل آوري مرطوب داردکه این میزان در حدود 14% می باشد. در حالیکه اين جايگزيني در صورتيكه بتن تحت شرايط خشك باشد باعث افزايش مقاومت كششي بتن سبك تا میزان 21% مي شود. گزارش مشابهی توسط بالندران[3] نیز ارائه شده است. 

 مدول الاستيسيته

مدول الاستیسیته بتن اساساً به مقاومت فشاری ، مدول الاستیسیته سنگدانه و وزن مخصوص دارد. برای هر نوع بتن   رابطه ای بین مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری وجود دارد. در این مطالعه رابطه مدول الاستیسیته دینامیکی و مقاومت فشاری مورد بررسی قرار گرفت که در شکل 2 نشان داده شده است. نمودار قویأ نشان می دهد که برای هر نوع بتن رابطه متفاوتی وجود دارد. برای یک مقاومت داده شده ، بیشترین مدول الاستیسته برای بتن نرمال نتیجه شده است. در یک تراز مقاومت فشاری MPa 35، مدول الاستیسیته بتن تمام سبک و نیمه سبک بترتیب 46% و 58% بتن نرمال نتیجه شده است.همچنین از این شکل  ملاحظه می شود که جایگزینی سبکدانه ریز با ماسه طبیعی در بتن سبک لایتگ ، مدول الاستیسته را به میزان 25% افزایش می دهد.  

نتيجه گيري

   بررسی های انجام یافته برروی بتن سبک لایتگ نشان می دهد که ضمن برخورداری از کاهش وزن مخصوص در حدود 25% می توان از مقاومت فشاری قابل توجهی که میزان حدوداً MPa 60 نتیجه شده است برخوردار بود. جایگزینی کامل سبکدانه های ریز با ماسه طبیعی باعث افزایش محسوس مقاومت بویژه مقاومت کششی و مدول الاستیسیته می گردد. تأثیر نوع بعمل آوری نشان می دهد که بتن های سبک نگهداری شده در شرایط خشک در سنین تا 28 روز از مقاومت بیشتری نسبت به شرایط مرطوب برخوردار هستند.