تاثیر منابع مختلف آب بر مقاومت بتن
فهرست مطالب مقاله
اثرات منابع مختلف آب بر مقاومت بتن: مطالعه موردی ATA Olugbenga
خلاصه
این مقاله مختصری است از تحقیق جامع دانشگاهی درباره تاثیر انواع مختلف آب مخلوط در بتن بر مقاومت فشاری بتن پرداخته است. این تحقیق ناخالصی‌هایی مانند نمک‌های سدیم، منگنز، قلع، روی، مس و سرب را بر مقاومت فشاری بتن مورد تجزیه و تحلیل قرار داده است. اثرات وجود برخی ناخالصی‌های دیگر مانند ذرات معلق بر مقاومت بتن نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه‌هایی از آب از شش منبع مختلف در محیط برای تعیین ترکیبات شیمیایی آنها مورد تجزیه و تحلیل شیمیایی قرار گرفت و نمونه های مکعبی 100 میلی متری با این نمونه های آب تهیه شده و مورد بررسی قرار گرفتند. تست مقاومت فشاری بر روی مکعب ها انجام شد و نتیاج مورد پردازش آماری قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که منابع آب مورد استفاده در اختلاط بتن تاثیر قابل توجهی بر مقاومت فشاری بتن خواهد گذاشتد.در نهایت این موضوع که از در مواقعی که آب لوله کشی در دسترس نیست یا کمیاب است میتوان از آب رودخانه و آبهای تمییز موجود نیز در اختلاط بتن استفاده کرد.
1. معرفی
بتن یکی از پر مصرف ترین مصالح ساختمانی است که از سیمان (معمولاً سیمان پرتلند و سایر مواد سیمانی مانند خاکستر بادی و سیمان سرباره، سنگدانه (معمولاً سنگدانه درشت ساخته شده از شن یا سنگ های خرد شده مانند سنگ آهک یا گرانیت، به علاوه سنگدانه های ریز مانند ماسه تشکیل شده است)، آب و مواد افزودنی شیمیایی بتن پس از اختلاط با آب و قرار دادن به دلیل فرآیند شیمیایی به نام هیدراتاسیون جامد و سخت می شود.آب با سیمان واکنش می دهد که سایر اجزا را به هم می چسباند و در نهایت ماده ای شبیه سنگ ایجاد می کند که به آن بتن میگویند.
انواع مختلفی از بتن موجود است که با تغییر نسبت اجزای اصلی ایجاد می شود. با تغییر نسبت مواد، یا با جایگزینی فازهای سیمانی و سنگدانه، محصول نهایی را می توان برای کاربرد آن با استحکام، چگالی یا خواص مقاومت شیمیایی و حرارتی متفاوت تنظیم کرد، طراحی اختلاط به نوع سازه در حال ساخت، نحوه اختلاط و تحویل بتن و نحوه قرارگیری آن برای تشکیل این سازه بستگی دارد.
آب جزء ضروری بتن است. ترکیب آب با مواد سیمانی با فرآیند هیدراتاسیون، خمیر سیمان را تشکیل می دهد. خمیر سیمان سنگدانه ها را به هم می چسباند، حفره های داخل آن را پر می کند و اجازه می دهد آزادانه تر جریان یابد. آب کمتر در خمیر سیمان، بتن قوی‌تر و بادوام‌تری را ایجاد می‌کند. آب بیشتر باعث می شود بتن با جریان آزادتر با اسلامپ بیشتر باشد.
آب ناخالصی که برای ساخت بتن استفاده می شود می تواند در هنگام گیرش یا شکست زودرس سازه مشکل ایجاد کند. و مشخص شده است (آبرام، 1924) که ناخالصی در نمونه های آب مورد استفاده در اختلاط بتن می تواند مقاومت بتن به ویژه مقاومت فشاری بتن را مختل کند. به روشی مشابه، آب مورد استفاده برای عمل آوری بتن می تواند مقاومت بتن را مختل کند (اسمیت، 1976). ناخالصی ها و مواد مضری که عمدتاً از آب مورد استفاده در اختلاط بتن وارد می شوند، احتمالاً در فرآیند هیدراتاسیون اختلال ایجاد می کنند و از پیوند مؤثر بین سنگدانه ها و ماتریس جلوگیری می کنند. گاهی اوقات ناخالصی ها دوام سنگدانه را کاهش می دهند (نویل، 1995).
در حال حاضر هیچ آزمایش خاصی برای تعیین مناسب بودن آب اختلاط ایجاد نشده است به جز آزمایش های مقایسه ای. به طور کلی، آزمایش های مقایسه ای مستلزم آن است که اگر کیفیت آب مشخص نیست، مقاومت بتن ساخته شده با آب مورد نظر باید با مقاومت بتن ساخته شده با آب مناسب شناخته شده مقایسه شود. هر دو بتن باید با سیمان پیشنهادی برای استفاده در کارهای ساختمانی ساخته شوند. استاندارد آمریکایی ASTM C 94 مستلزم این است که مقاومت ملات 28 روزه ساخته شده با آب آزمایش حداقل 90 درصد مقاومت مکعب های ساخته شده با آب مقطر باشد. و این رویکرد در این کار به کار گرفته شد.
دو معیار باید در ارزیابی مناسب بودن آب مورد استفاده برای اختلاط بتن در نظر گرفته شود (بورگر، و همکاران، 1994؛ ساندرولینی و فرانزونی، 2001). یکی اینکه آیا ناخالصی های موجود در فاضلاب از منابع مشکوک بر خواص و کیفیت بتن تأثیر می گذارد و دیگری میزان ناخالصی قابل تحمل است. هر دوی این معیارها تا حدودی در این اثر بررسی شده است.
این مطالعه به بررسی کیفیت آب از منابع مختلف پرداخته است. سپس آزمایشاتی بر روی ملات و بتن انجام شد. توجه ویژه بر روی آب های سطحی قابل حمل مختلف مورد استفاده برای مخلوط بتن در بخش های منطقه ای Ile-Ife از جمله محوطه دانشگاه Obafemi Awolowo Ile-Ife، ایالت اوسون نیجریه متمرکز شد.
عوامل مختلفی بر مقاومت بتن تأثیر می گذارد. که برخی از آنها عبارتند از:
درجه خلوص آب مورد استفاده برای اختلاط بتن؛
وجود ناخالصی ها، مواد زیان آور و مواد آلی در سنگدانه های ریز و درشت مورد استفاده در بتن ریزی بر مقاومت فشاری بتن تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، ناخالصی مانند میکا در سنگدانه های ریز به طور قابل توجهی مقاومت فشاری بتن را کاهش می دهد.
نحوه انجام فرآیند عمل آوری: بتن با عمل آوری مناسب منجر به افزایش استحکام و نفوذپذیری کمتر می شود و در جایی که سطح خشک می شود از ترک خوردن جلوگیری می کند. همچنین باید مراقب بود که از یخ زدن یا گرم شدن بیش از حد به دلیل گیرش گرمازا سیمان جلوگیری شود. پخت نامناسب می تواند باعث پوسته پوسته شدن، کاهش استحکام، مقاومت ضعیف در برابر سایش و ترک شود.
خلوص آب مورد استفاده برای پخت و فرآیند پخت: این فرآیند پخت خواص فیزیکی و شیمیایی را ایجاد می کند. از جمله خصوصیات دیگر می توان به استحکام مکانیکی، نفوذپذیری کم رطوبت و پایداری شیمیایی و حجمی اشاره کرد.
میزان هیدراتاسیون: هیدراتاسیون بتن یک واکنش گرمازا است که در آن گرما خارج می شود. این گرما را گرمای هیدراتاسیون می نامند. محیطی که این واکنش در آن انجام می شود، میزان هیدراتاسیون بتن و در نتیجه مقاومت بتن را تعیین می کند. به عنوان مثال، سیمان برای به دست آوردن استحکام و سخت شدن کامل نیاز به یک محیط مرطوب و کنترل شده دارد.
وجود میلگردهای تقویت کننده در بتن: این امر باعث بهبود مقاومت کششی بتن می شود. بتن دارای مقاومت فشاری نسبتاً بالایی است، اما مقاومت کششی به طور قابل توجهی کمتر است، و به همین دلیل معمولاً با موادی که از نظر کششی قوی هستند (اغلب فولاد) تقویت می شود.
نحوه اختلاط بتن: به عنوان مثال اختلاط خمیر جداگانه نشان داده است که اختلاط سیمان و آب به صورت خمیری قبل از ترکیب این مواد با سنگدانه ها می تواند مقاومت فشاری بتن حاصل را افزایش دهد. برای مثال مشخص شده است که بتن مخلوط پرانرژی (HEM) با استفاده از اختلاط سریع سیمان، آب و ماسه با مصرف خالص انرژی حداقل 5 کیلوژول در هر کیلوگرم مخلوط تولید می شود. به یک ماده افزودنی نرم کننده اضافه می شود و پس از آن با سنگدانه ها در میکسر بتن معمولی مخلوط می شود.
2. آزمایش کنید
2.1 مواد
سیمان پرتلند معمولی (OPC) مطابق با الزامات BS EN 197-1 (2001) در تهیه نمونه های مکعب بتن 100 میلی متری استفاده شد. ماسه رودخانه ای تمیز با جذب آب 0.8 درصد و وزن مخصوص از 2.70 به عنوان سنگدانه ریز استفاده شد. سنگ خرد شده با حداکثر اندازه اسمی 12.5 میلی متر به عنوان سنگدانه درشت استفاده شد. سنگدانه درشت الزامات درجه بندی BS EN 932 (1999) را برآورده کرد. جذب آب آن 0.6 درصد و وزن مخصوص آن 2.65 بود. نمونه‌های آب مورد استفاده برای کار پژوهشی از منابع زیر به‌دست آمدند و نمونه‌های 1-6 به ترتیب زیر برچسب‌گذاری شدند:
نمونه 1: رودخانه ای که در پشت آزمایشگاه ساختمان O.A.U جریان دارد. (با برچسب BL)
نمونه 2: نمونه آب از رودخانه Opa (نمونه آب خام از O.A.U Opa Dam (با برچسب OD)
نمونه 3: رودخانه ای که در مقابل کوه آتش و کلیسای معجزه در امتداد جاده Ede- Osogbo، Ile-Ife جریان دارد.
نمونه 4: رودخانه ای که در مقابل کلیسای بتل کوه C.A.C در نزدیکی مایفر در امتداد جاده Ede-Osogbo جریان دارد،
نمونه 5: رودخانه ای که از پشت دادگاه قضایی در امتداد جاده ایل – ایفه در ابادان جریان دارد (با برچسب IB)
نمونه 6: نمونه آب تصفیه شده تامین شده از آب OAU که به عنوان نمونه کنترل در این مورد عمل می کند. CR
2.2 آماده سازی نمونه ها و روش آزمایش
مکعب های 100 میلی متری بر اساس BS EN 12390-2 تهیه شدند. نسبت مخلوط 1:3:6 و 1:2:4 برای این کار تحقیقاتی اتخاذ شد. دقیق ترین بودن؛ روش بچینگ بر حسب وزن اتخاذ شد و برای همه نمونه‌های آزمایشی مورد استفاده قرار گرفت. نمونه ها مطابق با BS EN 12390-2 پخت شدند. روش عمل آوری که در این تحقیق اتخاذ شد، کاملاً غوطه ور در آب بود، زیرا بهترین روش برای بتن لایه بندی شده تشخیص داده شده است (Falade، 1991). نمونه ها در برابر شوک، لرزش و کم آبی محافظت شدند.
استحکام فشاری به دست آمده برای همه نمونه ها با استفاده از دستگاه تست فشار مطابق با BS EN 12390-4 مطابق با BS EN 12390-3 تعیین شد. نمونه آزمایش مکعب 100 میلی متری بود که الزامات BS EN 12350-1، EN 12390-3 و EN 12390-2 را برآورده می کرد. نمونه ها در روزهای 7، 14، 28 و 56 در معرض شکست قرار گرفتند. حداکثر بار تحمل شده توسط نمونه ثبت شد و مقاومت فشاری نمونه محاسبه شد.
3. نتایج آزمون و بحث
همه نمونه های آب دارای محدوده pH بین 6.7 و 7.0 هستند (جدول 1). با توجه به یافته های نویل (1995)، که محدوده pH بین 6.0 و 8.0 تأثیر قابل توجهی بر مقاومت فشاری بتن ندارد. و طبق BS 3148: روش های آزمایش آب برای ساخت بتن، حد مجاز کل جامدات محلول (TDS) 2000 ppm (قسمت در میلیون) است. از جدول 1؛ به وضوح نشان داده شده است که تمام نمونه های آب آزمایش شده دارای TDS خود در محدوده قابل قبول هستند. برای سایر یون های فلزی نشان داده شده به عنوان اجزای تشکیل دهنده آب مورد استفاده در کار تحقیقاتی همانطور که در جدول نشان داده شده است، همه آنها به عنوان ناخالصی در نظر گرفته می شوند زیرا انتظار می رود آب خالص فقط حاوی دو عنصر باشد. هیدروژن و اکسیژن. (با در نظر گرفتن مقدار ناچیزی از سایر عناصر غیر مضر).
جدول ۱
مقاومت فشاری بتن ریخته گری شده با آب از منابع مختلف در سنین مختلف عمل آوری در شکل 1 نشان داده شده است (همچنین در جدول 2). به طور کلی، افزایش مقاومت فشاری تمام مکعب‌های بتنی ریخته‌شده با اختلاط آب از تمام منابع نمونه‌برداری شده با افزایش سن پخت، هرچند با سرعت‌های متفاوت، وجود دارد. به طور کلی، هنگام مقایسه نتیجه آب های مختلف، نمونه IB دارای بالاترین مقدار 11.6N/mm2 است که نشان می دهد آب جاده عبادان در هنگام اختلاط با آب از منابع مختلف به احتمال زیاد بتن با بالاترین مقاومت فشاری تولید می کند. در محیط . منظور این است که اگر فقط با یکی از این نمونه های آب ریخته گری را انتخاب کنیم، آب رودخانه جاده عبادان بهترین آبی برای اختلاط بتن خواهد بود. با این حال، عملکرد طولانی مدت و دوام بتن ساخته شده از این نمونه های آب مشخص نشده است. همچنین اثرات ترکیبات بیولوژیکی، کدورت و وجود E-coli ممکن است بر مقاومت فشاری بتن به ویژه در دراز مدت بی‌اهمیت نباشد. اینها زمینه های بالقوه ای برای مطالعات بیشتر برای ارائه اطلاعات کافی در مورد مناسب بودن آب رودخانه در Ile-Ife برای بتن ریزی هستند.
4. نتیجه گیری
این تحقیق به منظور بررسی تأثیر انواع مختلف آب اختلاط بر خواص بتن به ویژه مقاومت فشاری انجام شد. این مطالعه کیفیت برخی از نمونه های آب را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. سپس آزمایشاتی بر روی بتن ساخته شده با نمونه های آب انجام شد. توجه ویژه به آب رودخانه های مختلف مورد استفاده قرار گرفت .
برای مخلوط بتن در محیط در ایالت اوسون، نیجریه. تمام آب رودخانه آزمایش شده الزامات ASTM C94 در مورد اختلاط آب برای بتن آماده را برآورده می کند.
بر اساس نتایج این مطالعه تجربی می توان نتایج زیر را به دست آورد:
1. آب جریان در محیط به طور مطلوبی با آب لوله کشی برای اختلاط بتن بدون کاهش قابل توجهی در مقاومت فشاری مقایسه شد. با این حال، اثرات آن بر دوام بتن باید قبل از استفاده برای کارهای ساختمانی مشخص شود.
.2 منابع مختلف آب دارای سطوح مختلفی از ناخالصی ها هستند و این ناخالصی ها عموماً تأثیر قابل توجهی بر مقاومت بتن دارند.
3. صرف نظر از اختلاط منابع آب؛ مقاومت فشاری بتن با افزایش سن عمل آوری افزایش می یابد.
منابع
آبرامز، دی. (1924) “آزمایش آبهای ناخالص برای مخلوط کردن بتن.” مجموعه مقالات موسسه بتن آمریکا، جلد. 20، ص 442-486.
بورگر، جی.، کاراسکیلو، آر.ال. و فاولر، دی. (1994) “استفاده از آب شستشوی بازیافتی و بتن پلاستیکی برگشتی در تولید بتن تازه” مواد پیشرفته بر پایه سیمان،. جلد l (6) ص 267-274 موسسه استاندارد بریتانیا (1983). روش تعیین مقاومت فشاری مکعب های بتنی، BS 1881: قسمت 116، BSI، لندن.
موسسه استاندارد بریتانیا (1999). آزمایشات برای خواص عمومی سنگدانه ها، BS EN 932، BSI، لندن.
موسسه استاندارد بریتانیا (2000). آزمایش بتن سخت شده، BS EN 12390: قطعات 1-8، BSI، لندن.
موسسه استاندارد بریتانیا (2001). ترکیب، مشخصات و معیارهای انطباق برای سیمان های رایج، BS EN 197: Part1، BSI، لندن.
Falade, E. (1991). “تأثیر روش و مدت زمان عمل آوری و نسبت اختلاط بر مقاومت بتن حاوی سنگدانه ریز لاتریت” Building and Environment, Vol.26, pp.453 – 459.
نویل، A.M. (1995). Properties of Concrete، ادیسون وسلی لانگمن محدود، انگلستان.
Sandrolini, F. and Franzoni, E. (2001) “بازیافت آب شستشوی زباله در کارخانه های بتن آماده” تحقیقات سیمان و بتن، جلد. 31، صص485-489.
اسمیت، بی، (1976) “عمل آوری بتن”. در مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی لوئیس اچ. توتیل در مورد ساخت و ساز بتن و بتن، ACI SP-104، مؤسسه بتن آمریکا، میشیگان، ایالات متحده آمریکا، صفحات: 145-159. اولمان، جی.آر. (1973) “استفاده مجدد از آب شستشو به عنوان آب مخلوط.” انجمن ملی بتن آماده، نامه اطلاعات فنی شماره 298، فنر نقره، MD، ص. 4.
بر گرفته از مقاله علمی گروه ساختمان، دانشگاه Obafemi Awolowo – آزمایش انچام شده در محیط آزمایش معتبر است اما به منظور درک تفاوت در مقاومت بتن با منابع مختلف آب مفید است
