مقاومت فشار بتن، مواد و روش

مقاومت فشار بتن

نیاز به ساخت و ساز به دلیل افزایش نرخ رشد جمعیت رو به افزایش است. بتن ژئوپلیمری نسبت به بتن معمولی سازگار با محیط زیست است. بررسی تجربی فعلی بر روی بتن معمولی و ژئوپلیمری با استفاده از آزمایش‌های غیرمخرب مانند آزمایش سرعت پالس اولتراسونیک و آزمایش چکش برگشتی انجام شد. نمونه های مکعبی با ابعاد 150میلی مت در 150 میلی متری برای انجام این آزمایش ها در روزهای 7، 14 و 28 استفاده می شود. نسبت های در نظر گرفته شده برای بتن عبارتند از: شن و ماسه خاکستر بادی سیمانی (100-0-100% و 60-40-100%)، ماسه خاکستر بادی سیمانی (100-0-100% و 60-40-100%). در حالی که بتن ژئوپلیمری خاکستر بادی متاکائولین به نسبت 100-0٪، 60-40٪ و 50-50٪ گرفته می شود. در تهیه بتن ژئوپلیمری از فعال کننده های قلیایی (سدیم هیدروکسید و سیلیکات سدیم با مولاریته استفاده شد. هدف اصلی مطالعه حاضر به دست آوردن رابطه بین مقاومت فشاری بتن و مقادیر UPV می باشد. آزمایش غیرمخرب رویکردی برای بررسی، آزمایش یا آنالیز عناصر یا اجزای بتن و اعضای بتنی است. هدف اصلی ارزیابی یکپارچگی و کیفیت اعضای بتنی بدون آسیب رساندن به عملکرد و یکپارچگی آن است. تست ضربه آکوستیک یکی از روش‌های NDT بود که در اوایل قرن نوزدهم برای تشخیص ترک‌ها در چرخ راه‌آهن استفاده می‌شد .NDT عمدتاً برای آزمایش اجزای ساختاری سازه برای اطمینان از ایمنی و قابلیت سرویس استفاده می شود. عوامل خاصی مانند وضوح در هر دو جهت عمودی و جانبی و نسبت سیگنال به نویز بر NDT تأثیر می‌گذارند.

روش های متمایز NDT در مهندسی عمران استفاده می شود. روش‌های سختی سطح NDT برای شناسایی ویژگی‌های مقاومت مواد استفاده می‌شود. روش تورفتگی و روش چکش برگشتی دو گروه بندی هستند که برای شناسایی سختی سطح بتن استفاده می شوند. چکش ریباند یا اشمیت یکی دیگر از تجهیزات تست غیرمخرب است. برای یافتن مقاومت بتن یا سنگ و خاصیت ارتجاعی استفاده می شود. عدد ریباند جرم بارگذاری شده با فنر اندازه گیری می شود. با ضربه زدن چکش بر روی بلوک بتنی صاف یا سطح سنگ در زوایای قائم، عدد برگشت به دست می آید. در گذشته نه چندان دور، استفاده از خاکستر بادی با مواد جایگزین سیمان برای کاهش آلودگی اهمیت قابل توجهی یافته است. یکی از مواد تشکیل دهنده بتن می شود. اندازه گیری مقاومت بتن از طریق UPV در اواسط دهه 1940 در ایالات متحده معرفی شد. UPV یکی از روش های NDT است که برای آزمایش کیفیت، همگنی و مقاومت فشاری بتن از طریق معادله رگرسیون مفید است. تست UPV شامل انتقال پالس های مکانیکی تولید شده از طریق مبدل های الکتروآکوستیک است.

پالس اعمال شده امواج طولی تولید می کند که سرعت آنها را می توان توسط مبدل ها تعیین کرد. سرعت امواج تعیین شده توسط UPV با مدول الاستیک، قدرت و غیره مرتبط است. ریباند یا اشمیت همر. RH یکی دیگر از تجهیزات NDT است. برای یافتن مقاومت بتن یا سنگ و خاصیت ارتجاعی استفاده می شود. عدد ریباند جرم بارگذاری شده با فنر اندازه گیری می شود. با ضربه زدن چکش بر روی بلوک بتنی صاف یا سطح سنگ در زوایای قائم، عدد برگشت به دست می آید. بسته به سن بتن، نسبت آب به سیمان، خواص و نوع سنگدانه و سیمان بر مقادیر UPV تأثیر می گذارد. علاوه بر این عوامل، تقویتی که در مسیر پالس تعبیه شده است نیز تأثیر قابل توجهی بر مقادیر UPV دارد. از آنجایی که روش‌های مختلف NDT توسط صنایع مهندسین عمران و سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد، مقالات زیادی در رابطه با NDT وجود دارد. هدف اصلی این مقاله بدست آوردن مقادیر UPV و برگشت بتن های معمولی و ژئوپلیمری و ایجاد رابطه بین مقاومت فشاری و مقادیر UPV است.

مواد و روشها:

- سیمان: در این مطالعه تجربی از 53 درجه وزن مخصوص استفاده شده است.
- خاکستر بادی: خاکستر بادی یکی از محصولات احتراق زغال سنگ است که از ذرات ریز جمع آوری شده از دیگهای بخار با گازهای دودکش تشکیل شده است. خاکستر بادی از نیروگاه حرارتی، کونداپالی، منطقه کریشنا، آندرا پرادش، هند جمع آوری شد. 
- سنگدانه ریز: ریور سند. شن و ماسه رودخانه به طور طبیعی از ساحل رودخانه به دست می آید. این به طور گسترده ای در کارهای ساختمانی معمولی استفاده می شود. مدول ریزش ماسه رودخانه و مطابق با منطقه مطابق با استاندارد است. روبو سند. ماسه روبو زباله ای است که از سنگدانه های خرد شده به دست می آید. به شن مصنوعی نیز معروف است. مدول ظرافت ماسه روبو است. طبقاستاندارد، این شن و ماسه روبو با منطقه مطابقت دارد. 
- سنگدانه درشت: سنگدانه درشت از محل معدن جمع آوری می شود. در این آزمایش از سنگدانه های 20 میلی متری و 10 میلی متری مطابق با منطقه مطابق با استاندارد استفاده می شود. در این آزمایش از 60 درصد سنگدانه های 20 میلی متری و 40 درصد از سنگدانه های 10 میلی متری استفاده می شود. جدول 3 خواص سنگدانه های درشت را نشان می دهد.
- متاکائولین: نوع دهیدروکسیله کائولینیت معدنی رسی متاکائولین نامیده می شود. استحکام بالایی برای بتن فراهم می کند. کائولینیت نامنظم و کائولینیت های منظم در دمای 530-5700 درجه سانتیگراد و 570-6300 درجه سانتیگراد به دهیدروکسیلات تبدیل می شوند. یک متاکائولین صورتی روشن در اینجا استفاده شد که وزن مخصوص آن 2.45 است.
- فعال کننده های قلیایی: برای تهیه بتن ژئوپلیمری از مواد شیمیایی به نام هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم استفاده شد. هیدروکسید سدیم. به طور کلی، هیدروکسید سدیم به صورت پولکی و گلوله ای موجود است. در این آزمایش از تکه های هیدروکسید سدیم استفاده می شود.سیلیکات سدیم عموماً در حالت ژل موجود است و به شیشه آب/مایع معروف است.
- آماده سازی محلول: محلول سیلکات سدیم تا 48 ساعت قبل تهیه شد. گلوله های سیلیکات به دلیل وجود آن به صورت پولکی، برای تهیه محلول هیدروکسید سدیم به درستی در آب حل شدند. مطالعات خواص تجربی محلول ها می تواند اطلاعات ترمودینامیکی قابل توجهی را تحت شرایط دما و فشار مختلف ارائه دهد. ترکیبات اکسیژن دار مانند قلیایی و الکل ها به یک افزودنی بسیار مهم در چسباننده های مخلوط برای مایعات و جامدات تبدیل شده اند. به منظور تهیه یک لیتر سیلیکات سدیم، 480 گرم سیلیکات سدیم در آب در دمای اتاق، تقریباً 28 ± °C حل شد.
- طراحی مخلوط: برای اختلاط بتن OPC معمولی استفاده می شود. نسبت آب به سیمان مصرفی برای اختلاط بتن 0.35 است که با طراحی بتن گرید M25 به دست می آید. 2400 Kg/m3 چگالی بتن است که برای محاسبه مقدار مواد در نظر گرفته می شود. حجم مطلق سنگدانه های درشت و همچنین ریزدانه 70٪ در چگالی بتن است در حالی که 30٪ باقیمانده مربوط به چسب های ژئوپلیمری مانند خاکستر، متاکائولین و فعال کننده های قلیایی است. 
- میکس و ریخته گری: اختلاط و ریخته گری بتن های ژئوپلیمری از نوع بتن های معمولی می باشد. بتن پس از اختلاط در قالب های 150میلی متر در 150 میلی متر ریخته می شود. ریخته گری با قرار دادن بتن در سه لایه به پایان می رسد. برای دستکاری هر لایه (25 بار) از یک میله کوبنده استفاده می شود.
- عمل آوری بتن: عمل آوری محیطی روشی است که برای بتن ژئوپلیمری اتخاذ شده است. برای بتن معمولی، عمل آوری با قرار دادن مکعب ها در حمام آب به مدت 7، 14 و 28 روز انجام می شود. پس از اتمام دوره عمل آوری، نمونه ها مورد آزمایش قرار می گیرند.
- آزمایش کردن: روش تست سرعت پالس اولتراسونیک. اصل اساسی تست UPV اندازه گیری پالس ارتعاشات طولی است که از بتن می گذرد. زمان حرکت موج UPV که از بتن عبور می کند اندازه گیری می شود. سرعت موج به هندسه و خاصیت کشسانی مواد بستگی دارد. سفتی الاستیک و استحکام مکانیکی دو عامل تأثیرگذار UPV هستند. تغییرات در نسبت مخلوط بر سرعت پالس تأثیر می گذارد. برای ارزیابی مقاومت فشاری، کیفیت بتن و نمودارهای کالیبراسیون باید ایجاد شود. کیفیت بتن را می توان با استفاده از سرعت امواج پالس اولتراسونیک تعیین کرد. سرعت امواج در ابتدا تعیین می شود. بر اساس سرعت حرکت موج در نمونه بتنی، کیفیت بتن قابل شناسایی است. روش تست چکش برگشتی یا چکش اشمیت. چکش برگشتی با پیستون در نظر گرفته شده و بر روی سطح بتن ضربه می زند. به طور کلی، انواع مختلفی از چکش های برگشتی وجود دارد که بسته به کاربرد در دسترس هستند. انرژی ضربه ممکن است از 0.07-3 کیلوگرم بر متر متغیر باشد. عددی که از شاخص برگشت به دست می آید برای محاسبه مقاومت فشاری کالیبره می شود.

سطح بتنی که این آزمایش برگشتی روی آن انجام می شود باید صاف، تمیز و خشک باشد. برای مالیدن سطوح ناهموار موجود بر روی بتن می توان از کاغذ ماسه یا سنگ استفاده کرد. از لبه ها و اشکال ناپیوستگی، چکش باید به طول 20 میلی متر ضربه بخورد. سطح بتن باید عمود بر چکش برگشتی حفظ شود. برای هر سطح بتنی، تعدادی مشاهدات باید انجام شود. میانگین این مشاهدات منجر به مقاومت بتن می شود. روش آزمایش برای تعیین مقادیر برگشتی مطابق استاندار است. کیفیت بتن را می توان با استفاده از عدد برگشت تعیین کرد. عدد برگشت در ابتدا با ضربه زدن به چکش برگشتی تعیین می شود. بر اساس تعداد، کیفیت بتن قابل شناسایی است.

نتایج و بحث

آزمایش‌های ارزیابی برای یافتن مقاومت بتن با مکمل‌های مختلف سیمان پس از اتمام دوره‌های پخت انجام شد. دستگاه تست UPV و چکش برگشتی تجهیزاتی هستند که برای ارزیابی مقاومت فشاری استفاده می‌شوند.
- برای تست سرعت پالس اولتراسونیک: مشاهده شد که مقادیر UPV برای افزایش دوره پخت در حال افزایش است. مقادیر UPV مخلوط 3 در تمام سنین (7، 14 و 28 روزه) در حال کاهش است. مشاهده شد که مقادیر UPV برای افزایش دوره عمل آوری افزایش می یابد. مقادیر UPV مخلوط 3 در تمام سنین (7، 14 و 28 روزه) در حال کاهش است.
- برای تست چکش برگشتی: توجه شده است که مقادیر برگشتی با افزایش دوره عمل آوری کاهش می یابد. مقدار بازگشت مخلوط 3 در مقایسه با سایر نسبت های مخلوط در تمام سنین (7، 14 و 28 روز) بیشتر است. توجه می شود که با افزایش دوره عمل آوری، مقادیر بازگشت نیز افزایش می یابد. ارزش بازگشتی مخلوط در مقایسه با سایر نسبت های مخلوط در سنین مختلف (7، 14 و 28 روز) بیشتر است. همراه با نتایج فوق، روابط مقاومت فشاری و مقادیر سرعت پالس اولتراسونیک توسعه یافته است.هیچ رابطه خاصی برای مقاومت فشاری بتن و UPV وجود ندارد. 

نتیجه گیری

برای این بررسی تجربی حاضر، معادله ای برای مقایسه مقاومت فشاری و مقادیر UPV به دست آمده به شرح زیر تعیین می شود:
- مقادیر UPV و برگشتی با افزایش در دوره عمل آوری افزایش می یابد.
- برای مخلوط 2 از بتن OPC، مقادیر UPV به ترتیب 3.8٪ و 6.42٪ در 7 تا 14 روز و 14 تا 28 روز عمل آوری افزایش می یابد. برای همان نسبت مخلوط، مقدار بازگشت به ترتیب 9.1٪ و 5.5٪ در 7-14 و 14-28 روز پخت افزایش می یابد.
- برای مخلوط 2 از GPC، مقادیر UPV به ترتیب با 42.46٪ و 32.31٪ در 7-14 روز و 14-28 این روز پخت افزایش می یابد. برای همان نسبت مخلوط، بازگشت مجدد به ترتیب 3.57٪ و 6.89٪ در 7-14 و 14-28 این روز پخت افزایش می یابد.
- با کاهش محتوای خاکستر بادی در GPC، زمان عبور امواج طولی کمتر است.
- بررسی بیشتر در این مطالعه فعلی ایجاد معادلات برای نسبت های مختلف مخلوط بتن معمولی و ژئوپلیمری است. اینها برای یافتن مقاومت فشاری نسبت‌های مخلوط مربوطه مفید هستند.

حوزه آینده

بررسی بیشتر این مطالعه حاضر به منظور توسعه معادلات برای نسبت های مختلف مخلوط بتن معمولی و ژئوپلیمری است. اینها برای یافتن مقاومت فشاری نسبت‌های مخلوط مربوطه مفید هستند. بسیاری از ترکیبات فرعی صنعتی را می توان برای تولید ژئوپلیمرها استفاده کرد. پارامترهای ساختاری با استفاده از ژئوپلیمر بررسی می‌شوند. برای استفاده از بتن ژئوپلیمری در سازه های بزرگ و کوچک، می توان بررسی های تجربی روی عناصر سازه ای انجام داد. تجزیه و تحلیل چرخه زندگی بتن همچنین می تواند برای شناسایی دوام بتن ژئوپلیمری استفاده شود.