بتن گوگردی
راهنمای اختلاط و جایدهی بتن گوگردی در ساخت و
اجرا
بتن گوگردی مصالح
نسبتاً جدیدی است، گرچه ظاهر آن در نهایت شبیه بتن معمولی میباشد اما ساخت، حمل،
کاربرد و آزمایش آن متفاوت است. هدف این راهنما آشنائی مهندسین، پیمانکاران،
سازندگان و مصرف کنندگان این بتن، کاربردها و کمک برای انتخاب مصالح، نسبتهای
اختلاط و خواص آن جهت استفاده بهینه بتن گوگردی است. بتن گوگردی مصالحی
ترموپلاستیک است که با اختلاط سیمانهای گوگردی بصورت گرم با سنگدانههای معدنی
ساخته میشود. بتن گوگردی سریعاً دراثر خنک شدن سخت میشود و کسب مقاومت میکند.
اگر سنگدانههای مقاوم در برابر اسیدها و نمکها بکار رود بتن گوگردی پر مقاومت و
بادوام میتواند تولید شود و در مواردی که سایر بتنها سریعاً از بین میروند
بخوبی مصرف گردد. بتن گوگردی در محیط های قلیائی و اکسید کنندهها پایدار نیست اما
در محیطهای اسیدی و نمکها عملکرد عالی دارد.
بتنهای گوگردی اولیه که با گوگردهای
اصلاح نشده ساخته میشوند از نظر دوام مشکل داشتند. حتی وقتی از مصالح مقاوم و
بادوام برای تولید این بتن استفاده میشد، این بتنها در زمان نسبتاً کوتاهی از
بین میرفت و خراب می گشت. بهرحال با مصرف سیمانهای گوگردی اصلاح شده دوام بتنهای
گوگردی افزایش یافت و کاربرد آن را بعنوان مصالح ساختمانی امکان پذیر نمود. در این
حالت این نوع بتن برخی خواص منحصر بفرد را به اثبات رسانده است که عبارتند از:
الف – مقاومت زیاد و مقاومت در برابر
خستگی
ب – مقاومت عالی در برابر بیشتر اسیدها
و نمکهای آنها
ج – گیرش فوقالعاده سریع و کسب مقاومت
زود هنگام
یکی از بیشترین کاربردهای بتن گوگردی،
استفاده آن بعنوان کف های صنعتی است که در برابر مواد شدیداً خورنده قرار میگیرند.
1-2- تحقیقات
اولیه
مصرف گوگرد بعنوان عامل مذاب چسباننده
به دوران ما قبل تاریخ بر میگردد. در قرن 17 میلادی از گوگرد برای اتصال فلزات در
سنگ استفاده میشد و هنوز درامریکای لاتین استفادههای مشابه صورت می گیرد. پس از
جنگ جهانی اول (1919) تقاضای گوگرد به ایجاد گنبدهای بزرگ گوگرد در نزدیک Matagorda
تگزاس انجامید. این امر تولید گوگرد را درایالات متحده دوچندان نمود و به تولید
مازاد منجر گردید.
Bacom و Davis در 1921 گزارشی را در رابطه با مصارف گوگرد
در مصالح ساختمانی و مصرف این ماده زائد و اضافی ارائه دادند. آنها بسیاری از
افزودنی های (افزونه) پیشنهادی را برای اصلاح خواص گوگرد برای مصارف خاص آزمایش
نمودند و دریافتند که اغلب آنها نامناسب میباشند. آنها متوجه شدند که مخلوط 60
درصد ماسه و 40 درصد گوگرد، مصالحی مقاوم در برابر اسید و با مقاومت عالی را بوجود
میآورد.
Kabbe در 1924 خواص ضد اسیدی مصالح ساخته شده از
گوگرد و کک را گزارش نمود.
Duecker در 1934 دریافت که مخلوط 60 درصد ماسه و 40
درصد گوگرد در چرخههای حرارتی افزایش حجم توأم با کاهش مقاومت خمشی را بوجود میآورد.
وی قادر بود هر دو خاصیت افزایش حجم و کاهش مقاومت ناشی از چرخه های حرارتی را با
استفاده از اصلاح گوگرد با یک پلی سولفاید اولفین کاهش دهد. مصرف افزونه های مختلف
برای پایداری کردن هرچه بیشتر باعث شد تا بکارگیری بتن گوگردی در صنعت بیشتر شده و
تحقیقات بیشتری برای بهبود محصولات گوگردی بعنوان ملاتها و پرکننده های مقاوم در
برابر اسید به انجام رسد.
Mckinney در 1940 روشهای آزمایش برای مصالح گوگردی را
مطرح نمود که در انستیتو Mellon موفقیت آمیز شناخته شد. بیشتر این روشها در ASTM
بعنوان آزمایش و مشخصات ملاتهای گوگردی ضد اسید مورد اقتباس قرار گرفتند.
پیشرفتهائی در امکان اصلاح گوگرد و
تولید محصولات با دوامتر، علاقه به تحقیقات را در فعالیتهای تجاری بیشتر نمود.
تحقیقات به دو دسته تقسیم شد که شامل بتن گوگردی و بتن گوگردی تزریقی بود. این
گزارش عمدتاً برروی استفاده از بتن گوگردی متمرکز میشود زیرا بتن گوگردی تزریقی
هنوز به مصارف گسترده و در مقیاس بزرگ و واقعی دست نیافته است.
1-3- تحقیقات
اخیر در باره بتن گوگردی
پیشرفتهای عمده در
توسعه و کاربرد بتن گوگردی در دهه اخیر (دهه 80) حاصل شد. تحقیقات حول این مسئله
بنا شد که بتن گوگردی مصالح ساختمانی ماندگار و بادوام باشد و سیمانهای گوگردی
بهبود یافته و طرح اختلاط بهتر برای تولید محصولات یکنواخت با روش عادی ساخته شود.
در اواخر دهه 60، Daleو Ludwig
روی ساختار سیستم گوگرد – سنگدانه کارکردند و به لزوم استفاده از سنگدانه خوب دانهبندی
شده برای دستیابی به مقاومت بهینه اشاره نمودند.
این تحقیقات بوسیله Crow و
Bates
دنبال شد و بتن گوگردی بازالتی پر مقاومت مورد بررسی قرار گرفت. اداره معادن وزارت
کشور ایالات متحده وانستیتو گوگرد یک برنامه همکاری را در سال 1971 برای تحقیق و
توسعه در زمینه مصارف جدید گوگرد شروع نمودند. تقریباً در همین زمان، مرکز فن آوری
انرژی و مواد معدنی کانادا ( CANMET) و انجمن تحقیقات ملی (NCR) کانادا برنامه تحقیقات خاصی را درارتباط با
بتن گوگردی شروع کردند. این کار با تحقیقات انجام شده در دانشگاه Calgaryدر آلبرتا Alberta
کانادا دنبال شد.
در 1973، انستیتو کاربرد گوگرد کانادا (SUDIC)
با دولت فدرال کانادا و دولت محلی آلبرتا و تولید کنندگان گوگرد کانادا بطور مشترک
سعی نمودند بازارهای جدید مصرف بری گوگردهای مازاد کانادا بوجود آمدند. در 1978 ، CANMET و
SUDIC
یک کنفرانس بینالمللی را تدارک دیدند، در مورد مصرف گوگرد در ساخت و اجراء تبادل
نظر گردد. همچنین دراین ایام، تعدادی محقق شامل McBee، Sullivan ،
Malhotra ،
Vroom، Yuan، Loov و
همکاران ، Gregor و
Hackl ،
Diehl ،
Lee و
دیگران مقالات و گزارشهائی را با عناوین و اهداف و منظورهای گوناگون در مورد گوگرد
و بتن گوگردی منتشر نمودند. همه این فعالیت ها به افزایش آگاهی در ارتباط با
استعداد مصرف گوگرد بعنوان مصالح ساختمانی منجر گردید.
با عنایت به اینکه بتن گوگردی با
استفاده از گوگرد اصلاح نشده و اختلاط گرم با سنگدانه تهیه میشد، دوام محصول
تولیدی یک مشکل محسوب می گردید. بتن گوگردی اصلاح نشده، وقتی در معرض یخ بندان و
آبشدگی ، شرایط مرطوب یا غوطهوری در آب قرار میگرفت خراب میشد. هدف تحقیقات،
تبین دلائلی خرابی این بتنهای گوگردی و راهکارهای جلوگیری از این خرابی ها بود.
وقتی سنگدانه و گوگرد اصلاح نشده گرم
مخلوط شده در قالب ریخته و سرد میشود تا محصولات بتن گوگردی حاصل گردد، چسب
گوگردی بهنگام سردشدن و فاصله گرفتن از حالت مایع، در ابتدا بعنوان گوگرد
منوکلینیک (SB) در oc
114 تبلور مییابد و با کاهش حجم 7 درصدی همراه می گردد. با ادامه سرد شدن تا دمای
کمتر از oc
96 ، SB
به گوگرد ارتورومبیک(
) تبدیل میشود که شکل پایدار گوگرد دردماهای
محیط مجاور است. این تبدیل سریع انجام میشود و بطور کلی در کمتر از 24 ساعت بوقوع
میپیوندد. از آنجا که شکل
متراکمتر و توپرتر از
میباشد، تنش
زیادی در آن بواسطه جمعشدگی گوگرد جامد ایجاد میشود. بنابراین چسبنده گوگردی تحت
تنش قرار میگیرد میتواند خراب شود. انبساط منشور ملات گوگرد و ماسه مثالی از
خرابی یک محصول گوگردی بدلیل آزاد شدن تنش بوسیله چرخه حرارتی است که توسط Duecker
مشاهده شده بود. لازم بود یک راه حل و وسیله اقتصادی برای اصلاح گوگرد برای تولید
بتن گوگردی با دوام خوب مشخص گردد. در حالیکه افزونههای پلی سولفید اولیفینی در
این رابطه مفید قلمداد شد، قیمت و هزینه آن مانعی در راه تولید بتن گوگردی در
کارهای اجرائی در مقیاس واقعی بزرگ ایجاد مینمود.
در 1973 اقدامی توسط Vroom
با کمک و همکاری انجمن ملی و تحقیقات کانادا و Ortega
از دانشگاه Mc
Gill در Montreal کانادا صورت گرفت. در این رابطه گوگرد
بوسیله واکنش با پلیمرهای هیدروکربن اولیفینی، اصلاح شد. همچنین روشن شد که یک
واکنش مشابه، گوگرد محلول در پلیمر بدست می دهد. بتن گوگردی حاصله در ابتدا در Calgary
واقع در Alberta و
در سال 1975 برای مصارف تجاری تولید شد. اصلاح گوگرد با واکنش با دی سیکلوپنتادین (DCPD)
بوسیله بسیاری از محققین مورد بررسی قرار گرفت. اما کاربرد آن در مصارف تجاری
صنعتی محدود بود، زیرا واکنش بتن گوگرد و DCPD بصورت اکسوترمیک (exothermic) میباشد و نیاز به کنترل نزدیک و زیاد دارد.
همچنین سیمان گوگردی اصلاح شده با DCPD هنگامیکه در معرض دمای زیاد (بیشتر از oc
140 ) قرار میگیرد ناپایدار میشود بطوریکه وقتی با سنگدانه داغ مخلوط می گردد
ممکن است واکنش ناپایدار کنندهای را برای محصول گوگردی بوجود آورد و
به
تبدیل شود. MCBee و
Sullivan
این مسئله را از طریق فرآیندی برای تهیه سیمان گوگردی اصلاح شده حل نمودند که در
آن
به همان شکل
پایدار بماند و در هنگام اختلاط به دمای موجود حساس نباشد. اینکار، واکنش کنترل
شده سیکلوپنتادین (CPD) را بوجود آورد.
پژوهشگران دیگر روشهائی را برای اصلاح
گوگرد جهت ساخت بتن گوگردی گزارش نمودهاند. این افراد عبارتند از : Leutner و
Diehl
با استفاده از DCPD ،
Gillott و
همکاران با استفاده از افزونههای Polyol و نفت خام ، Schneider و
Simic
با استفاده از DCPC
یا یک گلیکول، Woo
با استفاده از اسید فسفریک برای بهبود مقاومت در برابر یخبندان و آبشدگی و Nimer و
Campbell
با استفاده از ارگانوسیلان ( Organosilane) برای بهبود پایداری در برابر آب همچنین Gregor و
Hackl
کارهای آزمایشگاهی را برای محصولات بتن گوگردی اصلاح شده با DCPD
گزارش نمودند، Bright و
همکاران کارهائی برروی سیستمهای گوگردی اصلاح شده انجام دادند و Bordoli و
Pierce
برروی پایداری گوگرد اصلاح شده با DCPD کار نمودند.
از 1976 محصولات تجاری و کاربرد بتن
گوگردی مقاوم در برابر مواد خورنده بطور روزافزون بکار گرفته شد. بتن گوگردی بصورت
پیش ساخته و درجا در کارهای صنعتی بکار رفت در حالیکه بتن معمولی قبلاً در این
پروژه خراب شده بود و خوردگی در برابر اسید و نمکها را تحمل ننموده بود. مصرف این
بتنها عمدتاً در کف و دالهای روی زمین، جدول، دیوار و زهکش ترانشه، چالههای
فاضلاب، مخازن، محفظههای الکترولیت، پمپ خانه، پایهها، شالوده ها و لولهها و
اندود روکش بود. موارد مندرج در این گزارش نتیجه کاربرد این نوع بتن در کارهای
صنعتی و تجاری و تجارت حاصله است.
1-4- مزایا و
نکات مربوط به بتن گوگردی
مزیت عمده بتن گوگردی، کاربرد آن بعنوان
ماده با دوام ساختمانی و جایگزین بتن معمولی در نقاطی است که اسید و نمک در محیط
مجاور آن میتواند باعث خرابی آن شود.
چندین مزیت در بکارگیری بتن گوگردی برای
عملیات اجرائی در محیط های خورنده اسیدی وجود دارد. اولین آنها عمر زیاد این نوع
بتنها نسبت به بتن معمولی در این شرایط است. مزایای دیگر بتن گوگردی، زمان سریع
گیرش و کسب سریع مقاومت در سنین اولیه است. از آنجا که در کمتراز یک روز به درصد
قابل توجهی از مقاومت نهائی دست مییابیم، می توان قالب ها را سریعاً برداشت و
بدون زمان عملآوری طولانی از این نوع بتن بهرهبرداری نمود. بطور کلی بتن گوگردی
ویژگیهای مفید زیر را داراست:
1-
مقاومتهای کششی،
فشاری و خمشی و عمرخستگی بتن گوگردی بیشتراز بتن معمولی است شکل 1-4 رابطه مقاومت
فشاری این دو نوع بتن را در مقایسه با هم نشان می دهد. سیمان پرتلند معمولی (نوع I )
به میزان kg/m3
350 و سنگدانه با حداکثر اندازه 38 میلیمتر در بتن معمولی بکار رفته است.
2-
بتن گوگردی مقاومت
عالی در برابر حمله بسیاری از اسیدها و نمکها و برخی محلولهای خیلی غلیظ از خود
نشان می دهد.
3-
بتن گوگردی سریعاً میگیرد
و به 70 تا 80 درصد مقاومت فشاری نهائی در مدت 24 ساعت میرسد.
4-
بتن گوگردی را میتوان
در تمام طول سال در سرمای شدید زیر صفر ریخت.
5-
نفوذپذیری بتن گوگردی
در برابر آب بسیار کم است.
جابجائی
اختلاط و استفاده از بتن گوگردی باید، احتیاط رعایت نکات ایمنی انجام گیرد. این
گزارش جنبه کلی دارد و نمیتواند همه نکات و ملاحظات ایمنی را شامل میشود. محدوده
دمای اختلاط 127 تا oc 141 میباشد تا گازهای مضر به حداقل برسد.
تهویه کافی بهنگام اجرا و ملاحظات معمول و استاندارد برای حمل و نقل مواد داغ مایع
مد نظر قرار گیرد(لباس و دستکش محافظ کامل، محافظ چشم و کلاه ایمنی). این ملاحظات
ایمنی توسط « انجمن ملی ایمنی (NSC) » تدوین شده است. اگر دمای محیط از نقطه ذوب
سیمان و بتن گوگردی بالاتر رود، بتن دچار کاهش شدید مقاومت شده و نرم و شل می
گردد.
فصل
دوم – راهنمای مصرف کننده بتن گوگردی در ساخت و اجرا
2-1-
سنگدانهها و گوگرد اصلاح شده
2-1-1-
سیمان گوگردی اصلاح شده
از سال های دهه 1930 به این فکر افتادند
تا پایائی و دوام گوگرد را در بتن افزایش و انبساط و انقباض را در اثر تغییرات دما
کاهش دهند. سیمانهای گوگردی اصلاح شدند تا پایداری و دوام را بهبود بخشد. چند روش
جهت این هدف بکار گرفته شد. دو روش امروزه در امریکای شمالی برای تولید سیمانهای
گوگردی بکار میرود که نامهای تجاری خاصی را داراست. روش اول بر پایه واکنش پلیمری
گوگرد با یک اصلاح کننده شامل قسمتهای مساوی از سیکلو پنتادین اولیگومر و دی
سیکلوپنتادین استوار است ( cyclopentodiene oligomer و
dicyclopentodiene )
ترکیب و خواص سیمان گوگردی اصلاح شده روش اول به شرح زیر است:
گوگرد، درصد وزنی 0/1 ± 0/95 درصد
کربن ، درصد وزنی 5/0 ± 0/5 درصد
هیدروژن درصد وزنی 05/0 ± 5/0 درصد
چگالی در oc
25 02/0±
90/1
لزجت در oc
135 100-25 سانتی پواز
در روش دوم گوگرد اصلاح شده
تغلیظ شده با ترکیب و اختلاط گوگرد و پلیمرهای هیدروکربن اولیفینی مانند Escopol
بدست میآید. این ماده غلیظ سپس در محل با گوگرد خالص به نسبت 1 به 10 وزنی مخلوط
میشود. بتن حاصله از بکارگیری گوگرد اصلاح شده بدست آمده از روش دوم شامل ترکیب
تقریبی زیر میباشد:
گوگرد
درصد وزنی 80
کربن، درصد وزنی 18
هیدروژن، درصد وزنی 2
هر دو روش گوگرد اصلاح شدهای
با طول عمر نگهداری خیلی زیاد را در حالت جامد بدست میدهند. اگر این مواد درحالت
مذاب نگهداری شوند، هر دو نوع گوگرد اصلاح شده (دو نوع اصلاح کننده )، واکنش را
ادامه داده و بتن هائی نامرغوب را بوجود میآورند.
در این حالت مصرف کننده باید توصیه های
محدوده زمانی نگهداری ماده مذاب در حالت مایع را برای گوگرد اصلاح شده رعایت
نماید. روشهای آزمایش برای سیمانهای گوگردی اصلاح شده در زیر از نظر می گذرد.
1-
گوگرد و کربن با
احتراق سیمان گوگردی توسط یک آنالیز در کربن / گوگرد تعیین میشود.
2-
چگالی سیمان گوگردی
طبق ASTM
D70 در دمای oc 25 انجام می گردد.
3-
لزجت ماده سیمان
گوگردی مذاب در دمای oc 135 با استفاده از یک لزجت سنج
( ویسکومتر) نوع دوکی شکل چرخان
(Rotating Spindle-type Viscometer) مجهز به محفظهای که با برق گرم شده و کنترل
دما ( ترموستات) داشته باشد اندازهگیری میشود.
2-1-2-
سنگدانه ها
انتخاب کیفیت سنگدانه مناسب برای هر
کاربرد در ساخت بتن گوگردی ضروری است. سنگدانهها باید با مشخصات ASTM C33
از نظر دوام، تمیزی و میزان مواد زیان آور سازگار باشند. سنگدانه ها باید در برابر
حملات شیمیائی مورد نظر در محیط بهرهبرداری مقاومباشند. مثلاً سنگدانه های
کوارتزی برای محیطهای اسیدی و نمکی مناسب هستند در حالیکه سنگدانه های آهکی فقط
برای محیطهای حاوی املاح کاربرد دارند و در محیط اسیدی دوام ندارند.
سنگدانههای شکسته ( تیزگوشه) نسبت به
سنگدانه گردگوشه بدلیل افزایش مقاومت بتن گوگردی ارجحیت دارند. سنگدانهها باید
ویژگیهای زیر را برآورده نمایند.
2-1-2-1-
دانهبندی سنگدانه
سنگدانه های دانهبندی شده باید در ساخت
بتن گوگردی بکار رود تا مصرف سیمان گوگردی (چسباننده) را به حداقل رساند. سه بخش
اندازه ای از سنگدانه معمولاً برای تولید بتن توپرومتراکم بکار میرود که عبارتند
از :
الف – سنگدانه درشت ( شن )
ب – سنگدانه ریز ( ماسه )
ج – پرکننده معدنی (ریزتراز 75% میلی
متر)
دانهبندی باید حداقل حفرات و فضای خالی
را در سنگدانههای معدنی بدست دهد (VMA) . جدول 2-1-2-1 طبق ASTM D3515 ارائه شود و بعنوان یک راهنما برای دستیابی به
حداقل خطرات در مخلوط میتواند بکار رود.
2-1-2-2-
مقاومت در برابر خوردگی
سنگدانههای بتن گوگردی در محیطهای
اسیدی نباید هیچ گونه جوشش و ترکیبی را در برابر اسید با غلظت مورد نظر در دمای
خاص محیط نشان دهد. سنگدانه های بکار رفته در چنین محیطی نباید کاهش وزنی بیش از 2
درصد را در برابر اسید با غلظت مورد نظر دردمای oc 3 ±
60 در طی 24 ساعت از خود نشان دهد.
سنگدانه بتن گوگردی در محیط نمکی نباید
واکنش و یا تجزیه شدگی را طی 24 در محلول مورد نظر و در دمای oc 30 ± 60 به نمایش گذارد.
جدول 2-1-2-1 محدوده دانهبندی توپو و متراکم سنگدانه (طبق ASTM D3515 )
حداکثراندازه ( م.م)
اندازه الک
(م.م)
|
25
|
19
|
5/12
|
5/9
|
5/37
|
100
|
|
|
|
25
|
100-90
|
100
|
|
|
19
|
|
100-90
|
100
|
|
5/12
|
80-56
|
|
100-90
|
100
|
5/9
|
|
80-56
|
|
100-90
|
75/4
|
59-29
|
65-35
|
74-44
|
85-55
|
38/2
|
45-19
|
49-23
|
58-25
|
67-32
|
3/0
|
17-5
|
19-5
|
21-5
|
23-7
|
75%
|
7-1
|
8-2
|
10-2
|
10-2
|
7- الف
2-1-2-3- جذب
آب سنگدانه
سنگدانه های متخلخل و پوک نباید بکار
رود. سنگدانه باید کاملاً نفوذناپذیر و مقاوم در برابر تنشهای یخ بندان و آبشدگی
باشد. حداکثر جذب آب سنگدانه درشت باید کمتر از 1 درصد و برای سنگدانه ریز کمتر از
2 درصد باشد ( آزمایش باید طبق ASTM C127 و ASTM C128
انجام گیرد).
2-2- آماده
سازی مخلوط و آزمایش
2-2-1- آماده
سازی مخلوط
تولید بتن گوگردی بادوام و مقاوم در
برابر خوردگی نیاز به کنترل کیفی همه اجزاء و مصالح مورد استفاده دارد. روشهای
ساخت مناسب نیز برای اختلاط و اجرا ( ریختن ) در محل لازمست. پیمانکار باید قادر
باشد نسبتها و مقادیر هر یک از اجزاء مخلوط را دقیقاً کنترل و گزارش نماید.
2-2-1-1-
خواص
جدول 2-2-1-1 خواص بتن مورد نظر را یک
روز پس از خنک شدن بدست میدهد.
جدول 2-2-1-1- خواص بتن گوگردی پس از یک روز خنک شدن
ویژگی
|
حداقل
مقاومت فشاری
|
حداقل
مقاومت خمشی
|
حداقل
مقاومت کششی شکافتی
|
حداکثر
جذب آب یکروزه در آب
|
حفرات
موجود
|
حداکثر
ضریب انبساط حرارتی
|
مدول
الاستیسته E
|
حداقل
دوام در برابر یخ بندان و آبشدگی (کاهش مدول الاستیسته دینامیکی پس از 300 چرخه
طبق ASTM C666-A
|
واحد
|
MPa
|
MPa
|
MPa
|
%
|
%
|
برایoc 1
|
GPa
|
%
|
مقدار
|
6/27
|
2/5
|
1/4
|
1/0
|
8-4
|
6-
10×15
|
6/27-7/20
|
60
|
*
نحوه آزمایش در بخش 2-2-3-6 ارائه شده است.
2-2-2- نسبتهای
اختلاط
2-2-2-1-
کلیات
نسبتهای مخلوط، مقادیر اجزاء بتن
گوگردی شامل سنگدانه درشت، سنگدانه ریز، پرکنندههای معدنی و سیمان گوگردی لازم
برای دستیابی به کیفیت مطلوب و بالا میباشد. در این راهنما، واژه طرح مخلوط برای
تعیین مخلوط بهینه با توجه به ملاحظات و روش های ارائه شده میباشد و نباید با
طراحی سازهای اشتباه گرفته شود.
طرح مخلوط بتن گوگردی با بتن معمولی
کاملاً متفاوت است. دانهبندی مخلوط سنگدانه باید طبق ASTM D3515
باشد که بتن کارآتری را در مقایسه با ویژگیهای ASTMC33
برای دانهبندی هر یک از سنگدانهها بوجود میآورد.
بهرحال مانند بتن معمولی و بتن قیری،
طرح مخلوط بهینه بتن گوگردی با عنایت به خواص مورد نظر و کاربرد ویژه آن بدست میآید.
طرحهای مخلوطی که دراینجا مورد توجه قرار میگیرد برای بتنهای گوگردی است که در
ساخت کفها، شالودهها، کف پوش ها، مخازن فاضلاب، دیوارهها و محفظه الکترولیت جهت
استفاده در محیط های اسیدی و نمکی بکار میرود.
روش کار طرح مخلوط بتن گوگردی با عنایت
به نکات و خصوصیات زیر انجام میشود.
1-
مقاومت در برابر حمله
بیشتر اسیدها و یا محلولهای نمکهای مختلف
2-
حداقل جذب آب
3-
مقاومت مکانیکی بیش
از بتن معمولی و یا معادل آن
4-
سیالیت کافی برای
ایجاد کارآئی خوب
5-
حداقل رساندن جمع
شدگی در هنگام سخت شدن (انجماد )
2-2-2-2-
سیمان گوگردی مورد نیاز
مقدار سیمان گوگردی باید چنان تعیین شود
که تعادلی مطلوب بین خواص مکانیکی، چگالی زیاد، جذب آب کم و کارآئی خوب حاصل گردد.
جدول 2-2-2-2- الف محدوده مقادیر سیمان گوگردی را برای حداکثر اندازه سنگدانه با
دانهبندی متراکم و توپر نشان می دهد. مخلوط باید چنان طرح شود که جذب آب بتن کمتر
از 1/0 درصد وزن آن باشد.
جدول 2-2-2-2-الف - محدوده میزان سیمان مورد نیاز در بتن گوگردی
حداکثر اندازه (م.م)
|
25
|
19
|
5/12
|
5/9
|
* 35/6
|
* 75/4
|
درصد
وزنی سیمان گوگردی
|
15-12
|
16-13
|
17-14
|
19-16
|
20-17
|
22-19
|
* این
مقادیر در جدول اصلی نبوده است و مترجم آنرا اضافه نموده است.
جدول 2-2-2-ب شامل
اطلاعات تشریحی در مورد خواص حاصله مخلوطهائی از بتن گوگردی است که با سنگدانه
کوارتزی با دانهبندی توپر و متراکم و حداکثر اندازه 5/9 میلیمتر و مقادیر متفاوت
سیمان گوگردی ساخته شده است. با بکارگیری سنگدانه توپر و متراکم از نظر دانه بندی
و سیمان گوگردی اصلاح شده، محدوده سیمان گوگردی با توجه به نوع، اندازه و دانهبندی
سنگدانه تعیین می گردد. جداول 2-2-2-2-الف و 2-2-2-2-ب می تواند برای انتخاب
مقادیر تقریبی حدود سیمان گوگردی در طرح مخلوط بکار رود. مقادیر و نسبت های واقعی
طرح مخلوط ممکن است تا حد کمی بیرون از این محدوده واقع شود.
2-2-2-3-
حفرات
به دودلیل، حفرات بتن گوگردی مهم هستند.
اول اینکه محلی برای آزاد کردن تنش ها میباشد و دوام مصالح را بهبود میبخشد و
دوم آنکه وجود حفرات هوا باعث میشود میزان سیمان گوگردی مصرفی کاهش یابد وعمدتاً
بعنوان چسب سطح سنگدانه ها را بپوشاند و نقش پرکننده ایفاد نکند و در نتیجه جمع
شدگی ناشی از سردشدن چسب سیمانی را کاهش دهد. حفرات حاصله در هنگام اختلاط بصورت
مجزا و نا پیوسته هستند و درزیر میکروسکپ نیز این ناپیوستگی مشاهده میشود. در
نتیجه این حفرات باعث افزایش جذب آب بتن گوگردی نمیشوند. بطور کلی بین 4 تا 8
درصد حباب حبس شده در هنگام اختلاط بتن گوگردی بوجود میآید.
جدول
2-2-2-2-ب اطلاعات
طرح مخلوط بتن گوگردی با استفاده از سنگدانه کوارتزی کوچکتر از 5/9 میلیمتر و با
دانهبندی توپر
درصد وزنی
سنگدانه
|
90
|
5/87
|
85
|
5/82
|
80
|
درصد وزنی
سیمان گوگردی
|
10
|
5/12
|
15
|
5/17
|
20
|
چگالی بتن
گوگردی
|
209/2
|
297/2
|
370/2
|
372/2
|
365/2
|
حفرات و
درصد حجمی هوای بتن
|
7/13
|
7/9
|
2/6
|
5/5
|
1/5
|
مقاومت
فشاری * بتن MPa
|
4/20
|
1/42
|
8/50
|
4/51
|
0/45
|
درصد وزنی
جذب آب بتن
|
06/1
|
54/0
|
07/0
|
02/0
|
01/0
|
کارآئی بتن
گوگردی
|
نسبتاً خشک
|
نسبتاً خشک
|
سفت
|
سیال
|
سوپ مانند
|
*مقاومت فشاری
مربوط به نمونههای استوانهای است.
** برای هر طرح مخلوط با توجه به نوع سنگدانه،
حداکثر اندازه و دانهبندی موجود باید این مقادیر بدست آید و این اطلاعات بعنوان
راهنما منظور گردد.
2-2-3-
آزمایش خواص بتن گوگردی
2-2-3-1-
آماده سازی نمونه
نمونههای آزمایشی بتن گوگردی باید با اختلاط
مواد در دمای 132 تا oc 141 تهیه و در قالبهای استاندارد ASTM
طبق مشخصات قالبهای فولادی ASTMC31
ریخته شود. قالب ها میتواند تا دمای تقریبی oc
138 قبل از ریختن بتن گوگردی در آن داغ شود. مواد ریخته شده در قالب بایستی با
میله 16 میلی متری داغ شده که سرآن گرد شده است متراکم گردد. نمونهها در وضعیت
قائم قرار گرفته تا سرد شود و به دمای اتاق برسد و سپس از قالب درآید. قبل از
آزمایش، نمونه ها بمدت یک روز در دمای اتاق نگهداری و خنک میشود.
2-2-3-2-
مقاومت فشاری
تعیین مقاومت فشاری بتن طبق ASTM C39
یا ASTM
C109 باید انجام شود. آزمونهها نباید زودتر از 24 ساعت پس از قالب
گیری مورد آزمایش قرار گیرد. در موارد خاص وقتی مقاومت زود هنگام مورد نظر است میتوان
آزمونهها را در زمان کوتاهتری ( مثلاً چند ساعته ) تحت فشار قرارداد.
بتن گوگردی در حدود 70 درصد مقاومت نهائی خود
را ظرف چند ساعت پس از سرد شدن بدست میآورد و حدود 75 تا 85 درصد مقاومت نهائی را
پس از 24 ساعت در دمای oc 20 کسب مینماید.
مقاومت نهائی بتن گوگردی معمولاً پس از 180 روز در دمای oc 20 اندازهگیری
میشود. آهنگ رشد مقاومت به دمای محیط و بتن در هنگام نگهداری بستگی دارد. در دمای
بالاتر رشد مقاومت آهستهتر و در دمای کم سریعتر میباشد. در بتنهای حجیم بتن
گوگردی به آرامی خنک میشود و بدین دلیل مقاومت آن به کندی بالا میرود. اما در
نهایت به همان مقاومت نهائی خود میرسد. این عوامل باید در نظر گرفته شود و مشخص
شود آزمونه ها در چه سنی مورد آزمایش قرار گیرند.
2-2-3-3-
مقاومت خمشی
مقاومت خمشی بتن گوگردی طبق ASTMC78
انجام میگیرد.
2-2-3-4-
مقاومت کششی شکافتی (برزیلی)
این آزمایش نیز باید طبق ASTMC496
صورت گیرد.
2-2-3-5-
حفرات
میزان حفرات به دو روش زیر تعیین میشود:
1-
با تعیین چگالی بتن
گوگردی طبق ASTMC642
میتوان بصورت محاسباتی درصد هوا (حفرات) را با عنایت به اندازهگیری چگالی حاصله
و چگالی محاسباتی مخلوط سنگدانه و سیمان گوگردی بدست آورد. تمیز بین حفرات مجزا و
بهم پیوسته باید طبق ASTMC642 انجام میشود.
2-
با برش زنی و تعیین
هوا بصورت میکروسکپی طبق ASTM C457 و با استفاده از روش پیمایش
خطی Rosiwal
می توان درصد هوا را بدست آورد.
2-2-3-6- جذب
آب
بتن گوگردی ابتدا بصورت خشک اولیه وزن
میشود و سپس به مدت 24 ساعت در آب oc 20 غوطهور میشود.
سپس اطراف آن با پارچه جاذب خشک میشود و مجدداً توزین می گردد. درصد جذب آب طبق
رابطه زیر محاسبه میشود:
A
درصد وزنی جذب آب ، B وزن نمونه خشک و C
وزن نمونه اشباع با سطح خشک پس از غوطهوری میباشد. آزمونه های استوانه ای 152×
76 میلیمتر در این آزمایش بکار میرود.
2-2-3-7-
ضریب انبساط حرارتی
ضریب انبساط حرارتی
خطی بتن گوگردی به کمک آزمونه های منشوری 25×13×13 میلیمتری که از پریدن نمونه
استوانه ای 152×76 میلی متری حاصل میگردد تعیین میشود. انبساط در محدوده دمای 25
تا oc 100 اندازهگیری
می گردد که با آهنگ ثابت به میزان oc 1/0 ± 3
در هر دقیقه بالا میرود. در این حالت حداکثر اندازه سنگدانه به 5/9 میلی متر
محدود میشود.
2-2-3-8-
دوام در برابر یخ بندان و آبشدگی
اندازهگیری دوام در برابر یخ بندان و
آبشدگی طبق روش A
دستورالعمل ASTMC666
با عنوان « یخ بندان و آبشدگی سریع در آب » برروی منشورهای بتنی 356×76×76 میلیمتری
انجام میشود. آزمایش تعیین مدول ارتجاعی دینامیکی نیز طبق ASTM C215
به انجام میرسد.
2-2-3-9-
مدول ارتجاعی
مدول ارتجاعی طبق ASTM C469 و
برروی استوانه 152×76 میلی متری انجام می گردد.
2-2-3-10-
دانهبندی سنگدانه بتن
نمونه استوانه ای بتن گوگردی به قطر 76
و ارتفاع 152 میلی متری در کوره سوزانده میشود تا مواد سیمانی آن بسوزد. دمای
احتراق اولیه oc 150 میباشد. باقیمانده مواد سیمانی سوخته شده در کوره با
دمای oc
440 به وزن ثابت میرسد. پس از سردکردن و رسیدن به دمای اتاق، دانهبندی سنگدانه
ها طبق ASTM
C136 انجام میشود.
همچنین در این حالت با توزین نمونه
اولیه و تعیین میزان کاهش وزن آن پس از سوختن مواد سیمانی در کوره به دمای oc
440 مقدار تقریبی سیمان گوگردی موجود در بتن بدست میآید. درصد وزن گوگرد در بتن
را بدین ترتیب بدست میآوریم .
2-2-3-11-
تورم رس در بتن گوگردی
رس متورم شونده در
بتن گوگردی نباید وجود داشته باشد، زیرا این رسها در اثر جذب رطوبت باد کرده و
موجب خرابی بتن می گردند. آزمایش مؤثر در این رابطه آن است که نمونه 25×152×152
میلیمتری بتن گوگردی در آب غوطه میشود. نمونه ابتدا وزن شده و سپس در آب قرار می
گیرد و پس از در آوردن از آب اطراف آن خشک شده و سپس توزین می گردد. سپس نمونه در
آب داغ oc
82 و دست کم بمدت 24 ساعت قرار می گیرد. پس از خاتمه کار نمونه از آب بیرون آورده
و سطح آن خشک می گردد و مجدداً وزن میشود. اینکار مجدداً هر روز انجام می گردد تا
خرابی مشاهده شود. اولین علامت ایجاد خرابی معمولاً دستیابی به افزایش وزن 1 درصد
یا بیشتر است . این خرابی در صورت وجود متورم شونده پس از روز دوم تا چهارم حاصل
میشود. پس از این افزایش وزن بروی آثار طبله کردن، ریختن، ترکهای موئی و افزایش
شدید وزنی در حدود 3 تا 5 درصد مشاهده می گردد. اگر مقدار رس متورم شونده زیاد
باشد، ترک آنقدر شدید میشود که ممکن است نتوان نمونه را از آب داغ خارج نمود.
2-3- آماده
سازی محل ریختن بتن گوگردی
مهمترین مسئله خشکی محل بتن ریزی برروی
سطح زمین (زیراساس) میباشد. وقتی زیراساس نسبتاً عادی از آب است یک لایه 5 تا 10
سانتی متری از ماسه خشک باید بکار رود تا به سطح مورد نظر برسیم وقتی رطوبت موجود
است یک ورق نازک نایلونی به ضخامت 15/0 تا 2/0 میلی متر یا یک لایه ضد اب و بخار
باید روی ماسه یا خاک قرار گیرد تا از رسیدن بخار به بتن گوگردی در هنگام ریختن جلوگیری
نماید. سطح بتن ریزی باید بخوبی متراکم و محکم شده باشد. اگر بتن گوگردی روی سطح
بتن معمولی موجود ریخته شود، سطح زیرین باید سالم و خشک باشد و ذرات سست و خرد شده
باید در ابتدا جدا و برداشته شود. در این حالت نیز اگر بتن زیرین مرطوب باشد می
توان از یک غشاء محافظ رطوبت استفاده نمود.
2-4- ساخت ،
حمل ، ریختن و پرداخت
2-4-1- وسایل
لازم
بتن گوگردی با اختلاط
سنگدانه گرم شده ( 177 تا oc 204) و سیمان گوگردی اصلاح شده و پودرهای
معدنی ( با دمای معمولی) و تا دستیابی به مخلوط یکنواخت و همگن ادامه مییابد و
حاصل می گردد. دراین مدت و تا هنگام ریختن دمای آن باید بین 132 تا oc
141 باشد. سنگدانه داغ شده سیمان گوگردی را ذوب می کند و پرکنندههای ریز معدنی را
گرم می نماید.
حداقل و حداکثر دمای بتن گوگردی 120 و oc
150 است زیرا سیمان گوگردی اصلاح شده در دمای oc
120 ذوب میشود و دردمای بیش از oc 150 سریعاً لزجت آن افزایش مییابد و مخلوط
ناکارآ حاصل میگردد. بدین دلایل دمای 132 تا oc
141 بعنوان محدوده دمای بهینه توصیه شده است تا فرصت کافی برای حمل، ریختن و
پرداخت بتن گوگردی قبل از سخت شدن فراهم آید.
وسایل و روشهای ساخت بتن معمولی و بتن
قیری در ساخت، حمل، ریختن و پرداخت بتن گوگردی نیز بکار میرود. این وسایل برای
ریختن بتن گوگردی در کارگاه شامل موارد زیر است:
1-
وسایل خشک کننده
سنگدانه و گرم کننده آن
2-
قیف یا باسکول توزین
برای سنجش مقادیر و نسبت های مواد
3-
وسایل اختلاط و حمل
4-
وسایل دستی ریختن و
پرداخت بتن
مجموعه کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ،
سعی نموده است با بهره گیری از کارشناس و تجربیات چندین ساله ، فضایی علمی ،
مشاوره و مهندسی در زمینه تکنولوژی های روز ، بازرگانی ، مهندسی و مقالات بتن جهت دسترسی سریع ، آسان و کاربردی مهندسان ،
اساتید ، کارفرمایان، کارخانجات بتن آماده ، کاخانجات بتن پیش ساخته و دانشجویان
مرتبط با صنعت بتن فراهم آورد. شما می توانید با انتخاب و کلیک بر هریک از مباحث
زیر به شرح موضع و کسب اطلاعات مورد نظر از طریق سایت به روز و کاربردی کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران
دسترسی یابید :
افزودنی
های بتن چیست ، انواع
افزودنی های بتن ، لیست
قیمت افزودنی های بتن ، روش
مصرف افزودنی های بتن ، بتن
ریزی در هوای سرد ، بتن
ریزی در هوای گرم ، ترمیم
بتن ، انواع
روش های ترمیم بتن ، ترمیم
بتن ترک خورده ، بتن
گوگردی ، ترمیم
کننده بتن ، چسب
بتن چیست ، انواع
چسب بتن ، چسب
اپوکسی بتن چیست ، چسب
های آب بندی بتن ، روان
کننده بتن چیست ، انواع
فوق روان کننده بتن ، قیمت
انواع چسب بتن ، لیست
قیمت چسب های بتن ، انواع
روش کیورینگ بتن ، مواد
کیورینگ بتن ، لیست
قیمت کیورینگ بتن ، آب
بندی بتن چیست ، انوع
روش های آب بندی بتن ، آب
بندی بتن به روش تزریق رزین پلی یورتان ، ماستیک
پلی یورتان چیست ، لیست
قیمت ماستیک های پلی یورتان ، ماستیک
های سرد اجرا ، ماستیک
های گرم اجرا ، ترمیم
بتن یخ زده ، راهنمای
طرح اختلاط بتن ،طرح مخلوط
بتن چیست ، طرح
اختلاط بتن سبک ، کرگیری
بتن چیست ، آزمایش
التراسونیک بتن ، آزمایش
های غیرمخرب بتن ،
انواع آزمایش های غیرمخرب بتن ، اسکن
میلگرد و آرماتور، کاشت
آرماتور در بتن چیست ، آزمایش
گالواپالس چیست ، چسب
کاشت آرماتور هیلتی ، خمیر
کاشت بولت چیست ، لیست
قیمت خمیر کاشت آرماتور و بولت ، روش
اجرای گروت ریزی ، واتراستاپ
بتن چیست ، انواع
واتراستاپ بتن ، انتخاب
واتراستاپ بتن ، واتراستاپ
بنتونیتی ، واتراستاپ
های هیدورفیلی چیست ، روش
ترمیم بتن های ترک خورده ، سوپر
روان کننده بتن ، لیست
قیمت واتراستاپ بتن ، رنگ
بتن ، بتن
خودتراکم ، طرح
اختلاط بتن خودتراکم ، بتن
غلطکی چیست ، شرکت
سیکا ،
روش اجرای بتن غلطکی یا RCC ، آزمایش
های بتن خود تراکم، روش
آب بندی مخازن بتنی ، انواع
افزودنی های بتن شرکت فسروک ، مواد
افزودنی بتن شرکت آبادگران ،لیست
قیمت واتراستاپ های هیدروفیلی ، کف
پوش اپوکسی ، فاصله
نگهدار یا اسپیسر بتن ، انواع
گروت های شرکت آبادگران ، کف
پوش پلی یورتان ،
میکروسیلیس ، فوق
روان کننده بتن ، ژل
میکروسیلیس ، میکروسیلیس
چیست، لیست
قیمت ژل میکروسیلیس ، اسپیسر
بتن چیست ، روغن
قالب چیست ، روش
مقاوم سازی ساختمان ، مقاوم
سازی ساختمان و ساز های بتنی با الیاف FRP
، گروت چیست ، گروت
اپوکسی چیست ، لیست
قیمت انواع گروت اپوکسی، الیاف
پلی پروپیلن چیست ،پرداخت
سطح بتن چیست ، بتن
حجیم چیست ، روش
ساخت بتن حجیم ، ترمیم
ترک های بتن ، مقاوم
سازی بتن ، خوردگی
بتن در سواحل خلیج فارس ، التراسونیک
بتن چیست بتن
ترمی ، بتن
پلیمری چیست،
بتن ریزی زیر تراز آب ، بتن
گوگردی ، طرح
اختلاط بتن گوگردی ، بتن
پلیمری ، آزمایش
هافسل بتن چیست ،روش
انجام آزمایش پتانسیل خوردگی ،
ابرروان کننده بتن چیست ، سوپر
روان کننده بتن چیست ، میزان
مصرف روان کننده بتن ، روش
آب بندی استخر ، اسلامپ
بتن چیست ، میزان
روانی مجاز بتن ، زمان
بازکردن قالب های بتن پس از بتن ریزی ، زمان
حمل مجاز بتن ، روش
ساخت و اجرای بتن در کارگاه ، عیار
بتن چیست ، روش
مصرف الیاف بتن PP ، بتن
مگر چیست ، پوشش
فایبرگلاس چیست ، انواع
بتن های خاص ، بتن
خاص چیست ، مواد
آب بندی بتن ، آب
بندی سازه های بتنی ، حداکثر
زمان حمل بتن ، قالب
لغزنده بتن ، بتن
آماده ، گروت
ساختمانی ، بتن
پیش ساخته، عوامل
موثر در کیفیت بتن آماده ، ضدیخ
بتن ، انواع
ضد یخ بتن ، قالب
بندی بتن چیست ، روش
قالب بندی بتن ، روش
بتن ریزی خاص ، انواع
مواد آب بندی سازه های بتنی ، روش
های تراکم بتن ، روش
های حمل بتن،
روش های مقاوم سازی بتن ، مقاوم
سازی بتن ،
ضوابط پذیرش بتن کم مقاومت ، روش
پرداخت سطح بتن ، انواع
کف پوش های صنعتی بتن ، پوشش
های ضد حریق ، فایرپروف
بتن چیست ،
فلای اش چیست ، روش
اجرای آب بندی استخر ، نانو
سیلیس چیست ، روش
ترمیم بتن کرمو ، بتن
اکسپوز چیست ، روش
ساخت بتن اکسپوز ، ترمیم
بتن اکسپوز ، افزودنی
حباب زا چیست ، افزودنی
دیرگیر بتن چیست ، افزودنی
زودگیر بتن چیست ، منبسط
کننده بتن چیست ، پنترون
چیست ، پنکریت
چیست ، پوشش
نفوذگر چیست ، فایبرگلاس
چیست ، پوشش
آب بندی الاستومری چیست ،
روش آب بندی با پوشش سوپر الاستومری ، درز
اجرایی بتن چیست ، لیست
قیمت افزودنی های بتن، ترمیم
کننده ویژه بتن، مصالح
ترمیم بتن، روان
ساز بتن ، جلوگیری
از کرمو شدن بتن ،رنگ
نمای بتن ، سوپر
روان کننده بتن ، حداقل
زمان کیورینگ و عمل آوری بتن ،
کیورینگ
بتن با بخار ، دلیل
جداشدگی بتن ، تست
التراسونیک بتن چیست ، لیست
قیمت گروت های شرکت فارس ایران ، لیست
قیمت انواع گروت ، روش
اجرای پوشش ضد حریق یا فایرپروف ،