چکيده:

يكي از مشكلات مهم در طراحي لرزه اي و اجراي ساختمان ها وزن مرده قابل توجه بكار رفته در آن است. از اين رو درصورت استفاده از بتن سبكي كه داراي خواص مكانيكي مطلوب باشد، امتيازات قابل توجهي را ميتوان به دست آورد كه از جمله آن كاهش در بار مرده و نيروي زلزله می باشد که در نهايت به اقتصادي شدن طرح منجر خواهد شد. با توجه به اينكه در بتن سبك به خاطر پايين بودن وزن مخصوص اين نوع بتن از مقاومت كمتري برخوردار ميباشد، بنابراين محققان همواره در صدد بوده اند تا با استفاده از مواد افزودني به بتن سبك بتوانند خواص مكانيكي آن را بهبود بخشند.                                                                                      

در اين تحقیق آزمایشگاهی به بررسی اثر پوزولانهای نانوسيليس و ميکروسيليس بر خصوصیات مکانيکي بتن سبک، شامل مقاومت فشاري، مقاومت کششي و همچنین آزمايش اولتراسونيک جهت تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي و آزمايش جمع شدگي مورد آزمايش قرار گرفته است، که نتايج حاصل از آزمایشات حاکی از افزایش خصوصیات مکانیکی به ازای جایگزینی نانوسیلیس تا 4 درصد وزن سیمان می باشد. در بررسي اثر اختلاط نانو سيليس با ميکرو سيليس بالاترين مقاومت فشاري به ازاي ۲ درصد نانوسيليس به همراه 5/7 درصد ميکرو سيليس حاصل شد. مصرف نانو سيليس تا ۴ درصد باعث کاهش کرنش ناشي از جمع شدگي و بهبود مدول الاستیسیته دینامیکی ميشود. همچنین اختلاط ۲ درصد نانوسيليس به همراه 5/7 درصد ميکرو سيليس کاهش کرنش را به همراه دارد. اما اختلاط نانو سيليس با درصد هاي بالاتر از 5/7 درصد ميکرو سيليس باعث کاهش خواص مکانيکي مذکور مي گردد.

کليد واژه ها: نانوسيليس، ميكروسيليس، بتن سبكدانه، ليكا، خواص مکانيکي

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه و کلّیات         

1-1. مقدمه 2

1-2. سبك سازي 2

1-3. بتن سبك 3

1-3-1. تعريف 3

1-3-2. روشهاي ساخت بتن سبك 3

1-3-3. خصوصيات بتن سبك 4

1-3-4. مزاياي بتن سبك 4

1-3-5. معايب ساختمان هاي ساخته شده با بتن سبک 5

1-3-6. مشکلات طرح اختلاط بتن سبک و راههاي مقابله با آن 5

1-4. پيشينه تحقيق 6

1-5. هدف پژوهش 9

فصل دوم: شناخت انواع سبكدانه و مواد افزودني بتن سبك و نانو مواد

2-1. مقدمه 12

2-2. طبقه بندي بتن سبك 12

2-3. خواص بتن سبكدانه 16

2-4. روشهاي افزايش مقاومت بتن سبك 17

2– 5. انواع سبكدانه ها 17

2-6.  سبكدانه هاي طبيعي 18

2-6-1. پوميس 18

2-6-2. پوکه معدنى 18

2-6-2-1. موارد مصرف پوکه معدنی 18

2- 7. سبكدانه هاي مصنوعي توليد داخل كشور 19

2-7-1. پرليت 19

2-7-1-1. طرز تهيه پرليت 19

2-7-1-2. كاربرد پرليت 20

2-7-1-3. منابع پرليت در كشور و جهان 21

2-7-2.  ليكا 21

2-7-2-1. مزايا و موارد كاربرد ليكا در صنعت ساختمان 22

2-8. انواع بتن سبك 27

2-8-1.  بتن ليكا 27

2-8-2.  بتن سبک گازى 27

2-8-3.  بتن پلى استايرنى 28

2-8-3-1.  مزایای بتن سبک پلی استایرنی عبارتند از: 28

2-8-3-2.  معايب بتن سبک پلی استایرنی 29

2-9.  بتن با مقاومت بالا 29

2-9-1.  مزاياي استفاده از بتن با مقاومت بالا 30

2-9-2.  معايب استفاده از بتن با مقاومت بالا 31

2-9-3. طرح اختلاط بتن با مقاومت بالا 31

2-10. جنبه هاي اقتصادي بتن سبك 34

2-11. پوزولانها 35

2-11-1. تعريف پوزولانها 35

2-11-2. انگيزه مصرف پوزولانها 35

2-11-3. تاثير پوزولانها بر مقاومت فشاري بتن 36

2-11-4. سيمان پرتلند پوزولاني 36

2-11-5. ميكروسيليس 37

2-11-6.  خاكستر بادي 38

2-12. روان كننده ها و فوق روان كننده ها: 39

2-13. نقش پودر سنگ در بهبود خواص بتن سبك با مقاومت بالا 40

2-14. اثر نوع دانه بندي ليكا بر خواص مكانيكي بتن سبك 40

2-15. مسائل اجرائي بتن سبكدانه سازه اي 41

2-16. نانومواد ها و مشخصات آنها 41

2-16-1. مقدمه 41

2-16-2. مواد نانوكمپوزیت 42

2-16-3. نانو سیلیس آمورف 43

2-16-3-1. نانوسیلیس و مقایسه بعضی خواص آن با میکروسیلیکا 44

2-16-4. نانو لوله ها 46

فصل سوم: مواد اوليه و روشها

3-1. مقدمه 49

3-2. مواد مورد استفاده(Material) 49

3-2-1. سیمان 49

3-2-1-1. سیمان پرتلند پوزولانی (PPC) 49

3-2-2. آب اختلاط 50

3-2-3. سنگدانه ها 50

3-2-3-1. آزمایش لس آنجلس بر روی سنگدانه های درشت 52

3-2-4. ماده افزودنی نانوسیلیس 54

3-2-5. ماده افزودنی ميكروسيليس 55

3-2-6. ماده افزودنی فوق روان کننده 56

3-3. نمونه ها و نحوه عمل آوری آنها 57

3-4. روش تحقيق 57

3-5. طرح اختلاط 58

فصل چهارم: نتایج آزمایشها و بحث و بررسی آنها

4-1. مقدمه 61

4-2. نتایج آزمایشهای بتن سبك 61

4-2-1. آزمایش مقاومت فشاری 62

4-2-1-1. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاطهای حاوي نانوسيليس (2و3 و4) 63

4-2-1-2. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاطهای حاوي ميكروسيليس(5و6 ) 67

4-2-1-3. آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاطهای حاوي اختلاط نانو با ميكرو(7 تا 12 ) 69

4-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم 72

4-2-2-1. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاطهای حاوي نانوسيليس (2و3و4) 74

4-2-2-2. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاطهای حاوي ميكروسيليس (5و6) 76

4-2-2-3. آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاطهای حاوي اختلاط نانوسيليس با ميكروسيليس (7 تا 12 ) 78

4-2-3. آزمایش سرعت پالس التراسونیک (UPV) 83

4-2-3-1. روش سرعت پالس 83

4-2-3-2. عوامل موثر بر سرعت پالس 83

4-2-3-3. کاربرد روش سرعت پالس 84

4-2-3-4. آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاطهای حاوي نانوسيليس (2و3و4) 86

4-2-3-5. آزمایش التراسونیک برای طرح اختلاطهای حاوي ميكروسيليس(5و6) 88

4-2-3-6. آزمایش مدول الاستيسيته ديناميكي برای طرح اختلاطهای حاوي اختلاط نانوسيليس با ميكروسيليس (7 تا 12 ) 90

4-2-4. آزمايش جمع شدگي بتن 93

4-2-4-1. مقدمه 93

4-2-4- 2. عوامل موثر در جمع شدگي 93

4-2-4-3 . انواع جمع شدگي بتن 94

4-2– 4– 4 . ارتباط عمل آوري داخلي  و جمع شدگي 94

4 -2– 4– 5. نتايج آزمايش جمع شدگي 95

4-2-4-6. آزمایش جمع شدگي برای طرح اختلاطهای حاوي نانوسيليس (2و3 و4) 96

4-2-4-7. آزمایش جمع شدگي برای طرح اختلاطهای حاوي ميكروسيليس(5و6 ) 98

4-2-4-8 . آزمایش جمع شدگي برای طرح اختلاطهای حاوي اختلاط نانو با ميكرو(7 تا 12 ) 100

فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات

5– 1 . مقدمه 105

5–2. نتيجه گيري 105

5– 3. پيشنهادات 107

منابع و مراجع 108

فهرست جداول

جدول 2-1. وزن مخصوص دانه هاي ليكا با توجه با دانه بندي 22

جدول 2-2. طرح اختلاط راهنما براي بتنهاي با مقاومت بالا (در طرحهاي فوق ميكروسيليس وجود ندارد) 32

جدول 2-3. طرح اختلاط راهنما براي بتنهاي با مقاومت بالا حاوي ميكروسيليس 33

جدول 2-4. مقايسه انواع بتن سبك با آجر و بتن معمولي 34

جدول 3-1. ترکیب سیمان مصرفی 50

جدول 3-2. دانه بندی سنگدانه های مصرفی 51

جدول 3-3. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب A 53

جدول3-4. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب B 53

جدول 3-5. آزمایش لس آنجلس برای ترکیب C 53

جدول 3-6. نتایج آزمایش لس آنجلس برای ترکیب های A و B و C 54

جدول 3-7. مشخصات نانوسیلیس مصرفی 54

جدول 3-8. مشخصات ميكروسيليس مصرفي 55

جدول 3-9. مشخصات فوق روان کننده مصرفی 56

جدول 3-10. مشخصات طرح اختلاطها 59

جدول 4–1. نتايج آزمايش مقاومت فشاري براي طرح اختلاطهاي حاوي نانوسيليس 65

جدول 4–2. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های حاوي ميكروسيليس 68

جدول4–3. نتایج آزمایش مقاومت فشاری برای طرح اختلاط های حاوي اختلاط نانو با ميكرو 70

جدول 4-4. نتایج آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاطهای حاوي نانوسيليس 75

جدول 4– 5.  نتایج آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم برای طرح اختلاطهای حاوي ميكروسيليس 77

جدول 4–6. نتایج آزمایش مقاومت كششي برای طرح اختلاط های حاوي اختلاط نانو با ميكروسيليس 80

جدول 4–7. نتايج آزمايش اولتراسونيك براي نمونه هاي حاوي نانوسيليس 86

جدول 4–8. نتايج آزمايش اولتراسونيك براي نمونه هاي حاوي ميكروسيليس 88

جدول 4–9. نتايج آزمايش آولتراسونيك براي نمونه هاي حاوي اختلاط نانوسيليس با ميكروسيليس 90

جدول 4–10. نتايج آزمايش جمع شدگي براي طرح اختلاطهاي حاوي نانوسيليس 97

جدول 4–11. نتايج آزمايش جمع شدگي براي طرح اختلاطهاي حاوي ميكروسيليس 99

جدول4-12. نتايج آزمايش جمع شدگي براي طرح اختلاطهاي حاوي اختلاط نانو با ميكروسيليس 101

فهرست اشكال

شكل 1-1. بتن ساخته شده توسط شركت ونديداد 9

شكل 2-1. سنگ پرليت 20

شكل 2-2. ليكاي درشت دانه 21

شكل 2-3. مصالح گوناگون با مقایسه مقاومت حرارتی بلوک های  لیکا 23

شكل 2-4. پروژه هاي كار شده با محصولات ليكا 26

شكل 3-1. نمودار دانه بندی شن مصرفی 52

شكل 3-2. نمونه منشوري جهت انجام آزمايش جمع شدگي 57

شکل4-1.  دستگاه آزمایش مقاومت فشاری و کششی غیرمستقیم 63

شكل 4–2. روند تغييرات مقاومت فشاري با افزايش درصد نانوسيليس 66

شكل4–3. درصد افزايش مقاومت فشاري با افزايش نانو نسبت به نمونه شاهد 67

شكل 4– 4. روند تغييرات مقاومت فشاري با افزايش درصد ميكروسيليس 69

شكل 4– 5. روند تغييرات مقاومت فشاري در اثر اختلاط نانوسيليس با ميكروسيليس 71

شكل 4– 6. روند تغييرات مقاومت فشاري در اثر اختلاط نانوسيليس با ميكروسيليس 72

شكل 4– 7. روند تغييرات مقاومت كششي با درصد نانو 76

شكل 4-8 . روند تغيير مقاومت كششي با درصد ميكرو 78

شكل 4– 9. روند تغييرات مقاومت كششي با افزودن نانوسيليس به ميكروسيليس 81

شكل 4– 10. روند تغييرات مقاومت كششي با افزودن نانوسيليس به ميكروسيليس 82

شکل 4-11. سونیسکوپ مورد استفاده در آزمایش التراسونیک(تعیین مدول الاستیسیته دینامیکی) 84

شكل 4– 12. روند تغيير مدول الاستيسيته با افزايش درصد نانوسيليس 87

شكل 4– 13. روند تغييرات مدول الاستيسيته ديناميكي با افزايش ميكروسيليس 89

شكل 4– 14. روند تغييرات مدول الاستيسيته ديناميكي با افزودن نانوسيليس به ميكروسيليس 91

شكل 4– 15. روند تغييرات مدول الاستيسيته ديناميكي با افزودن نانوسيليس به ميكروسيليس 92

شكل 4– 16. روند تغييرات كرنش با افزايش درصد نانوسيليس 98

شكل 4– 17. روند تغييرات كرنش با افزايش درصد ميكروسيليس 100

شكل 4– 18. روند تغييرات كرنش با اختلاط نانو با 7.5 درصد ميكروسيليس 102

شكل 4– 19. روند تغييرات كرنش با اختلاط نانو با 15 درصد ميكروسيليس 103