بتن پرمقاومت – تاثیر سیلیس  (Ultra High Performance Concrete – UHPC)

در اواسط دهه ۶۰ میلادی ، بتنهایی با مقاومت Mpa80-40 ، بتن با مقاومت بالاHPC (High Performance Concrete) نامیده میشدند.در دهه ۷۰ و۸۰ میلادی برای اولین بار ، بتنهای  فوق العاده مقاوم UHPC با مقاومت ۱۲۰ و حتیMpa 200 طراحی شدند. این افزایش مقاومت نسبت به بتن HPC میتواند به اندازه ذرات و انتخاب مواد مخصوص تشکیل دهنده بتن بستگی داشته باشد. در تحقیقی که به همین منظور در دانشگاه اسلامی باریکه غزه صورت گرفت ترکیب ذیل ( طرح اختلاط )  جهت تولید بتن UHPC  لحاظ گردید :

 

نسبت مصرف ( Kg m3 ) ماده تشکیل دهنده
۶۰۰ سیمان پرتلند با مقاومت بالا
۱۸۰ آب
۹۳ میکروسیلیس
۳۰۰ پودر سیلیس(۰-۰٫۱۵mm )
۳۱۵ سیلیس دانه بندی (۰٫۱۵-۰٫۴mm )
۴۶۰ پودر بازالت(۰٫۶-۱٫۱۸mm)
۵۳۰ بازالت دانه بندی (۲٫۳۶-۶٫۳ mm)
۱۸ سوپر روان کننده

 

اختلاط طرح به شرح زیر اعمال گردید :

–       مقدار ۴۰ درصد از روان کننده به آب طرح افزوده شد.تمامی مواد خشک شامل سیمان ، میکروسیلیس و غیره داخل میکسر ریخته شده و به مدت ۲ دقیقه میکس شدند ، سپس آب ( به همراه ۴۰ درصد از روان کننده ) به مواد خشک افزوده و به آرامی به مدت ۲ دقیقه میکس گردید. بعد از ۱ دقیقه ، باقی مانده روان کننده به مخلوط مواد افزوده و به مدت ۳۰ ثانیه میکس شد. عمل اختلاط بدین ترتیب انجام و ادامه یافت تاپودر خشک به بتن تازه تغییر شکل یابد.تقسیم نمونه ها جهت آزمونهای مختلف طی ۲۰ دقیقه پس از اختلتط تکمیل و نمونه ها جهت جلوگیری از تبخیر با پرده های پلاستیکی به خوبی پوشانیده شدند.

–       آزمون نمونه ها : آزمونهای مکانیکی شامل سنجش مقاومت فشاری ، مقاومت کششی تا دونیم شدن ، و مقاومت خمشی ، در طی سنین ۲-۷-۱۴ و۲۸ روزه در نظر گرفته شد.به همین منظور نمونه ها به شرح زیر ساخته شدند :

–       برای آزمونهای سنجش مقاومت فشاری ؛ مکعبی با ابعاد : ۱۰۰در ۱۰۰ در ۱۰۰ م م- مطابق با ASTMC109

–       برای آزمونهای سنجش مقاومت کششی ؛ استوانه ای با ابعاد : ۳۰۰ در ۱۵۰م م – مطابق با ASTMC496

–       برای آزمونهای مدول الاستیسیته ؛ منشور با ابعاد : ۱۰۰ در۱۰۰ در ۵۰۰ م م – مطابق با ASTMC293

نتایج وتفسیر

آزمون سنجش مقاومت فشاری نشان داد که متوسط مقاومت فشاری در سنین ۳ ، ۷ و ۱۴ روزه در حدود به ترتیب : ۵۵ ،۷۵ و ۸۷ درصد نسبت به مقاومت فشاری در سن ۲۸ روز محاسبه شده اند. مقاومت فشاری بتن UHPC  در سن ۲۸ روزه به ۱۲۸Mpa  رسید.نکته جالب ایجاد رابطه ای مابین مقاومت بتن در سن ۲۸ روز و سنین پایینتر  با توجه به نوع سیمان مصرفی است.

نتایج آزمون سنجش  مقاومت فشاری در سنین مختلف بتن UHPC  

نسبت نوسان

%

انحراف استاندارد

(Mpa )

متوسط مقاومت فشاری (Mpa ) تعداد نمونه ها سن ( روز)
۶٫۳ ۴٫۴۷ ۷۱ ۴ ۳
۴٫۴ ۴٫۱۰ ۹۶ ۴ ۷
۴٫۳ ۴٫۸۰ ۱۱۲ ۴ ۱۴
۲٫۸ ۳٫۵۵ ۱۲۸ ۶ ۲۸

نتایج آزمون سنجش مقاومت کششی

نسبت نوسان

%

انحراف استاندارد

Mpa

متوسط مقاومت MPa تعداد نمونه ها سن ( روز)
۶٫۵ ۰٫۳۲ ۴٫۹ ۳ ۳
۱٫۵ ۰٫۱۰ ۶٫۳ ۳ ۷
۴٫۳ ۰٫۳۱ ۷٫۱ ۳ ۱۴
۳٫۲ ۰٫۲۶ ۸٫۱ ۳ ۲۸

 

با توجه به نتایج ، بتن UHPC  واجد متوسط مقاومت کششی ۸٫۱Mpa  در سن ۲۸ روز است . متوسط مقاومت کششی در طی ۱۴ روز به سرعت افزایش میابد و سپس از سرعت افزایش مقاومت تا رسیدن به سن ۲۸ روز کاسته میشود. مقاومت کششی در روزهای ۳ ،۷ ،و ۱۴ روز به ترتیب حدود ۶۰ ، ۷۸ و ۸۰ درصد مقاومت در سن ۲۸ روز است. نقش موثر میکروسیلیس در این روند افزایش مقاومتی ، کاملا قابل توجه میباشد و تقریبا مانند مقاومت فشاری ، ایجاد رابطه ای مابین سن وزمان گیرش ، در سنین بالاتر نیبت به سنین پایینتر کاملا محتمل وممکن خواهد بود .

بررسی در خصوص رابطه حوزه دانستیته وتراکم پذیری بتن با نوع افزایش مقاومت آن نیز میتواند کمک خوبی برای ترسیم ارتباط موثر در مواد تشکیل دهنده با مقاومتها و قابلیتهای بتن باشد.بر همین مبنا هرگز نمیتوان از نقش موثر سیلیس و جایگزینی آن ( به همراه بازالت در این تحقیق ) به جای شن وماسه در بهبود کیفی بتن ، چشم پوشی کرد . نظر به اینکه میتوان از سیلیس با کیفیت در جه ۲ و خلوص حدود ۹۴ درصد در این جایگزینی بهره جست ، پس قیمت تمام شده آن هزینه چندانی را متوجه عملیات آماده سازی بتن نمیکند و در عوض قابلیت مقاومتی بتن را  تا حد چشمگیری افزایش میدهد . با توجه به جمیع نکات ، استفاده از سیلیس به عنوان ماده ای معدنی ، ارزان و کاملا فراوان و قابل دسترس میتواند پارامتر بسیار مهمی در ساخت بتن با مقاومت بالاتر محسوب شود .