بتن های خاص برای شرایط ویژه

جستجوی کلمه بتن های خاص برای شرایط ویژه در سایت کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران با کد 6155


 

 

 

 

بتن های خاص برای شرایط ویژه

 

با سلام و شادباش ، امروزه بنا به مشکلات ویژه بتن و نیز مشخصات محیطی بهره برداری بتن های متفاوتی در صنعت بتن پا به عرصه ظهور نهاده اند که هر یک به نوبه خود مرتفع کننده بخش از مشکلات پیشروی این صنعت می باشند.

از جمله مشکلات و عوامل مخرب بتن های معمول می توان به شرایط اسیدی ، خوردگی ، کربناسیون،ضعف در برابر مواد شیمیایی ، کسب مقاومت نسبتا بلند مدت،  سولفاته و ... اشاره کرد . هر یک از انواع بتن ها خاص به یک یا چند مورد از این مشکلات می پردازد.

 

از جمله این بتن های خاص می توان به بتن های پلیمری، بتن های غلطکی ، بتن های خودتراکم، بتن های بدون ریز دانه، بتن های سبک، بتن متخلخل ، بتن گوگردی و ... اشاره کرد.

 

در زیر به شرح، معایب ، مزایا ، تاریخچه و کاربرد بتن گوگردی پرداخته می شود . شما می توانید برای دسترسی به سایر انواع بتن های خاص به بخش مقالات سایت مراجعه و یا موضوع مورد نظر را از طریق پنجره سرچ جستجو نماید.

 

 

 

راهنماي اختلاط و جايدهي بتن گوگردي در ساخت و اجرا

 

 

فصل 1- تاريخچه

1-1- مقدمه

                بتن گوگردي مصالح نسبتاً جديدي است، گرچه ظاهر آن در نهايت شبيه بتن معمولي مي‌باشد اما ساخت، حمل، كاربرد و آزمايش آن متفاوت است. هدف اين راهنما آشنائي مهندسين، پيمانكاران، سازندگان و مصرف كنندگان اين بتن، كاربردها و كمك براي انتخاب مصالح، نسبت‌هاي اختلاط و خواص آن جهت استفاده بهينه بتن گوگردي است. بتن گوگردي مصالحي ترموپلاستيك است كه با اختلاط سيمانهاي گوگردي بصورت گرم با سنگدانه‌هاي معدني ساخته مي‌شود. بتن گوگردي سريعاً دراثر خنك شدن سخت مي‌شود و كسب مقاومت مي‌كند. اگر سنگدانه‌هاي مقاوم در برابر اسيدها و نمكها بكار رود بتن گوگردي پر مقاومت و بادوام مي‌تواند توليد ‌شود و در مواردي كه ساير بتن‌ها سريعاً از بين مي‌روند بخوبي مصرف گردد. بتن گوگردي در محيط هاي قليائي و اكسيد كننده‌ها پايدار نيست اما در محيط‌هاي اسيدي و نمكها عملكرد عالي دارد.

            بتن‌هاي گوگردي اوليه كه با گوگردهاي اصلاح نشده ساخته مي‌شوند از نظر دوام مشكل داشتند. حتي وقتي از مصالح مقاوم و بادوام براي توليد اين بتن استفاده مي‌شد، اين بتن‌ها در زمان نسبتاً كوتاهي از بين مي‌رفت و خراب مي گشت. بهرحال با مصرف سيمانهاي گوگردي اصلاح شده دوام بتن‌هاي گوگردي افزايش يافت و كاربرد آن را بعنوان مصالح ساختماني امكان پذير نمود. در اين حالت اين نوع بتن برخي خواص منحصر بفرد را به اثبات رسانده است كه عبارتند از:

            الف – مقاومت زياد و مقاومت در برابر خستگي

            ب – مقاومت عالي در برابر بيشتر اسيدها و نمكهاي آنها

            ج – گيرش فوق‌العاده سريع و كسب مقاومت زود هنگام

            يكي از بيشترين كاربردهاي بتن گوگردي، استفاده آن بعنوان كف هاي صنعتي است كه در برابر مواد شديداً خورنده قرار مي‌گيرند.

1-2- تحقيقات اوليه

            مصرف گوگرد بعنوان عامل مذاب چسباننده به دوران ما قبل تاريخ بر مي‌گردد. در قرن 17 ميلادي از گوگرد براي اتصال فلزات در سنگ استفاده مي‌شد و هنوز درامريكاي لاتين استفاده‌هاي مشابه صورت مي گيرد. پس از جنگ جهاني اول (1919) تقاضاي گوگرد به ايجاد گنبدهاي بزرگ گوگرد در نزديك Matagorda تگزاس انجاميد. اين امر توليد گوگرد را درايالات متحده دوچندان نمود و به توليد مازاد منجر گرديد.

            Bacom و Davis در 1921 گزارشي را در رابطه با مصارف گوگرد در مصالح ساختماني و مصرف اين ماده زائد و اضافي ارائه دادند. آنها بسياري از افزودني هاي (افزونه) پيشنهادي را براي اصلاح خواص گوگرد براي مصارف خاص آزمايش نمودند و دريافتند كه اغلب آنها نامناسب مي‌باشند. آنها متوجه شدند كه مخلوط 60 درصد ماسه و 40 درصد گوگرد، مصالحي مقاوم در برابر اسيد و با مقاومت عالي را بوجود مي‌آورد.

            Kabbe در 1924 خواص ضد اسيدي مصالح ساخته شده از گوگرد و كك را گزارش نمود.

            Duecker در 1934 دريافت كه مخلوط 60 درصد ماسه و 40 درصد گوگرد در چرخه‌هاي حرارتي افزايش حجم توأم با كاهش مقاومت خمشي را بوجود مي‌آورد. وي قادر بود هر دو خاصيت افزايش حجم و كاهش مقاومت ناشي از چرخه هاي حرارتي را با استفاده از اصلاح گوگرد با يك پلي سولفايد اولفين كاهش دهد. مصرف افزونه هاي مختلف براي پايداري كردن هرچه بيشتر باعث شد تا بكارگيري بتن گوگردي در صنعت بيشتر شده و تحقيقات بيشتري براي بهبود محصولات گوگردي بعنوان ملاتها و پركننده هاي مقاوم در برابر اسيد به انجام رسد.

            Mckinney در 1940 روشهاي آزمايش براي مصالح گوگردي را مطرح نمود كه در انستيتو Mellon موفقيت آميز شناخته شد. بيشتر اين روشها در ASTM بعنوان آزمايش و مشخصات ملاتهاي گوگردي ضد اسيد مورد اقتباس قرار گرفتند.

            پيشرفتهائي در امكان اصلاح گوگرد و توليد محصولات با دوام‌تر، علاقه به تحقيقات را در فعاليت‌هاي تجاري بيشتر نمود. تحقيقات به دو دسته تقسيم شد كه شامل بتن گوگردي و بتن گوگردي تزريقي بود. اين گزارش عمدتاً برروي استفاده از بتن گوگردي متمركز مي‌شود زيرا بتن گوگردي تزريقي هنوز به مصارف گسترده و در مقياس بزرگ و واقعي دست نيافته است.

 

1-3- تحقيقات اخير در باره بتن گوگردي

                پيشرفت‌هاي عمده در توسعه و كاربرد بتن گوگردي در دهه اخير (دهه 80) حاصل شد. تحقيقات حول اين مسئله بنا شد كه بتن گوگردي مصالح ساختماني ماندگار و بادوام باشد و سيمانهاي گوگردي بهبود يافته و طرح اختلاط بهتر براي توليد محصولات يكنواخت با روش عادي ساخته شود.

            در اواخر دهه 60، Daleو Ludwig روي ساختار سيستم گوگرد – سنگدانه كاركردند و به لزوم استفاده از سنگدانه خوب دانه‌بندي شده براي دستيابي به مقاومت بهينه اشاره نمودند.

            اين تحقيقات بوسيله Crow و Bates دنبال شد و بتن گوگردي بازالتي پر مقاومت مورد بررسي قرار گرفت. اداره معادن وزارت كشور ايالات متحده وانستيتو گوگرد يك برنامه همكاري را در سال 1971 براي تحقيق و توسعه در زمينه مصارف جديد گوگرد شروع نمودند. تقريباً در همين زمان، مركز فن آوري انرژي و مواد معدني كانادا ( CANMET) و انجمن تحقيقات ملي (NCR) كانادا برنامه تحقيقات خاصي را درارتباط با بتن گوگردي شروع كردند. اين كار با تحقيقات انجام شده در دانشگاه Calgaryدر آلبرتا Alberta كانادا دنبال شد.

            در 1973، انستيتو كاربرد گوگرد كانادا (SUDIC) با دولت فدرال كانادا و دولت محلي آلبرتا و توليد كنندگان گوگرد كانادا بطور مشترك سعي نمودند بازارهاي جديد مصرف بري گوگردهاي مازاد كانادا بوجود آمدند. در 1978 ، CANMET و SUDIC يك كنفرانس بين‌المللي را تدارك ديدند، در مورد مصرف گوگرد در ساخت و اجراء تبادل نظر گردد. همچنين دراين ايام، تعدادي محقق شامل McBee، Sullivan ، Malhotra ، Vroom، Yuan، Loov و همكاران ، Gregor و Hackl ، Diehl ، Lee و ديگران مقالات و گزارشهائي را با عناوين و اهداف و منظورهاي گوناگون در مورد گوگرد و بتن گوگردي منتشر نمودند. همه اين فعاليت ها به افزايش آگاهي در ارتباط با استعداد مصرف گوگرد بعنوان مصالح ساختماني منجر گرديد.

            با عنايت به اينكه بتن گوگردي با استفاده از گوگرد اصلاح نشده و اختلاط گرم با سنگدانه تهيه مي‌شد، دوام محصول توليدي يك مشكل محسوب مي گرديد. بتن گوگردي اصلاح نشده، وقتي در معرض يخ بندان و آبشدگي ، شرايط مرطوب يا غوطه‌وري در آب قرار مي‌گرفت خراب مي‌شد. هدف تحقيقات، تبين دلائلي خرابي اين بتن‌هاي گوگردي و راهكارهاي جلوگيري از اين خرابي ها بود.

            وقتي سنگدانه و گوگرد اصلاح نشده گرم مخلوط شده در قالب ريخته و سرد مي‌شود تا محصولات بتن گوگردي حاصل گردد، چسب گوگردي بهنگام سردشدن و فاصله گرفتن از حالت مايع، در ابتدا بعنوان گوگرد منوكلينيك (SB) در  oc 114 تبلور مي‌يابد و با كاهش حجم 7 درصدي همراه مي گردد. با ادامه سرد شدن تا دماي كمتر از oc 96 ، SB به گوگرد ارتورومبيك( ) تبديل مي‌شود كه شكل پايدار گوگرد دردماهاي محيط مجاور است. اين تبديل سريع انجام مي‌شود و بطور كلي در كمتر از 24 ساعت بوقوع مي‌پيوندد. از آنجا كه شكل  متراكم‌تر و توپرتر از   مي‌باشد، تنش زيادي در آن بواسطه جمع‌شدگي گوگرد جامد ايجاد مي‌شود. بنابراين چسبنده گوگردي تحت تنش قرار مي‌گيرد مي‌تواند خراب شود. انبساط منشور ملات گوگرد و ماسه مثالي از خرابي يك محصول گوگردي بدليل آزاد شدن تنش بوسيله چرخه حرارتي است كه توسط Duecker مشاهده شده بود. لازم بود يك راه حل و وسيله اقتصادي براي اصلاح گوگرد براي توليد بتن گوگردي با دوام خوب مشخص گردد. در حاليكه افزونه‌هاي پلي سولفيد اوليفيني در اين رابطه مفيد قلمداد شد، قيمت و هزينه آن مانعي در راه توليد بتن گوگردي در كارهاي اجرائي در مقياس واقعي بزرگ ايجاد مي‌نمود.

            در 1973 اقدامي توسط Vroom با كمك و همكاري انجمن ملي و تحقيقات كانادا و Ortega از دانشگاه Mc Gill در Montreal كانادا صورت گرفت. در اين رابطه گوگرد بوسيله واكنش با پليمرهاي هيدروكربن اوليفيني، اصلاح شد. همچنين روشن شد كه يك واكنش مشابه، گوگرد محلول در پليمر بدست مي دهد. بتن گوگردي حاصله در ابتدا در Calgary واقع در Alberta و در سال 1975 براي مصارف تجاري توليد شد. اصلاح گوگرد با واكنش با دي سيكلوپنتادين (DCPD) بوسيله بسياري از محققين مورد بررسي قرار گرفت. اما كاربرد آن در مصارف تجاري صنعتي محدود بود، زيرا واكنش بتن گوگرد و DCPD بصورت اكسوترميك (exothermic) مي‌باشد و نياز به كنترل نزديك و زياد دارد. همچنين سيمان گوگردي اصلاح شده با DCPD هنگاميكه در معرض دماي زياد (بيشتر از oc 140 ) قرار مي‌گيرد ناپايدار مي‌شود بطوريكه وقتي با سنگدانه داغ مخلوط مي گردد ممكن است واكنش ناپايدار كننده‌اي را براي محصول گوگردي بوجود آورد و  به تبديل شود. MCBee و Sullivan اين مسئله را از طريق فرآيندي براي تهيه سيمان گوگردي اصلاح شده حل نمودند كه در آن  به همان شكل پايدار بماند و در هنگام اختلاط به دماي موجود حساس نباشد. اينكار، واكنش كنترل شده سيكلوپنتادين (CPD) را بوجود آورد.

            پژوهشگران ديگر روشهائي را براي اصلاح گوگرد جهت ساخت بتن گوگردي گزارش نموده‌اند. اين افراد عبارتند از : Leutner و Diehl با استفاده از DCPD ، Gillott و همكاران با استفاده از افزونه‌هاي Polyol و نفت خام ، Schneider و Simic با استفاده از DCPC يا يك گليكول، Woo با استفاده از اسيد فسفريك براي بهبود مقاومت در برابر يخبندان و آبشدگي و Nimer و Campbell با استفاده از ارگانوسيلان ( Organosilane) براي بهبود پايداري در برابر آب همچنين Gregor و Hackl كارهاي آزمايشگاهي را براي محصولات بتن گوگردي اصلاح شده با DCPD گزارش نمودند، Bright و همكاران كارهائي برروي سيستمهاي گوگردي اصلاح شده انجام دادند و Bordoli و Pierce برروي پايداري گوگرد اصلاح شده با DCPD كار نمودند.

            از 1976 محصولات تجاري و كاربرد بتن گوگردي مقاوم در برابر مواد خورنده بطور روزافزون بكار گرفته شد. بتن گوگردي بصورت پيش ساخته و درجا در كارهاي صنعتي بكار رفت در حاليكه بتن معمولي قبلاً در اين پروژه خراب شده بود و خوردگي در برابر اسيد و نمكها را تحمل ننموده بود. مصرف اين بتن‌ها عمدتاً در كف و دالهاي روي زمين، جدول، ديوار و زهكش ترانشه، چاله‌هاي فاضلاب، مخازن، محفظه‌هاي الكتروليت، پمپ خانه، پايه‌ها، شالوده ها و لوله‌ها و اندود روكش بود. موارد مندرج در اين گزارش نتيجه كاربرد اين نوع بتن در كارهاي صنعتي و تجاري و تجارت حاصله است.

 

1-4- مزايا و نكات مربوط به بتن گوگردي

            مزيت عمده بتن گوگردي، كاربرد آن بعنوان ماده با دوام ساختماني و جايگزين بتن معمولي در نقاطي است كه اسيد و نمك در محيط مجاور آن مي‌تواند باعث خرابي آن شود.

            چندين مزيت در بكارگيري بتن گوگردي براي عمليات اجرائي در محيط هاي خورنده اسيدي وجود دارد. اولين آنها عمر زياد اين نوع بتن‌ها نسبت به بتن معمولي در اين شرايط است. مزاياي ديگر بتن گوگردي، زمان سريع گيرش و كسب سريع مقاومت در سنين اوليه است. از آنجا كه در كمتراز يك روز به درصد قابل توجهي از مقاومت نهائي دست مي‌يابيم، مي توان قالب ها را سريعاً برداشت و بدون زمان عمل‌آوري طولاني از اين نوع بتن بهره‌برداري نمود. بطور كلي بتن گوگردي ويژگيهاي مفيد زير را داراست:

1-   مقاومت‌هاي كششي، فشاري و خمشي و عمرخستگي بتن گوگردي بيشتراز بتن معمولي است شكل 1-4 رابطه مقاومت فشاري اين دو نوع بتن را در مقايسه با هم نشان مي دهد. سيمان پرتلند معمولي (نوع I ) به ميزان  kg/m3 350 و سنگدانه با حداكثر اندازه 38 ميلي‌متر در بتن معمولي بكار رفته است.

2-     بتن گوگردي مقاومت عالي در برابر حمله بسياري از اسيدها و نمكها و برخي محلولهاي خيلي غليظ از خود نشان مي دهد.

3-     بتن گوگردي سريعاً مي‌گيرد و به 70 تا 80 درصد مقاومت فشاري نهائي در مدت 24 ساعت مي‌رسد.

4-     بتن گوگردي را مي‌توان در تمام طول سال در سرماي شديد زير صفر ريخت.

5-     نفوذپذيري بتن گوگردي در برابر آب بسيار كم است.

جابجائي اختلاط و استفاده از بتن گوگردي بايد، احتياط رعايت نكات ايمني انجام گيرد. اين گزارش جنبه كلي دارد و نمي‌تواند همه نكات و ملاحظات ايمني را شامل مي‌شود. محدوده دماي اختلاط 127 تا oc 141 مي‌باشد تا گازهاي مضر به حداقل برسد. تهويه كافي بهنگام اجرا و ملاحظات معمول و استاندارد براي حمل و نقل مواد داغ مايع مد نظر قرار گيرد(لباس و دستكش محافظ كامل، محافظ چشم و كلاه ايمني). اين ملاحظات ايمني توسط « انجمن ملي ايمني (NSC) » تدوين شده است. اگر دماي محيط از نقطه ذوب سيمان و بتن گوگردي بالاتر رود، بتن دچار كاهش شديد مقاومت شده و نرم و شل مي گردد.

 

فصل دوم – راهنماي مصرف كننده بتن گوگردي در ساخت و اجرا

 

 

2-1- سنگدانه‌ها و گوگرد اصلاح شده

2-1-1- سيمان گوگردي اصلاح شده

                            از سال هاي دهه 1930 به اين فكر افتادند تا پايائي و دوام گوگرد را در بتن افزايش و انبساط و انقباض را در اثر تغييرات دما كاهش دهند. سيمان‌هاي گوگردي اصلاح شدند تا پايداري و دوام را بهبود بخشد. چند روش جهت اين هدف بكار گرفته شد. دو روش امروزه در امريكاي شمالي براي توليد سيمانهاي گوگردي بكار مي‌رود كه نامهاي تجاري خاصي را داراست. روش اول بر پايه واكنش پليمري گوگرد با يك اصلاح كننده شامل قسمتهاي مساوي از سيكلو پنتادين اوليگومر و دي سيكلوپنتادين استوار است ( cyclopentodiene oligomer و dicyclopentodiene ) تركيب و خواص سيمان گوگردي اصلاح شده روش اول به شرح زير است:

            گوگرد، درصد وزني 0/1 ± 0/95 درصد

            كربن ، درصد وزني 5/0 ± 0/5 درصد

            هيدروژن درصد وزني 05/0 ± 5/0 درصد

            چگالي در oc 25    02/0± 90/1

            لزجت در oc 135   100-25 سانتي پواز

 

                        در روش دوم گوگرد اصلاح شده تغليظ شده با تركيب و اختلاط گوگرد و پليمرهاي هيدروكربن اوليفيني مانند Escopol بدست مي‌آيد. اين ماده غليظ سپس در محل با گوگرد خالص به نسبت 1 به 10 وزني مخلوط مي‌شود. بتن حاصله از بكارگيري گوگرد اصلاح شده بدست آمده از روش دوم شامل تركيب تقريبي زير مي‌باشد:

                        گوگرد

                        درصد وزني 80

                        كربن، درصد وزني 18

                        هيدروژن، درصد وزني 2

                        هر دو روش گوگرد اصلاح شده‌اي با طول عمر نگهداري خيلي زياد را در حالت جامد بدست مي‌دهند. اگر اين مواد درحالت مذاب نگهداري شوند، هر دو نوع گوگرد اصلاح شده (‌دو نوع اصلاح كننده )، واكنش را ادامه داده و بتن هائي نامرغوب را بوجود مي‌آورند.

            در اين حالت مصرف كننده بايد توصيه هاي محدوده زماني نگهداري ماده مذاب در حالت مايع را براي گوگرد اصلاح شده رعايت نمايد. روشهاي آزمايش براي سيمانهاي گوگردي اصلاح شده در زير از نظر مي گذرد.

1-     گوگرد و كربن با احتراق سيمان گوگردي توسط يك آناليز در كربن / گوگرد تعيين مي‌شود.

2-     چگالي سيمان گوگردي طبق ASTM D70 در دماي oc 25 انجام مي گردد.

3-   لزجت ماده سيمان گوگردي مذاب در دماي oc 135 با استفاده از يك لزجت سنج
 ( ويسكومتر) نوع دوكي شكل چرخان (Rotating Spindle-type Viscometer) مجهز به محفظه‌اي كه با برق گرم شده و كنترل دما ( ترموستات) داشته باشد اندازه‌گيري مي‌شود.

 

2-1-2- سنگدانه ها

            انتخاب كيفيت سنگدانه مناسب براي هر كاربرد در ساخت بتن گوگردي ضروري است. سنگدانه‌ها بايد با مشخصات ASTM C33 از نظر دوام، تميزي و ميزان مواد زيان آور سازگار باشند. سنگدانه ها بايد در برابر حملات شيميائي مورد نظر در محيط بهره‌برداري مقاومباشند. مثلاً سنگدان